BR112020009070A2 - mistura de agregados expansível para moldes, molde, e método para fabricação de moldes - Google Patents

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Abstract

A presente invenção refere-se a uma mistura de agregados expansível para um molde, que contém um agregado, um ligante solúvel em água, um agente espumante solúvel em água, água, e partículas de óxido metálico esféricas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MISTURA DE AGREGADOS EXPANSÍVEL PARA MOLDES, MOLDE, E MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DE MOLDES". Campo Técnico
[0001] A presente invenção refere-se a uma mistura de agregados expansível para moldes, a um molde, e a um método para fabricação de moldes. Antecedentes da Técnica
[0002] Convencionalmente, sabemos que um molde é fabricado enchendo um espaço (cavidade) em um molde metálico com uma composição de agregados para um molde, a composição de agregados contendo um agregado e um ligante, obedecendo a um sistema de encaixe por pressão.
[0003] Por exemplo, a Patente Japonesa Nº 4953511 revela uma composição de areia de fundição em que partículas esféricas ocas de um material orgânico ou de um material inorgânico, que tiveram a sua superfície tratada com um composto à base de silício, são adicionadas a fim de melhorar a fluidez da composição da areia de fundição.
[0004] Além disso, a Patente Japonesa Nº 4920794 revela a adição de uma sílica não cristalina esférica ácida ou de uma alumina não cristalina esférica, na qualidade de agente fluidizante e agente de cura, a um material do molde que inclui um silicato alcalino como ligante, a fim de desenvolver a resistência do material do molde e de melhorar a propriedade de compactação.
[0005] Além disso, a Patente Japonesa Nº 5102619 revela que, com o uso de water glass (outra denominação para o silicato de sódio em inglês) e de um agente ligante contendo dióxido de silício do tipo não cristal particulado em uma mistura do material de moldagem para fabricar um molde, a resistência do molde é aumentada significativamente logo após a moldagem e a cura, e também após armazenamento em condição de umidade elevada.
[0006] Em acréscimo, a Republicação da Publicação Internacional PCT Nº 2005-89984 divulga que, preparando uma mistura espumosa obtida através da agitação de um agregado de particulados, um ligante solúvel em água, e água, e usando efetivamente a mistura espumosa, o enchimento de um espaço (cavidade) em um molde metálico com a mistura espumosa pode ser assegurada de modo suficiente.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO Problema Técnico
[0007] Por exemplo, conforme descrito na Patente Japonesa Nº 4953511, são conhecidos diversos métodos que melhoram a fluidez de uma mistura de agregados para um molde (uma composição de areia de fundição). Entretanto, mesmo se a fluidez for melhorada em certa medida, existe um limite para formar um molde que tenha uma forma complexa ou uma forma de espessura fina. Portanto, a fluidez precisa ser melhorada ainda mais. De modo semelhante, também em relação à Patente Japonesa Nº 4920794 e à Patente Japonesa Nº 5102619, é necessário melhorar a fluidez da mistura de agregados para um molde.
[0008] Por outro lado, a Republicação da Publicação Internacional PCT Nº 2005-89984, por exemplo, e documentos similares, revelou uma substância obtida através da espumação de uma mistura de agregados, que tem uma fluidez melhorada e cujo uso garante suficientemente a propriedade de compactação. No entanto, em um molde obtido pelo uso da dita mistura de agregados expansível, um ligante solúvel em água é disposto especificamente na face da camada da superfície (face da superfície periférica externa) do molde. Quando um produto de fundição é fundido usando esse molde, ocorre um fenômeno no qual o agregado (doravante também denominado de “areia”) adere à superfície do produto de fundição devido à influência do ligante solúvel em água.
[0009] Por conseguinte, um objetivo da invenção é fornecer uma composição de agregados expansível para um molde, que reduz a adesão da areia à superfície do produto de fundição, em uma mistura de agregados expansível que possui uma fluidez aplicável para moldes de forma complexa ou uma forma de espessura fina; um molde; e um método para fabricar o molde. Solução do Problema
[0010] Os meios para solucionar os problemas acima são abordados abaixo.
[0011] <1> Mistura de agregados expansível para um molde, a mistura de agregados expansível que inclui um agregado, um ligante solúvel em água, um agente espumante solúvel em água, água, e partículas de óxido metálico esféricas.
[0012] <2> Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com o item <1>, em que as partículas de óxido metálico são neutras ou alcalinas.
[0013] <3> Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com o item <1> ou <2>, que inclui, como partícula de óxido metálico, pelo menos um elemento selecionado entre o grupo formado por uma partícula de alumina e por uma partícula de sílica.
[0014] <4> Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com qualquer item de <1> a <3>, em que as partículas de óxido metálico têm um diâmetro da partícula de 0,1 um a 5 um.
[0015] <5> Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com qualquer item de <1> a <4>, que inclui areia artificial esférica na qualidade de agregado.
[0016] <6> Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com qualquer item de <1> a <5>, que inclui um silicato alcalino na qualidade de ligante solúvel em água.
[0017] <7> Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com o item <6>, que inclui, na qualidade de ligante solúvel em água, pelo menos um elemento selecionado entre o grupo formado por silicato de sódio e silicato de potássio.
[0018] <8> Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com qualquer item de <1> a <5>, que inclui, na qualidade de ligante solúvel em água, pelo menos um elemento selecionado entre o grupo de ligantes formado por álcool polivinílico e seus derivados, saponina, amido e seus derivados, e açúcares adicionais.
[0019] <9> Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com qualquer item de <1> a <8>, que inclui, na qualidade de agente espumante solúvel em água, pelo menos um elemento selecionado entre o grupo formado por um tensoativo aniônico, um tensoativo não iônico, e um tensoativo anfotérico.
[0020] <10> Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com qualquer item de <1> a <9>, em que o teor das partículas de óxido metálico é de 0,001% por massa a 0,5% por massa em relação ao agregado.
[0021] <11> Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com qualquer item de <1> a <10>, em que o teor do ligante solúvel em água é de 0,1% por massa a 20% por massa em relação ao agregado.
