CN108568493A - 一种铸造用型砂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铸造用型砂的制备方法，包括如下步骤：步骤一，按照如下组分及质量份数称取原料：二氧化硅气凝胶30‑40份、碳化硅砂10‑15份、硅酸盐纤维5‑8份、高硅氧玻璃纤维3‑4份、氧化铝粉2‑4份、呋喃树脂0.8‑1.5份、润滑组分10‑12份、环保组份1‑2份；将上述原料分别研磨至小于2μm后，混合置于行星式研磨机中研磨至粒度范围小于1μm，制得型砂本体；步骤二，将磷酸与对苯磺酸以摩尔比1：（1.2‑1.3）进行混合，制成呋喃树脂固化剂；步骤三，型砂使用前30min内，将步骤一中型砂本体与步骤二中的呋喃树脂固化剂进行混匀，得到所需型砂。本发明制备出的型砂具有良好的透气性，能够快速排出铸造过程中多余的气体和热量，使精密铸造过程效率更高。
Description
技术领域
本发明属于精密铸造领域，具体涉及一种铸造用型砂的制备方法。
背景技术
铸造是一种将金属加热成液态，然后将液态金属浆浇注至具有一定形状的铸型中，使液态金属浆在外力，如压力、重力作用下充满型腔，冷却并凝固形成具有型腔形状的铸件的工艺方法。在诸多铸造方法中，应用于精密铸造的，砂型铸造工艺是最为常见，同时也应用最多的。在砂型铸造过程中，型砂由于受到高温金属液的热作用，会产生气体或者表面发生性状的改变，这些变化都会改变铸件的质量。铸件的质量与型砂的质量密切相关，在铸造生产过程中，铸件的缺陷在很大程度上是由型砂的质量问题所造成的，隐形啥质量而造成的铸件废品约占总废品的30%-50%，因此型砂的性能是保证铸件质量的重要一环。铸造用型砂需考虑的工艺参数主要包括：型砂水分含量、紧实率、透气性、含泥量、湿压强度、湿拉强度、抗剪强度等，确认合适的型砂各项指标才能够保证金属铸造生产的正常进行。
质量好的型砂需具备以下特点：
1、具有较高的强度和热稳定性，以承受各种外力和高温的作用；
2、具有良好的流动性，即型砂在外力或本身重力作用下砂粒间相互移动的能力；
3、具有一定的可塑性，即型砂在外力作用下变形，当外力去除后能保持所给予的形状的能力；
4、具有良好的透气性，即型砂孔隙透过气体的能力；
5、具有良好的溃散性，又称出砂性，即在铸件凝固后型砂是否容易破坏，是否容易从铸件上清除的性能。
上述特点中，应用于精密铸造工艺中，以强度、稳定型和透气性最难以达到使用要求。尤其是应用于较大体积的铸件铸造过程中，由于结构原因散热不畅从而导致局部过热、局部压力过大等问题，成为了精密铸造工艺良率无法提升的元凶。
发明内容
为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种适用于精密铸造工艺，具有高的强度和热稳定性，能够耐受1500℃以上的高温和铸造过程中的较大的外力作用的型砂的制备方法，本发明制备出的型砂具有良好的透气性，能够快速排出铸造过程中多余的气体和热量，使精密铸造过程效率更高，同时本发明中制备出的型砂在铸造过程中能够使铸件表面粗糙度降低，形成光滑表面，而且本发明中制备出的型砂在铸造工艺结束后具有良好的溃散性，在铸件凝固后型砂非常容易从铸件上清除。
本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：
本发明中提供的铸造用型砂的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，按照如下组分及质量份数称取原料：
二氧化硅气凝胶 30-40份
碳化硅砂 10-15份
硅酸盐纤维 5-8份
高硅氧玻璃纤维 3-4份
氧化铝粉 2-4份
呋喃树脂 0.8-1.5份
润滑组分 10-12份
环保组份 1-2份
其中，所述润滑组分为羟基硅酸镁、金红石型钛白粉、二硫化钼以1：（0.2-0.3）：（0.05-0.08）混合形成的粉体材料；
所述环保组份为淀粉、苎麻焚烧后的底灰、伊利石粉、氧化锆粉以质量比1：（2-4）：（3-6）：（0.02-0.05）混合形成的粉体材料；
将上述原料分别研磨至小于2μm后，混合置于行星式研磨机中研磨至粒度范围小于1μm，制得型砂本体；
