CN109465391B - 一种铸造350km轴箱用型砂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铸造350km轴箱用型砂的制备方法，属于铁路铸造轴箱技术领域。所述方法包括如下步骤：(I)型砂配比：石英砂100％(质量)、黏结剂，无机促硬剂，所述黏结剂由酚醛树脂和粉状偶联剂组成，其中，酚醛树脂添的加量为砂质量的1.6‑2.5％，粉状偶联剂的添加量为砂质量的10‑50％；(II)混砂；(III)扎气眼；(IV)吹气硬化工艺；(V)起模。本发明通过研发的一种双组份二氧化碳硬化树脂，并以这种树脂为原料，使用二氧化碳硬化的工艺制备出了一种铸造美国铁路铸造350km轴箱的型砂及其制备方法，不仅效率高，而且原料可重复利用，大大降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及铁路铸造轴箱技术领域，尤其涉及一种铸造350km轴箱用型砂的制备方法。
背景技术
目前，随着中国高铁的迅速发展，用于铸造350km轴箱需求数量比较多，轴箱用于火车缓冲装置，车厢与车厢之间连接的重要部件，起到缓冲牵引的作用。而型砂是生产这种箱体必须的材料，但目前国内生产厂家一般都采用传统工艺与材料生产这种铸造350km轴箱，其方法为：石英砂+粘土(干混2-3分钟)，再加7～8％的水玻璃混5-7分钟；但传统的工艺与材料制备箱体对环境污染比较严重，尤其是水玻璃，其随着地表水流入饮用水源后可能会造成严重的污染，这些问题都使得现有的350km轴箱的生产不符合目前对绿色铸造主题的要求，而且传统的工艺与材料制备箱体所需的生产周期长，成本高，不能满足对铸造350km轴箱体对生产需求，现急需既能够批量生产又生产周期较短对供应商，在此背景下，研发新工艺新材料迫在眉睫。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种铸造350km轴箱用型砂的制备方法。本发明通过研发的一种双组份二氧化碳硬化树脂，并以这种树脂为原料，使用二氧化碳硬化的工艺制备出了一种铸造美国铁路铸造350km轴箱的型砂及其制备方法，不仅效率高，而且原料可重复利用，大大降低了成本。
本发明的目的之一是提供一种铸造轴箱体用型砂的制备方法。
本发明的目的之二是提供上述铸造轴箱体用型砂的制备方法的应用。
为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：
首先，本发明公开一种铸造350km轴箱用型砂的制备方法，包括如下步骤：
(I)型砂配比：石英砂100％(质量)、黏结剂、无机促硬剂，所述黏结剂由酚醛树脂和增强剂组成，所述无机促硬剂为石英砂质量的3.5-4.6％，其由粘土和膨润土组成，其中，所述酚醛树脂添加量 为砂质量的1.6-2.5％，所述增强剂的添加量为砂质量的10-50％，所述粘土和膨润土的质量比为(0.8-2):1。
(II)混砂：具体步骤如下：
①加石英砂和水，搅拌均匀；
②加黏结剂和无机促硬剂，混砂后出砂，混好的石英砂用塑料布覆盖。
(III)扎气眼：1)在塑料布上表面上扎五个气眼，其中，中间一个，四边各一个，五个气眼深度尽量接近模具，特别是模具上加排气塞的部分，中间气眼用湿砂抹平；2)然后在塑料布的边上斜扎四个气眼；边上四个气眼插入吹气管，插管时防止吹气管前端进砂；3)插管处压实，以减少吹气时气体从该处溢出。
(IV)吹气硬化工艺：
(1)吹气控制仪带阀侧接CO2气源；
(2)压缩空气使用前需将风包内水排净；
(3)打开吹气控制仪出气阀门中的五个，其中四个与步骤(III)中插入砂中的吹气管对应，剩余一个出气阀门由吹气操作者在吹气过程中判断气体流量的大小；
(4)打开吹CO2管道上的侧球阀，打开闸板阀，向石英砂中吹入CO2；
(5)关CO2侧球阀，同时打开压缩空气侧球阀，开至行程的三分之一，吹压缩空气；
(6)关压缩空气球阀，关CO2侧闸板阀。
(V)拔出气管，即得铸造350km轴箱用型砂。
步骤(I)中，所述酚醛树脂的密度为1.30-1.40g/cm3，黏度为200-300mps.s，游离酚≤ 1％，游离醛≤0.2％。
