CN102000777B

CN102000777B - 一种芯砂混制工艺、热芯盒制芯工艺及其制备的砂芯

Info

Publication number: CN102000777B
Application number: CN201010599165A
Authority: CN
Inventors: 孙少军; 佟德辉; 刘庆义; 臧加伦; 齐建; 李明; 任怀喜; 李娜; 刘云云; 吕清轲; 王仕春
Original assignee: Weichai Power Co Ltd
Current assignee: Weichai Power Co Ltd
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2030-12-21
Also published as: CN102000777A

Abstract

本发明提供一种芯砂混制工艺，包括以下步骤：a)将陶瓷砂和焙烧砂按照质量比4∶6～6∶4混合；b)陶瓷砂和焙烧砂初混20-30s，向陶瓷砂和焙烧砂的混合物中加入固化剂，混合50s～60s后再加入热芯盒树脂，混制120-150s，所述热芯盒树脂的加入质量为陶瓷砂和焙烧砂总质量的1.8％～2.5％，所述固化剂的质量为热芯盒树脂质量的20％～30％。还提供了一种包括该芯砂混制工艺的热芯盒制芯工艺。本发明的芯砂混制工艺，原砂采用陶瓷砂和焙烧砂，在制芯过程中对模具的磨损较小，砂芯脱模性好；更节省树脂，树脂用量较小，成本低；陶瓷砂焙烧砂砂芯溃散性好，生产的铸件的内腔质量较好；陶瓷砂资源更加充足。

Description

一种芯砂混制工艺、热芯盒制芯工艺及其制备的砂芯

技术领域

本发明涉及铸造领域，具体涉及一种芯砂混制工艺、热芯盒制芯工艺及其制备的砂芯。

背景技术

热芯盒制砂芯工艺，是铸造生产中一种机器制造砂芯的方法，将铸造用砂、热固性树脂和催化剂混合成的砂料射入具有加热装置的芯盒中，加热到180℃～250℃，使贴近芯盒表面的砂料受热，在温度作用下，其粘结剂在很短时间内即可缩聚而硬化，形成砂芯，不须再进烘炉烘干，具有缩短生产周期等优点。而且，只要砂芯的表层有毫米结成硬壳即可自芯盒取出，中心部分的砂芯利用余热和硬化反应放出的热量可自行硬化，它为快速生产尺寸精度高的中、小砂芯(砂芯最大壁厚一般为50mm～75mm)提供了一种非常有效的方法，特别适用于汽车、拖拉机或类似行业的铸件生产。

芯砂是铸造生产中用于制造砂芯的材料，一般由铸造砂、型砂粘结剂和辅加物等造型材料按一定的比例混合而成。砂芯在铸型中大部分被高温的液态金属所包围，而支撑定位部分的尺寸一般较小，因此芯砂除应具有一般型砂的性能外，还要求有较高的强度、透气性、退让性和溃散性。

热芯盒制芯工艺按照制备芯砂使用的原料不同主要有覆膜砂制芯工艺和铬矿砂熟料砂制芯工艺等。其中铬矿砂熟料砂制芯工艺是按照一定比例将铬矿砂、熟料砂和树脂混制2min～3min，使用热芯盒射芯机将混好的芯砂射制成型，经220℃～260℃，2min～3min加热固化的一种芯砂成型方式。该工艺可以稳定可靠的生产长度约1m的干式缸套气缸体水套芯，但是铬矿砂为天然铬矿石粉碎制得，形状为尖角颗粒，在长期使用后，铬矿砂对模具的磨损较大。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种芯砂混制工艺，其制备的芯砂用于热芯盒制芯时对模具的磨损较小。本发明还提供了一种热芯盒制芯工艺及利用这种制芯工艺制备的砂芯。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种芯砂混制工艺，包括以下步骤：

a)将陶瓷砂和焙烧砂按照质量比4∶6～6∶4混合；

b)陶瓷砂和焙烧砂初混20-30s，向陶瓷砂和焙烧砂的混合物中加入固化剂，混合50s～60s后再加入热芯盒树脂，混制120-150s，所述热芯盒树脂的加入质量为陶瓷砂和焙烧砂总质量的1.8％～2.5％，所述固化剂的质量为热芯盒树脂质量的20％～30％。

