CN103521709B - 一种co2气硬自硬耦合硬化水玻璃砂型芯制芯方法 - Google Patents

一种co2气硬自硬耦合硬化水玻璃砂型芯制芯方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种“CO2气硬-自硬”耦合硬化水玻璃砂型芯制芯方法，解决了目前CO2气硬方法、热硬化方法、微波加热、VHR硬化、酯硬化、自硬方法水玻璃砂型芯存在的各种问题。本发明在不改变现有CO2水玻璃砂型芯工艺装备、混砂工艺、制芯工艺的条件下，实现水玻璃砂型芯制芯生产，工艺步骤为：原材料秤量-混砂(制水玻璃砂)-型砂性能检测-模具(芯盒)充填砂紧实-吹CO2气体型芯初步硬化成型-脱模-自硬完全硬化-成品型芯。本发明吹气时间比CO2气硬方法缩短2/3，吹气效率比CO2气硬方法提高2～3倍；生产成本比CO2气硬方法降低15％，降低劳动强度1/3，并提高了生产效率。

Description

一种CO2气硬自硬耦合硬化水玻璃砂型芯制芯方法
技术领域：
本发明属于砂型铸造领域，涉及一种“CO2气硬-自硬”耦合硬化水玻璃砂型芯制芯方法。
背景技术：
目前国内外水玻璃砂型芯制芯方法的硬化方式主要有CO2气体硬化、热硬化、酯硬化、VRH和自硬法。其基本路线是将混好的水玻璃砂充填模具(芯盒)，并按照不同的硬化方法硬化成型，然后造型(下芯)合箱浇注。CO2气体硬化水玻璃砂型芯具有快速固化效果，由于先硬化成型后脱模，型芯具有尺寸精度准确的优点，适合大、中、小型芯的生产，但存在着CO2气体和水玻璃反应不充分、CO2气体消耗量大和型芯硬化强度低等缺点，并以增加水玻璃的加入量提高型芯其强度，水玻璃加入量的增加，一方面增加了CO2气体的消耗，另一方面加剧了型芯溃散性差、难清理、浇注后铸件粘砂等问题；热硬化水玻璃砂型芯具有强度高的优点，但由于先湿态脱模、后加热硬化成型，存在着型芯蠕变和尺寸精度不准确的缺点，影响铸件几何质量，且存在生产效率低、能源消耗大和劳动强度大问题，同时热硬化水玻璃砂型芯容易吸湿，吸湿后型芯出现返潮、表面白霜、掉面和强度下降，甚至膨胀变形，以及型芯存放时间短、生产组织和管理问题；微波硬化作为一种新的热硬化方式，可以充分发挥水玻璃的粘结潜力，水玻璃砂型芯具有强度高的优点，但由于微波加热方式模具(芯盒)采用木材和金属材料存在受热变形和反射微波，加之现阶段微波加热设备和设施价格昂贵，制约着其推广应用；VRH方法水玻璃砂型芯具有尺寸精度准确，型芯强度高、水玻璃加入量低、CO2气体消耗小的优点，但存在着设备(设施)投资大、占地面积大，生产效率低的缺点，工艺性和经济性欠缺，以及技术复杂等因素，制约和阻碍其工程化，不适合大批量生产，仅适合于单件大型水玻璃砂型芯的生产。酯硬化方法水玻璃砂型芯具有硬化均匀、强度高、水玻璃加入量低的优点，由于型芯先硬化成型后脱模，型芯具有尺寸精度准确的优点，但酯硬化水玻璃砂存在可使用时间与硬化时间相矛盾问题，对环境的温度与湿度要求苛刻，且对原材料要求也高，同时也存在着硬透性差、成本高和生产效率低，以及占用模具(芯盒)时间长问题，更适合于一些大型单件的水玻璃型芯的生产。自硬方式水玻璃砂型芯具有终强度较高、自行硬化过程不需要采取其他工艺措施，以及任何辅助装置和设施优点，但也存在着类似于酯硬化方法占用模具(芯盒)时间长，不适合批量生产，适合于一些大型单件的水玻璃型芯的生产。
发明内容：
本发明解决了CO2气硬方法水玻璃砂型芯存在的CO2气体和水玻璃反应不充分、CO2气体消耗量大和型芯硬化强度低缺点，以及水玻璃加入量大，型芯溃散性差、不好清理、浇注后铸件粘砂等问题；热硬化方法水玻璃砂型芯蠕变和尺寸精度不准确，生产效率低和能源消耗大问题，以及型芯容易返潮，表面存在白霜、表面掉面和强度下降，型芯存放时间短问题；微波硬化方式以木材和金属材料模具(芯盒)存在的受热变形和反射微波，以及微波加热设备和设施价格昂贵问题；VHR硬化方法设备(设施)投资大、占地面积大，生产效率低的缺点，工艺性和经济性欠缺，以及技术复杂等问题。酯硬化方法水玻璃型芯可使用时间与硬化时间相矛盾，环境的温度与湿度要求苛刻，对原材料要求也高，硬透性差、成本高和生产效率低，以及占用模具(芯盒)时间长等问题；自硬方法水玻璃砂型芯存在的占用模具(芯盒)时间长，生产效率低问题。
本发明是由以下技术方案实现的：
一种“CO2气硬-自硬”耦合硬化水玻璃砂型芯制芯方法，在不改变现有CO2水玻璃砂型芯工艺装备、混砂工艺、制芯工艺，实现水玻璃砂型芯制芯生产，工艺步骤为：原材料秤量-混砂(制水玻璃砂)-型砂性能检测-模具(芯盒)充填砂紧实-吹CO2气体型芯初步硬化成型-脱模-自硬完全硬化-成品型芯；
