CN100534663C - 干燥骨料混合物,使用这种干燥骨料混合物的铸造成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的之一是提供一种在加热过程中其中的粘结剂不会发出难闻的气味和对人体有害气体的干燥骨料混合物；目的之二是提供一种能将铸造成型空间的细微部分充分充填的使用粘结剂与粒子状骨料的骨料混合物的铸造成型方法，目的之三是提供一种将制成品放置于高湿度环境下也能充分保持其原有性质的使用粘结剂与粒子状骨料的骨料混合物的铸造成型方法。通过在粒子状骨料中加入水溶性粘结剂与水形成骨料混合物，将此骨料混合物一边混合一边加热、减压或通风使其中的水分蒸发，成为单粒化的干燥混合物。使用这种干燥混合物，或添加润滑剂以及交联剂进行铸造成型的方法。

Description

干燥骨料混合物，使用这种干燥骨料混合物的铸造成型方法
技术领域
本发明是关于，对含有粘结剂的铸造成型材料进行成型时，以及使用含有粘结剂的铸造成型材料制造的铸造型芯进行浇铸时，其中的粘结剂尽管被加热也不会发出难闻的气味和对人体有害气体的干燥骨料混合物，使用这种干燥骨料混合物的铸造成型方法，以及用这种铸造成型方法制造的铸造型芯。
背景技术
传统的将砂子彼此粘合在一起的粘结剂都是采用各种有机或无机材料。典型地如，用这样的粘结剂固化成的成型物，用于铸造模具中形成铸造物内表面的型芯。这样一类的粘结剂例如可以是酚醛树脂。
传统的铸造成型方法，是将沾上粘结剂的沙粒吹进已经加热的成型用模具中，利用模具的热量使填充进去的沙粒上的粘结剂固化，也就是焦耳蒙特方法(如请参考日本特许厅公开的No.10-193033的专利)。
另一种传统的方法是将以水和水溶性粘结剂为主的粘结剂与铸造用沙一边混合一边冷冻，然后将冷冻沙填进加热好的模具中进行干燥、硬化的铸造成型方法(例如，参考日本特许厅公开的No.55-8328的专利)。
在上面提到的日本特许厅公开的10-193033专利的方法中，当利用模具的热量对粘结剂进行硬化时，会发生酚、醛、氨等的气体。这些气体会发出难闻的气味或对人体产生有害的影响。并且，在铸造成型中使用含有尿素-苯酚-甲醛树脂或苯酚-甲醛树脂的粘结剂制造的型芯，当铁合金、轻金属合金的溶液灌进铸造模具时，被加热的粘结剂，由于挥发、分解会产生气体，这些气体还会使浇铸物产生空洞。
含有树脂类粘结剂的铸造型芯用于一般的非铁合金，例如，铝合金的铸造时，铸造模具中灌进的溶液温度为700度左右。在此温度下，树脂类粘结剂不会充分地挥发、分解，所以，浇铸物冷却固化后，型芯不易从浇铸物上脱下。此时，需要对型芯进行振动，或将浇铸物和型芯进行再加热使粘结剂进行挥发、分解才能将其脱下。
日本特许厅公开的No.55-8328专利中的成型方法是，将以水和水溶性粘结剂为主的粘结剂与铸造用沙混合后，进行冷冻；然后将这些冷冻混合物吹填进模具中。为了获得更好的效果，一般需经过二次以上的吹填，但此时灌注头内的硅沙单粒会相互聚集变得粗大，使得灌注头内的混合物很难连续向模具中进行灌注。因此，这一铸造成型方法一直没有投入应用。
通常使用水溶性粘结剂的铸造型芯，放置于高湿度环境下时，由于水溶性粘结剂的吸水性，结合力会变弱，从而型芯变型，因此无法保持原有形状。即使该型芯勉强可以用于浇铸，也会因为溶液灌进模具时，水分被加热，产生水蒸气，在浇铸物中产生空洞。
发明内容
本发明提供了解决上述问题的干燥骨料混合物和铸造成型方法。
本发明的目的之一是提供一种尽管粘结剂被加热也不会发出难闻的气味和对人体有害气体的干燥骨料混合物。
本发明的目的之二是提供一种铸造成型方法，运用本发明的方法可使含有粘结剂与沙的骨料混合物充分充填铸造成型空间的细微部分。
本发明的目的之三是提供一种铸造成型方法，通过本发明的方法，使用含有沙和粘结剂的骨料混合物制造的型芯，该型芯尽管置于高湿度环境下也能维持其原有形状。
本发明的目的之四是提供一种能够得到良好浇铸物，浇铸物冷却后很容易脱下型芯的铝合金用型芯。这一铝合金用型芯是根据本发明的铸造成型方法成型的。
本发明的目的之五是提供一种用于铁、铜合金类的比铝合金具有更高浇铸温度的金属用型芯，运用该型芯能够得到良好浇铸物。这一铁类等金属用型芯是在根据本发明的铸造成型方法成型的型芯表面上经过喷涂涂层而得到的。
本发明涉及一种干燥骨料混合物，其按下列步骤制备得到：首先将粒子状骨料、水溶性粘结剂和水混合而成骨料混合物，然后搅拌以使这骨料混合物中的水分蒸发掉，形成单粒构造的干燥骨料混合物；该干燥骨料混合物在成型时，可根据需要添加水形成铸造成型材料。
本发明的另一实施例涉及一种干燥骨料混合物，其按下列步骤制备得到：首先将粒子状骨料、水溶性粘结剂、能与水溶性粘结剂起交联反应的交联剂以及水混合而成骨料混合物，然后为了避免在混合阶段水溶性粘结剂和交联剂之间发生交联反应，通过搅拌以蒸发水分，从而得到单粒构造的干燥骨料混合物；且该干燥骨料混合物在成型时再根据需要添加水形成铸造成型材料。
所述的干燥骨料混合物中的骨料上被覆了一层水溶性粘结剂。
本发明的另一较佳实施例中，干燥骨料混合物里还含有润滑剂。
本发明还涉及一种铸造成型方法，该方法包括如下步骤：不含上述交联剂的干燥骨料混合物中加入水后，进行冷冻，形成单粒构造；将这些单粒构造的骨料混合物填进铸造成型模具空间后，蒸发掉其中的水分，使上述骨料混合物固化，铸造成型；然后将成型浇铸物从铸造成型模具空间中取出。
