CN101005910A - 铸模造型方法和其铸模 - Google Patents

Abstract

本发明公开了对铸模进行造型的铸模造型方法。其中通过对粒子状骨料、多种水溶性粘合剂、与该水溶性粘合剂发生交联反应的交联剂、酚醛树脂、以及水混合并且搅拌进行发泡，制造出发泡的流动性的骨料混合物。将此种发泡后的骨料混合物填充至铸模造型空间中。该填充的流动性骨料混合物的水分进行蒸发，通过将该骨料混合物进行固化，得到由固化的骨料混合物组成的铸模。

Description

铸模造型方法和其铸模

技术领域

本发明涉及一种使用多种水溶性粘合剂，通过粒子状骨料对铸模进行造型的方法以及通过此方法生产的铸模。

背景技术

近年来，为了得到粉碎性较好的铸模，日本特许厅11-129054号公报记载了一种使用多种水溶性粘合剂作为粘合剂，通过粒子状骨料对铸模进行造型的方法。在此方法中，水溶性粘合剂与粒子状骨料进行搅拌制造出骨料混合物。

然而在此方法中，将骨料混合物吹入铸模的造型空间内进行填充时，该填充密度的分布效率不高。特别是当铸模的形状较为复杂，也就是对应的造型空间具有复杂轮廓的情况下此问题显得尤为突出。

因此，希望能够有一种可得到粉碎性较好的铸模并且骨料混合物可以在有效的填充密布分布的情况下被吹入造型空间进行填充的铸模造型方法。

发明内容

本发明中的“粒子状骨料”是指硅砂、锆砂、橄榄石矿砂、铬铁砂、铝砂、莫来石砂、人工砂(或人工骨料)等中的一种以上的成分组成的耐热性粒状物质。

本发明中所涉及的铸模造型方法包括：

(a)粒子状骨料、多种水溶性粘合剂、与该水溶性粘合剂发生交联反应的交联剂以及酚醛树脂混合并且搅拌后进行发泡，从而制造出流动性的骨料混合物的过程；

(b)将流动性的骨料混合物向铸模造型空间内进行填充的填充过程；

(c)填充的流动性骨料混合物水分蒸发后，通过对该骨料混合物进行固化，得到由固化后的骨料混合物制成的铸模的固化过程。

骨料混合物中含有水溶性粘合剂以每100wt％的粒子状骨料加入0.1-5.0wt％的量为佳。不足该0.1wt％无法得到具有充分强度的铸模，超过5.0wt％，得到的铸模强度又太大。

通过本发明所述的铸模造型方法造型的铸模，例如说用于铁系金属铸造的型芯。向此种型芯内注入铁系金属的熔融金属，水溶性粘合剂很容易挥发或分解，使得型芯可以很容易地从铸件中取出。

本发明的方法中的水溶性粘合剂为常温下可溶于水并且通过水分蒸发可以凝固的粘合剂，例如糖类、蛋白质和树脂等。

糖类是淀粉或其衍生物，以及皂角苷等多糖、或者二糖，如蔗糖。蔗糖是由一分子葡萄糖和一分子果糖结合而成的二糖。举例来说，糖化物有精白糖和砂糖。

树脂以皂化度为80-90mol％的聚乙烯醇或其衍生物，在常温下可溶于水的酚醛树脂为佳。虽然一般的酚醛树诸多使用有机溶剂，但是在这里使用水溶性的酚醛树脂。

聚乙烯醇的衍生物举例来说包括有，含有乙酸基、羧基、丁酸基、硅醇基等的聚乙烯醇。

淀粉举例来说可以为马铃薯、玉米、木薯和小麦中的α-淀粉、糊精等。淀粉的衍生物可以为醚化淀粉、酯化淀粉和交联淀粉。

本发明所用的水溶性粘合剂很容易得到。特别是α-淀粉、糊精、蔗糖等价格都很低廉。

α-淀粉、糊精或其衍生物、皂角苷、蔗糖、皂化度80-90mol％的聚乙烯醇或其衍生物在常温下均可溶于水。

本发明的铸模造型方法中，骨料混合物中的酚醛树脂的量，以100wt％的粒子状骨料加入0.05-0.50wt％为佳。也就是说本发明制得的铸模，每100wt％的粒子状骨料具有0.05-0.50wt％的酚醛树脂为佳。100wt％的粒子状骨料中如果酚醛树脂不足0.05wt％，则无法得到具有足够耐热性的铸模，超过0.50wt％，对下文所述的交联剂的效果起到抑制的作用。

