CN1017602B - 铸型和型芯的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种在金属铸造过程中所用的铸型的制造方法。其制造过程是，首先加热和干燥由耐火砂和水溶性粘结剂所组成的型砂，并将在干燥的条件下的上述型砂填充到型模内的型腔中去，在填砂工序期间，在待制的铸型表面上要保持一定的水分，然后加热用型砂已经全部填充好的型腔的整个型模，从而主要地使铸型的表面固化。
Description
本发明是关于在金属的铸造过程中通过使用加热、烘干和固化等步骤来制造铸型的方法，特别是关于一种铸型制造方法的改进，其铸型是用以下方法制造的：首先用由水溶性粘结剂和耐火砂混合而成的型砂来充填型模，然后通过把铸型放到微波炉中加热来固化型砂，从而就可以在铸型的外表面得到一层硬化层。
在金属的铸造过程中已经采用了把铸型放到微波炉内加热固化型砂这一工序的制造铸型的方法。例如在美国的4518031号专利文献中（由Yamanashi等人）和日本专利申请公开号为58-187232等专利文献中，就已公开。
这些众所周知的制造铸型的方法是用水玻璃等这样的粘结剂与耐火砂相混合而成的湿型砂来造型的，然后加热并烘干待固化的铸型，固化是通过把铸型放到微波炉中而完成的，从而在该铸型的外表面上形成了一层硬化层。
这种已有的制造铸型的技术方法有不足之处，由于形成铸型的型模是用湿型砂来填充的，型砂在型模中的流动性是不好的，因此在制做形状复杂的铸型的情况下，用这种型砂是很难能完全地填充型模的各个地方。
此外，为了达到在铸型的外表面上形成一层硬化层，还有一种将水溶性铸型涂料借助于刷子或喷射的方法刷涂在要加热固化的铸型外表面上的方法，该方法已在日本专利公开号为55-29778的专利中公开了（此专利受让人是KABUSHLKI，KAISHA，KOMATSU，SEISAKUSHO）。然而这种方法也是有缺点的，在这种方法中，涂复层对于铸型的粘结力不够大，在浇注的过程中，铸型往往容易损坏，而且在浇注完成以后，用过的铸型不容易破碎，从而会给型砂的重复使用带来麻烦。
本发明是为了克服现有技术方法中所存在的上述缺点而做出的，而且本发明的目的是要提供一种制造铸型的方法，使用这种方法能使型砂在型模中具有良好的流动性，即使在铸型具有复杂的形状的情况下，也能确保型模能用型砂完全填充好。
本发明的另一个目的是要提供一种制造铸型的方法，在这种方法中，由于铸型在蒸汽的作用下是从它的外表面开始逐渐地被加热固化的，且蒸汽是从铸型的外表面经由其内部而传出其外面的，其涂复层与铸型外表面上的型砂之间的粘结力是非常好的，而且由于铸型的内表面强度高，而铸型的内部强度是较底的，这样，铸型在浇注过程中是不会损坏的，而在浇注完成以后该铸型却容易破碎开。
要达到上述目的，根据本发明所提供的制造铸型的方法有如下几个步骤：首先加热和烘干由耐火砂和水溶性粘结剂组成的型砂;然后，用在干燥状态下的型砂填充摆放在砂箱内的型模形成型腔，在填砂工序期间，要使待加热固化的铸型的外表面保持一定的水分;然后加热用型砂已经完全填充好的整个砂箱，这样主要固化了铸型的外表面。
进一步讲，本发明所提供的制造铸型的方法，其特征在于型砂是耐火砂和水溶性粘结剂的混合物。
再进一步讲，根据本发明提供的制造铸型的方法，其特征在于型砂是由耐火砂所构成，砂子的表面涂挂有水溶性粘结剂。
更进一步讲，依照本发明所提供的制造铸型的方法，其特征在于型模在用型砂填充以前，用水溶性铸型涂料涂挂在型模形成的型腔内表面上，以形成涂复层，从而在要加热固化的铸型的外表面上保持一定水分。
