CN109954837A - 一种二氧化碳硬化冷芯盒制芯组合物及制芯方法 - Google Patents

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金广明
魏甲
殷行
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Abstract

本发明属于铸造技术领域，涉及一种二氧化碳硬化冷芯盒制芯组合物及制芯方法。二氧化碳硬化冷芯盒制芯组合物，按重量百分比计，二氧化碳硬化碱性酚醛树脂1.6‑3.0％、非结晶氧化硅0.2‑1.2％、余量为原砂。将所述制芯组合物用混砂机混匀，装入储砂筒，用压缩空气将制芯砂混合制芯组合物射入模具进行成型，而后通过吹气板将CO2吹入模具型腔内进行吹气硬化，而后起模。本发明二氧化碳硬化冷芯盒制芯砂组合物是在二氧化碳硬化碱性酚醛树脂中加入非结晶氧化硅，树脂中的负离子可与非结晶氧化硅中的正离子发生化学反应，增加连接桥，使树脂膜韧性增加。使树脂加入量降低20～50％、砂芯(型)强度提高50～80％。

Description

一种二氧化碳硬化冷芯盒制芯组合物及制芯方法
技术领域
本发明属于铸造技术领域，涉及一种二氧化碳硬化冷芯盒制芯组合物及制芯方法。
背景技术
目前制芯技术包括:冷芯盒制芯：吹三乙胺脲烷树脂冷芯盒制芯、吹二氧化硫呋喃树脂冷芯盒制芯、吹甲酸甲酯碱性树脂冷芯盒制芯，冷芯盒模具不需加热，常温制芯。热芯盒制芯，制芯温度180～250℃；覆膜砂制芯，制芯温度270～300℃。以上制芯技术均采用射芯机配专用模具。生产设备复杂，制芯成本高，制芯过程中释放有毒、有味气体，劳动条件差，危害现场人员的身体健康。
1967年吹二氧化碳硬化碱性树脂砂问世。由于树脂加入量高，强度低，没获得大量推广使用。二十世纪八十年代，英国Foseco公司推出Ecolotec2000吹二氧化碳硬化碱性酚醛树脂，树脂加入量2.5％～3.5％，抗拉强度可达0.4～0.5Mpa。使吹二氧化碳硬化碱性酚醛树脂砂获得推广应用。我国多家企业引进并生产二氧化碳硬化碱性酚醛树脂。吹二氧化碳硬化碱性酚醛树脂砂可用于射芯机制芯，也可用于手工制芯，插管吹二氧化碳硬化，应用灵活，方便,吹硬气体无毒、无味。但是，与其他冷芯盒相比，吹二氧化碳硬化碱性酚醛树脂砂树脂加入量高，强度偏低，多雨季节，强度损失更大。提高吹二氧化碳硬化碱性酚醛树脂砂的强度一直是铸造技术领域的研究课题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种二氧化碳硬化冷芯盒制芯砂组合物及制芯方法。
为实现上述目的，本发明采用技术方案为：
一种二氧化碳硬化冷芯盒制芯组合物，组合物按重量百分比计，二氧化碳硬化碱性酚醛树脂1.6-3.0％、非结晶氧化硅0.2-1.2％、余量为原砂。
所述优选，组合物按重量百分比计，二氧化碳硬化碱性酚醛树脂1.8-2.5％、非结晶氧化硅0.2-0.8％，余量为原砂。
所述非结晶型氧化硅为沉淀法获得的白炭黑、热解法获得的白炭黑、硅灰、或锆质气相氧化硅。所述非结晶型氧化硅的技术指标为：SiO2含量等于、大于85％、比表面积等于、大于：15m2/g。优选为硅灰或锆质气相氧化硅。
沉淀法白炭黑由硅酸钠加硫酸中合，沉淀，洗涤，烘干制得；
热解法白炭黑由四氯化碳在高温炉热解制得；
硅灰是生产硅合金时产生的副产品，从矿业炉烟道中收集的含非结晶氧化硅的微粉；
锆质气相氧化硅是用电炉生产氧化锆时，硅酸锆高温分解，二氧化硅部分还原成一氧化硅，这些硅的氧化物以气态形式从烟道排除，一氧化硅在烟道立刻被氧化成二氧化硅，收集得到锆质气相氧化硅。
硅灰和锆质气相氧化硅是工业副产品。本专利推荐工业副产品的综合利用。