具体工艺条件为：
1)水玻璃砂(重量百分比)由石英砂100％+水玻璃4.0％～7.0％+硬化剂0.3％～0.6％混制而成，其中：石英砂：粒度为50/100目或40/70目，粒型为圆形或椭圆，水份小于0.5％，含泥量小于1.0％；水玻璃：模数为2.0～2.4，密度1.40～1.55g/cm3；硬化剂：主要成分为硅酸二钙无机混合物；
2)将混制(制备)好的水玻璃成品砂备用，水玻璃成品砂要求在2h内使用完毕；
3)水玻璃砂基本物理性能：
(a)CO2硬化即时抗压强度≥0.9MPa
(b)自硬后抗拉强度(终强度)≥1.2MPa
4)“CO2气硬——自硬”耦合硬化水玻璃砂型芯制芯方法：
将混制(制备)好的水玻璃成品砂经手工或机械充型、填砂完毕后，根据型芯大小和工艺要求向模具(芯盒)内吹CO2气体，建立一定的初始强度后脱模，其硬化强度控制在以型芯脱模后不发生变形和蠕变为前提的吹CO2气体量和时间，脱模后的型芯强度提高靠后期的硬化剂进一步自行硬化并使水玻璃凝胶和脱水，促进水玻璃型芯得到完全硬化，即成品型芯。
CO2气体压力控制在0.3MPa～0.5MPa。
本发明的“CO2气硬——自硬”耦合硬化水玻璃砂型芯制芯方法，发挥了CO2气硬快速硬化效果、硬化强度建立快，较早脱模，占用模具(芯盒)时间短，生产效率高的优势，适合生产大、中、小型芯的优势；同时也利用了自硬方法终强度较高、硬化工艺简单，型芯脱模后自行硬化过程不需要采取其他工艺措施，不需要任何辅助装置和设施的优势。在混砂时加入一定的硬化剂与水玻璃和原砂充分搅拌混合均匀，并根据水玻璃型芯的大小、批量和生产节拍调节促硬剂与水玻璃相对比例，实现水玻璃砂可使用时间与硬化时间的匹配，并合理控制吹CO2气体量和时间，实现水玻璃砂型芯CO2气硬与自硬的“耦合”式硬化。
“CO2气硬——自硬”耦合硬化水玻璃砂型芯制芯方法吹气时间比CO2气硬方法缩短2/3，吹气效率比CO2气硬方法提高2～3倍；生产成本比CO2气硬方法降低15％，降低劳动强度1/3，并提高了生产效率。
具体实施方式：
本发明是一种“CO2气硬——自硬”耦合硬化水玻璃砂型芯制芯基本方法。水玻璃砂型芯的硬化过程前期在芯盒内主要以CO2气硬初步硬化，后期以硬化剂自硬，使型芯完全硬化成型。根据工艺要求其各组分按一定配比和混制工艺进行混制的，将混制好的水玻璃砂经手工或机械填砂、充型完毕后，根据型芯大小向芯盒内吹CO2气体，吹CO2气体量一般控制在以型芯后脱模后不发生变形和蠕变为前提，脱模后的型芯强度靠后期硬化剂进一步的自行(接力)硬化并使水玻璃脱水，使水玻璃型芯得到完全硬化，即成品型芯。
CO2气体压力一般控制在0.3MPa～0.5MPa，CO2气体吹气量和时间根据型芯的大小确定，一般控制在以型芯后脱模后不发生变形和蠕变为前提，其中：原砂为石英砂或非碱性砂。一般情况采用石英砂，石英砂粒度为50/100目或40/70目，粒型为圆形或椭圆形，水份小于0.5％，含泥量小于1.0％；水玻璃模数2.0～2.4，密度1.40～1.55g/cm3；硬化剂：主要成分硅酸二钙的无机混合物。
“CO2气硬——自硬”耦合硬化的水玻璃砂型芯制芯方法按以工艺进行混制的：
石英砂(100％)+水玻璃(4.0％～7.0％)+硬化剂(0.3％～0.6％)
将混制(制备)好的水玻璃成品砂备用。一般情况水玻璃成品砂要求在2h内使用完毕。
“CO2气硬——自硬”耦合硬化的水玻璃砂型芯制芯按以下方法进行制芯的：
将混制(制备)好的水玻璃成品砂，模具(芯盒)内充填砂完毕后，通过模具(芯盒)的吹气孔(道)吹CO2气体，使模具(芯盒)的成品砂硬化，然后脱模，脱模后的水玻璃砂型芯靠促硬剂进一步自行硬化，最终使型芯完全硬化成型。CO2气体压力一般控制在0.3MPa～0.5MPa，CO2气体吹气量和时间根据型芯的大小确定，其硬化程度一般以水玻璃砂型芯脱模后不发生变形和蠕变为基准。
实施例1：
煤机履带板串铸外模水玻璃砂型芯
石英砂(100％)+水玻璃(6％)+硬化剂(占水玻璃)(30％)
“CO2气硬——自硬”耦合硬化的水玻璃砂型芯，CO2硬化即时抗压强度为1.4MPa，自硬后抗拉强度(终强度)1.45MPa，CO2气体压力控制在0.38MPa，吹气时间45s。
实施例2：
铁路车辆后从板座水玻璃砂型芯
石英砂(100％)+水玻璃(4.5％)+硬化剂(占水玻璃)(40％)
“CO2气硬——自硬”耦合硬化的水玻璃砂型芯，CO2硬化即时抗压强度为1.23MPa，自硬后终强度(抗拉)为1.24MPa，CO2气体压力控制在0.44MPa，吹气时间61s。