[0022] <12> Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com qualquer item de <1> a <11>, em que o teor do agente espumante solúvel em água é de 0,005% por massa a 0,1% por massa em relação ao agregado.
[0023] <13> Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com qualquer item de <1> a <12>, em que o teor de água é de 1,0% por massa a 10% por massa em relação ao agregado.
[0024] <14> Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com qualquer item de <1> a <13>, que tem uma viscosidade de 0,5 Pas a 10 Pa's.
[0025] <15> Molde,
[0026] que inclui a mistura de agregados expansível para um molde em conformidade com qualquer item de <1> a <14>, em que
[0027] o ligante solúvel em água e as partículas de óxido metálico são dispostos especificamente em uma face da sua superfície periférica externa.
[0028] <16> Método para fabricar um molde, sendo que o método inclui:
[0029] um processo de enchimento para encher um espaço para fabricar um molde em um molde metálico com a mistura de agregados expansível para um molde em conformidade com qualquer item de <1> a <14>, em que o enchimento do espaço para fabricar um molde é realizado por injeção;
[0030] um processo de fabricação de um molde para fabricar um molde de agregado através da evaporação da umidade da mistura de agregados expansível que foi enchida, para solidificar a mistura de agregados expansível;
[0031] um processo de remoção para remover o molde de agregado, que foi fabricado, do espaço para fabricar um molde; e
[0032] antes do processo de enchimento, um processo de preparo de uma mistura de agregados expansível para preparar uma mistura de agregados expansível através da mistura de uma mistura obtida misturando-se o ligante solúvel em água e as partículas de óxido metálico, um agregado, um tensoativo e água. Efeitos Vantajosos da Invenção
[0033] De acordo com a invenção, uma mistura de agregados expansível para um molde, que reduz a adesão da areia à superfície do produto de fundição, um molde, e um método para fabricação do molde podem ser fornecidos.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0034] A Figura 1A é um gráfico mostrando os resultados de um teste de medição de peso no Exemplo 1 e no Exemplo Comparativo 1.
[0035] A Figura 1B é um gráfico mostrando os resultados de um teste de resistência à flexão no Exemplo 1 e no Exemplo Comparativo 1.
[0036] A Figura 1C é um gráfico mostrando os resultados da medição da quantidade de areia residual sobre a superfície do produto de fundição no Exemplo 1 e no Exemplo Comparativo 1.
[0037] A Figura 2A é um gráfico mostrando os resultados de um teste de medição de peso no Exemplo 2 e no Exemplo Comparativo 2.
[0038] A Figura 2B é um gráfico mostrando os resultados de um teste de resistência à flexão no Exemplo 2 e no Exemplo Comparativo 2.
[0039] A Figura 2C é um gráfico mostrando os resultados da medição da quantidade de areia residual sobre a superfície do produto de fundição no Exemplo 2 e no Exemplo Comparativo 2.
DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES
[0040] Serão descritas, a partir de agora, as modalidades da presente invenção.
[0041] A mistura de agregados expansível para um molde (doravante também denominada simplesmente de “mistura de agregados expansível”) de acordo com a modalidade da invenção contém um agregado, um ligante solúvel em água, um agente espumante solúvel em água, água, e partículas de óxido metálico esféricas.
[0042] A mistura de agregados expansível para um molde de acordo com a modalidade da invenção é uma composição que deve ser usada como um material de um molde (um molde de agregados). Observe que, no presente relatório descritivo, o termo “molde” é empregado no sentido de englobar um núcleo.
[0043] Por exibir uma configuração em consonância com a descrição acima, a mistura de agregados expansível para um molde de acordo com a modalidade da invenção consegue reduzir a adesão de areia à superfície do produto de fundição.
[0044] Abaixo discutiremos o motivo pelo qual esse efeito supostamente é exercido.
[0045] A mistura de agregados expansível para um molde de acordo com a modalidade da invenção inclui partículas de óxido metálico esféricas. Quando fabricamos um molde (por exemplo, um “núcleo” ou similares) usando essa mistura de agregados expansível, as partículas de óxido metálico são dispostas especificamente na face da camada da superfície (face da superfície periférica externa) do molde, junto com o ligante solúvel em água que está incluído na mistura de agregados expansível para um molde. As partículas de óxido metálico que são dispostas especificamente na face da camada da superfície exibem um efeito de lótus em relação ao produto de fundição, e desse modo, a adesão da areia à superfície do produto de fundição devido ao ligante solúvel em água pode ser suprimida.
[0046] Além disso, na mistura de agregados expansível de acordo com a modalidade da invenção, a quantidade do ligante solúvel em água a ser usada é diminuída.
[0047] Abaixo discutiremos o motivo pelo qual esse efeito supostamente é exercido.
[0048] Acredita-se que, na mistura de agregados expansível para um molde de acordo com a modalidade da invenção, pela inclusão de uma partícula de óxido metálico esférica, a partícula de óxido metálico exerce a função de um elemento laminador (um cilindro) que torna o fluxo suave, na mistura de agregados expansível para um molde que escoa, no momento da moldagem. De acordo com esse efeito (efeito de rolamento), que torna suave o fluxo da mistura de agregados expansível para um molde graças à partícula de óxido metálico, a densidade de compactação da mistura de agregados expansível para um molde pode ser melhorada.
[0049] Como consequência, comparado ao caso em que se utiliza uma mistura de agregados expansível para um molde, sem a inclusão de uma partícula de óxido metálico, a densidade de compactação é aperfeiçoada, e, portanto, a resistência do produto de fundição obtido é aumentada. Desse modo, mesmo se a quantidade utilizada do ligante solúvel em água for diminuída, é possível obter um molde com a resistência desejada.