所述原砂包括大林水洗硅砂、擦洗硅砂、围场水洗硅砂这些硅砂二氧化硅含量应大于90％，适合铸铁件和有色合金铸件使用；精选硅砂、福建海砂这些硅砂二氧化硅含量应大于95％适合铸钢件使用。优选地，所述原砂为大林水洗硅砂、精选硅砂。
所述二氧化碳硬化碱性酚醛树脂包括：市售各种铸造用二氧化碳硬化碱性酚醛树脂；
一种二氧化碳硬化冷芯盒制芯组合物的应用，其特征在于：所述组合物在铸造制芯中的应用。
一种利用二氧化碳硬化冷芯盒制芯的方法，将所述制芯组合物用混砂机混匀，装入储砂筒，用压缩空气将制芯砂混合制芯组合物射入模具进行成型，而后通过吹气板将CO2吹入模具型腔内进行吹气硬化，而后起模，其中，CO2吹气压力为0.05-0.4Mpa，吹气时间为20-60s。
进一步的说，采用混砂机混合，最好采用连续式混砂机，将原砂、二氧化碳硬化碱性酚醛树脂、非结晶型氧化硅用PLC自动控制给料配比，混匀给料；制芯砂组合物混好后加入射芯机砂斗，在0.4～0.7Mpa气压下，制芯砂组合物用射芯机射入模具型腔，在0.15～0.4Mpa气压下通过吹气板将二氧化碳吹入砂芯型腔内，吹气时间10～100s；10～25mm薄芯吹10～40s，大于25mm厚芯适当延长吹气时间，砂芯硬化后开盒顶出砂芯，砂芯可当天合箱浇注，也可存放3～5天后合箱浇注。
一种利用二氧化碳硬化冷芯盒手工制芯的方法，将所述制芯组合物用混砂机混匀，填入模具，并人力紧实，通过水玻璃砂吹气硬化仪插管吹CO2硬化，CO2吹入模具型腔内进行吹气硬化，而后起模；其中，CO2吹气压力为0.05-0.4Mpa，吹气时间为20-60s。吹气压力、吹气时间，事先设定，水玻璃砂吹气硬化仪自动控制吹气硬化程序。
进一步的说，采用混砂机混合，最好采用连续式混砂机，将原砂、二氧化碳硬化碱性酚醛树脂、非结晶型氧化硅用PLC自动控制给料配比，混匀给料；制芯砂组合物混好后人力填入芯盒，并用气动工具或人力紧实，用沈阳汇亚通水玻璃砂吹气硬化仪插管吹二氧化碳硬化。小芯插1～5根管，大芯插6～10根管，吹气压力0.15～0.4Mpa、吹气时间10～200s。吹气压力、吹气时间事先设定，吹气硬化仪自动控制吹气程序。硬化后，用人力或吊车翻箱，起模。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明二氧化碳硬化冷芯盒制芯砂组合物是在二氧化碳硬化碱性酚醛树脂中加入非结晶氧化硅，在吹二氧化碳过程中，树脂中的负离子可与非结晶氧化硅中的正离子发生化学反应，增加连接桥，使树脂膜韧性增加。使树脂加入量降低20～50％、砂芯(型)强度提高50～80％。
非结晶氧化硅是工业产品，来源广，采购容易。其中硅灰和锆质气相氧化硅是冶金工业副产品，本发明提供出工业副产品硅灰和锆质气相氧化硅的综合利用的新途径。锆质气相氧化硅与硅灰相比，纯度高、有害杂质少，颗粒尺寸小，化学活性高，使得本发明所获得制芯(型)砂组合物流动性好,所制芯(型)力学性能高，抗吸湿性强,存放时间长,便于组织生产。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明制芯方法是将原砂、二氧化碳硬化碱性酚醛树脂、非结晶型氧化硅利用混砂机混合制成制芯砂混合物，然后将制芯砂混合物通过射芯机射入模具成型，采用吹气板将CO2气体吹入模具型腔内进行吹气硬化，CO2吹气压力为0.15～0.4Mpa，吹气时间10～120s，小型、芯吹气时间取下限，大型、芯适当延长吹气时间，吹气结束后起模。
本发明也可采用手工制芯方法，制芯砂组合物混好后人力填入芯盒，并用气动工具或电动工具紧实，用水玻璃砂(购自沈阳汇亚通)HYT-2吹气硬化仪插管吹二氧化碳硬化。小芯插1～5根管，大芯插6～10根管，吹气压力0.15～0.4Mpa、吹气时间10～200s。吹气压力、吹气时间事先设定，吹气硬化仪自动控制。
实施例1
二氧化碳硬化冷芯盒制芯砂组合物为：
取大林水洗砂1000g,二氧化碳硬化碱性酚醛树脂(购自沈阳汇亚通生产的JL-161)25g和硅灰2.5g，经叶片式混砂机混匀混合。
