CN103028703A

CN103028703A - 二氧化碳硬化冷芯盒制芯方法及车钩钩体芯制造方法

Info

Publication number: CN103028703A
Application number: CN2011103021311A
Authority: CN
Inventors: 赵庚宁; 凌云飞; 王晶; 周宇航
Original assignee: Qiqihar Railway Rolling Stock Co Ltd
Current assignee: CRRC Qiqihar Rolling Stock Co Ltd
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: CN103028703B

Abstract

本发明涉及一种聚丙烯酸钠树脂砂二氧化碳硬化冷芯盒制芯方法，所述方法包括：一种二氧化碳硬化冷芯盒制芯的方法，该方法包括，在原砂中加入聚丙烯酸钠树脂和促硬剂并采用混砂机混制，出砂加入到冷芯盒制芯砂斗中，射芯吹入二氧化碳使树脂砂硬化的过程，其中，所述原砂采用粒度为40/70目和50/100目的两种整型砂混合而成。该方法具有硬化时间短，砂芯表面至心部整个截面上硬化均匀，在规定的放置时间内不易变形、开裂的优点，与其它硬化方法相比还具有环保的特点。该方法可以应用在车钩钩体芯上，射出的车钩钩体整体芯尺寸精度满足工艺要求，硬化均匀，砂芯强度高，基本无破损，适合大范围的工业化生产。

Description

二氧化碳硬化冷芯盒制芯方法及车钩钩体芯制造方法

技术领域

本发明涉及铸钢技术领域，尤其涉及一种二氧化碳硬化冷芯盒制芯方法，以及车钩钩体芯的制造方法。

背景技术

目前，国内外采用较多的冷芯盒制芯方法是三乙胺法和二氧化硫法，而三乙胺和二氧化硫属于有毒物质，容易污染环境和危害人类健康。进入21世纪后，人们对环境的保护意识不断增强，发展无毒、低毒气体硬化法是冷芯盒的发展方向。二氧化碳是无毒、无味气体，在空气中允许的最大浓度为5000×10^-6％，因此二氧化碳硬化树脂砂能够满足这一要求。

气硬冷芯盒工艺是将原砂与冷芯盒树脂混合后吹(射)入芯盒，然后吹入气体固化剂，砂芯即在常温下快速固化，净化残余的固化剂后，即可出芯。气硬冷芯盒法是一种高效制芯工艺，与热芯盒、壳芯比较具有高效、节能、劳动条件好等优点，现已广泛用于铸造生产中。现二氧化碳硬化树脂砂冷芯盒法最常用的主要有碱性酚醛树脂砂二氧化碳硬化冷芯盒法和聚丙烯酸钠树脂砂二氧化碳硬化冷芯盒法。其中碱性酚醛树脂砂二氧化碳硬化的高温强度明显高于聚丙烯酸钠树脂砂，具有较强的抗开裂性和抗变形性，但由于在高温时出现一定的塑性，在车钩钩体芯上批量应用后，车钩钩体芯产生裂纹缺陷的比例大，无法消除，因此在车钩钩体芯上未被长期采用。

目前，车钩钩体芯的制造多采用聚丙烯酸钠树脂砂二氧化碳硬化冷芯盒制芯法。该方法主要是以聚丙烯酸钠树脂为固化树脂、二氧化碳气体为固化剂，通过配套的冷芯盒设备进行射砂和通入二氧化碳气体，使树脂砂在很短的时间内快速硬化。主要技术方案为：原砂采用粒度为50/100目的人造整型砂(即为普通人工硅砂，由岩石破碎后筛选而制成的，主要的沙粒形状为尖角型颗粒)，聚丙烯酸钠树脂加入量占原砂重量的6％-7％，促硬剂Ca(OH)₂加入量占聚丙烯酸钠树脂重量的50％，吹入二氧化碳的时间为1min，射芯风压为0.5MPa，射砂时间为5秒。采用该技术方案试样的即时强度为0.15-0.16MPa，24h干拉强度为0.4-0.5MPa。

现有技术中所采用的二氧化碳硬化冷芯盒制芯法的存在的主要问题是：一方面，吹入的二氧化碳充型不均匀，内部吹不透，导致砂芯从表面至心部整个截面上硬化不均匀，表现为表面硬化充分，心部硬化不充分；另一方面，砂芯强度较低，在放置过程中易出现变形、开裂，砂芯尺寸精度难以保证。

发明内容

本发明所解决的主要技术问题在于提供一种二氧化碳硬化冷芯盒制芯方法，使砂芯表面至心部整个截面上硬化均匀，利于砂芯强度的提高。

本发明还提供了一种制造车钩钩体芯的方法，通过对制芯工艺的改进，实现利用二氧化碳硬化冷芯盒工艺批量生产车钩钩体芯的目的。

本发明提供了一种二氧化碳硬化冷芯盒制芯的方法，该方法包括：

在原砂中加入聚丙烯酸钠树脂和促硬剂并采用混砂机混制，出砂加入到冷芯盒制芯砂斗中，射芯吹入二氧化碳使树脂砂硬化的过程，其中，所述原砂采用粒度为40/70目和50/100目的两种整型砂混合而成。