步骤二，将磷酸与对苯磺酸以摩尔比1：（1.2-1.3）进行混合，制成呋喃树脂固化剂；
步骤三，型砂使用前30min内，将步骤一中型砂本体与步骤二中的呋喃树脂固化剂进行混匀，得到所需型砂。
本发明中首先对型砂本体的组成进行了改进，与传统的单纯利用石英砂或者粘土矿物的型砂不同，单一的石英砂或者包含粘土矿物的型砂烧结之后均为整体的结块，而且硬度非常高，比较脆。本发明中采用二氧化硅气凝胶、碳化硅砂和氧化铝粉作为型砂的本体骨架结构，在上述骨架材料中相适配地添加呋喃树脂，构成新型的自硬型的型砂，添加呋喃树脂后的型砂在铸造过程中经浇铸高温煅烧形成具有微小孔洞的透气结构，不仅能够快速散热，同时还能够有效排气，非常符合精密铸造的需求。二氧化硅气凝胶、碳化硅砂和氧化铝粉的配合不仅能够进一步增加型砂的强度，还能够有效增加型砂的韧性、塑形和抗高温的能力，同时二氧化硅气凝胶密度小、比表面积大、表面能低，不仅能够构成微小孔道，而且能够使型砂高温接触后的表面更加光滑。自硬型的型砂由于存在透气性的结构，往往还会存在硬度、强度不够、尺寸变化大，产生的透气孔大小不均一，部分较大孔径的透气孔对铸件表面粗糙度会产生不利影响的问题，本发明中的型砂中还添加了一定量的硅酸盐纤维和高硅氧玻璃纤维，纤维材料在铸造过程中由于高温能够形成均匀的细小孔道，同时硅酸盐纤维和高硅氧玻璃纤维耐高温性能好（能够耐受不锈钢铸造过程中的高温，同时还易剥离）、强度高，能够进一步提升型砂本体的使用性能。同时本发明中还添加了润滑组分用于改善型砂表面状态，添加了润滑组分的型砂高温接触后，其表面的表面能明显降低，能够使液态的金属熔液表面对其不浸润，从而形成光滑的表面，提高铸造的精度。进一步地，为了使型砂在铸造过程中产生的空隙更为均匀，本发明中还添加了环保组份。本发明中的环保组份天然无毒害，能够细化型砂整体的粒度结构，使得型砂整体粒度分布更为均匀，铸造过程高温接触后产生的孔隙更佳均匀。尤其苎麻焚烧后的底灰吸水失水速度快，对铸造过程中产生的水分的快速散失能够起到非常好的作用。
进一步地，步骤一中，所述淀粉为玉米淀粉或者糯米淀粉。淀粉的粘性高，能够使环保组份与其他组分有机融合在一起。
进一步地，步骤一中，所述苎麻焚烧后的底灰采用亚麻或者黄麻焚烧后的底灰进行替代。
进一步地，步骤一中，羟基硅酸镁、金红石型钛白粉、二硫化钼的粉体粒度为20-30μm。羟基硅酸镁主要存在于一种叫做蛇纹石的矿物材料中，蛇纹石属1：1型三八体层状含水硅酸盐，其理想的结构单元层均由氢氧镁石片与硅氧四面体片组成，是天然纳米结构材料。相对于无机硅酸盐，羟基硅酸镁能够有用有效改善型砂的表面接触性能，尤其是与钛白粉、二硫化钼相配合以后，利用混合粉体的带电性、离子交换性非常有效的改善型砂本体的表面性能。
进一步地，步骤一中，所述二氧化硅气凝胶的密度为80-90kg/m3，比表面积为180-220m2/g。
进一步地，步骤二中，呋喃树脂固化剂为磷酸与对苯磺酸以摩尔比1：1.24进行混合的混合物。
进一步地，步骤三中，呋喃树脂固化剂质量为呋喃树脂的60-70%。优选地，步骤三中，呋喃树脂固化剂质量为呋喃树脂的60-65%。进一步地优选，步骤三中，呋喃树脂固化剂质量为呋喃树脂的62%。呋喃树脂的固化剂均为酸性物质，也可使用普通的市售固化剂，本发明中所使用的磷酸与对苯磺酸混合物作为固化剂能够有效改善呋喃树脂固化剂固化反应过程中放热量太大的问题，避免剧烈反应所产生大量气体和水分。
本发明具有以下优点：
1、本发明中制备出的型砂适用于精密铸造工艺，具有高的强度和热稳定性，能够耐受1500℃以上的高温和铸造过程中的较大的外力作用，坚固耐用。尤其适用于不锈钢、高温合金等温度非常高、压力较大的合金材料的铸造工艺。
2、本发明中制备出的型砂具有良好的透气性，能够快速排出铸造过程中多余的气体和热量，使精密铸造过程效率更高。
3、本发明中制备出的型砂在铸造过程中能够使铸件表面粗糙度降低，形成光滑表面。
4、本发明中制备出的型砂在铸造工艺结束后具有良好的溃散性，在铸件凝固后型砂非常容易从铸件上清除。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明。
实施例1
本实施例中铸造用型砂的制备方法步骤如下：