更进一步讲，根据本发明所提供的制造铸型的方法，其特征在于型模在用型砂填充以前，把型模形成的型腔的内表面用水涂湿，从而形成了一层水膜层，由此在要加热固化的铸型的外表面保持一定水分。
更进一步讲，本发明所提供的制造铸型的方法，其特征在于整个砂箱是放入微波炉中加热的。
本发明上述的及许多其它的优点，特征及本发明一些其它的目的，这对于本领域熟练的技术人员来说通过参考下列详细说明及附图将是很明显的。附图给出了按照本发明原理的最佳实施例。
图1和图2是表示依照本发明的铸型制造方法的实施例示意剖视图。
图3、图4和图5是表示依照本发明的铸型制造方法的另一实施例示意剖视图。
图6是依照本发明的铸型制造方法所做出的铸型上取下的试验件侧视图。
图7是对图6中所给的试验件做出的硬度测试结果曲线图。
图8和图9是依照本发明铸型的制造方法所使用的、具有通过加热而固化这种特性的型砂的两种不同生产方式的示意图。
图10表示各抗压强度试验结果，它是在由图8图9所表示的型砂生产方式所做出的型砂通过加热固化制成的试件上做出的，并与通过现有技术中型砂生产系统生产的型砂加热固化制成的试件做出结果相比较。
下面参考图1和图2说明本发明的第一个实施例。在图1和图2中，序号1表示一个分成两半的阴型模，在它的内表面上有一层象耐热硅橡胶这样的耐热材料2，3是支撑型模1的金属砂箱的一部分。
通过浇注加翻转型模的方法，或通过喷射的方法或借助于刷子把水溶性铸型涂料或水涂在型模1上，这样在型模1中的型腔1a的内表面上形成一涂复层4，此后把由干燥的耐火砂和水溶性粘结剂组成的型砂5填充进型模1中，然后再把带有由型砂填满的型模1的整个砂箱放入微波炉6中进行烘干和固化。由于型砂5是干燥的，这样即使在型模1中所形成的型腔具有复杂的形状，型砂也能完全地填充好这样的型腔。此外，在放入微波炉中加热期间，水溶性涂复层4中所含有的水分被加热而变成蒸汽7，而蒸汽则通过铸型内部从铸型的外表面排到铸型的外界去。与此同时，在干燥的型砂中或涂复在干燥的型砂上的水溶性粘结剂在蒸汽和热的作用下依次被融解，粘结和干燥从而使铸型从其外表面开始逐渐被固化，结果从铸型中得到这样一种硬度分布，即从铸型的内部朝其外表面方向其硬度是增加的。
在烘干工序完成后，型模1被分成两半，从中取出完整的铸型。
现对上述水溶性铸型涂料和型砂的几个实例作说明如下：
例1
（1）水溶性铸型涂料
成型材料：（按重量计）锆石粉末100份（325＃或更细）
水溶性粘结剂：（按重量计）1%的浓度的羰甲基
纤维素水溶液40份。
水玻璃：（按重量计）1份
（2）型砂：费雷特二氧化硅砂：（按重量计）100份
水玻璃：（按重量计）3份
型砂，即费雷特二氧化硅砂（在澳大利亚昆士兰的费雷特选取的）和水玻璃的混合物，需混合搅拌5分钟，然后吹保持摄氏50℃的热风，使它干燥。
用一个直径50毫米，高50毫米的圆柱体型腔做成试验型模，把上述的水溶性铸型涂料倒入型腔中，然后将其翻转过来，使其挂上涂料，接着把前述干燥的型砂填入型腔中，再把整个型模放入微波炉中加热一分钟，使其固化而制成试验铸型，经测试，此铸型的抗压强度为47.3kg/cm2。
对比例1：
用同样的型砂填入同样的型腔中，但是在型腔上并不涂挂任何铸型涂料，然后把它放入微波炉中加热，在这种情况下其铸型并不固化，仍然是松散的。
例2：
如果型模中的型腔在其内表面上只用水刷涂或喷射，而不用水溶性铸型涂料，然后再用上述型砂填充，并放入微波炉中加热，则型砂能被完全固化，所测得的抗压强度为35.6kg/cm2。
下面详细说明本发明的第二个实施例，请参考图3和图4。
将按重量计的100份耐火砂即费雷特二氧化硅砂和按重量计3份的水玻璃（做为一种水溶性粘结剂）进行充分地混合，混合5分钟后，用保持在80℃到100℃之间的热风加热10分钟，而使水份蒸发，这样得到了一种完全干燥的型砂。这样获得的型砂就保持在这样一个条件下：即型砂表面涂挂有水溶性粘结剂，或型砂混有水溶性粘结剂。
