CN109986021B - 一种覆膜砂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铸造砂技术领域，具体涉及一种覆膜砂及其制备方法。一种覆膜砂，包括下述原料：原砂、耐高温抗老化剂、树脂、固化剂和润滑剂，所述耐高温抗老化剂为石墨，其用量为原砂总重量的0.01％‑0.03％。通过控制该覆膜砂的制备工艺，可制备得到耐火度高、抗拉强度大和低发气量的、适用于耐热铸钢铸造用的、且保证铸件表面光洁度小于Ra12.5的覆膜砂。另外，使用该产品后，减少了铸造工艺环节，保证了产品的致密性及表面光洁度，提高了产品质量，降低了制造成本，给企业带来更大的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及铸造砂技术领域，具体涉及一种覆膜砂及其制备方法。
背景技术
目前耐热铸钢排气歧管及涡轮箱的生产工艺主要是壳型工艺和铁模覆砂工艺，铁模覆砂工艺需要一次性投入的砂箱数量多，一次性投入较高，涉及产品更改时所有砂箱均需要更改，更改周期长。壳型工艺与铁模覆砂相比，一次性投入少，更改周期短，生产比较简便；但是在生产耐热铸钢排气歧管和涡轮箱等薄壁复杂件时，为保证充型铸件质量，浇注温度高，对覆膜砂的耐火度要求高，普通覆膜砂满足不了其耐火度要求，浇注后会产生化学粘砂等现象。而客户对排气歧管及涡轮箱的外观及内腔光洁度要求很高，特别是涡轮箱，其表面粗糙度要求为80％以上的表面积粗糙度不高于Ra12.5微米。
为消除化学粘砂，提高排气管及涡轮箱的外观质量，需要在砂芯表面浸涂/喷涂水基耐高温涂料；但是在砂芯表面浸涂/喷涂水基涂料时，若手工浸涂不能保证涂料层厚度的一致性，铸件尺寸一致性差，而且涂料易吸潮，产生铸造缺陷；同时为防止铸件产生气孔缺陷，浸涂涂料后的砂芯需要2天内使用。其次涂料中添加有有机物，夏季易发酵失效，同时浸涂/喷涂涂料需要投入涂料搅拌机、涂层表干机、其它配套设施和人力投入，制造成本高。
另外由于覆膜砂芯的特性，若其发气量大，会使铸件的生产中存在气孔等缺陷，产品疏松、缩孔倾向大、材料致密性差，产品质量得不到有效保障。且所选用的原砂的粒度越细，抗拉强度越小，所需的树脂量越多,但覆膜砂的发气量也会越大。反之，若选用粒度大的原砂，虽然可一定程度上减少覆膜砂的发气量，但所得到的覆膜砂的粗糙度大，不适于精密铸件的铸造。此外，若覆膜砂的耐火度小，在浇铸过程中容易出现化学粘砂的现象。
CN 106493283A公开了一种提高覆膜砂强度的原砂表面处理方法，通过对宝珠砂进行酸洗处理后，干燥、加热至140-220℃，降温至130-140℃加入树脂，混砂60-90s；加入硬脂酸钙，混砂40-60s；降温至105-110℃，加入乌洛托品水溶液，混砂40-80s；降温，出料、筛分即得覆膜砂。其中，宝珠砂的粒度为20-200目。经试验，20/40目的宝珠砂制得的覆膜砂的常温抗拉强度为4.49MPa；70/140目的宝珠砂制得的覆膜砂的常温抗拉强度为7.65MPa；100/200目的宝珠砂制得的覆膜砂的常温抗拉强度为11.90MPa，但未公开所制得的覆膜砂的耐火度和发气量，100/200目的宝珠砂制备得到的覆膜砂虽然常温抗拉强度高，但是容易出现发气量大和化学粘砂的问题,产品表面质量和内部缺陷大，不适应耐热铸钢件的制造。