本发明还涉及一种铸造成型方法，该方法包括下列步骤：冷冻骨料混合物，以形成单粒构造；将一次充填铸造成型模具空间的用量或更多量的上述骨料混合物放入容器中；在混合物不解冻的温度下连续搅拌，以维持其单粒构造；然后，在需要时将这种单粒构造的骨料混合物充填到铸造成型模具空间里。
在不含润滑剂的干燥骨料混合物里添加水，再冷冻并添加润滑剂，形成骨料混合物。使用这样的骨料混合物比直接使用含有润滑剂的干燥骨料混合物效果更好。
本发明的另一较佳实施例涉及到一种铸造成型方法，该方法包括下列步骤：将不含润滑剂和交联剂的上述干燥骨料混合物，通过添加水并搅拌使骨料混合物发泡；然后将发泡后的骨料混合物填充到铸造成型空间里；再将上述骨料混合物中的水分蒸发掉，使上述骨料混合物固化，铸造成型；最后从上述铸造成型空间中将成型铸体取出。
本发明还涉及一种铸造成型方法，该方法包括下列步骤：将含有上述交联剂的干燥骨料混合物，添加水后并进行冷冻，形成单粒构造的骨料混合物；然后将这种单粒构造的骨料混合物填充到铸造成型空间里；再将上述骨料混合物中的水分蒸发掉，使上述骨料混合物固化；待水溶性粘结剂与交联剂发生充分的交联反应后，从上述铸造成型空间中将成型铸体取出。
本发明还涉及一种铸造成型方法，该方法包括下列步骤：冷冻骨料混合物使其具有单粒构造；将这种单粒构造的骨料混合物，取出比在上述铸造成型空间中进行一次填充所需要的量更多或相等的量放入容器中；在上述骨料混合物不会解冻的环境下，通过搅拌使上述骨料混合物维持上述的单粒构造；然后将这种单粒构造的骨料混合物填充到铸造成型空间里。
本发明涉及一种铸造成型方法，该方法包括下列步骤：将含有上述交联剂的上述干燥骨料混合物添加水，并冷冻，形成单粒构造的骨料混合物；然后将这种单粒构造的骨料混合物填充到铸造成型空间里；通过加热或通风，使铸造成型空间里的骨料混合物中的水分蒸发掉，同时使骨料混合物固化；从铸造成型空间中将成型铸体取出后，使取出后的成型铸体中的水溶性粘结剂与交联剂进行充分的交联反应。
本发明所涉及的一种铸造成型方法包括如下步骤：取出比在铸造成型空间中进行一次填充所需要的量更多或相等的量的单粒构造的铸造成型混合物放入容器中；在上述混合物不会解冻的环境下，通过连续搅拌使上述骨料混合物维持上述的单粒构造；然后将其填充到铸造成型空间里。
本发明另一较佳实施例涉及一种铸造成型方法，该方法包括下列步骤：将含交联剂的上述干燥骨料混合物添加水，并搅拌使其发泡；然后将发泡后的骨料混合物填充到铸造成型空间里；再将上述骨料混合物中的水分蒸发掉；待水溶性粘结剂与交联剂产生的交联反应充分完成后，从上述铸造成型空间中将成型铸体取出。
本发明的另一较佳实施例涉及一种铸造成型方法，该方法包括下列步骤：在含交联剂的上述干燥骨料混合物中添加水并搅拌，使其发泡；然后将发泡后的骨料混合物填充到铸造成型空间里；再将上述骨料混合物中的水分蒸发掉；然后从上述铸造成型空间中将成型铸体取出后，使水溶性粘结剂与交联剂发生充分的交联反应。
本发明还涉及用上述铸造成型方法制造的铸造铝合金用的型芯。
在本发明中，所述的粒子状骨料包括下列的一种成分或多种成分：硅砂、铝砂、橄榄石矿砂、铬铁矿砂、锆砂、莫来石砂等等。
在本发明中的干燥骨料混合物中由于使用了水溶性粘结剂，使得在用本发明的铸造成型方法制造的型芯进行溶液灌注时，由于上述粘结剂容易挥发和分解，就可以很容易地从浇铸物中取出型芯。
这里的水溶性粘结剂最好是在常温下具有水溶性的物质。使用常温下具有水溶性的水溶性粘结剂，在通过对上述干燥骨料混合物添加水分制造骨料混合物时，粒子状骨料上被涂覆的水溶性粘结剂不需要加热即可与水混合。由于常温下不具有水溶性的水溶性粘结剂必须经过加热才能与水混合，所以不经加热，粘结剂就不会产生效果。并且通过冷冻固化使骨料混合物产生单粒构造的情况下进行加热会造成时间和能量的浪费。
本发明中使用的水溶性粘结剂较佳的至少是聚乙烯醇及其衍生物、淀粉及其衍生物中的一种。聚乙烯醇衍生物的例子有：含有醋酸基、羧基、丁酸基、硅烷醇基等基团的聚乙烯醇物质。淀粉的例子有：马铃薯、玉米、木薯和小麦等制造的淀粉。淀粉衍生物的例子有：醚化淀粉、酯化淀粉、交联淀粉等。热塑性淀粉、接枝淀粉等由于粘结强度不够，在本发明中不适合用作粘结剂。本发明中使用的水溶性粘结剂易于得到，尤其是商业上可廉价地得到。
本发明中水溶性粘结剂的含量，以骨料为100重量份计，最好是0.1至5.0份。水溶性粘结剂的含量小于0.1份时，无法得到具有足够强度的成型铸件。水溶性粘结剂的含量大于5.0份时，经冷冻后的混合物中的单粒构造易于结块，因此，维持经冷冻后的混合物中的单粒构造需要大量的时间和劳动，并且得到的铸件强度过高。
为了制造干燥骨料混合物，在将水分从上述骨料混合物中蒸发掉以前，在该骨料混合物中不含交联剂的情况下，以粒子状骨料的总重计(100份)，水溶性粘接剂中的水和添加进的水的重量以5至30重量份较为实用。但是，对于骨料混合物中含有交联剂的情况，以粒子状骨料的总重计，水溶性粘结剂中的水、交联剂中的水以及添加的水的总量以5至30重量份较为实用。若水的含量太少时，骨料不能均匀被粘结剂覆盖，但水的含量太多又会使干燥时间太长。
为了制造干燥骨料混合物，骨料混合物中的水分，可以通过加热、减压以及通风等方法进行蒸发。