接着用水均匀地喷射在图3所示的型模20中所形成的型腔20a的内表面，然后如图4所示用型砂22填充型腔20a，这时因型砂已被完全干燥，具有极好的流动性，所以即使型腔具有复杂的形状，也能用这种型砂完全地填充好。
接着把型模20放入如图5所示的加热/干燥炉24中，这样，用型砂22填充的型腔20a连同整个型模通过加热而被烘干。其结果是，在待加热固化的铸型23的表面上的水溶性粘结剂由于喷射在型腔20a内表面上的水的作用再一次被溶化，并由于加热该水溶性粘结剂的水分完全蒸发出来。于是，在待加热固化的铸模表面上的型砂22被加热固化，在水溶性粘结剂的作用下而产生表面硬化，这样就形成了硬化层23a。
在加热工序完成以后，把型模20从加热炉24中取出冷却，然后把一个完整的铸型23从型模20中取出，这样生产出的铸型23的表面硬化层23a的抗压强度高达47.3kg/cm2。在这种强度下，铸模23在浇注过程中是不会被损坏的，此外，由于铸型23的内部是由干态的耐火砂和水溶性粘结剂的混合物所组成的，因而铸型23是容易破碎的。这样在从铸件的内部取出型芯或从铸型中取出铸件的情况下，其型芯和铸型都是容易破碎的。
图6所示是一个从上述第一实施例所使用的制造铸型的方法而制成的铸型上切下一部分而得到的试件9，试件表面具有如图所示的阶梯形状，而且涂挂了水溶性粘结剂。
在试件9的侧壁上，在
三个位置处有划刻的槽，
三个位置距试件的外表面具有不同的深度，所划刻的槽的深度如图7所示，是随着到外表面的距离不同而改变的。
在槽与外表面的距离较短时，刻槽的深度也是较浅的，这就意味着与试件的外表面较接近的那个槽所在部位的铸型具有较高的硬度。
下面将说明由耐火砂及涂复其上的上述水溶性粘结剂所组成的型砂生产方法的两个例子，请参考图8和图9。
（1）真空烘干的方法（参考图8）：
将耐火砂和水溶性粘结剂填充到逆流型高速混砂机10内加以搅拌，结果借助于反向旋转的拌合器11和旋转滚筒12的作用把水溶性粘结剂包复在耐火砂上，同时滚筒12的内部借助于真空捕集器13使其保持一定的真空，以蒸发在型砂中的水分，达到烘干型砂目的。
（2）热涂挂过程（参考图9）
首先把耐火砂子通过型砂加热装置14预加热到一个50℃～200℃的温度范围内，然后通过高速混砂机（或逆流型高速混砂机）将配制好的水溶性粘结剂水溶液填加到已加热的耐火砂中，而且与其混合，使含水的溶液包复住砂粒，同时除去水份，然后把这种处理好的型砂卸出来。但是这种方法不
同于真空烘干方法，型砂不能完全烘干，所以需要通过空气冷却和烘干装置16对它们进行冷却和烘干，同时也防止了砂粒阻塞和砂粒粘结。
从上述两个实施例可以看出，前一实施例产生如下作用：（1）借助于旋转滚筒12可以使耐火砂的涂复层涂挂得均匀，因为滚筒12是以与高速旋转拌合器11的旋转方向相反的方向转动的;（2）当砂粒在搅拌时它受到真空的作用，这样由于水和粘结作用和真空下的干燥而导致砂粒的阻塞可以得到消除并可以防止这些砂粒粘结;（3）在真空的作用下能使型砂粒彻底烘干，这样所得到的型砂具有良好的流动性。
而第二个实施例所具有的作用如下：（1）可使型砂具有均匀的涂复层，而且具有较高的生产率;（2）由于采用流化床型空气冷却装置，则可以防止耐火砂的阻塞和粘结。
依照生产型砂的上述两种方法，下述成份的型砂是用相同的水溶性铸型涂料涂挂的，而后把它们放到功率为4KW的微波炉中加热一分钟而做出若干个铸型试件，然后测量这些试件的抗压强度，为了便于比较试件的抗压强度在制做铸型时型砂要使用相同的粉末状的水溶性粘结剂来混合。
例3型砂的混合比例：