步骤一，按照如下组分及质量份数称取原料：
二氧化硅气凝胶 30份
碳化硅砂 15份
硅酸盐纤维 8份
高硅氧玻璃纤维 3份
氧化铝粉 2份
呋喃树脂 1.5份
润滑组分 12份
环保组份 2份
其中，润滑组分为羟基硅酸镁、金红石型钛白粉、二硫化钼以1：0.2：0.08混合形成的粉体材料。羟基硅酸镁、金红石型钛白粉、二硫化钼的粉体粒度为20μm。二氧化硅气凝胶的密度为88kg/m3，比表面积为205m2/g。
环保组份为玉米淀粉、苎麻焚烧后的底灰、伊利石粉、氧化锆粉以质量比1：4：6：0.03混合形成的粉体材料。
将上述原料分别研磨至小于2μm后，混合置于行星式研磨机中研磨至粒度范围小于1μm，制得型砂本体。
步骤二，将磷酸与对苯磺酸以摩尔比1：1.2进行混合，制成呋喃树脂固化剂。
步骤三，型砂使用前30min内，将步骤一中型砂本体与步骤二中的呋喃树脂固化剂进行混匀，呋喃树脂固化剂质量为呋喃树脂的62%，得到所需型砂（现配现用）。
实施例2
本实施例中铸造用型砂的制备方法步骤如下：
步骤一，按照如下组分及质量份数称取原料：
二氧化硅气凝胶 40份
碳化硅砂 15份
硅酸盐纤维 8份
高硅氧玻璃纤维 4份
氧化铝粉 2份
呋喃树脂 1.4份
润滑组分 12份
环保组份 2份
其中，润滑组分为羟基硅酸镁、金红石型钛白粉、二硫化钼以1：0.3：0.08混合形成的粉体材料。羟基硅酸镁、金红石型钛白粉、二硫化钼的粉体粒度为20μm。二氧化硅气凝胶的密度为88kg/m3，比表面积为205m2/g。
环保组份为糯米淀粉、苎麻焚烧后的底灰、伊利石粉、氧化锆粉以质量比1：3：5：0.02混合形成的粉体材料。
将上述原料分别研磨至小于2μm后，混合置于行星式研磨机中研磨至粒度范围小于1μm，制得型砂本体。
步骤二，将磷酸与对苯磺酸以摩尔比1：1.2进行混合，制成呋喃树脂固化剂。
步骤三，型砂使用前30min内，将步骤一中型砂本体与步骤二中的呋喃树脂固化剂进行混匀，呋喃树脂固化剂质量为呋喃树脂的62%，得到所需型砂（现配现用）。
实施例3
本实施例中铸造用型砂的制备方法步骤如下：
步骤一，按照如下组分及质量份数称取原料：
二氧化硅气凝胶 35份
碳化硅砂 10份
硅酸盐纤维 8份
高硅氧玻璃纤维 3.4份
氧化铝粉 4份
呋喃树脂 1.0份
润滑组分 10.7份
环保组份 2份
其中，润滑组分为羟基硅酸镁、金红石型钛白粉、二硫化钼以1：0.3：0.05混合形成的粉体材料。羟基硅酸镁、金红石型钛白粉、二硫化钼的粉体粒度为20μm。二氧化硅气凝胶的密度为88kg/m3，比表面积为205m2/g。
环保组份为糯米淀粉、苎麻焚烧后的底灰、伊利石粉、氧化锆粉以质量比1：2：6：0.02混合形成的粉体材料。
将上述原料分别研磨至小于2μm后，混合置于行星式研磨机中研磨至粒度范围小于1μm，制得型砂本体。
步骤二，将磷酸与对苯磺酸以摩尔比1：1.24进行混合，制成呋喃树脂固化剂。
步骤三，型砂使用前30min内，将步骤一中型砂本体与步骤二中的呋喃树脂固化剂进行混匀，呋喃树脂固化剂质量为呋喃树脂的62%，得到所需型砂（现配现用）。
实施例4
本实施例中铸造用型砂的制备方法步骤如下：
步骤一，按照如下组分及质量份数称取原料：
二氧化硅气凝胶 38份
碳化硅砂 13份
硅酸盐纤维 5.5份
高硅氧玻璃纤维 3.2份
氧化铝粉 3份
呋喃树脂 1.0份
润滑组分 11份
环保组份 1.5份
其中，润滑组分为羟基硅酸镁、金红石型钛白粉、二硫化钼以1：0.3：0.05混合形成的粉体材料。羟基硅酸镁、金红石型钛白粉、二硫化钼的粉体粒度为20μm。二氧化硅气凝胶的密度为88kg/m3，比表面积为205m2/g。
环保组份为糯米淀粉、亚麻焚烧后的底灰、伊利石粉、氧化锆粉以质量比1：2：5：0.02混合形成的粉体材料。
将上述原料分别研磨至小于2μm后，混合置于行星式研磨机中研磨至粒度范围小于1μm，制得型砂本体。
步骤二，将磷酸与对苯磺酸以摩尔比1：1.24进行混合，制成呋喃树脂固化剂。
步骤三，型砂使用前30min内，将步骤一中型砂本体与步骤二中的呋喃树脂固化剂进行混匀，呋喃树脂固化剂质量为呋喃树脂的65%，得到所需型砂（现配现用）。
实施例5
本实施例中铸造用型砂的制备方法步骤如下：