加热法蒸发水分，例如，将粒子状骨料、水溶性粘结剂水溶液和水在搅拌机中一边搅拌一边通热风，大约100℃的热风吹在被搅拌的混合物上大约需要10分钟。
减压法蒸发水分，例如，保持在25℃恒温槽内的骨料混合物，抽到0.01Mpa最好。
通风法则使用加热、加压的空气进行。
本发明中的干燥骨料混合物的骨料被覆上了水溶性粘接剂。
本发明的干燥骨料混合物的最终含水量，较佳地是能达到上述混合物重量的1.0％以下。
本发明的吹送填充过程中，如果使用润滑剂，在一次填充完成后至下一次填充的期间内，可以防止喷头内的骨料粒子相互间发生凝聚，在一定程度上保证了连续吹填，从而保证了铸造成型空间中的骨料混合物能稳定且高密度地填充。
本发明中所使用的润滑剂，例如可以是：液体石蜡等非蜡状链烷烃类物质，硬脂酸钙、硬脂酸锌或硬脂酸镁等硬脂酸盐。在上述骨料混合物冷冻之前以及冷冻之后，通过添加润滑剂可使得这类骨料混合物能够容易地形成单粒构造，并且也易于保持单粒构造。冷冻后进行添加润滑剂的话，可以得到更好的效果。
采用硬脂酸钙做润滑剂时，所使用的量相对于粒子状骨料的总重量(100份计)大约为0.01重量份至0.1重量份。
上述干燥骨料混合物中含有交联剂，使之与水溶性粘结剂产生交联反应的方法是通过加热交联剂使之产生交联反应，使得水溶性粘结剂对粒子状骨料结合得更加牢固，从而使得水溶性粘结剂与水分子间更难于发生反应。因而，用这种骨料混合物成型的成型铸件即使在高湿度环境下也能非常好地保持其原有性质。
为了制造本发明中的干燥骨料混合物，通过加热使水分蒸发时，水溶性粘结剂以及与水溶性粘结剂发生交联反应的交联剂被迅速地加热到交联反应温度以上，使之发生迅速的交联反应，从而使得其后的成型过程中不能发生交联反应，结果是成型铸造过程中得不到好的交联效果，因此对交联反应不能进行急速加热。
使用丁烷四羧酸作交联剂时，加热的温度必须低于丁烷四羧酸的熔点，即低于180℃。
在本发明中使用的交联剂，例如，像乙二醛等醛类的化合物，或者是N-羟甲基脲或N-羟甲基三聚氰酰胺等N-羟甲基类化合物，或者是草酸、马来酸、琥珀酸、丁烷四羧酸、甲基乙烯基醚-马来酸共聚物等羧酸类化合物，环氧类化合物，活性乙烯基类化合物，二异氰酸酯(盐)类化合物，络合剂等等。但并不仅限于此。
环氧类化合物的一个例子有环氧氯丙烷。
活性乙烯基类化合物例如二乙烯基苯。
二异氰酸酯(盐)类化合物的例子有：环己基二异氰酸酯，二苯基甲烷-4和4-三氯乙烯二异氰酸酯。
络合剂的例子包括Cu、B、Al、Ti、Zr、Sn、V或Cr。因为在骨料混合物中，络合剂涉及到累积金属，其不适合于在循环使用的骨料粒子。
在使用上述交联剂进行铸造成型时或者浇铸时，只产生少量的有害气体，最好是使用起酯化反应的交联剂，即，具有羧基的交联剂。
交联剂的使用量为水溶性粘结剂总重量的5wt％至50wt％。交联剂的使用量若达不到水溶性粘结剂的5wt％，就无法得到充分的交联反应，成型铸件在高湿度环境下就无法保持需要的强度。另一方面，交联剂的使用量若超过水溶性粘结剂的50wt％，成型铸件虽然在高湿度环境下可以保持应有的强度，但其效果与使用50wt％的交联剂的效果是等同的。因此，从经济角度考虑，没有必要使用50wt％以上的交联剂。
交联剂以水溶液形式使用，例如，使用20重量％丁烷四羧酸水溶液，或20重量％甲基乙烯基醚-顺丁烯二酸共聚物水溶液。
在本发明的铸造成型方法中，干燥骨料混合物里添加的水量，以干燥骨料混合物的重量为100份计，添加的水量为0.5到10.0份。本发明中干燥骨料混合物里添加的水分散在水溶性粘结剂中，成型工艺里将其蒸发掉，在水分蒸发的过程中粘结剂将粒子状骨料固化起来。当添加的水量不足0.5重量份时，由于水溶性粘结剂的粘度过高，使得粘结剂不能将到粒子状骨料充分固化起来，导致成型铸件强度不够。反之，当添加的水量超过10.0重量份时，由于水分的蒸发，在成型铸件中将会形成空洞，导致成型铸件的强度下降。并且，由于要蒸发掉多余的水分，将会消耗更多的能量和时间，这是很不经济的。
交联反应一般在成型铸体从铸造成型空间中取出前和取出后进行，从铸造成型空间中将成型铸体取出前进行交联反应时，将使生产周期变长；若不希望生产周期过长时，最好在成型铸体从铸造成型空间中取出后进行交联反应。
成型铸体从铸造成型空间中取出后进行交联反应的时间是：例如，220℃的环境下，进行40分钟左右；250℃的环境下，进行20分钟左右；一般温度越高，交联反应的时间越短。
在本发明的成型方法中，通过对在干燥骨料混合物中添加水得到的骨料混合物进行冷冻形成单粒构造。由此得到的骨料混合物能将铸造成型空间的细微部分充分充填。
这里所说的单粒构造是指，具有能充填到铸造成型空间细微部分的大小、且能在铸造成型空间均匀分布的粒子状骨料的单粒子，以及由粒子状骨料的粒子间结合而成的小凝结块。
在本发明的成型方法中，所说的在本发明的干燥骨料混合物里添加水分形成的骨料混合物在冷冻状态下得到的单粒构造，指的是骨料表面被冷冻后的粘结剂水溶液(干燥混合物表面的粘结剂在水里溶解形成)所包覆的状态。
维持冷冻后的骨料混合物单粒构造的方法指的是在骨料混合物的水分不会解冻的环境下，例如，温度在0℃以下的环境中用搅拌装置进行搅拌；或采用吹入-20℃到-30℃或者比这更低温度的空气一样的低温压缩气体来搅拌。由于骨料混合物一直保持单粒构造，在使用吹填工艺的情况下，可以保持持续的吹填。