步骤(I)中，所述增强剂增强剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷等。
步骤(I)中，所述增强剂的密度为2.1-2.7g/cm3。
步骤①中，所述水的加入量为石英砂质量的10-14％。
步骤②中，所述混砂时间为115-120s。
步骤(1)中，所述CO2的气压设定为0.32-0.38MPa。
步骤(4)中，所述吹入CO2的方法为：先以6-9m3/h吹6-12s，再以13-17m3/h吹43-49s。
步骤(5)中，所述吹压缩空气的时间为30-35秒，气压为0.30-0.35MPa。
步骤5中，还包括清理出气管中已硬化的砂的步骤，具体为：光滑面上撒上干砂，芯盒翻转于其上，打开芯盒卡子，两个操作者同时敲击芯盒合适部位起模。
最后，本发明公开了铸造350km轴箱用型砂的制备方法在制备铁路中的应用。
与现有技术相比，本发明提取得了以下有益效果：
(1)本发明制备方法在清理过程中容易清砂，大大提高了制备速率，加快了工序流转；制备的产品中的气孔缺陷明显较少，产品质量得到了明显提高；另外，本发明的型砂组合物可以循环使用，而且不使用水玻璃，降低了环境污染，节约能源，降低了生产成本。
(2)本发明加入的增强剂能够提高硬化后的型砂中黏结膜的强韧性，显著提高型芯的力学性能；同时，酚醛树脂的加入量低(1.6-2.5％)，得到的型芯的强度高(抗拉强度0.7-1.2MPa)，更有利于确保铸造的产品的精度。
(3)本发明的制备铸造轴箱体的原料可以在二氧化碳的作用下硬化，硬化气体二氧化碳无毒无味，而且型砂可用时间长、损耗小，型砂流动性好，可射芯机制芯，也可方便的手工制芯。
(4)本发明通过添加由粘土和膨润土组成无机促硬剂，在采用二氧化碳进行硬化时，利用粘土富含微孔的特点和膨润土物理吸附特点，吸收和存储吹入砂型中的二氧化碳，保证黏结剂和二氧化碳的硬化能够充分进行，促进砂型的硬化效率和的得到型砂的质量，减少铸造缺陷的产生，降低废品率.
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，目前，美国铁路钩缓装置用铸造轴箱体在国内采购数量比较多，国内生产厂家都采用传统工艺与材料，生产周期长，成本高，并且传统材料对环境污染比较严重，不符合目前绿色铸造主题的要求，不能充分满足对铸造轴箱体对生产需求；为了解决上述问题，本发明提供一种铸造350km轴箱用型砂的制备方法，下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种铸造350km轴箱用型砂的制备方法，包括如下步骤：
1、型砂配比：石英砂100％(质量)、黏结剂、无机促硬剂，所述黏结剂由酚醛树脂和粉状增强剂组成，其中，酚醛树脂添加量 为砂质量的2.2％，粉状增强剂(乙烯基三甲氧基硅烷)的添加量为砂质量的24％；所述酚醛树脂的密度为1.30g/cm3，黏度为280mps.s，游离酚≤1％，游离醛≤0.2％；所述增强剂的密度为2.4g/cm3；所述无机促硬剂由质量比为1.2:1的粘土和膨润土组成，无机促硬剂的添加量为石英砂质量的3.9％。
2、混砂：具体步骤如下：
①加入石英砂，加入石英砂质量12％的水：开动刮板电机，搅拌20圈停机；
②加黏结剂和无机促硬剂，混砂119s后出砂，混好的石英砂使用塑料布覆盖；
3、扎气眼：1)在塑料布上表面上扎五个气眼，其中，中间一个，四边各一个，五个气眼深度尽量接近模具，特别是模具上加排气塞的部分，中间气眼用湿砂抹平；2)然后在塑料布的边上斜扎四个气眼；边上四个气眼插入吹气管，插管时防止吹气管前端进砂；3)插管处手工压实，以减少吹气时气体从该处溢出。
4、吹气硬化工艺：
(1)吹气控制仪带阀侧接CO2气源，所述CO2的气压设定为0.35MPa。
(2)压缩空气使用前需将风包内水排净；
(3)打开吹气控制仪出气阀门中的五个，其中四个与步骤3中插入砂中的吹气管对应，剩余一根吹气管由吹气操作者在吹气过程中判断气体流量的大小；
(4)打开吹CO2的管上的CO2侧球阀(用于开关CO2的吹送)，打开闸板阀，先以 8m3/h吹12s，再以13m3/h吹46s；
(5)关CO2侧球阀，同时打开压缩空气侧球阀，开至行程的三分之一，吹压缩空气35秒，气压为0.30MPa；