作为优选，所述陶瓷砂的Al₂O₃含量大于等于75％。

作为优选，所述陶瓷砂耐火度大于等于1700℃，角形系数小于等于1.1。

作为优选，所述陶瓷砂中75％～80％的颗粒为40/70目或50/100目。

作为优选，所述焙烧砂中75％～80％的颗粒为40/70目或50/100目。

作为优选，所述热芯盒树脂为呋喃树脂、酚醛树脂或环氧树脂中的一种。

作为优选，所述固化剂为磺酸固化剂、酚醛树脂固化剂或环氧树脂固化剂中的一种。

一种热芯盒制芯工艺，包括以下步骤：

1)根据所述芯砂混制工艺混制芯砂；

2)使用射芯机将芯砂射制成型，再加热固化；

3)将固化后得到的砂芯覆上涂料；

4)烘干砂芯。

一种砂芯，由所述热芯盒制芯工艺制成。

本发明提供的热芯盒制芯工艺与现有技术即铬矿砂熟料砂制芯工艺的区别在于芯砂混制工艺，原砂采用陶瓷砂和焙烧砂，陶瓷砂为铝矾矿高温下风吹成型，形状为球形，角形系数＜1.1，表面积小，焙烧砂为实体硅砂，角形系数＜1.2，而铬矿砂为尖角结构，角形系数大于陶瓷砂和焙烧砂，熟料砂为孔隙片状结构，容易容纳树脂，因此陶瓷砂和焙烧砂比铬矿和熟料砂更节省树脂；陶瓷砂和焙烧砂由于都经过高温处理，砂体干净，含泥量小于0.2％，而铬矿砂为天然粉碎，含泥量比陶瓷砂和焙烧砂高；另外国内所用铬矿砂多为南非出产，资源受国际大宗商品价格影响重大，运输成本也高，而本申请使用的陶瓷砂为国内生产，资源更加充足；综上几点本发明的芯砂混制工艺意义重大，可以降低铸造成本。基于陶瓷砂焙烧砂的形状特点，在制芯过程中该芯砂对模具的磨损较小，砂芯脱模性好。由于使用的热芯盒树脂量小，使陶瓷砂焙烧砂砂芯溃散性好，因此采用本发明的热芯盒制芯工艺生产的铸件的内腔质量较好。

本发明提供的热芯盒制芯工艺与现有技术覆膜砂制芯工艺的区别在于制得砂芯的大小不同以及铸造过程对砂芯的要求不同。陶瓷砂焙烧砂制芯工艺可以生产长约1m，壁厚8-10mm的超大砂芯；该砂芯可以满足恶劣的铸造环境，该砂芯强度高，铸造过程不断裂；陶瓷砂具有较大的蓄热系数，铸造过程变形量小，满足铸造工艺要求。覆膜砂制芯工艺一般用于生产长度500mm以内的砂芯，该工艺种原砂不含高蓄热系数的物质，生产的砂芯尺寸越大变形量越大。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明提供的一种芯砂混制工艺，包括以下步骤：

a)将陶瓷砂和焙烧砂按照质量比4∶6～6∶4放入混砂机中混合均匀。陶瓷砂也叫宝珠砂，是一种高铝砂，为国内生产，资源充足，本发明优选使用Al₂O₃含量大于等于75％的陶瓷砂，耐火度大于等于1700℃，角形系数小于等于1.1，颗粒较圆，优选的，陶瓷砂中75％～80％的颗粒为40/70目或50/100目；焙烧砂也叫相变砂，为擦洗砂经870℃以上高温2h～3h焙烧后得到，制备过程发生相变，主要成分是二氧化硅，优选的，焙烧砂中75％～80％的颗粒为40/70目或50/100目。

b)陶瓷砂和焙烧砂初混20-30s，向陶瓷砂和焙烧砂的混合物中加入固化剂，混合50s～60s后再加入热芯盒树脂，混制120-150s，热芯盒树脂的加入量为陶瓷砂和焙烧砂总质量的1.8％～2.5％，固化剂的质量为热芯盒树脂质量的20％～30％。热芯盒树脂为呋喃树脂、酚醛树脂或环氧树脂中的一种，固化剂为硫磺固化剂、酚醛树脂固化剂或环氧树脂固化剂中的一种。陶瓷砂的表面积较大，焙烧砂为实体硅砂，因此使用陶瓷砂和焙烧砂比铬矿砂熟料砂制芯工艺中所用的片状空隙结构的熟料砂更节省树脂，制芯成本较低。

本发明提供的热芯盒制芯工艺，包括以下步骤：

1)根据上述本发明提供的芯砂混制工艺混制芯砂。

2)使用热芯盒射芯机将混制好的芯砂射制成型，再经过加热固化，射砂压力、保温温度和固化时间与现有热芯盒制芯工艺相同，根据砂芯的大小、厚薄等而定，为本领域技术人员所公知。由于陶瓷砂为铝矾矿高温下风吹成型，形状为球形，在射芯机制芯过程中对模具的磨损较小，砂芯脱模性好。

3)将固化后得到的砂芯覆上水基或醇基涂料。

4)将覆了涂料的砂芯烘干，根据砂芯的大小、厚薄等确定烘干温度、烘干时间，为本领域技术人员所公知。

本发明还提供由上述热芯盒制芯工艺制成的砂芯，该砂芯比铬矿砂熟料砂制芯工艺制备的砂芯的溃散性好，使用该砂芯生产的铸件的内腔质量也更好。

现利用本发明提供的热芯盒制芯工艺制备干式缸套气缸体水套砂芯，砂芯总长970mm，主要厚度8-10mm，最薄5mm，这种砂芯长度大、砂芯薄，铸造过程对该砂芯要求很高，不能变形、断裂，很难生产，具体制备过程如下：