耐火砂：（按重量计）100份费雷特二氧化硅砂
水溶性粘结剂：（按重量计）3份水玻璃
水：（按重量计）1份
水溶性铸型涂料：
成型材料：（按重量计）100份锆石粉末（325＃或更细）
水溶性粘结剂：（按重量计）40份羧甲基纤维素1%的水溶液
水玻璃：（按重量计）1份
对比例2
耐火砂：（按重量计）100份费雷特二氧化硅砂
粉未状水溶性粘结剂：（按重量计）1份硅酸纳（NO.2）
使用相同的水溶性铸型涂料。
对比例3
耐火砂：（按重量计）费雷特二氧化硅砂100份
粉末状水溶性粘结剂：（按重重计）2份硅酸纳（NO.2）
使用相同的水溶性铸型涂料。
图10表示的是对上述试验铸型测试抗压强度的测量结果曲线图，其中参考字母a和b表示是由例3所示材料制成的，a是通过真空干燥的方法而得到的型砂，b是通过热涂挂的方法而得到的型砂，参考字母c表示是由对比例2制做的试验铸型，而参考字母d指的是由对比例3制造的试验铸型。
从图10中能够看出，在传统的粉末混合型工艺中（对比例）即使改变粉末状粘结剂的填加量，其抗压强度也看不出有什么明显的变化，而依照真空烘干工艺和热涂挂工艺制做的试验铸型可以得到一个高达42.0～47.2Kg/Cm2的抗压强度。这按照抗压强度的术语来讲算是一个高强度了。此外，不使用水溶性铸型涂料，其型砂表面就不会固化。
所描述的实施例只代表着本发明的最佳形式，只要不违背本发明的精神，作为本领域中的熟练技术人员可以进行各种更改，本发明的保护范围是由附加的权利要求书确定的。
Claims (12)
1、在金属铸造中所使用的铸型和型芯的制造方法，包括以下步骤：加热和烘干由水溶性粘结剂和耐火砂所构成的型砂；用在干燥条件下的型砂填充在型模中所形成的型腔内；使型砂硬化，其特征在于：在上述填砂步骤中，使待制的铸型表面保持有水份，然后，在上述硬化型砂的步骤中把用型砂完全填充的型腔的整个铸型加热，从而使铸型的表面固化。
2、按权利要求1所述的方法，其特征在于上述型砂是由耐火砂和水溶性粘结剂组成的混合物。
3、按权利要求1所述的方法，其特征在于上述型砂是由耐火砂构成，而且每一颗砂粒的表面都由水溶粘结剂所涂复。
4、按权利要求1所述的铸型制造的方法，其特征在于在用型砂填充型模以前，该型腔的内表面用水溶水性铸型涂料进行涂挂以形成一涂复层，以便在待制的铸型表面上保有水分。
5、按权利要求1所述的方法，其特征在于用型砂填充型模以前，所述型腔的内表面用水浸湿以形成一层水膜，以便在待制的铸型表面上保有水分。
6、按权利要求1所述的方法，其特征在于整个上述型模放入微波炉中进行加热。
7、按权利要求4所述的方法，其特征在于上述的水溶性铸型涂料是通过把涂料倒入型腔内，然后翻传型模的方法而涂挂的型腔的内表面上的。
8、按权利要求4所述的方法，其特征在于该型腔的内表面是用水溶性铸型涂料喷射到型腔的整个表面上的方式而涂复的。
9、按权利要求5所述的方法，其特征在于水是通过注入法进入型腔，然后通过翻转型模的方法而涂复在型腔内表面上的。
10、按权利要求5所述的方法，其特征在于通过朝该型腔的整个表面喷射水的方式把涂挂在该型腔的内表面上。
11、按权利要求1所述的方法，其特征在于上述型砂是用真空干燥法生产的，在此方法中耐火砂和水溶性粘结剂都填充到逆流式高速混砂机内加以搅拌，此混砂机由一个真空旋转滚筒和拌合器所组成，而两者的转动方向是相反的。
12、按权利要求1所述的方法，其特征在于上述型砂是通过热涂挂的方法生产的，在此方法中，预加热过的耐火砂用高速混砂机或逆流式高速混砂机进行搅拌，同时，加入水溶性粘结剂的水溶液。
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