(6)关压缩空气球阀，关CO2侧闸板阀。
5、拔出气管，即得铸造350km轴箱用型砂。
实施例2
一种铸造350km轴箱用型砂的制备方法，包括如下步骤：
1、型砂配比：石英砂100％(质量)、黏结剂，所述黏结剂由酚醛树脂和粉状增强剂组成，其中，酚醛树脂添加量 为砂质量的2.5％，粉状增强剂(乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷) 的添加量为砂质量的50％；所述酚醛树脂的密度为1.40g/cm3，黏度为200mps.s，游离酚≤1％，游离醛≤0.2％；所述增强剂的密度为2.7g/cm3；所述无机促硬剂由质量比为0.8:1的粘土和膨润土组成，无机促硬剂的添加量为石英砂质量的4.6％。
2、混砂：具体步骤如下：
①加入石英砂，加入石英砂质量14％的水：开动刮板电机，搅拌32圈停机；
②加黏结剂和无机促硬剂，混砂115s后出砂，混好的石英砂使用塑料布覆盖；
3、扎气眼：1)在塑料布上表面上扎五个气眼，其中，中间一个，四边各一个，五个气眼深度尽量接近模具，特别是模具上加排气塞的部分，中间气眼用湿砂抹平；2)然后在塑料布的边上斜扎四个气眼；边上四个气眼插入吹气管，插管时防止吹气管前端进砂；3)插管处手工压实，以减少吹气时气体从该处溢出。
4、吹气硬化工艺：
(1)吹气控制仪带阀侧接CO2气源，所述CO2的气压设定为0.32MPa。
(2)压缩空气使用前需将风包内水排净；
(3)打开吹气控制仪出气阀门中的五个，其中四个与步骤3中插入砂中的吹气管对应，剩余一根吹气管由吹气操作者在吹气过程中判断气体流量的大小；
(4)打开CO2侧球阀，打开闸板阀，先以6m3/h吹10s，再以15m3/h吹40s；
(5)关CO2侧球阀，同时打开压缩空气侧球阀，开至行程的三分之一，吹压缩空气32秒，气压为0.35MPa；
(6)关压缩空气球阀，关CO2侧闸板阀。
5、拔出气管，即得铸造350km轴箱用型砂，然后清理出气管中已硬化的砂，所述清理出气管中已硬化的砂的方法为：光滑面上撒上干砂，芯盒翻转于其上，打开芯盒卡子，两个操作者同时敲击芯盒合适部位起模，即得。
实施例3
一种铸造350km轴箱用型砂的制备方法，包括如下步骤：
1、型砂配比：石英砂100％(质量)、黏结剂，所述黏结剂由酚醛树脂和粉状增强剂组成，其中，酚醛树脂添加量 为砂质量的1.6％，粉状增强剂(乙烯基三乙氧基硅烷)的添加量为砂质量的10％；所述酚醛树脂的密度为1.34g/cm3，黏度为300mps.s，游离酚≤1％，游离醛≤0.2％；所述增强剂的密度为2.4g/cm3；所述无机促硬剂由质量比为2:1的粘土和膨润土组成，无机促硬剂的添加量为石英砂质量的3.5％。
2、混砂：具体步骤如下：
①加入石英砂，加入石英砂质量10％的水：开动刮板电机，搅拌30圈停机；
②加黏结剂和无机促硬剂，混砂120s后出砂，混好的石英砂使用塑料布覆盖；
3、扎气眼：1)在塑料布上表面上扎五个气眼，其中，中间一个，四边各一个；2)然后在塑料布的边上斜扎四个气眼；边上四个气眼插入吹气管，插管时防止吹气管前端进砂；3)插管处手工压实，以减少吹气时气体从该处溢出。
4、吹气硬化工艺：
(1)吹气控制仪带阀侧接CO2气源，所述CO2的气压设定为0.38MPa。
(2)压缩空气使用前需将风包内水排净；
(3)打开吹气控制仪出气阀门中的五个，其中四个与步骤3中插入砂中的吹气管对应，剩余一根吹气管由吹气操作者在吹气过程中判断气体流量的大小；
(4)打开CO2侧球阀，打开闸板阀，先以9m3/h吹6s，再以17m3/h吹49s；
(5)关CO2侧球阀，同时打开压缩空气侧球阀，开至行程的三分之一，吹压缩空气30秒，气压为0.33MPa；
(6)关压缩空气球阀，关CO2侧闸板阀。
5、拔出气管，即得铸造350km轴箱用型砂，然后清理出气管中已硬化的砂，所述清理出气管中已硬化的砂的方法为：光滑面上撒上干砂，芯盒翻转于其上，打开芯盒卡子，两个操作者同时敲击芯盒合适部位起模，即得。