本发明的成型方法的一个例子是，在干燥骨料混合物中添加水分得到的骨料混合物，然后进行搅拌使其发泡，将这一发泡后的骨料混合物填充到铸造成型空间中。由于对骨料混合物进行搅拌，气泡内的空气将均匀分散。因此，当用这种骨料混合物加压充填到铸造成型空间里时，可得到一种骨料混合物的流动效果，所以，在这种成型方法中不需要用润滑剂。
另外，在这一成型方法中，因搅拌而在骨料混合物中分散的气孔、粘结剂中的水分，在被加热的模具的热量的作用下，会向铸件中心部聚集。因此模具的中心部的骨料充填密度将比较低。在铸造中使用这样的铸件，由于中心部的低充填密度使得粘结剂的量变少。因此由粘结剂的分解产生的气体也会变少；此外，通过铸件的多空孔部分，粘结剂分解产生的气体更易于排出。
为了发泡而进行的搅拌是用搅拌机进行的，产生的气泡在混合物中平均分布。搅拌时间大约1分钟就完全够了。
另外，本发明中使用的铸造用型芯，是采用本发明中的铸件成型方法而得到的。本发明的铸造用型芯用于非铁系合金，例如铝合金的铸造时，灌入模具的溶液温度为700℃左右；铁系材料的灌注温度采用比1400℃低的溶液进行时，会由于这样的高温使得本发明中所采用的水溶性粘结剂挥发、分解。因此，浇铸物冷却后可以容易地从型芯上取下。此外，本发明中采用的铸造用型芯，用于铁系等金属的铸造时，若在型芯表面加上涂料即可生产出高质量的铁系等金属铸件，模具也可以容易地脱掉。这里采用的涂料，例如，酒精类的涂料、水性的涂料。
在本发明中，将骨料混合物充填进铸造成型空间的方法，是吹填、加压以及让铸件成型空间减压而产生吸入等。
蒸发掉铸造成型空间中充填进的骨料混合物中的水分的方法，包括利用铸造成型空间中的高温使水分蒸发，过热水蒸汽以及微波的照射，放置于真空环境下，按照需要也可向铸造成型空间内灌气。
附图说明
图1为实施本发明成型方法中某一方法的铸造成型装置的正剖面示意图；
图2为实施本发明成型方法中另一方法的铸造成型装置的正剖面示意图；
图3为经过冷冻后的骨料混合物，在进行搅拌与不进行搅拌情况下模具内的骨料混合物的充填密度的测定结果图；
图4为对骨料混合物每三次充填进行一次搅拌时，在骨料混合物中添加润滑剂和不添加润滑剂的情况下，模具内混合物充填密度的测定结果图。
具体实施方式
以下对本发明的干燥骨料混合物以及铸造成型法进行具体的说明。
干燥骨料混合物的制造方法(1)
将粒子状骨料100重量份，相对于该粒子状骨料重量为0.1到5.0份的粘结剂水溶液，及5到30重量份水(为水溶性粘结剂水溶液中的水份以及添加进的水的总量)进行混合；然后利用热风将混合物中的水分蒸发掉，从而得到在粒子状骨料表面覆有水溶性粘结剂的干燥状态的骨料混合物。
干燥骨料混合物的制造方法(2)
将粒子状骨料100重量份，相对于该粒子状骨料重量为0.1到5.0份的粘结剂水溶液，约20wt％的交联剂水溶液(其包含相对于水溶性粘结剂重量为5到50％的交联剂)，及5到30重量份水(为水溶性粘结剂水溶液中的水分、交联剂水溶液中的水分以及添加进的水的总量重量份)进行混合；然后利用热风将混合物中的水分蒸发掉，从而得到在粒子状骨料表面覆有水溶性粘结剂的干燥状态的骨料混合物。
成型方法(1)
参考图1对成型方法进行说明。在100重量份由干燥骨料混合物的制造方法(1)得到的干燥骨料混合物中添加0.5到10.0重量份的水，并将其充分混合后，在保持-20℃到-30℃的冷冻箱内用搅拌机进行混合使其固化形成单粒构造。并将铸造成型用模具7的内腔8里一次充填所需量以上的骨料混合物储存在吹填用喷头2内。同时，在上述骨料混合物的水分不会解冻的温度环境下使用搅拌器5进行搅拌，使得上述骨料混合物维持上述单粒构造。圆筒3的下降使得其前端安装的密封环4可将喷头2密封起来。然后，骨料混合物1被喷头2上安装的进气管6输进的压缩空气吹填到位于喷头2下面的铸造成型用模具7的内腔8里。该内腔8温度保持在水的蒸发温度以上，水溶性粘结剂不至于急剧分解的温度之下，最好是150℃到250℃的范围内。在充填进的骨料混合物中的水分蒸发、固化后，从铸造成型用模具7的内腔8内，将成型铸件取出。
成型方法(2)
在100重量份由干燥骨料混合物的制造方法(2)得到的干燥骨料混合物中添加0.5到10.0重量份的水，并将其充分混合，一边混合一边用-30℃以下的氮气进行冷冻固化和形成单粒构造。并将铸造成型用模具7的内腔8里一次充填所需量以上的骨料混合物储存在吹填用喷头2内，同时，在上述骨料混合物的水分不会解冻的温度环境下使用搅拌器5进行搅拌，使得上述骨料混合物维持上述单粒构造。圆筒3的下降使得其前端安装的密封环4可将喷头2密封起来。然后，骨料混合物1被喷头2上安装的进气管6输进的压缩空气吹填到位于喷头2下面的铸造成型用模具7的内腔8里。该内腔8温度保持在水的蒸发温度以上，水溶性粘结剂不至于急剧分解的温度之下，最好是150℃到250℃的范围内。在充填进的骨料混合物中的水分蒸发、固化后，从铸造成型用模具7的内腔8内，将成型铸件取出。然后，将取出来的成型铸件置于水溶性粘结剂与交联剂能进行充分交联反应的温度中，最好是保持在200℃到250℃的恒温槽内。经过充分反应的时间，最好是20到90分钟，经过充分的交联反应后，将成型铸件从恒温槽中取出。
另外，冷冻固化也可在-20℃到-30℃的冷冻机的冷风中进行，其余的步骤同上述方法。
成型方法(3)