[0050] A seguir, serão descritos em detalhes cada um dos componentes que constituem a mistura de agregados expansível para um molde de acordo com a modalidade da invenção. Agregado
[0051] O agregado na modalidade da invenção não é particularmente limitado, e qualquer agregado tradicionalmente conhecido pode ser utilizado. Exemplos dos mesmos incluem areia, tais como areia de sílica, areia de alumina, areia de olivina, areia de cromita, areia de zircônio, areia de mulita, ou outras similares. Além disso, vários tipos de areia artificial (os chamados agregados artificiais) podem ser empregados.
[0052] Dentre eles, a areia artificial é de particular preferência, pois um molde com uma resistência suficiente é obtido com facilidade, mesmo quando a quantidade de adição do ligante em relação ao agregado é diminuída, e uma alta taxa de recuperação do agregado é facilmente obtida.
[0053] O diâmetro de uma partícula do agregado na modalidade da invenção é, de preferência, de 10 um a Imm e, mais preferencialmente, de 50 um a 500 um.
[0054] Quando o diâmetro da partícula é igual ou menor que o valor do limite máximo especificado acima, uma fluidez excelente é obtida e a propriedade de compactação na fabricação de um molde de areia é melhorada. Quando o diâmetro da partícula é igual ou maior que o valor do limite mínimo especificado acima, a respirabilidade do molde de agregados é mantida favorável.
[0055] O diâmetro da partícula do agregado pode ser medido por um método substancialmente semelhante ao método de medição do diâmetro de partícula da partícula de óxido metálico especificado abaixo.
[0056] A referência para o tamanho de partícula do agregado na modalidade da invenção é, de preferência, JIS;631 (AFS;300) ou menos, mas JIS;5 (AFS;3) ou mais, e com maior preferência JIS;355 (AFS;200) ou menos, mas JIS;31 (AFS;20) ou mais.
[0057] Quando a referência para o tamanho de partícula é igual ou menor do que o valor do limite máximo especificado acima, uma fluidez excelente é obtida e a propriedade de compactação na fabricação de um molde é melhorada. Quando a referência para o tamanho de partícula é igual ou maior do que o valor do limite mínimo especificado acima, a respirabilidade do molde é mantida favorável.
[0058] Observe que, neste relatório descritivo, o termo “referência para o tamanho de partícula" representa uma referência para o tamanho de partícula medido nos termos do Anexo 2 de JIS Z 2601-1993 (Testing method for particle size of casting sand).
[0059] A forma do agregado na modalidade da invenção não é particularmente limitada, podendo ser qualquer uma delas, como uma forma esférica, uma forma redonda, uma forma de retângulo arredondado, uma forma poligonal, uma forma cristalina, ou formas semelhantes. Sob o ponto de vista de se obter uma fluidez excelente, de melhorar a propriedade de compactação na fabricação de um molde, e de manter favorável a respirabilidade do molde, a forma esférica e a forma redonda são preferenciais, e a forma esférica é de maior preferência.
[0060] Em particular, na qualidade de agregado na modalidade da invenção, a areia artificial esférica é preferencial. Ligante Solúvel em Água
[0061] Sob o ponto de vista de se manter favoravelmente a forma do molde em temperatura ambiente e em uma faixa de temperatura do metal fundido a ser vazado, um ligante solúvel em água é incluído no intuito de conferir um poder aglutinante ao agregado.
[0062] Observe que o termo “solúvel em água” significa solúvel em água em temperatura ambiente (a 20º C). É preferível que um líquido em mistura que é obtido ao ser misturado com o mesmo volume de água pura exiba uma aparência uniforme a uma pressão de 1 atmosfera a 20ºC.
[0063] O ligante solúvel em água na modalidade da invenção não é particularmente limitado e, por exemplo, à exceção de um silicato alcalino, qualquer ligante solúvel em água tradicionalmente conhecido pode ser usado. Exemplos específicos do mesmo incluem silicato de sódio (water glass), silicato de potássio, silicato de amônio, ortofosfato, pirofosfato, trimetafosfato, polimetafosfato, sílica coloidal, alumina coloidal, alquil silicato, e substâncias similares. Essas substâncias podem ser usadas isoladamente ou dois ou mais tipos podem ser utilizados.
[0064] Dentre eles, o silicato de sódio (water glass) e o silicato de potássio são de maior preferência.
[0065] Aqui, em relação ao silicato de sódio (water glass), o silicato de sódio com uma razão molar (uma razão molecular de SiO2:Na2O) de 1,2a3,8 é preferencial, e mais ainda, o silicato de sódio com uma razão molar de 2,0 a 3,3 é mais preferencial. Quando a razão molar é igual ou maior do que o valor do limite mínimo especificado acima, a vantagem é que as propriedades do water glass não se alteram mesmo após um período de armazenamento prolongado sob baixas temperaturas.
Quando a razão molar é igual ou menor do que o valor do limite máximo especificado acima, a vantagem é que a viscosidade do ligante é ajustada com facilidade.
[0066] Como ligante solúvel em água na modalidade da invenção, o álcool polivinílico ou um derivado do mesmo, saponina, amido ou um derivado do mesmo, um açúcar adicional, ou similares também podem ser empregados.
[0067] Exemplos de derivado do álcool polivinílico incluem um álcool polivinílico modificado por cátion, um álcool! polivinílico modificado por ânion, um álcool polivinílico modificado por silanol, e similares.
[0068] Exemplos de derivados do amido incluem um amido oxidado, acetato de amido, um amido esterificado do ácido fosfórico, um amido acetilado, um amido eterificado, um amido catiônico, um amido esterificado do ácido carbâmico, um amido carboximetilado, um amido carboxietilado, um amido hidroxietilado, um amido hidroxipropilado, dextrina, um amido enxertado, um amido reticulado, e similares.
[0069] Exemplos de açúcar adicional incluem polissacarídeos, como a celulose ou a frutose, tetrassacarídeos, como a acarbose, trissacarídeos como a rafinose ou maltotriose, dissacarídeos como a maltose, sacarose, ou trealose, monossacarídeos, como a glicose ou frutose, e oligossacarídeos.