本发明的实施例的试验证明，相对原有工艺(石英砂+粘土(干混2-3分钟)，再加7～ 8％的水玻璃混5-7分钟，即得型砂)，本发明的原料和方法将型砂的制备的成本降低了1.4-1.8 倍，而生产效率提高了2-2.3倍，而且，由于硬化过程充分、稳定，大幅度提高了型砂使用过程中的稳定性，使得采用本发明方法伸长的型砂制造的轴箱废品率降低了16％以上。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、同替换、改进，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种铸造350km轴箱用型砂的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
(I)型砂配比：石英砂100％(质量)、黏结剂、无机促硬剂，所述黏结剂由酚醛树脂和增强剂组成，所述无机促硬剂为石英砂质量的3.5-4.6％，其由粘土和膨润土组成；所述酚醛树脂添加量 为砂质量的1.6-2.5％，所述增强剂的添加量为砂质量的10-50％，所述粘土和膨润土的质量比为(0.8-2):1；
(II)混砂：具体步骤如下：
①加石英砂和水，搅拌均匀；
②加黏结剂和无机促硬剂，混砂后出砂，混好的石英砂用塑料布覆盖；
(III)扎气眼：1)在塑料布上表面上扎五个气眼，其中，中间一个，四边各一个；2)然后在塑料布的边上斜扎四个气眼；边上四个气眼插入吹气管，插管时防止吹气管前端进砂；3)插管处压实；
(IV)吹气硬化工艺：
(1)吹气控制仪带阀侧接CO2气源；
(2)压缩空气使用前需将风包内水排净；
(3)打开吹气控制仪出气阀门中的五个，其中四个与步骤(III)中插入砂中的吹气管对应，剩余一个出气阀门由吹气操作者在吹气过程中判断气体流量的大小；
(4)打开吹CO2管道上的侧球阀，打开闸板阀，向石英砂中吹入CO2；
(5)关CO2侧球阀，同时打开压缩空气侧球阀，开至行程的三分之一，吹压缩空气；
(6)关压缩空气球阀，关CO2侧闸板阀；
(V)拔出气管，即得铸造350km轴箱用型砂。
2.如权利要求1所述的铸造350km轴箱用型砂的制备方法，其特征在于：步骤(I)中，所述酚醛树脂的密度为1.30-1.40g/cm3，黏度为200-300mps.s，游离酚≤1％，游离醛≤0.2％。
3.如权利要求1所述的铸造350km轴箱用型砂的制备方法，其特征在于：步骤(I)中，所述增强剂的密度为2.1-2.7g/cm3。
4.如权利要求1所述的铸造350km轴箱用型砂的制备方法，其特征在于：所述增强剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷。
5.如权利要求1所述的铸造350km轴箱用型砂的制备方法，其特征在于：步骤①中，所述水的加入量为石英砂质量的10-14％。
6.如权利要求1所述的铸造350km轴箱用型砂的制备方法，其特征在于：步骤②中，所述混砂时间为115-120s。
7.如权利要求1所述的铸造350km轴箱用型砂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述CO2的气压设定为0.32-0.38MPa。
8.如权利要求1所述的铸造350km轴箱用型砂的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述吹入CO2的方法为：先以6-9m3/h吹6-12s，再以13-17m3/h吹43-49s。
9.如权利要求1所述的铸造350km轴箱用型砂的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，所述吹压缩空气的时间为30-35秒，气压为0.30-0.35MPa。
10.如权利要求1所述的铸造350km轴箱用型砂的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，还包括清理出气管中已硬化的砂的步骤，具体方法为：光滑面上撒上干砂，芯盒翻转于其上，打开芯盒卡子，两个操作者同时敲击芯盒合适部位起模。
11.如权利要求1-10任一项所述的铸造350km轴箱用型砂的制备方法在制备铁路中的应用。
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