在100重量份由干燥骨料混合物的制造方法(2)得到的干燥骨料混合物中添加0.5到10.0重量份的水，并将其充分混合，然后，在保持-20℃到-30℃的冷冻箱内用搅拌机进行混合使其固化形成单粒构造。并将铸造成型用模具7的内腔8里一次充填所需量以上的骨料混合物储存在吹填用喷头2内。同时，在上述骨料混合物的水分不会解冻的温度环境下使用搅拌器5进行搅拌，使得上述骨料混合物维持上述单粒构造。圆筒3的下降使得其前端安装的密封环4可将喷头2密封起来。然后，骨料混合物1被喷头2上安装的进气管6输进的压缩空气吹填到温度保持在水的蒸发温度以上，水溶性粘结剂不至于急剧分解的温度之下，最好是150℃到250℃范围内，位于喷头2下面的铸造成型用模具7的内腔8里。在充填进的骨料混合物中的水分蒸发、交联反应充分进行后，从铸造成型用模具7的内腔8内，将成型铸件取出。
成型方法(4)
参考图2对成型方法进行说明。在100重量份由干燥骨料混合物的制造方法(2)得到的干燥骨料混合物中添加0.5到10.0重量份的水，并将其搅拌混合，使其发泡。然后，将上述骨料混合物1放入圆筒3内，随着圆筒的伸长，骨料混合物1被充填入位于圆筒3上面，温度保持在水的蒸发温度以上，水溶性粘结剂不至于急剧分解的温度之下，最好是150℃到250℃范围内的模具7的内腔8里。在充填进的骨料混合物中的水分蒸发，固化后，从铸造成型用模具7的内腔8内，将成型铸件取出。然后，将取出来的成型铸件置于水溶性粘结剂与交联剂能进行充分交联反应的温度中，最好是保持在200℃到250℃的恒温槽内；经过充分反应的时间，最好是20到90分钟，经过充分的交联反应后，将成型铸件从恒温槽中取出。
实施例1
上述干燥骨料混合物的制造方法(1)得到的干燥骨料混合物，其包括100重量份的硅砂(flattery sand)、0.4重量份的聚乙烯醇R-2105和R-1130(两者都为含有硅烷醇基的聚乙烯醇衍生物、R-2105为低粘度、R-1130为高粘度)、0.8重量份的聚乙烯醇PVA105和PVA124(两者都是完全悬浮的聚乙烯醇，都为谷那勒的产品，PVA105为低粘度，PVA124为高粘度)。将100重量份的干燥骨料混合物与6重量份的水，在保持约-30℃的冷冻箱内用搅拌机进行混合使其固化形成单粒构造。参考图1进行说明，将上述骨料混合物大约500g放入在-30℃的冷冻箱内经过预冷的吹填用喷头2内，再经-30℃预冷的搅拌器5，以60rpm的速度进行搅拌，使得上述骨料混合物维持上述单粒构造。圆筒3的下降使得其前端安装的密封环4可将喷头2密封起来。然后，大约100g骨料混合物1被喷头2上安装的进气管6输进的压缩空气吹填入位于喷头2下面的模具7的内腔8里，该内腔8容量为大约70cm3，且利用模具7里的电加热器保持150℃的恒温，保持2分钟，使骨料混合物中的水被蒸发，待骨料混合物固化后，从铸造成型用模具7的内腔8内，将成型铸件取出。
将上述成型铸件作为铸造模具的型芯，进行了铸造测试。在710℃的温度下浇铸铝合金(AC4B)，4种聚乙烯醇(水溶性粘结剂)，以及2种交联剂都没有异味及铸造缺陷发生。并且，由于使用710℃的溶液进行浇铸时，产生的热量使得粘结剂挥发和分解，使得成型物冷却后，型芯很容易取出。
实施例2
由上述干燥骨料混合物的制造方法(2)得到的干燥骨料混合物，其包括：100重量份的硅砂，0.8重量份的聚乙烯醇(JP-05)(由日本VAM &Poval公司制造)，0.34重量份的作为交联剂的丁烷四羧酸(BT-W新日本理化制造)。将100重量份的干燥骨料混合物的与6重量份的水，一边混合，一边用-30℃以下的氮气使骨料混合物冷却固化(参考图1进行说明)。将上述骨料混合物大约500g放入在约-30℃的氮气环境内经过预冷的吹填用喷头2内，再经约-30℃的氮气预冷的搅拌器5，以60rpm的速度进行搅拌，使得上述骨料混合物维持上述单粒构造。圆筒3的下降使得其前端安装的密封环4可将喷头2密封起来。然后，大约100g骨料混合物1被喷头2上安装的进气管6输进的压缩空气吹填入位于喷头2下面的模具7的内腔8里，该内腔8容量为大约70cm3，且利用模具7里的电加热器保持150℃的恒温，保持2分钟，使骨料混合物中的水被蒸发，待骨料混合物固化后，从铸造成型用模具7的保持150℃恒温的内腔8内，将成型铸件取出。然后，将成型铸件放入200℃的恒温槽，保持80分钟，促进交联反应，其后，将其取出，放入湿度30％的恒湿槽，在常温下自然冷却。将上述成型铸件做成弯曲试验片，进行了弯曲试验，测量了其弯曲强度，并与做成弯曲试验片后放入350℃的恒温槽保持30分钟后的试验片的弯曲强度进行对比，算出了其强度劣化率。这一强度劣化率可以作为型芯用于铸造铝合金一类的轻金属时，判断从成型铸件中取出型芯的难易程度的标准，试验的结果见表1。由这一结果可知，同一试验条件下，一对照产品(粘结剂为苯酚树脂)强度劣化率为20％左右，另一用于铸造铝合金的产品[旭有机材工业的AD产品(粘结剂为丙烯酸树脂)]强度劣化率为70％左右，由此可知，使用本发明中的采用粘结剂的成型方法制造的成型铸件有很好的性能。
表1
Figure C20038010840800211