实施例1：

1)取陶瓷砂和焙烧砂按照质量比4∶6放入混砂机中混合均匀，其中陶瓷砂为巩义市米河宏达白水泥厂生产，型号为AFS，焙烧砂为承德旭城造型材料有限公司生产。

向陶瓷砂和焙烧砂的混合物中加入乌洛托品水溶液，乌洛托品水溶液制备方法是将乌洛托品放到50℃左右的水中，形成过饱和溶液。然后再加入昌乐恒昌化工有限公司生产的301酚醛树脂混合均匀，301酚醛树脂的质量为陶瓷砂和焙烧砂总质量的2.0％，乌洛托品水溶液中乌洛托品的质量为301酚醛树脂质量的22％。

2)使用苏州明志铸造装备有限公司的MRB40射芯机将混制好的芯砂设置成型，再经过加热固化，射砂压力为0.4Mpa，保温温度220℃，固化100s后脱模。

3)将成型的砂芯涂覆水基涂料。

4)将芯砂烘干。

实施例2：

1)取陶瓷砂和焙烧砂按照质量比5∶5放入混砂机中混合均匀，其中陶瓷砂为巩义市米河宏达白水泥厂生产，型号为AFS，焙烧砂为承德旭城造型材料有限公司生产。

向陶瓷砂和焙烧砂的混合物中加入诸城永创铸造材料有限公司生产的YCG 103磺酸固化剂，然后再加入诸城永创铸造材料有限公司生产的YC600呋喃树脂混合均匀，YC600呋喃树脂的质量为陶瓷砂和焙烧砂总质量的2.2％，YCG-103磺酸固化剂的质量为YC600呋喃树脂质量的25％。

2)使用苏州明志铸造装备有限公司的MRB40射芯机将混制好的芯砂设置成型，再经过加热固化，射砂压力为0.5Mpa，保温温度250℃，固化110s后脱模。

3)将成型的砂芯涂覆水基涂料。

4)将芯砂烘干。

实施例3：

1)取陶瓷砂和焙烧砂按照质量比6∶4放入混砂机中混合均匀，其中陶瓷砂为巩义市米河宏达白水泥厂生产，型号为AFS，焙烧砂为承德旭城造型材料有限公司生产。

向陶瓷砂和焙烧砂的混合物中加入苏州圣杰特种树脂有限公司生产的HTW-208胺类固化剂，然后再加入苏州圣杰特种树脂有限公司生产的HTW-608环氧树脂混合均匀，HTW-608环氧树脂的质量为陶瓷砂和焙烧砂总质量的2.5％，HTW-208胺类固化剂的质量为HTW-608环氧树脂质量的28％。

2)使用苏州明志铸造装备有限公司的MRB40射芯机将混制好的芯砂设置成型，再经过加热固化，射砂压力为0.4Mpa，保温温度240℃，固化120s后脱模。

3)将成型的砂芯涂覆醇基涂料。

4)将芯砂烘干。

对实施例1-3制备的砂芯的性能进行测试，然后用于生产铸件，结果如下：

表1砂芯试样的性能测试

由测试结果可以看到，本发明的热芯盒制芯工艺制备的砂芯抗拉强度较高，发气量低，流动性好，退让性良好，不易开裂，溃散性良好，能够满足铸造工艺及铸件质量要求。

以上对本发明所提供的一种芯砂混制工艺、热芯盒制芯工艺及其制备的砂芯进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种芯砂混制工艺，其特征在于，包括以下步骤：

a)将陶瓷砂和焙烧砂按照质量比4∶6～6∶4混合；所述陶瓷砂的Al₂O₃含量大于等于75％，耐火度大于等于1700℃，角形系数小于等于1.1，75％～80％的颗粒为40/70目或50/100目；所述焙烧砂中75％～80％的颗粒为40/70目或50/100目；

b)陶瓷砂和焙烧砂初混20-30s，向陶瓷砂和焙烧砂的混合物中加入固化剂，混合50s～60s后再加入热芯盒树脂，混制120-150s，所述热芯盒树脂的加入质量为陶瓷砂和焙烧砂总质量的1.8％～2.5％，所述固化剂的质量为热芯盒树脂质量的20％～30％；所述热芯盒树脂为呋喃树脂、酚醛树脂或环氧树脂中的一种，所述固化剂为磺酸固化剂、酚醛树脂固化剂或环氧树脂固化剂中的一种。

2.一种热芯盒制芯工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据权利要求1中所述的芯砂混制工艺混制芯砂；

2)使用射芯机将芯砂射制成型，再加热固化；

3)将固化后得到的砂芯覆上涂料；

4)烘干砂芯。

3.一种砂芯，其特征在于，由权利要求2所述的热芯盒制芯工艺制成。