[0070] Como ligante solúvel em água, por exemplo, um tipo entre os ligantes solúveis em água listados acima pode ser usado isoladamente, ou dois ou mais tipos deles podem ser usados em combinação.
[0071] Na modalidade da invenção, um teor do ligante solúvel em água em relação ao agregado é definido, de preferência, conforme os tipos de ligante e de agregado que serão utilizados. O teor é, de preferência, de 0,1% por massa a 20% por massa, mais preferencialmente de 0,1% por massa a 10% por massa, e de maneira particularmente preferencial de 0,2% por massa a 5% por massa. Agente Espumante Solúvel em Água
[0072] Além disso, para fabricar um molde usando a mistura de agregados expansível de acordo com a modalidade da invenção, é preferível preparar uma mistura de agregados espumada usando um agente espumante solúvel em água, misturar esse agente junto com um agregado, um ligante solúvel em água, e similares, e submetê-los à agitação para produzir espuma, melhorando assim a fluidez, e então fabricar um molde.
[0073] Aqui, o termo “solúvel em água” significa solúvel em água à temperatura ambiente (a 20ºC). É preferível que um líquido em mistura que é obtido ao ser misturado com o mesmo volume de água pura exiba uma aparência uniforme a uma pressão de 1 atmosfera a 20ºC.
[0074] Exemplos de agente espumante solúvel em água incluem tensoativos (especificamente, um tensoativo aniônico, um tensoativo não iônico, um tensoativo anfotérico, e similares) e outros semelhantes.
[0075] Exemplos de tensoativos aniônicos incluem um sal de sódio de um ácido graxo, um sulfato de monoalquila, um alquilbenzeno sulfonato de sódio linear, lauril sulfato de sódio, um éter sulfato de sódio, e similares.
[0076] Exemplos de tensoativos não iônicos incluem um polioxietileno alquil éter, um éster de ácido graxo de sorbitano, um alquil poliglicosídeo, e similares.
[0077] Exemplos de tensoativos anfotéricos incluem cocoamidopropil betaína, cocoamidopropil hidroxisultaína, ácido lauril dimetil aminoacético betaína, e similares.
[0078] Como agente de formação solúvel em água, por exemplo, um tipo entre os agentes espumantes solúveis em água listados acima pode ser usado isoladamente, ou dois ou mais tipos podem ser usados em combinação.
[0079] Na modalidade da invenção, um teor do agente espumante solúvel em água em relação ao agregado é, de preferência, de 0,005% por massa a 0,1% por massa, e mais preferencialmente de 0,01% por massa a 0,05% por massa.
[0080] Aqui, o teor do agente espumante solúvel em água em relação ao agregado é definido, de preferência, conforme os tipos de agente espumante solúvel em água e de agregado que serão usados. Água
[0081] A mistura de agregados expansível para um molde de acordo com a modalidade da invenção contém água.
[0082] Na modalidade da invenção, um teor de água em relação ao agregado é definido, de preferência, conforme os tipos de ligante solúvel em água e de agregado que serão utilizados. O teor é, de preferência, de 1% por massa a 10% por massa e, mais preferencialmente, de 1,5% por massa a 7,5% por massa. Partícula de Óxido Metálico
[0083] A mistura de agregados expansível para um molde de acordo com a modalidade da invenção contém partículas de óxido metálico esféricas. Aqui, o termo “esférica” significa que a esfericidade de Wadell (doravante também denominada apenas de “esfericidade”) representada pela fórmula abaixo (A) é igual ou maior que 0,6 (de preferência 0,8 ou mais). (Esfericidade) = (Área da superfície de uma esfera que tem o mesmo volume da partícula)/(Área da superfície da partícula) (A)
[0084] Exemplos de partículas de óxido metálico incluem uma partícula de sílica, uma partícula de alumina, uma partícula de zircônia, uma partícula de titânia, e partículas similares. Essas partículas podem ser usadas isoladamente ou dois ou mais tipos podem ser empregados. Dentre elas, pelo menos uma entre uma partícula de alumina ou uma partícula de sílica é preferencial.
[0085] Além disso, as partículas de óxido metálico de acordo com a modalidade da invenção são, de preferência, neutras ou alcalinas. Aqui, as “partículas de óxido metálico ácidas neutras e alcalinas" empregadas na presente invenção são definidas da seguinte maneira. Dez gramas de partículas de óxido metálico são dispersos em 100 mL de água, e o pH deste líquido de dispersão a uma temperatura do líquido de 25ºC é medido. Um pH inferior a 7 é definido como ácido, um pH igual a 7 é definido como neutro, e o pH superior a 7 é definido como alcalino. Em relação ao pH das partículas de óxido metálico, é preferível que cada uma das partículas seja neutra ou alcalina. Entretanto, é suficiente que o pH das partículas de óxido metálico que serão usadas seja igual ou superior a 7 como um todo, e as partículas de óxido metálico podem incluir parcialmente uma partícula ácida.
[0086] Quando partículas de óxido de metal ácidas são adicionadas à mistura expansível, a gelação da mistura de agregados expansível é acelerada, e, portanto, algumas vezes ocorre que o tempo de vida útil da mistura de agregados expansível amassada seja abreviado. Entretanto, com o uso de partículas de óxido metálico neutras ou alcalinas, uma mistura de agregados espumada pode ser utilizada por longo tempo em um estado estável.
[0087] Partículas de óxido metálico ácidas, neutras ou alcalinas, ou partículas de óxido metálico com pHs variados, de acordo com o método de fabricação ou com o constituinte, estão comercialmente disponíveis.
[0088] No que se refere ao método para fabricação das partículas de óxido metálico, no caso das partículas de sílica, aquelas preparadas por um processo a seco, por exemplo, por um método de fabricação do tetracloreto de silício segundo o método de fusão por chama, se tornam ácidas, já que o cloro remanescente produz ácido clorídrico em uma solução aquosa. Além disso, aquelas preparadas por um processo a úmido dependem do pH da solução usada. Por exemplo, um método de fabricação de acordo com o método de precipitação produz majoritariamente partículas de sílica neutras a alcalinas. Em acréscimo, por exemplo, um método de fabricação de acordo com o método de gelação tem a tendência de produzir majoritariamente partículas de sílica ácidas a neutras.