将采用本实施例的方法制作的成型铸件做成的试验片，与放入湿度30％的恒湿槽内的试验片以及湿度98％的恒湿槽内保持24小时的试验片一起测定充填密度和弯曲强度。测定结果如表2所示。由表2可知，添加了交联剂的成型铸件，尽管在湿度98％的恒湿槽内保存了24小时，对于铸件来说，仍然保持了足够的弯曲强度。另外，除了不含交联剂，其他条件与上述方法完全相同时，得到的成型铸件做成的试验片与放入湿度30％的恒湿槽内的试验片以及本实施例的方法制作的成型铸件做成的试验片尽管强度相同，但是，在湿度98％的恒湿槽内保存的试验片，强度就只有0.5Mpa以下。因此，需要在高湿度环境下保存铸造模型时，本发明中在骨料混合物里添加交联剂的方法是非常适用的。
表2
实施例3
按照实施例2所述的方法重复铸造成型铸件。将骨料混合物1吹填进模具内腔8的工艺中，除骨料混合物1在吹填前用搅拌器5进行搅拌和不进行搅拌的条件以外，其他条件用实施例2所述的流程和顺序重复铸造成型铸件。内腔8内的骨料混合物1的填充密度的测定结果如图3所示。由图3可知，骨料混合物在吹填前用搅拌器进行搅拌的情况下，可以得到稳定的高密度；骨料混合物在吹填前不用搅拌器进行搅拌的情况下，得不到稳定的高密度，也得不到所希望的成型铸件。
实施例4
按照实施例2所述的方法重复铸造成型铸件。并且，在实施例2所述的方法中，在对骨料混合物进行冷冻后，再在此冷冻骨料混合物中加入相对于骨料重量为0.01重量份的硬脂酸钙作润滑剂。在多次重复铸造成型铸件时，向模具内腔8中进行充填工艺时，每三次连续吹填对骨料混合物搅拌一次。内腔中的骨料混合物的填充密度的测定结果如图4所示。由图4可知，由于在骨料混合物1中添加了润滑剂，尽管每三次充填才对混合物进行一次搅拌，也能得到稳定的高充填密度。
实施例5
上述干燥骨料混合物的制造方法(2)得到的干燥骨料混合物，其包括100重量份的硅砂(flattery sand)、2.0重量份的淀粉(日淀化学制造)和0.86重量份的甲基乙烯基醚-马来酸共聚物。将100重量份的干燥骨料混合物与6重量份的水，在-30℃的氮气中进行混合使其固化。参考图1进行说明，将上述骨料混合物大约500g放入在-30℃以下的氮气中经过预冷的吹填用喷头2内，在约-30℃氮气环境中用搅拌器5，以60rpm的速度进行搅拌，使得上述骨料混合物维持上述单粒构造。圆筒3的下降使得其前端安装的密封环4可将喷头2密封起来。然后，大约100g骨料混合物1被喷头2上安装的进气管6输进的压缩空气吹填入位于喷头2下面的模具7的内腔8里，该内腔8容量为大约70cm3，且利用模具7里的电加热器保持150℃的恒温，保持2分钟，使骨料混合物中的水被蒸发，待骨料混合物固化后，从铸造成型用模具7的内腔8内，将成型铸件取出。然后，将成型铸件放入250℃的恒温槽，保持60分钟，促进交联反应，其后，将其取出。将上述成型铸件做成弯曲试验片，放入湿度30％的恒湿槽内的试验片以及湿度98％的恒湿槽内保持24小时的试验片一起测定充填密度和弯曲强度。测定结果如表3所示。由表3可知，尽管在湿度98％的恒湿槽内保存了24小时，对于铸造来说，仍然保持了足够的弯曲强度。
表3
实施例6
上述干燥骨料混合物的制造方法(2)得到的干燥骨料混合物，其包括100重量份的硅砂(flattery sand)、0.2重量份的聚乙烯醇(JP-05)(由日本VAM & Poval公司制造)，1.0重量份的淀粉(日淀化学制造)和0.86重量份的丁烷四羧酸(BT-W新日本理化制造)。将100重量份的干燥骨料混合物与6重量份的水，在-30℃的氮气中进行混合使其固化。参考图1进行说明将上述骨料混合物大约500g放入在-30℃的氮气中经过预冷的吹填用喷头2内，在-30℃氮气环境中用搅拌器5，以60rpm的速度进行搅拌，使得上述骨料混合物维持上述单粒构造。圆筒3的下降使得其前端安装的密封环4可将喷头2密封起来。然后，大约100g骨料混合物1被喷头2上安装的进气管6输进的压缩空气吹填入位于喷头2下面的模具7的内腔8里，该内腔8容量为大约70cm3，且利用模具7里的电加热器保持150℃的恒温，保持2分钟，使骨料混合物中的水被蒸发，待骨料混合物固化后，从铸造成型用模具7的内腔8内，将成型铸件取出。然后，将成型铸件放入250℃的恒温槽，保持60分钟，促进交联反应，其后，将其取出。将上述成型铸件做成弯曲试验片，放入湿度30％的恒湿槽内的试验片以及湿度98％的恒湿槽内保持24小时的试验片一起测定充填密度和弯曲强度。测定结果，如表3所示。由表3可知，尽管在湿度98％的恒湿槽内保存了24小时，对于铸造来说，仍然保持了足够的弯曲强度。
表4
Figure C20038010840800241
实施例7
上述干燥骨料混合物的制造方法(2)得到的干燥骨料混合物，其包括100重量份的硅砂(flattery sand)、0.8重量份的聚乙烯醇(JP-05)(由日本VAM & Poval公司制造)，0.2重量份作为交联剂的丁烷四羧酸(BT-W新日本理化制造)。将100重量份的干燥骨料混合物与6重量份的水，用搅拌机以300rpm的速度进行搅拌混合，使其发泡。参考图2进行说明，将上述骨料混合物放入圆筒3里，该圆筒是头压力为0.5MPa的气缸。接着将约100克圆筒3里的混合物压填入模具7中的、容量为大约70cm3的内腔8里，该内腔8利用模具7的电加热器保持200℃的恒温。保持2分钟，使骨料混合物中的水被蒸发，待骨料混合物固化后，从铸造成型用模具7的内腔8内，将成型铸件取出。然后，将成型铸件放入200℃的恒温槽，保持80分钟，促进交联反应，其后，将其取出。将上述成型铸件做成弯曲试验片，放入湿度30％的恒湿槽内的试验片以及湿度98％的恒湿槽内保持24小时的试验片一起测定充填密度和弯曲强度。测定结果，如表4所示。由表4可知，尽管在湿度98％的恒湿槽内保存了24小时，对于铸造来说，仍然保持了足够的弯曲强度。