步骤一，按照如下组分及质量份数称取原料：
二氧化硅气凝胶 31份
碳化硅砂 12份
硅酸盐纤维 5.5份
高硅氧玻璃纤维 3.2份
氧化铝粉 3份
呋喃树脂 1.0份
润滑组分 10份
环保组份 1份
其中，润滑组分为羟基硅酸镁、金红石型钛白粉、二硫化钼以1：0.3：0.05混合形成的粉体材料。羟基硅酸镁、金红石型钛白粉、二硫化钼的粉体粒度为20μm。二氧化硅气凝胶的密度为88kg/m3，比表面积为205m2/g。
环保组份为糯米淀粉、黄麻焚烧后的底灰、伊利石粉、氧化锆粉以质量比1：4：4：0.05混合形成的粉体材料。
将上述原料分别研磨至小于2μm后，混合置于行星式研磨机中研磨至粒度范围小于1μm，制得型砂本体。
步骤二，将磷酸与对苯磺酸以摩尔比1：1.24进行混合，制成呋喃树脂固化剂。
步骤三，型砂使用前30min内，将步骤一中型砂本体与步骤二中的呋喃树脂固化剂进行混匀，呋喃树脂固化剂质量为呋喃树脂的63%，得到所需型砂（现配现用）。
由上述实施例可以看出，本发明提供了一种适用于精密铸造工艺，具有高的强度和热稳定性，能够耐受1500℃以上的高温和铸造过程中的较大的外力作用的型砂的制备方法，本发明制备出的型砂具有良好的透气性，能够快速排出铸造过程中多余的气体和热量，使精密铸造过程效率更高，同时本发明中制备出的型砂在铸造过程中能够使铸件表面粗糙度降低，形成光滑表面，而且本发明中制备出的型砂在铸造工艺结束后具有良好的溃散性，在铸件凝固后型砂非常容易从铸件上清除。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种铸造用型砂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一，按照如下组分及质量份数称取原料：
二氧化硅气凝胶 30-40份
碳化硅砂 10-15份
硅酸盐纤维 5-8份
高硅氧玻璃纤维 3-4份
氧化铝粉 2-4份
呋喃树脂 0.8-1.5份
润滑组分 10-12份
环保组份 1-2份
其中，所述润滑组分为羟基硅酸镁、金红石型钛白粉、二硫化钼以1：（0.2-0.3）：（0.05-0.08）混合形成的粉体材料；
所述环保组份为淀粉、苎麻焚烧后的底灰、伊利石粉、氧化锆粉以质量比1：（2-4）：（3-6）：（0.02-0.05）混合形成的粉体材料；
将上述原料分别研磨至小于2μm后，混合置于行星式研磨机中研磨至粒度范围小于1μm，制得型砂本体；
步骤二，将磷酸与对苯磺酸以摩尔比1：（1.2-1.3）进行混合，制成呋喃树脂固化剂；
步骤三，型砂使用前30min内，将步骤一中型砂本体与步骤二中的呋喃树脂固化剂进行混匀，得到所需型砂。
2.如权利要求1所述铸造用型砂的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述淀粉为玉米淀粉或者糯米淀粉。
3.如权利要求1所述铸造用型砂的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述苎麻焚烧后的底灰采用亚麻或者黄麻焚烧后的底灰进行替代。
4.如权利要求1所述铸造用型砂的制备方法，其特征在于：步骤一中，羟基硅酸镁、金红石型钛白粉、二硫化钼的粉体粒度为20-30μm。
5.如权利要求1所述铸造用型砂的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述二氧化硅气凝胶的密度为80-90kg/m3，比表面积为180-220m2/g。
6.如权利要求1所述铸造用型砂的制备方法，其特征在于：步骤二中，呋喃树脂固化剂为磷酸与对苯磺酸以摩尔比1：1.24进行混合的混合物。
7.如权利要求1所述铸造用型砂的制备方法，其特征在于：步骤三中，呋喃树脂固化剂质量为呋喃树脂的60-70%。
8.如权利要求1所述铸造用型砂的制备方法，其特征在于：步骤三中，呋喃树脂固化剂质量为呋喃树脂的60-65%。
9.如权利要求1所述铸造用型砂的制备方法，其特征在于：步骤三中，呋喃树脂固化剂质量为呋喃树脂的62%。
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