制芯方法：
采用苏州明志科技有限公司MLWA1试样机制芯。将上述获得组合物装入射砂筒，在0.4Mpa下，用压缩空气将制芯砂混合物射入标准“8”型试样模具型腔，芯盒模具随主气缸下降，推入吹气板到模具顶部，主气缸上升，将吹气板压紧；开动吹气阀，在0.2Mpa下，将CO2气体通过吹气板吹入砂芯型腔内，吹气25s，吹气结束后，开盒取芯，每盒二只砂芯，制造5盒10只砂芯，用液压试验机检测“8”字型试样抗拉强度，60s内测即时强度，取5只试样的平均值；24h测终强度，取5只试样的平均值。即时抗拉强度0.40Mpa，24h后的抗拉强度0.68Mpa。力学性能列入表1。
实施例2
二氧化碳硬化冷芯盒制芯砂组合物为
围场水洗砂1000g,二氧化碳硬化碱性酚醛树脂(沈阳汇亚通生产的JL-161)20g和锆质气相氧化硅4g，经叶片式混砂机混匀混合。
制芯方法：
采用苏州明志科技有限公司MLWA1试样机制芯，将上述获得制芯(型)砂组合物装入射砂筒，在0.4Mpa下用压缩空气将制芯(型)砂组合物射入标准“8”型试样实验模具，芯盒模具随主气缸下降，推入吹气板到模具顶部，主气缸上升，将吹气板压紧；开动吹气阀，在0.2Mpa下，将CO2气体通过吹气板吹入砂芯型腔内，吹气35s；吹气结束后，开盒取芯，每盒二只砂芯，制造5盒10只砂芯，用液压试验机检测“8”型试样抗拉强度，60s内测即时强度，取5只试样的平均值；24h测终强度，取5只试样的平均值。即时抗拉强度0.44Mpa，24h后的抗拉强度0.86Mpa。力学性能列入表1。
实施例3
二氧化碳硬化冷芯盒制芯砂组合物为：
取大林水洗砂1000g,CO2硬化碱性酚醛树脂(圣泉集团SQJ610)20g，锆质气相氧化硅5g,用实验室叶片式混砂机混匀，为制芯(型)砂组合物。
制芯方法：
采用苏州明志科技有限公司MLWA1试样机制芯，将上述获得砂混合将制芯(型)砂组合物装入射砂筒，在0.6Mpa下用压缩空气将制芯(型)砂组合物射入标准“8”型试样实验模具，在0.2Mpa下，将CO2气体通过吹气板吹入标准“8”型试样实验模具，吹气时间30s,开盒取芯，每盒二只砂芯，制造5盒10只砂芯，用液压试验机检测“8”型试样抗拉强度，60s内测即时强度，取5只试样的平均值；24h测终强度，取5只试样的平均值。即时抗拉强度0.45Mpa，24h后的抗拉强度1.05Mpa。力学性能列入表1。
实施例4
二氧化碳硬化冷芯盒制芯砂组合物为
取大林水洗砂1000g,二氧化碳硬化碱性酚醛树脂(沈阳汇亚通生产的JL-161)20g，硅灰5g,用实验室叶片式混砂机混匀，为制芯(型)砂组合物。
制芯方法：
采用苏州明志科技有限公司MLWA1试样机制芯，将上述获得砂混合将制芯(型)砂组合物装入射砂筒，在0.6Mpa下用压缩空气将制芯(型)砂组合物射入标准“8”型试样实验模具，在0.2Mpa下，将CO2气体通过吹气板吹入标准“8”型试样实验模具，吹气时间25s,开盒取芯，开盒取芯，每盒二只砂芯，制造5盒10只砂芯，用液压试验机检测“8”型试样抗拉强度，60s内测即时强度，取5只试样的平均值；24h测终强度，取5只试样的平均值。即时抗拉强度0.38Mpa，24h后的抗拉强度0.84Mp。力学性能列入表1。
实施例5
二氧化碳硬化冷芯盒制芯砂组合物为
取大林水洗砂1000g,沈阳汇亚通生产的JL-161二氧化碳硬化碱性酚醛树脂20g，锆质气相氧化硅2.5g、硅灰2.5g,用实验室叶片式混砂机混匀，为制芯(型)砂组合物。
制芯方法：
采用苏州明志科技有限公司MLWA1试样机制芯，将上述获得砂混合将制芯(型)砂组合物装入射砂筒，在0.6Mpa下用压缩空气将制芯(型)砂组合物射入标准“8”型试样实验模具，在0.2Mpa下，将CO2气体通过吹气板吹入标准“8”型试样实验模具，吹气时间35s,开盒取芯，开盒取芯，每盒二只砂芯，制造5盒10只砂芯，用液压试验机检测“8”型试样抗拉强度，60s内测即时强度，取5只试样的平均值；24h测终强度，取5只试样的平均值。即时抗拉强度0.41Mpa，24h后的抗拉强度0.96Mpa。力学性能列入表1。