表5
Figure C20038010840800251
实施例8
在本实施例中，涉及使用两种不同的水溶性粘结剂构成的干燥骨料混合物进行制作铸造用型芯。两种不同的干燥骨料混合物分别是由上述干燥骨料混合物的制造方法(2)得到的干燥骨料混合物。第一个干燥骨料混合物包括100重量份的硅砂(flattery sand)、0.8重量份的聚乙烯醇(JP-05)(由日本VAM & Poval公司制造)，0.2重量份作为交联剂的丁烷四羧酸(BT-W新日本理化制造)；以及第二个干燥骨料混合物包括100重量份的硅砂(flatterysand)、1.0重量份的淀粉(日淀化学制造)，0.2重量份作为交联剂的丁烷四羧酸(BT-W新日本理化制造)。分别将两种干燥骨料混合物100重量份与5重量份的水进行混合，在-30℃以下的氮气中使其固化形成单粒构造。参考图1进行说明，将上述骨料混合物大约500g放入在约-30℃的氮气中经过预冷的吹填用喷头2内，在-30℃氮气环境中用搅拌器5，以60rpm的速度进行搅拌，使得上述骨料混合物维持上述单粒构造。圆筒3的下降使得其前端安装的密封环4可将喷头2密封起来。然后，大约90g骨料混合物1被喷头2上安装的进气管6输进的压缩空气吹填入位于喷头2下面的模具7的内腔8里，该内腔8容量为大约60cm3，且利用模具7里的电加热器保持150℃的恒温。保持2分钟，使骨料混合物中的水被蒸发，待骨料混合物固化后，从铸造成型用模具7的内腔8内，将成型铸件取出。然后，将成型铸件放入220℃的恒温槽，保持40分钟，促进交联反应，其后，将其取出。
采用酒精类涂料(MTS-720A三河矿产株式会社)对上述成型铸件的表面进行涂覆后，将其作为铸造用型芯，进行铸造测试。在1420℃的温度下浇铸铸铁(FC250)，2种水溶性粘结剂都没有异味及铸造缺陷，变型等问题发生；并且，成型物冷却后，型芯很容易取出。
工业实用性
采用本发明的干燥骨料混合物进行铸造成型的方法，在成型铸造工艺中，浇铸过程中不会产生异味及有毒气体，从浇铸成型后的铸体中也很容易将型芯取出，对成型时采用的铸造成型模具也有很好的充填效果。利用水溶性粘结剂和交联剂的交联，得到了很好的铸造模型耐湿性。并且，利用本发明，可以使多次进行铸造模型的制作时，保持稳定的高密度充填。如果事先没有在粒子状骨料的表面被覆粘结剂的话，将粘结剂、交联剂以及水在粒子状骨料的表面均匀分散需要一定的时间。但是，本发明的干燥骨料混合物由于事先在粒子状骨料的表面进行了粘结剂的被覆，形成了单粒化的干燥骨料混合物，使得成型生产线上骨料混合物的制作时间缩短。另外，利用冷冻固化形成单粒构造的工艺也更加容易形成和保持单粒构造。

Claims (29)

1、一种干燥骨料混合物，其是将粒子状骨料、在常温下具有水溶性的水溶性粘接剂、能与水溶性粘接剂起交联反应的交联剂和水进行混合，形成骨料混合物；在进行上述混合时，为了避免该粘接剂与交联剂发生交联反应，将该骨料混合物中的水分蒸发掉，形成单粒构造的干燥骨料混合物。
2、如权利要求1所述的干燥骨料混合物，所述的水溶性粘结剂是至少一种聚乙烯醇及其衍生物、α-淀粉、糊精及其衍生物。
3、如权利要求1所述的干燥骨料混合物，上述水溶性粘接剂含量为粒子状骨料的0.1～5.0重量百分比。
4、根据权利要求1所述的干燥骨料混合物，所述的交联剂或交联剂水溶液选自羧酸类化合物。
5、如权利要求4所述的干燥骨料混合物，所述的羧酸类化合物选自于草酸、马来酸、琥珀酸、丁烷四羧酸和甲基乙烯基醚-马来酸共聚物。
6、如权利要求1～4任一项所述的干燥骨料混合物，其还含有润滑剂。
7、一种铸造成型方法，其包括如下步骤：由权利要求1～5任一项所述的干燥骨料混合物通过添加水得到骨料混合物，将其冷冻，形成单粒构造；然后将这种冷冻骨料混合物填充到铸造成型空间里；再将上述填充骨料混合物中的水分蒸发掉，使上述骨料混合物固化，成型所需的铸型或型芯；待水溶性粘结剂与交联剂发生充分的交联反应后，从上述铸造成型空间中将成型的铸型或型芯取出。
8、如权利要求7所述的铸造成型方法，在将骨料混合物填充到铸造成型空间里去之前，将一次充填铸造成型模具空间的用量或更多量的上述骨料混合物放入容器中；在混合物不解冻的温度下连续搅拌，以维持其单粒构造；然后将这种骨料混合物填充到铸造成型空间里。
9、一种铸造成型方法，其包括如下步骤：由权利要求1～5任一项所述的干燥骨料混合物通过添加水得到骨料混合物，将其冷冻，形成单粒构造；然后将这种冷冻骨料混合物填充到铸造成型空间里；再将上述填充骨料混合物中的水分蒸发掉，使上述骨料混合物固化，成型所需的铸型或型芯；然后从上述铸造成型空间中将成型的铸型或型芯取出，使水溶性粘结剂与交联剂发生充分的交联反应。
10、如权利要求9所述的铸造成型方法，在将骨料混合物填充到铸造成型空间里去之前，将一次充填铸造成型模具空间的用量或更多量的上述骨料混合物放入容器中；在混合物不解冻的温度下连续搅拌，以维持其单粒构造；然后将这种骨料混合物填充到铸造成型空间里。