本发明的方法中，通过添加水溶性的粘合剂和产生交联反应的交联剂，水溶性粘合剂被包裹，并且构成骨料的粒子间的结合被强化，水溶性粘合剂难以与水分子产生反应，造型后的铸模即使是在高湿度下也可以保持足够的强度。

本发明的方法中使用的交联剂为具有羧基的化合物，包括乙二酸、马来酸、琥珀酸、柠檬酸、丁四酸，均通过酯进行交联，以及甲基·乙烯基醚-脱水马来酸的共聚物、异丁烯-脱水马来酸的共聚物，它们在水相中具有羧基。较佳地，通过酯结合的交联剂，即具有羧基的交联剂在铸模的铸造时或浇注时较少产生有害气体。

本发明的交联剂的添加量以相对水溶性粘合剂为5-300wt％为佳。不足5wt％，交联反应的效果不充分，得到的铸模在高湿度的情况下无法保持充分的强度。超过300wt％，虽然得到的铸模在高湿度的情况下也可以保持强度，但是其效果与300wt％时的效果相比没有变化。

将交联剂作为水溶液使用为佳，例如使用丁四酸、柠檬酸、异丁烯-脱水马来酸的共聚物的情况下，浓度以10wt％以上为佳。

本发明中所述的交联反应，在将铸模从铸模造型空间中取出前或取出后时进行。铸模从造型空间取出后发生交联反应的情况下，控制在以220℃温度下20分钟或250℃下10分钟，并且更高温度下反应时间更短。

如本发明的方法所述，对骨料混合物进行搅拌使之发泡，通过生成较多的细微的气泡，使得骨料混合物具有较佳的流动性。骨料混合物的气泡百分率虽然会随着水溶性粘合剂的添加量和水的添加量而变化，为了使其具有流动，通过试验以设定在50-80％为佳。

气泡百分率(％)按照下式进行求解：

气泡百分率(％)＝{(混合物整体体积)-(粒子状骨料、水溶性粘合剂以及水的体积)/(混合物整体的体积)}*100

通过使流动性骨料混合物的发泡空气均一地分散，使得流动性骨料混合物被加压填充到铸模造型空间内时，其流动性可以增加。通过此发泡使得粒子状骨料流动并且均一分散。

为了将骨料混合物发泡而进行搅拌的装置可与用于混合骨料混合物成分的搅拌机兼用，也可以另外使用其它的搅拌机。搅拌机在生成发泡空气的同时，该发泡空气可以在流动性骨料混合物中均一分散。

在本发明方法的填充过程中，通过使用固体的挤压装置或压缩气体，对流动性的骨料混合物进行加压并对铸模造型空间进行填充也是可以的。在任何一种情况下都可以使用用于容纳流动性骨料混合物的汽缸，可以对该内部投入有流动性骨料的汽缸使用活塞(固体积压装置)使得压入的流动性骨料混合物从汽缸排出，可以填充至铸模造型空间内。或者对汽缸的上端开口部进行气密封锁，通过向汽缸内投入的流动性骨料混合物的上表面上供给压缩空气(压缩气体)进行加压，可与使用活塞情况下同样地进行填充。

本发明的方法中，为了使填充后的流动性骨料混合物的水份蒸发，对构成铸模造型空间的金属铸模等进行高温加热也可以，或对流动性骨料混合物上照射加热水蒸气或微波也可以。与之相对应的将填充有流动性骨料混合物的铸模造型空间在真空环境下放置进行真空干燥也是可以的或对铸模造型空间内的流动性骨料混合物进行通气干燥也使可以的。

对构成铸模造型空间的金属铸模进行高温加热后，向该金属铸模内填充发泡的流动性骨料混合物，使该流动性骨料混合物中的水份蒸发，通过搅拌使流动性骨料混合物中分散的气泡和水溶性粘合剂中的水分借助于金属铸模的热集中在由流动性骨料混合物构成的铸模的中心部分。因此其中心部的粒子状骨料的填充密度降低。由于该密度的降低，通过水溶性粘合剂的分解气体等的排出变得容易，并且为了得到铸模所使用的粒子状骨料和水溶性粘合剂的使用量也可以减少。