[0089] Além disso, no que se refere ao método para fabricação de partículas de óxido metálico, no caso das partículas de alumina, por um método de fabricação de acordo com o método VMC, por exemplo, por um método de fabricação que utiliza um fenômeno de deflagração do pó de metal, partículas de alumina neutras são obtidas.
[0090] Em termos de se reduzir a adesão de areia à superfície do produto de fundição, o diâmetro de partícula da partícula de óxido metálico de acordo com a modalidade da invenção é, de preferência, de 0,1 um a 5 um, mais preferencialmente de 0,2 um a 2 um, e ainda mais preferencialmente de 0,5 um a 1 um.
[0091] O diâmetro de partícula descrito acima representa um diâmetro de partícula médio em volume e, no presente relatório descritivo, representa um diâmetro da partícula medido pelo método abaixo.
[0092] Um analisador da distribuição do tamanho de partícula por difração a laser SALD2100 (nome comercial), fabricado pela empresa Shimadzu Corporation é utilizado como aparelho para medir o diâmetro de uma partícula. As condições de medição são expostas a seguir. É preparado um líquido de dispersão no qual 5% por massa de hexametafosfato de sódio (fabricado pela empresa Kishida Chemical Co., Ltd., de primeira categoria) na qualidade de dispersante é adicionado à água pura. As partículas de óxido metálico são adicionadas ao líquido de dispersão, e a mistura é submetida a um tratamento ultrassônico por 5 minutos em um banho ultrassônico (frequência de vibração: 38 kHz, 100 W) fixado ao aparelho. O tamanho de partícula do resultante é medido usando o analisador da distribuição do tamanho de partícula por difração a laser SALD2100, supramencionado, na condição de um índice de refração de 1,70 - 0,20i. Composição Adicional
[0093] Além disso, além das composições acima, uma composição conhecida tradicionalmente, tal como um catalisador, um acelerador de oxidação, ou similares, pode ser adicionada à mistura de agregados expansível para um molde de acordo com a modalidade da invenção. Método de Amassamento
[0094] A mistura de agregados expansível para um molde de acordo com a modalidade da invenção é fabricada misturando-se os componentes descritos acima. O ordem de adição e o método de amassamento não são particularmente limitados.
[0095] Como aparelho de amassamento usado durante o amassamento dos componentes especificados acima, um aparelho de amassamento convencionalmente conhecido pode ser usado sem qualquer limitação específica. Por exemplo, uma batedeira planetária centrífuga, um misturador intensivo EIRICH, um “Mix Muller” Sinto Simpson, ou dispositivos semelhantes, podem ser empregados. Método de Fabricação do Molde de Agregado
[0096] A fabricação do molde (o molde de agregado) usando a mistura de agregados expansível para um molde de acordo com a modalidade da invenção pode ser fabricado usando uma máquina de moldagem ou pode ser fabricado por moldagem em bancada.
[0097] Entretanto, é preferível preparar uma mistura de agregados em estado espumado misturando e agitando os vários componentes descritos acima para produzir espuma, e então fabricar um molde enchendo um espaço (cavidade) aquecido para fabricação de um molde em um molde metálico para fabricar um molde com a mistura de agregados em estado espumado obtida através de encaixe por pressão.
No encaixe por pressão, é mais preferível que o enchimento seja efetuado por injeção.
[0098] Mais especificamente, é preferível fabricar o molde pelo método de fabricação que compreende os processos a) a c) especificados a seguir.
[0099] a) um processo de enchimento para encher um espaço para fabricar um molde em um molde metálico com uma mistura de agregados expansível para um molde, a mistura de agregados expansível incluindo um agregado, um ligante solúvel em água, um agente espumante solúvel em água, água, e partículas de óxido metálico esféricas, em que o enchimento do espaço para fabricar um molde é realizado por injeção;
[0100] b) um processo de fabricação de um molde para fabricar um molde de agregado evaporando a umidade da mistura de agregados expansível que foi enchida, para solidificar a mistura de agregados expansível; e
[0101] c) um processo de remoção para remover o molde de agregado, que foi fabricado, do espaço para fabricar um molde.
[0102] Além disso, em termos de se dispersar uniformemente a mistura de agregados expansível, o seguinte processo de preparo de uma mistura de agregados expansível é incluído antes do processo de enchimento.
[0103] Um processo de preparo de uma mistura de agregados expansível para preparar uma mistura de agregados expansível misturando de uma mistura obtida pela mistura do ligante solúvel em água e das partículas de óxido metálico, um agregado, um tensoativo, e água.
[0104] Na mistura de agregados expansível para um molde compactada por meio de encaixe por pressão no espaço para fabricar um molde em um molde metálico que foi aquecido em alta temperatura,
é causado um fenômeno no qual a espuma, que foi dispersa na mistura de agregados expansível para um molde por agitação, e o vapor d'água, que é gerado a partir da umidade na mistura de agregados expansível pelo calor do molde metálico aquecido, se acumulam na porção central (porção interna) do molde. Como consequência, o molde apresenta uma baixa densidade de compactação do agregado, do ligante solúvel em água, do agente espumante solúvel em água, e das partículas de óxido metálico (ou seja, a densidade do conteúdo sólido) na porção interna, enquanto o molde apresenta uma alta densidade de compactação do agregado, do ligante solúvel em água, do agente espumante solúvel em água, e das partículas de óxido metálico (a densidade do conteúdo sólido) na superfície.
[0105] Conforme descrito acima, no molde de acordo com a modalidade da invenção, o ligante solúvel em água e as partículas de óxido metálico ficam dispostos especificamente na face da superfície periférica externa (na face da superfície).