本发明所用的整型砂是指将对原料实施破碎、筛选等处理(整型处理)后的原料砂，例如可以是对岩石实施破碎并筛选而制成硅的砂，优选使用优质人造整型砂，也即行业标准中定义的精制人工硅砂，其沙粒形状多数为尖角型和球型颗粒，更利于提高型砂的流动性。

根据本发明提供的二氧化碳硬化冷芯盒制芯的方法，优选地，采用粒度为40/70目和50/100目的两种整型砂，优选是优质人造整型砂，按重量比为1∶1混合得到原砂。

根据本发明的方案，“40/70目”和“50/100目”分别表示所使用的整型砂的粒度集中在40-70目之间和50-100目之间。

实际操作中，一般选择相应的筛网，收取相应粒度区间的原料砂，混合制成本发明所用的原砂，也可以直接购买符合要求原料砂。

在制芯工艺中，聚丙烯酸钠树脂作为固化树脂，用量过多会增加粘度，导致原砂的流动性降低。根据本发明的具体实施方案，在选择适当的原砂前提下，优选控制聚丙烯酸钠树脂加入量占原砂重量的4.5-6％，相比于现有技术，更提高了砂芯的流动性和强度，同时也降低了成本。本发明使用的聚丙烯酸钠树脂没有特殊限定，均为本领域常规原料。

根据本发明的具体实施方案，优选的促硬剂可以是Ca(OH)₂，并且优选控制该促硬剂的加入量占聚丙烯酸钠树脂重量的40-45％即可满足制芯工艺的要求，相比于现有技术，本发明工艺中促硬剂的用量虽然降低了，但在实现砂芯强度提高的前提下，却降低了发气量，同时也降低了成本。

按照本发明的方法，在原砂中加入聚丙烯酸钠树脂和促硬剂，采用混砂机混制的过程优选包括，将聚丙烯酸钠树脂加入原砂中混碾30-90秒，然后再加入促硬剂继续混碾30-90秒。该处理过程采用两次混碾，达到使聚丙烯酸钠树脂和促硬剂Ca(OH)₂达到充分均匀混合的目的，从而利于更有效地克服砂芯表面至心部整个截面上硬化不均匀的缺陷。本发明采用混碾设备和方法均为常规手段，每次混碾的时间也可以根据物料的情况调整，一般情况下，两次混碾均控制在一分钟左右即可达到要求。

按照本发明的方法，在射芯吹入二氧化碳过程中，吹入二氧化碳的时间可以为45-55秒，相比于现有技术，缩短了射芯吹入二氧化碳的时间，也节省了树脂砂硬化的时间。本发明对所使用的CO₂没有特别限定，一般为含量96％以上的工业品。

根据本发明的方法，射芯和射砂的操作均为常规技术，没有特殊限定，例如，射芯风压为0.5MPa，射砂时间为5秒。

本发明提供的二氧化碳硬化冷芯盒制芯方法的制芯方法可应用于车钩钩体芯的制造上。所以，本发明还提供了制造车钩钩体芯的方法，采用上述二氧化碳硬化冷芯盒制芯的方法制造符合设计要求的车钩钩体芯。采用本技术方案制造出的车钩钩体整体芯尺寸精度满足工艺要求，硬化均匀，芯砂强度高，而且成品率高，基本无破损。

综上所述，本发明的技术方案具有如下有益效果：

1、本发明方法中限定原砂采用不同粒度的优质人造整型砂混合而成，与现有技术方案中仅使用的粒度为50/100目的单一品种人造整型砂相比，砂芯的透气性良好，吹入的二氧化碳充型均匀，保证了砂芯表面至心部整个截面上均匀硬化，不易破损。

2、本发明的实施相比于现有技术，对于促硬剂和聚丙烯酸钠树脂的使用量要求显著降低，提高砂芯流动性和强度的同时，也降低了生产成本。

3、本发明的方法显著提高了砂芯的强度，提高了砂芯的成品率，因此可应用于车钩钩体芯的批量生产，并且其制造方法相比于其他冷芯盒制芯方法具有对人体和环境危害性低的优点。

附图说明

图1显示为Ca(OH)₂加入量(占聚丙烯酸钠树脂加入量％)与砂芯强度的关系(注：图1为聚丙稀酸钠树脂加入量占原砂重量4.5％时的数据)。

图2显示为聚丙烯酸钠树脂加入量(占原砂重量％)与砂芯强度的关系。

具体实施方式

下面结合具体实施方案和实施例对本发明进行进一步详细阐述，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质内容，不能理解为对本发明实施范围的限定。