本发明的铸模每100wt％的粒子状骨料含有0.05-0.50wt％的酚醛树脂，耐热性提高，可以用于例如1300℃以上的熔融金属。此种铸模特别适用于铁系金属铸造时使用的型芯。

流动性提高的骨料混合物可以对复杂轮廓的造型空间进行有效率的填充，得到所期望的铸模。

具体实施方式

本发明的铸模造型方法的实施例一中型芯已经被造型。该实施例中准备了如下的骨料混合物A。

表1骨料混合物A的成分(除去水)

粒子状骨料(耐热型的颗粒状物质)：硅砂(フラタリ一サンド，flatterysand)100wt％；

水溶性粘合剂(粘合剂)：聚乙烯醇(JP-05日本VAM Poval Co，Ltd制造)0.3wt％，以及淀粉(糊精NSD-L，Nissi Co，Ltd制)0.8wt％；

水溶性酚醛树脂：Phoenix 510AL-2(神户理化学工业部制)0.3wt％；

交联剂：柠檬酸(扶桑化学制)0.8wt％；

表1所示的骨料混合物与5wt％的水通过混合机(爱公舍制造的台式混合器)在转速为200rpm的状态下搅拌三分钟，使其混合并发泡得到气泡百分率为60％的流动性骨料混合物A(制造过程)。接着将发泡后的流动的骨料混合物投入汽缸，流动性骨料混合物由一个活塞(固体加压装置)加压，大约80克的流动性骨料混合物压入金属铸模内部大约70立方厘米的空间内，金属铸膜利用其内部设置的桶形加热装置加热至250℃(填充过程)。

加热的金属铸模内填充的流动性骨料放置90秒时间，通过金属铸模的热将水分蒸发，对流动性骨料混合物进行固化(固化过程)，于是，对型芯进行造型。

接着对该型芯进行热浇注测试。内部设置有涂有乙醇类的铸型涂料(Three Coat MTS-720A三河矿产株式会社制)的型芯与没有涂抹铸型涂料的型芯的两种类型的铸模上，注入温度为1370℃的铸铁(FC250)的熔融金属，涂有铸型涂料的型芯就不必说了，即使是没有涂抹铸型涂料的型芯也没有发生铸造缺陷、型芯变形，得到了良好的铸件。并且易于从铸件中取出型芯。

本发名的铸模造型方法的实施例二中准备了以下的骨料混合物B：

表2骨料混合物B的成分(除去水)

粒子状骨料(耐热型的颗粒状物质)：硅砂(フラタリ一サンド，flatterysand)100wt％；

水溶性粘合剂(粘合剂)：聚乙烯醇(JP-05日本VAM Poval Co，Ltd制造)0.3wt％，以及淀粉(糊精NSD-L，Nissi Co，Ltd制)0.8wt％；

水溶性酚醛树脂：Phoenix 510AL-2(神户理化学工业部制)0.3wt％；

交联剂：柠檬酸(扶桑化学制)0.8wt％；

表2所示的骨料混合物与5wt％的水通过混合机(爱公舍制造的台式混合器)在转速为200rpm的状态下搅拌三分钟，使其混合并发泡得到气泡百分率为60％的流动性骨料混合物A(制造过程)。接着将发泡后的流动的骨料混合物投入气缸，流动性骨料混合物由一个活塞(固体加压装置)加压，大约90克的流动性骨料混合物压入金属铸模内部大约80立方厘米的空间内，金属铸膜利用其内部设置的桶形加热装置加热至250℃(填充过程)。

加热的金属铸模内填充的流动性骨料放置2分钟时间，通过金属铸模的热将水分蒸发，对流动性骨料混合物进行固化(固化过程)。接着将聚乙烯醇、淀粉等与柠檬酸进行交联反应后，从金属铸模的型腔内取出固化的骨料混合物组成的铸模。该铸模制成弯曲试片，分别在湿度为30％的恒湿槽内与湿度为98％的恒湿槽内放置24个小时，之后对这些试片进行弯曲强度的测试。结果湿度为30％的恒湿槽中的试片强度为5.4MPa，湿度为98％的恒湿槽中的试片强度为2.3MPa。