[0106] Como as partículas de óxido metálico ficam dispostas especificamente na face da superfície periférica externa do molde junto com o ligante solúvel em água, essas partículas de óxido metálico exibem um efeito de lótus em relação à superfície do produto de fundição e, como consequência, a influência da adesão do agregado (areia) à superfície do produto de fundição pelo ligante solúvel em água pode ser reduzida.
[0107] Considerando que é suficiente que o ligante solúvel em água, que contribui para a resistência e para a qualidade da superfície do molde, fique disposto especificamente na superfície do molde, a quantidade do ligante solúvel em água que será usada pode ser suprimida, quando comparado a um molde convencional em que o ligante solúvel em água não está disposto especificamente na face da superfície periférica externa.
[0108] Além disso, na modalidade da invenção, como é suficiente que as partículas de óxido metálico disposto na superfície do molde, a quantidade das partículas de óxido metálico que serão usadas pode ser suprimida, quando comparado a um molde convencional em que as partículas de óxido metálico são adicionadas no intuito de acentuar a resistência do molde, ou seja, um molde convencional no qual as partículas de óxido metálico não estão dispostas especificamente na face da superfície periférica externa.
[0109] Além disso, acredita-se que, na mistura de agregados expansível, a partícula de óxido metálico de acordo com a modalidade da invenção exerce a função de um cilindro (um elemento laminador) que torna o fluxo suave. Por consequência, a partícula de óxido metálico pode contribuir para melhorar a densidade de compactação da mistura de agregados expansível, o que é vantajoso em termos de aumento da resistência do molde.
[0110] Em relação ao molde de acordo com a modalidade da invenção, o fato de o ligante solúvel em água e de as partículas de óxido metálico ficarem dispostas especificamente na face da superfície periférica externa pode ser confirmado de acordo com o método descrito abaixo.
[0111] Em relação ao molde, o fato de o ligante solúvel em água e de as partículas de óxido metálico estarem dispostos especificamente na face da superfície periférica externa do molde pode ser confirmado medindo-se a densidade do ligante solúvel em água e da partícula de óxido metálico.
[0112] Especificamente, consta a seguir o método para medir a densidade do ligante solúvel em água e da partícula de óxido metálico. Primeiro, amostras da superfície e da porção interna do molde são coletadas. Quanto ao método de coleta das amostras, fatias que tenham o mesmo volume são coletadas de cada face da superfície e de cada face da porção interna do molde. Medindo a densidade do ligante solúvel em água e da partícula de óxido metálico em cada uma das fatias obtidas da face da superfície e da face da porção interna, podemos confirmar se o ligante solúvel em água e as partículas de óxido metálico estão dispostos especificamente na face da superfície periférica externa do molde ou não.
[0113] Além disso, em relação ao molde, podemos determinar se a densidade do conteúdo sólido na porção interna é mais baixa ou não do que a densidade do conteúdo sólido na superfície confirmando visualmente o grau de compactação do conteúdo sólido (o agregado, o ligante solúvel em água, o agente espumante solúvel em água, e a partículas de óxido metálico) na superfície e na porção interna, em uma seção transversal do molde.
[0114] Para aprimorar a propriedade de compactação em relação ao espaço para fabricar um molde e para aprimorar a densidade de compactação descrita acima, é preferível espumar a mistura de agregados expansível para um molde por agitação, até se transformar em um creme batido. Mais especificamente, a viscosidade da mistura de agregados expansível para um molde (ou seja, a mistura de agregados para um molde, que foi agitada) é, de preferência, de 0,5 Pa's a 10 Pa's, e a viscosidade é mais preferencialmente de 0,5 Pa's a 8 Pa's.
[0115] A medição da viscosidade da mistura de agregados expansível para um molde (ou seja, a mistura de agregados para um molde, que foi agitada) é realizada conforme a descrição abaixo. Método de Medição
[0116] A mistura de agregados expansível para um molde é vertida em um recipiente cilíndrico que tem um diâmetro interno de 42 mm e um poro com 6 mm de diâmetro no fundo. A mistura de agregados expansível para um molde é liberada do poro quando pressionada pelo próprio peso de um peso cilíndrico de 1 kg e diâmetro de 40 mm. Neste processo, o tempo necessário para que o peso percorra 50 mm é medido, e a viscosidade é determinada de acordo com a equação abaixo. Aqui, a temperatura no momento da medição da viscosidade é ajustada para 25ºC.
[0117] Equação p=mDºPpt/128LL2S
[0118] up: viscosidade [Pas]
[0119] D: diâmetro do poro no fundo [m]
[0120] Pp: pressão do peso [Pa]
[0121] t: duração do tempo necessário para o peso percorrer 50 mm [s]
[0122] L1: distância do percurso do peso (= 50 mm)
[0123] L2: espessura da chapa do poro no fundo [m]
[0124] S: valor médio de uma área do fundo do peso cilíndrico e uma área em seção transversal da região oca (ou seja, a parte interna) dentro do cilindro [m?]
[0125] Os exemplos de um método para encher o espaço (cavidade) para fabricar um molde com a mistura de agregados expansível para um molde incluem compressão direta usando um pistão em um cilindro, enchimento fornecendo ar comprimido ao interior de um cilindro, aplicação de pressão usando um parafuso ou objeto similar, derretimento, e métodos similares. Em termos de velocidade de compactação e de estabilidade da compactação aplicando pressão uniforme à mistura de agregados expansível, a compressão direta usando um pistão e o enchimento fornecendo ar comprimido são preferenciais.
[0126] A vaporização da umidade na mistura de agregados expansível para um molde, que foi compactada no espaço (cavidade) para fabricar um molde, é realizada, por exemplo, pelo calor oriundo do molde metálico aquecido, corrente de ar aquecida para o espaço
(cavidade) para fabricar um molde, uma combinação dos citados, ou similares. Fabricação do Produto de Fundição Usando Molde
[0127] O molde que emprega a mistura de agregados expansível para um molde de acordo com a modalidade da invenção é usado para fundir diversos metais ou ligas. Os exemplos de um material de um metal fundido usado para fundição incluem os indicados abaixo. Observe que a temperatura de vazamento especificada representa uma temperatura na qual o material descrito adiante funde até o ponto adequado para o vazamento.