Claims (2)

1.一种“CO2气硬-自硬”耦合硬化水玻璃砂型芯制芯方法，其特征是：在不改变现有CO2水玻璃砂型芯工艺装备、混砂工艺、制芯工艺，实现水玻璃砂型芯制芯生产，工艺步骤为：原材料秤量-制水玻璃砂-型砂性能检测-模具芯盒充填砂紧实-吹CO2气体型芯初步硬化成型-脱模-自硬完全硬化-成品型芯；
具体工艺条件为：
1)水玻璃砂(重量百分比)由石英砂100％+水玻璃4.0％～7.0％+硬化剂0.3％～0.6％混制而成，其中：石英砂：粒度为50/100目或40/70目，粒型为圆形或椭圆，水份小于0.5％，含泥量小于1.0％；水玻璃：模数为2.0～2.4，密度1.40～1.55g/cm3；硬化剂：主要成分为硅酸二钙无机混合物；
2)将制备好的水玻璃成品砂备用，水玻璃成品砂要求在2h内使用完毕；
3)水玻璃砂基本物理性能：
(a)CO2硬化即时抗压强度≥0.9MPa
(b)自硬后抗拉强度≥1.2MPa
4)“CO2气硬——自硬”耦合硬化水玻璃砂型芯制芯方法：
将制备好的水玻璃成品砂经手工或机械充型、填砂完毕后，根据型芯大小和工艺要求向模具芯盒内吹CO2气体，建立一定的初始强度后脱模，其硬化强度控制在以型芯脱模后不发生变形和蠕变为前提的吹CO2气体量和时间，脱模后的型芯强度提高靠后期的硬化剂进一步自行硬化并使水玻璃凝胶和脱水，促进水玻璃型芯得到完全硬化，即成品型芯。
2.根据权利要求1所述的一种“CO2气硬-自硬”耦合硬化水玻璃砂型芯制芯方法，其特征是：CO2气体压力控制在0.3MPa～0.5MPa。
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