可以发现此处湿度为30％的恒湿槽中的试片强度为5.4MPa的结果与通过焦尔蒙特方法得到的铸模几乎为同等强度，也就是铸模平时在使用时完全没有强度方面的问题。在湿度为98％的情况下放置24小时之后，铸模强度达到2MPa以上的话，达到对于铸模的处理没有强度方面的问题，这种湿度下能够作为铸模使用。

上述实施例仅仅是对本发明进行例示，而并不是要对其进行限定，相关技术人员可知，只要没有脱离从属权利要求记载的目的和要点，其可以包括例如本发明的发明内容中记载的可替代的技术方案的各种变化和变形。

Claims (19)

1、一种铸模造型方法，其包括：

(a)粒子状骨料、多种水溶性粘合剂、与该水溶性粘合剂发生交联反应的交联剂、酚醛树脂和水混合并且搅拌后进行发泡，从而制造出发泡后的流动性的骨料混合物的过程；

(b)将发泡后的流动性的骨料混合物向铸模造型空间内进行填充的填充过程；

(c)填充的流动性骨料混合物水分蒸发后，通过对该骨料混合物进行固化，得到由固化后的骨料混合物制成的铸模的固化过程。

2、根据权利要求1所述的方法，上述骨料混合物中尚属水溶性粘合剂的含有量为每100wt％的上述粒子状骨料加入0.1-5.0wt％。

3、根据权利要求1或2所述的方法，上述水溶性粘合剂在常温下可溶于水。

4、根据权利要求1-3任意一项所述的方法，上述水溶性混合物为从糖类、聚乙烯醇或其衍生物以及常温下可溶于水的酚醛树脂中选择。

5、根据权利要求1-4任意一项所述的方法，上述酚醛树脂在每100wt％的粒子状骨料中含有0.05-0.50wt％。

6、根据权利要求1-5任意一项所述的方法，上述交联剂为其水溶液。

7、根据权利要求1-6任意一项所述的方法，上述交联剂为含有羧基的化合物。

8、根据权利要求7所述的方法，上述具有羧基的化合物是从乙二酸、马来酸、琥珀酸、柠檬酸、丁四酸，以及如甲基·乙烯基醚-脱水马来酸的共聚物、异丁烯-脱水马来酸的共聚物组成的群中选择得到的。

9、根据权利要求8所述的方法，上述交联剂是丁四酸、柠檬酸、异丁烯-脱水马来酸的共聚物中的任何一个的浓度为10wt％以上的交联剂水溶液。

10、根据权利要求1-9任意一项所述的方法，上述交联剂的添加量相随与上述水溶性粘合剂为5-300wt％。

11、根据权利要求1-10任意一项所述的方法，上述流动性骨料混合物的发泡百分率为50-80％。

12、根据权利要求1-11任意一项所述的方法，上述填充过程是通过固体加压装置向上述流动性骨料混合物上加压对上述铸模造型空间内进行填充的过程。

13、根据权利要求1-11任意一项所述的方法，上述填充过程是通过压缩气体向上述流动性骨料混合物上加压对上述铸模造型空间进行填充的过程。

14、根据权利要求1-13任意一项所述的方法，上述固化过程包括通过加热后的金属铸模的热将上述流动性骨料混合物的水分进行蒸发的过程。

15、根据权利要求14所述的方法，通过金属铸模的热将上述流动性骨料混合物的水分进行蒸发的过程中，由于借助于上述金属铸模的热上述流动性骨料混合物内的气泡以及水溶性粘合剂中的水分集中在应当造型的铸模的中心部分，使得上述造型后的铸模的中心部分的上述粒子状骨料的填充密度要低于铸模周边部位的密度。

16、根据权利要求15所述的方法，上述造型后的铸模为铁系金属的铸造中使用的型芯。

17、一种采用权利要求1-16任意一项所述方法而造型的铸模。

18、一种铸模，由粒子状骨料、多种水溶性粘合剂、与该水溶性粘合剂发生交联反应的交联剂、每100wt％上述粒子状骨料便有0.05-0.50wt％的酚醛树脂的骨料混合物构成。

19、根据权利要求18所述的铸模，上述骨料混合物每100wt％的上述粒子状骨料便包含有0.1-5.0wt％的上述水溶性粘合剂。