[0128] Alumínio ou uma liga de alumínio (temperatura de vazamento: de 670ºC a 700ºC)
[0129] Ferro ou uma liga de ferro (temperatura de vazamento: de 1300ºC a 1400ºC)
[0130] Bronze (temperatura de vazamento: de 1100ºC a 1250ºC)
[0131] Latão (temperatura de vazamento: de 950ºC a 1100ºC)
[0132] A fundição é conduzida fazendo vazar um metal fundido de um material contido na listagem acima para os espaços no molde (núcleo) e no molde metálico, e em seguida resfriando-os para remover o molde.
EXEMPLOS
[0133] A seguir, descreveremos especificamente uma modalidade da presente invenção fazendo referência aos Exemplos; entretanto, a modalidade da invenção não se limita em absoluto aos Exemplos que se seguem. Doravante, o termo “parte(s)” representa “parte(s) por massa”, a menos que especificado de outro modo. Exemplo 1
[0134] Os materiais na composição apresentada no Quadro 1 foram misturados com um misturador (um misturador de mesa, fabricado pela empresa AICOHSHA MFG. CO., LTD.) por agitação a cerca de 200 rom por cerca de 5 minutos para produzir espuma, preparando assim uma mistura de agregados expansível. Quadro 1 Agregado Areia artificial esférica (ESPEARL Nº 60 (nome 100 partes por comercial) fabricada por Yamakagawa Sangyo Co., | massa Ltd.) Ligante solúvel | Silicato de sódio (1-59 (nome comercial) fabricado 2,0 partes por em água por FUJI CHEMICAL Industries Inc.) massa Agente Tensoativo aniônico (PERSOFT EF (nome 0,05 partes por espumante comercial), fabricado por NOF CORPORATION, sal | massa solúvel em de sódio de éter sulfato água Água Água destilada 3,0 partes por massa Partículas de Partículas esféricas de alumina (AO-502 (nome 0,05 partes por óxido metálico comercial), fabricado por ADMATECHS COMPANY, | massa neutras, tamanho de partícula 0,7 um)
[0135] Em seguida, esta mistura de agregados expansível foi injetada em um molde metálico aquecido a 250ºC usando um dispositivo de injeção com uma velocidade de entrada de 1 m/segundo e uma pressão de face do cilindro de 0,4 MPa. Esse molde metálico é um molde metálico de um molde metálico para moldagem para um teste de flexão, e tem um espaço (cavidade) com um volume de cerca de 80 cm*?.
[0136] A mistura de agregados expansível que foi compactada no molde metálico aquecido foi mantida em repouso por 2 minutos, para vaporizar a umidade pelo calor do molde metálico, solidificando assim a mistura de agregados expansível.
[0137] Depois disso, o molde (núcleo) foi removido da cavidade no molde metálico.
[0138] A partir deste molde, foram preparados espécimes para um teste de flexão com um tamanho de 10 mm x 10 mm x 70 mm, e à massa (peso) e a resistência à flexão desses espécimes foram medidas. A medição da resistência à flexão foi conduzida de acordo com JACT
TEST METHOD SM-1, “Bending strength testing method”.
[0139] Posteriormente, usando esse molde, um produto de fundição foi preparado, e depois de realizar a operação de shakeout (desmoldagem dos bolos de areia) da areia, a quantidade de areia aderida à superfície do produto de fundição foi medida. Os resultados da medição são apresentados na Figura 1A a Figura 1C. Exemplo Comparativo 1
[0140] Um molde foi obtido de maneira substancialmente similar à apresentada no Exemplo 1, exceto que, na composição mostrada no Quadro 1, os materiais de uma composição sem partículas de óxido metálico (partículas de alumina esféricas) foram usados, e em seguida, testes semelhantes foram efetuados. Os resultados da medição são mostrados na Figura 1A à Figura 1C.
[0141] Como mostra a Figura 1A, para os resultados da medição de peso em relação aos espécimes, o peso do espécime obtido no Exemplo 1 foi aumentado em cerca de 10%, em comparação ao caso em que as partículas de alumina esféricas não estão presentes.
[0142] Além disso, como mostra a Figura 1B, para os resultados da medição da resistência à flexão em relação aos espécimes, a resistência à flexão do espécime obtido no Exemplo 1 foi aprimorada para atingir cerca de 1,5 vezes, em comparação ao caso em que as partículas de alumina esféricas não estão presentes.
[0143] Ademais, como mostra a Figura 1C, para os resultados da medição da quantidade de areia residual na superfície do produto de fundição que foi fundido e que foi submetido a uma operação de Shakeout da areia, a quantidade de areia residual foi de 12 g no caso em que a alumina esférica não estava presente, enquanto a quantidade de areia residual foi de O g no caso do espécime obtido no Exemplo 1.
[0144] De acordo com o método descrito acima, fatias que apresentavam o mesmo volume foram coletadas de cada superfície e de cada porção interna do molde, e a densidade do ligante solúvel em água e da partícula de óxido metálico (partícula de alumina esférica) em cada fatia foi medida. Como consequência, constatou-se que a densidade do ligante solúvel em água e da partícula de óxido metálico (partícula de alumina esférica) na fatia coletada da face da superfície era maior do que na fatia coletada da face da porção interna. Exemplo 2
[0145] Um molde foi obtido de maneira substancialmente similar à apresentada no Exemplo 1, exceto que os materiais na composição mostrada no Quadro 2 foram usados, e em seguida testes semelhantes foram efetuados. Os resultados da medição são apresentados na Figura 2A à Figura 2C. Quadro 2 Agregado Areia artificial esférica (CERABEADS Nº 650 (nome 100 partes por comercial) fabricada por ITOCHU CERATECH massa
CORORATION Ligante solúvel | Álcool polivinílico (JF-05 (nome comercial) fabricado 1,0 partes por em água por JAPAN VAM POVAL CO,, LTD) massa Agente Tensoativo aniônico (PERSOFT EF (nome 0,05 partes espumante comercial), fabricado por NOF CORPORATION, sal por massa solúvel em de sódio de éter sulfato água Água Água destilada 3,5 partes por Massa Partículas de Partículas esféricas de sílica (SPF30F (nome 0,05 partes óxido metálico | comercial), fabricado por DENKA CO.,, Ltd, neutras, por massa tamanho de partícula 0,6 um) Exemplo Comparativo 2
[0146] Um molde foi obtido de maneira substancialmente similar à apresentada no Exemplo 2, exceto que, na composição mostrada no Quadro 2, os materiais de uma composição sem partículas de óxido metálico (partículas de sílica esféricas) foram usados, e em seguida testes semelhantes foram efetuados. Os resultados da medição são apresentados na Figura 2A à Figura 2C.