根据本发明的具体技术方案，下面对所使用的原料作具体说明：

(1)原砂：

发明人的研究结果显示，不同的原砂及组成对聚丙烯酸钠树脂砂的即时干拉强度、湿压强度及流动性均有较大程度的影响(本发明所述的聚丙烯酸钠树脂砂是指在原砂中加入聚丙烯酸钠树脂和促硬剂后的混合物料)，具体结果见表1、表2、表3。

以下实验和实施例中，使用的聚丙烯酸钠树脂为齐齐哈尔第一化工公司生产，为白色稠状液体，比重1.130-1.150g/cm³，粘度350-420cp，含水量62-68％。原砂采用的是符合GB/T5611-1998中4.2.13标准的整型砂。

对于聚丙烯酸钠树脂砂的即时干拉强度和湿压强度的测定方法如下：

即时干拉强度：利用锤击式制样机把聚丙烯酸钠树脂砂制成标准“8”字形试样，然后放置在密闭的气罩中，吹入二氧化碳60秒后，再放置60秒，取出试样，用型砂强度试验机测定聚丙烯酸钠树脂砂的即时干拉强度。(检测程序见GB/T2684-2009 5.6.3.3)

湿压强度：利用锤击式制样机把聚丙烯酸钠树脂砂制成

的圆柱形试样，用型砂强度试验机测定聚丙烯酸钠树脂砂的湿压强度。

(检测程序见GB/T2684-2009 5.6.3.1)

表1 几种硅砂的技术指标

表2 不同种类的原砂对聚丙烯酸钠树脂砂的强度及流动性的影响

表3 原砂粒度对聚丙烯酸钠树脂砂的强度及流动性的影响

注：表中的原砂均采用的是优质人造整型砂，购自海城矽砂矿。

下面对本发明中原砂粒度(目)进行以下说明：所谓的目数是指在每英寸(一个规定的单位长度2.54厘米)的长度上的筛孔数目。以100目为例，即在每英寸的长度上，如果有100个孔就是100目筛，孔数越多，孔眼也就越小。根据本发明的方案，“40/70目”、“50/100目”、“70/140”分别表示所使用的整型砂的粒度集中在40-70目之间、50-100目之间以及70-140目之间。

通过表2、表3的结果可以看出三种类型的原砂以及原砂粒度对聚丙烯酸钠树脂砂的湿压强度、即时干拉强度以及型砂流动性的影响：首先，即时干拉强度越高，则砂型紧实度越高，从而使透气性降低，容易造成铸件气孔缺陷，同时造成清理上的困难；随着紧实度的提高，砂粒排列更紧密，型砂的湿压强度增大，但达到某一数值后，如继续增加紧实度则湿压强度变化不大，却使型砂的透气性降低。再者，影响聚丙烯酸钠树脂砂强度的因素较为复杂，在其他外界条件不变的情况下，原砂越细、越不均匀，则湿压强度越高，砂粒的大小及其比例对聚丙烯酸钠树脂砂的强度有一定的影响。

精选石英砂在三种原砂中的即时干拉强度和湿压强度值最高，而且型砂流动性差；优质人造整型砂和人造整型砂型砂都能使聚丙烯酸树脂砂的流动性较好；两种粒度分布(例如40/70目∶50/100目＝1∶1)的优质人造整型砂的混合砂，目数较大的砂子可以填充一部分目数较小的砂子的空隙，使砂粒的孔隙度下降，单位截面上砂粒间的接触面积增大，砂芯的透气性良好，吹入的二氧化碳充型均匀，保证了砂芯表面至心部整个截面上均匀硬化，不易破损，显然优于单一粒度原砂；而相比于人造整型砂，优质人造整型砂更利于提高聚丙烯酸树脂砂的强度。所以，优选采用两种粒度分布的优质人造整型砂的混合砂。

(2)促硬剂用量的影响

图1显示为Ca(OH)₂加入量(占聚丙烯酸钠树脂加入量％)与砂芯强度的关系，其中系列1为24h干拉强度(MPa)、系列2为即时强度(MPa)、横坐标为Ca(OH)₂加入量(占聚丙烯酸钠树脂加入量％)、纵坐标为砂芯强度(MPa)。

该实验中使用的原砂为40/70目和50/100目的优质人造整型砂，按重量比为1∶1混合砂。采用双轮碾压式混砂机，在所述原砂中先加聚丙烯酸钠树脂混碾1min，然后再加促硬剂Ca(OH)₂继续混碾1min，出砂加入到冷芯盒制芯砂斗中，射芯吹入二氧化碳的时间为50秒、风压为0.5MPa，射砂时间5秒。