对比例1
组合物：
取大林水洗砂1000g,二氧化碳硬化碱性酚醛树脂(沈阳汇亚通生产的JL-161)20g，用实验室叶片式混砂机混匀，为制芯(型)砂组合物。
制芯方法：
采用苏州明志科技有限公司MLWA1试样机制芯。砂混合将制芯(型)砂组合物装入射砂筒，在0.6Mpa下用压缩空气将制芯(型)砂组合物射入标准“8”型试样实验模具，在0.2Mpa下，将CO2气体通过吹气板吹入标准“8”型试样实验模具，吹气时间25s,开盒取芯，每盒二只砂芯，制造5盒10只砂芯，用液压试验机检测“8”型试样抗拉强度，60s内测即时强度，取5只试样的平均值；24h测终强度，取5只试样的平均值。即时抗拉强度0.24Mpa，24h后的抗拉强度0.21Mpa。力学性能列入表1。
对比例2
组合物：
取大林水洗砂1000g,CO2硬化碱性酚醛树脂(圣泉集团SQJ610)30g，用实验室叶片式混砂机混匀，为制芯(型)砂组合物。
制芯方法：
采用苏州明志科技有限公司MLWA1试样机制芯。砂混合将制芯(型)砂组合物装入射砂筒，在0.5Mpa下用压缩空气将制芯(型)砂组合物射入标准“8”型试样实验模具，在0.2Mpa下，将CO2气体通过吹气板吹入标准“8”型试样实验模具，吹气时间25s,开盒取芯，每盒二只砂芯，制造5盒10只砂芯，用液压试验机检测“8”型试样抗拉强度，60s内测即时强度，取5只试样的平均值；24h测终强度，取5只试样的平均值。即时抗拉强度0.34Mpa，24h后的抗拉强度0.45Mpa。力学性能列入表1。
由上述实施例5和对比例2数据相比：树脂加入量减少50％，即时强度提高29.4％，24h强度提高113％。本发明组合物来源广，树脂加入量低，力学性能高，价格便宜，有利于推广应用，吹硬气体无毒无味，有利于环境保护。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
表1

Claims (7)

1.一种二氧化碳硬化冷芯盒制芯组合物，其特征在于，组合物按重量百分比计，二氧化碳硬化碱性酚醛树脂1.6-3.0％、非结晶氧化硅0.2-1.2％、余量为原砂。
2.按权利要求1所述的二氧化碳硬化冷芯盒制芯组合物，其特征在于，组合物按重量百分比计，二氧化碳硬化碱性酚醛树脂1.8-2.5％、非结晶氧化硅0.2-0.8％，余量为原砂。
3.按权利要求1或2所述的二氧化碳硬化冷芯盒制芯组合物，其特征在于，所述非结晶型氧化硅为沉淀法获得的白炭黑、热解法获得的白炭黑、硅灰、或锆质气相氧化硅。
4.按权利要求3所述的二氧化碳硬化冷芯盒制芯组合物，其特征在于，所述非结晶型氧化硅为硅灰或锆质气相氧化硅。
5.一种权利要求1所述的二氧化碳硬化冷芯盒制芯组合物的应用，其特征在于：所述组合物在铸造制芯中的应用。
6.一种利用二氧化碳硬化冷芯盒制芯的方法，其特征在于：将所述制芯组合物用混砂机混匀，装入储砂筒，用压缩空气将制芯砂混合制芯组合物射入模具进行成型，而后通过吹气板将CO2吹入模具型腔内进行吹气硬化，而后起模，其中，CO2吹气压力为0.05-0.4Mpa，吹气时间为20-60s。
7.一种利用二氧化碳硬化冷芯盒手工制芯的方法，其特征在于：将所述制芯组合物用混砂机混匀，填入模具，并人力紧实，通过水玻璃砂吹气硬化仪插管吹CO2硬化，CO2吹入模具型腔内进行吹气硬化，而后起模；其中，CO2吹气压力为0.05-0.4Mpa，吹气时间为20-60s。吹气压力、吹气时间，事先设定，水玻璃砂吹气硬化仪自动控制吹气硬化程序。
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