[0147] Como mostra a Figura 2A, para os resultados do peso medição em relação aos espécimes, o peso do espécime obtido no Exemplo 2 foi aumentado em cerca de 10%, em comparação ao caso em que as partículas de sílica esféricas não estão presentes.
[0148] Além disso, como mostra a Figura 2B, para os resultados da medição da resistência à flexão em relação aos espécimes, a resistência à flexão do espécime obtido no Exemplo 2 foi aprimorada para atingir cerca de 1,5 vezes, em comparação ao caso em que as partículas de alumina esféricas não estão presentes.
[0149] Além disso, como mostra a Figura 2C, para os resultados da medição da quantidade de areia residual na superfície do produto de fundição que foi fundido e que foi submetido à operação de shakeout da areia, a quantidade de areia residual foi de 2 g no caso de ausência da sílica esférica, enquanto a quantidade de areia residual foi de O g no caso do espécime obtido no Exemplo 2.
[0150] De acordo com o método descrito acima, fatias que apresentavam o mesmo volume foram coletadas de cada superfície e de cada porção interna do molde, e a densidade do ligante solúvel em água e da partícula de óxido metálico (partícula de sílica esférica) em cada uma das fatias foi medida. Como consequência, constatou-se que a densidade do ligante solúvel em água e da partícula de óxido metálico (partícula de sílica esférica) na fatia coletada da face da superfície foi maior do que na fatia coletada da face da porção interna.
[0151] A divulgação do Pedido de Patente do Japão Nº 2017- 216183 depositado em 9 de novembro de 2017 é incorporado por meio de citação em sua totalidade.
[0152] Todas as publicações, pedidos de patente, e normas técnicas mencionadas neste relatório descritivo são incorporados a este instrumento por meio de citação na mesma medida como se a dita publicação, pedido de patente, ou norma técnica individual estivesse especificamente e individualmente indicado como incorporado por meio de citação.

Claims (16)

REIVINDICAÇÕES
1. Mistura de agregados expansível para um molde, caracterizada pelo fato de que compreende um agregado, um ligante solúvel em água, um agente espumante solúvel em água, água, e partículas de óxido metálico esféricas.
2. Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as partículas de óxido metálico são neutras ou alcalinas.
3. Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que compreende, na qualidade de partículas de óxido metálico, pelo menos um elemento selecionado entre o grupo formado por uma partícula de alumina e uma partícula de sílica.
4. Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que as partículas de óxido metálico têm um diâmetro de partícula de 0,1 um a 5 um.
5. Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que compreende, na qualidade de agregado, areia artificial esférica.
6. Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que compreende, na qualidade de ligante solúvel em água, um silicato alcalino.
7. Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que compreende, na qualidade de ligante solúvel em água, pelo menos um elemento selecionado entre o grupo formado por silicato de sódio e silicato de potássio.
8. Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que compreende, na qualidade de ligante solúvel em água, pelo menos um elemento selecionado entre o grupo de ligantes formado por álcool polivinílico e seus derivados, saponina, amido e seus derivados, e açúcares adicionais.
9. Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que compreende, na qualidade de agente espumante solúvel em água, pelo menos um elemento selecionado entre o grupo formado por um tensoativo aniônico, um tensoativo não iônico e um tensoativo anfotérico.
10. Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que o teor das partículas de óxido metálico é de 0,001% por massa a 0,5% por massa em relação ao agregado.
11. Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que o teor do ligante solúvel em água é de 0,1% por massa a 20% por massa em relação ao agregado.
12. Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que o teor do agente espumante solúvel em água é de 0,005% por massa a 0,1% por massa em relação ao agregado.
13. Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato de que o teor de água é de 1,0% por massa a 10% por massa em relação ao agregado.
14. Mistura de agregados expansível para um molde, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizada pelo fato de apresentar uma viscosidade de 0,5 Pa:s a 10 Pa's.
15. Molde, caracterizado pelo fato de que compreende uma mistura de agregados expansível para um molde como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 14, em que o ligante solúvel em água e as partículas de óxido metálico são dispostos especificamente em uma face da superfície periférica externa do molde.
16. Método para fabricar um molde, caracterizado pelo fato de que compreende: um processo de enchimento para encher um espaço para fabricar um molde em um molde metálico com a mistura de agregados expansível para um molde definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14, em que o enchimento do espaço para fabricar um molde é realizado por injeção; um processo de fabricação de um molde para fabricar um molde de agregado evaporando a umidade da mistura de agregados expansível que foi enchida, para solidificar a mistura de agregados expansível; um processo de remoção para remover o molde de agregado, que foi fabricado, do espaço para fabricar um molde; e antes do processo de enchimento, um processo de preparo de uma mistura de agregados expansível para preparar uma mistura de agregados expansível misturando uma mistura obtida pela mistura do ligante solúvel em água e das partículas de óxido metálico, um agregado, um tensoativo e água.
BR112020009070-0A 2017-11-09 2018-10-16 Mistura de agregados expansível para moldes, molde, e método para fabricação de moldes BR112020009070B1 (pt)

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