当未加入促硬剂Ca(OH)₂时，砂芯强度处于最低值，随Ca(OH)₂加入量的增加砂芯强度不断提高，当促硬剂Ca(OH)₂加入量达到40-45％时，砂芯强度达到最大值，之后，随Ca(OH)₂加入量的增加砂芯强度反而下降。这是因为Ca(OH)₂作为促硬剂，加入量过多不利于砂芯成型，反而引起砂芯的开裂和变形。

在促硬剂Ca(OH)₂加入过程中，Ca(OH)₂主要对24h干拉强度影响较为显著，所以在实际生产过程中，24h干拉强度成为对砂芯强度评价的主要指标。

(3)聚丙烯酸钠树脂用量的影响

图2显示为聚丙烯酸钠树脂加入量(占原砂重量％)与砂芯强度的关系，其中系列1为24h干拉强度(MPa)、系列2为即时强度(MPa)、横坐标为聚丙烯酸钠树脂的加入量(占原砂重量％)、纵坐标为砂芯强度(MPa)。

当未加入聚丙烯酸钠树脂时，砂芯强度较低，随聚丙烯酸钠树脂加入量的增加砂芯强度不断提高，当聚丙烯酸钠树脂加入量(占原砂重量％)达到4.5-6％时，砂芯强度达到最大值，之后，随聚丙烯酸钠树脂加入量的增加砂芯强度反而下降。这是因为聚丙烯酸钠树脂作为固化树脂，加入的量过多会增加原砂粘度，导致原砂的流动性降低，从而影响砂芯强度也随之降低。在聚丙烯酸钠树脂加入过程中，聚丙烯酸钠树脂主要对24h干拉强度影响较为显著，在实际生产过程中，24h干拉强度成为对砂芯强度评价的主要指标。

实施例1

粒度为40/70目和50/100目的两种优质人造整型砂(购自海城矽砂矿)按重量比为1∶1混合得到原砂，采用双轮碾压式混砂机，在原砂中先加聚丙烯酸钠树脂(加入量占人造整型砂重量的4.8％)混碾1min，然后再加促硬剂Ca(OH)₂(加入量占聚丙烯酸钠树脂重量的42％)混碾1min，出砂加入到冷芯盒制芯砂斗中，射芯吹入二氧化碳的时间为50秒、风压为0.5MPa，射砂时间5秒。

检测该砂芯试样的即时强度＞0.22MPa，24h干拉强度＞1.0MPa，在保证基本发气量不变的情况，比实施前即时强度提高近40％，24h干拉强度提高了近一倍。

本实施例中，利用该冷芯盒模具得到砂芯即为需要的车钩钩体芯。所制得的车钩钩体芯尺寸精度满足要求，砂芯强度比现有技术有很大提高，且基本无破损。对该砂芯试样进行破坏性检测，砂芯表面至心部整个截面上硬化均匀，放置过程中未出现变形、开裂，破损率明显减少。

Claims

1.一种二氧化碳硬化冷芯盒制芯的方法，该方法包括，在原砂中加入聚丙烯酸钠树脂和促硬剂并采用混砂机混制，出砂加入到冷芯盒制芯砂斗中，射芯吹入二氧化碳使树脂砂硬化的过程，其中，所述原砂采用粒度为40/70目和50/100目的两种整型砂混合而成。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳硬化冷芯盒制芯的方法，其特征在于，所述的原砂采用粒度为40/70目和50/100目的两种整型砂按1∶1的重量比混合而成。

3.根据权利要求1或2所述的二氧化碳硬化冷芯盒制芯的方法，其特征在于，所述粒度为40/70目和50/100目的整型砂为精制人工硅砂。

4.根据权利要求1所述的二氧化碳硬化冷芯盒制芯的方法，其特征在于，所述的聚丙烯酸钠树脂加入量占原砂重量的4.5-6％。

5.根据权利要求1所述的二氧化碳硬化冷芯盒制芯的方法，其特征在于，所述的促硬剂的加入量占聚丙烯酸钠树脂重量的40-45％。

6.根据权利要求1或5所述的二氧化碳硬化冷芯盒制芯的方法，其特征在于，所述的促硬剂为Ca(OH)₂。

7.根据权利要求1-5任一项所述的二氧化碳硬化冷芯盒制芯的方法，其特征在于，所述在原砂中加入聚丙烯酸钠树脂和促硬剂并采用混砂机混制的过程包括，将聚丙烯酸钠树脂加入原砂中混碾30-90秒，然后再加入促硬剂继续混碾30-90秒。

8.根据权利要求1-5任一项所述的二氧化碳硬化冷芯盒制芯的方法，其特征在于，射芯吹入二氧化碳时，吹二氧化碳的时间为45-55秒。

9.一种车钩钩体芯的制造方法，包括按照权利要求1-8任一项所述二氧化碳硬化冷芯盒制芯方法制芯的过程。