11、一种铸造成型方法，其包括如下步骤：由权利要求1～5任一项所述的干燥骨料混合物通过添加水得到骨料混合物，将其冷冻，形成单粒构造；再在其中添加润滑剂；然后将这种添加润滑剂的冷冻骨料混合物填充到铸造成型空间里；再将上述填充骨料混合物中的水分蒸发掉，使上述骨料混合物固化，成型所需的铸型或型芯；待水溶性粘结剂与交联剂发生充分的交联反应后，从上述铸造成型空间中将成型的铸型或型芯取出。
12、如权利要求11所述的铸造成型方法，在将骨料混合物填充到铸造成型空间里去之前，将一次充填铸造成型模具空间的用量或更多量的上述骨料混合物放入容器中；在混合物不解冻的温度下连续搅拌，以维持其单粒构造；然后将这种骨料混合物填充到铸造成型空间里。
13、一种铸造成型方法，其包括如下步骤：由权利要求1～5任一项所述的干燥骨料混合物通过添加水得到骨料混合物，将其冷冻，形成单粒构造；再在其中添加润滑剂；然后将这种添加润滑剂的冷冻骨料混合物填充到铸造成型空间里；再将上述填充骨料混合物中的水分蒸发掉，使上述骨料混合物固化，成型所需的铸型或型芯；从上述铸造成型空间中将成型的铸型或型芯取出后，使水溶性粘结剂与交联剂发生充分的交联反应。
14、如权利要求13所述的铸造成型方法，在将骨料混合物填充到铸造成型空间里去之前，将一次充填铸造成型模具空间的用量或更多量的上述骨料混合物放入容器中；在混合物不解冻的温度下连续搅拌，以维持其单粒构造；然后将这种骨料混合物填充到铸造成型空间里。
15、一种铸造成型方法，其包括如下步骤：由权利要求1～5任一项所述的干燥骨料混合物通过添加水得到骨料混合物，通过搅拌使其发泡；然后将发泡后的骨料混合物充填到铸造成型空间里；再将上述充填骨料混合物中的水分蒸发掉，使上述骨料混合物固化，成型所需的铸型或型芯；待水溶性粘结剂与交联剂发生充分的交联反应后，再从上述铸造成型空间中将成型的铸型或型芯取出。
16、一种铸造成型方法，其包括如下步骤：由权利要求1～5任一项所述的干燥骨料混合物通过添加水得到骨料混合物，通过搅拌使其发泡；然后将发泡后的骨料混合物充填到铸造成型空间里；再将上述充填骨料混合物中的水分蒸发掉，使上述骨料混合物固化，成型所需的铸型或型芯；从上述铸造成型空间中将成型的铸型或型芯取出后，使水溶性粘结剂与交联剂发生充分的交联反应。
17、一种铸造成型方法，其包括如下步骤：将粒子状骨料、一种或多种常温下具有水溶性的粘结剂以及水进行混合，形成骨料混合物；在进行上述混合时，将该骨料混合物中的水蒸发掉，形成单粒构造的干燥骨料混合物；添加常温下的水得到骨料混合物，将其冷冻，形成单粒构造；然后将这种冷冻骨料混合物填充到铸造成型空间里；再将上述填充骨料混合物中的水分蒸发掉，使上述骨料混合物固化，成型所需的铸型或型芯；最后从上述铸造成型空间中将成型的铸型或型芯取出。
18、如权利要求17所述的铸造成型方法，所述的水溶性粘结剂是至少一种聚乙烯醇及其衍生物、α-淀粉、糊精及其衍生物。
19、如权利要求17所述的铸造成型方法，上述水溶性粘接剂含量为粒子状骨料的0.1～5.0重量百分比。
20、如权利要求17～19中的任一项所述的铸造成型方法，所述的干燥骨料混合物还含有润滑剂。
21、如权利要求17所述的铸造成型方法，在将骨料混合物填充到铸造成型空间里去之前，将一次充填铸造成型模具空间的用量或更多量的上述骨料混合物放入容器中；在混合物不解冻的温度下连续搅拌，以维持其单粒构造；然后将这种骨料混合物填充到铸造成型空间里。
22、一种铸造成型方法，其包括如下步骤：将粒子状骨料、一种或多种常温下具有水溶性的粘结剂以及水进行混合，形成骨料混合物；在进行上述混合时，将该骨料混合物中的水蒸发掉，形成单粒构造的干燥骨料混合物；添加常温下的水得到骨料混合物，将其冷冻，形成单粒构造；再在其中添加润滑剂；然后将这种添加润滑剂的冷冻骨料混合物填充到铸造成型空间里；再将上述填充骨料混合物中的水分蒸发掉，使上述骨料混合物固化，成型所需的铸型或型芯；最后从上述铸造成型空间中将成型的铸型或型芯取出。
23、如权利要求22所述的铸造成型方法，所述的水溶性粘结剂是至少一种聚乙烯醇及其衍生物、α-淀粉、糊精及其衍生物。
24、如权利要求22所述的铸造成型方法，上述水溶性粘接剂含量为粒子状骨料的0.1～5.0重量百分比。
25、如权利要求22所述的铸造成型方法，在将骨料混合物填充到铸造成型空间里去之前，将一次充填铸造成型模具空间的用量或更多量的上述骨料混合物放入容器中；在混合物不解冻的温度下连续搅拌，以维持其单粒构造；然后将这种骨料混合物填充到铸造成型空间里。
26、一种铸造成型方法，其包括如下步骤：将粒子状骨料、一种或多种常温下具有水溶性的粘结剂以及水进行混合，形成骨料混合物；在进行上述混合时，将该骨料混合物中的水蒸发掉，形成单粒构造的干燥骨料混合物；添加水得到骨料混合物，通过搅拌使其发泡；然后将发泡后的骨料混合物填充到铸造成型空间里；再将上述填充骨料混合物中的水分蒸发掉，使上述骨料混合物固化，成型所需的铸型或型芯；最后从上述铸造成型空间中将成型的铸型或型芯取出。
27、如权利要求26所述的铸造成型方法，所述的水溶性粘结剂是至少一种聚乙烯醇及其衍生物、α-淀粉、糊精及其衍生物。
28、如权利要求26所述的铸造成型方法，上述水溶性粘接剂含量为粒子状骨料的0.1～5.0重量百分比。
29、如权利要求26～28中的任一项所述的铸造成型方法，所述的干燥骨料混合物还含有润滑剂。
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