CN 103658506A公开了一种易填充性覆膜砂的制备方法，原砂采用擦洗砂和宝珠砂作为原砂，加热至130-170℃，加入酚醛树脂，混制60s，加入一半量的润滑剂，混制120s；降温至100-110℃，加入固化剂；加入剩下一半量的润滑剂，混制40-50s；降温至80℃以下卸料，破碎、筛分。其中，原砂的粒度为70目、105目或140目。但未公开所制得的覆膜砂的发气量、常温抗拉强度和耐火度，且所采用的原砂的粒度较大，会造成铸件表面粗糙，其耐火度也差，不能用于精密耐热钢铸件制造。
CN108607950A公开了一种铸造钢件用覆膜砂，包括组合砂、酚醛树脂、液态硅烷、乌洛托品水溶液、硬脂酸钙、石墨粉和水，将组合砂加热至130-140℃后加入硅烷水溶液，混合搅拌8-12s，加入酚醛树脂，搅拌60-70s；再加入石墨粉、冷却水和乌洛托品水溶液，降温，加入硬质酸钙，出料粉碎即得覆膜砂。该覆膜砂的常温抗拉强度的平均值为4.1MPa，发气量的平均值为16.5ml以上。该覆膜砂的常温抗拉强度小，发气量大，使用性能差，只能用于一般铸钢产品制造，本领域技术人员也无法预测其耐火度是否能够满足实际生产的需求。经试用亦不能满足耐热铸钢产品的制造需要。
发明内容
本发明提供一种耐火度高的覆膜砂，以解决现有技术中的覆膜砂耐火度小，在浇注过程中容易出现化学粘砂问题。本发明还提供了一种覆膜砂的制备方法。
本发明的覆膜砂采用如下技术方案：一种覆膜砂，包括下述原料：原砂、耐高温抗老化剂、树脂、固化剂和润滑剂，所述耐高温抗老化剂为石墨，其用量为原砂总重量的0.01％-0.03％。
优选的，所述树脂的用量为原砂总重量的1.5％-2.8％，所述固化剂的用量为所述树脂总重量的10％-20％，所述润滑剂的用量为原砂总重量的0.1％-0.25％。树脂优选流动性48-70mm、聚合速度25-45s、软化点为90-97℃的速硬铸造树脂，该树脂可起到进一步增大覆膜砂的抗拉强度和热态抗拉强度的作用。
优选的，所述固化剂为乌洛托品水溶液，所述乌洛托品水溶液中乌洛托品与水的重量比为1:2.5。
优选的，所述原砂包括20-30重量份的140目电熔锻造砂、55-60重量份的200目电熔锻造砂和10-20重量份的270目电熔锻造砂。
优选的，所述电熔锻造砂为铝矾土陶粒经1200-1300℃煅烧后，再经电熔炉电熔制成，其出炉温度大于2200℃。
一种覆膜砂的制备方法，包括如下步骤：(1)将原砂和耐高温抗老化剂升温至140-150℃；(2)加入树脂，使树脂充分软化后，搅拌70-80s，使树脂与原砂混合均匀；(3)降温至110-117℃，加入固化剂，搅拌50-70s；(4)加入润滑剂，降温至90℃以下，继续混砂30-50s，放料即得所述覆膜砂。
优选的，先将原砂和耐高温抗老化剂混合均匀再将原砂和耐高温抗老化剂的混合物升温至140-150℃。
本发明的有益效果是：通过在原砂中加入少量石墨，可起到有效提高所制得的覆膜砂的耐火度的效果，尤以在加热原砂前添加石墨的效果最佳。提高覆膜砂的耐火度可有效避免覆膜砂在浇注后出现化学粘砂的情况。
本发明所制得的覆膜砂的抗拉强度高，且采用的树脂的量少，有助于进一步减小覆膜砂的发气量。
本发明的覆膜砂尤其适用于汽车零部件的生产。如耐热铸钢排气歧管及涡轮箱等的生产。
本发明的覆膜砂的制备方法使得即使在采用较高含量的粒度小于等于200目的原砂时，仍可制得发气量较小的覆膜砂。
本发明的覆膜砂的制备方法通过对覆膜砂制备过程中各工艺参数(如各原料加入的顺序、各原料用量、温度和作用时间)的控制，可稳定的制备出性能良好的适用于耐热铸钢铸件铸造的覆膜砂。
本发明的覆膜砂的制备方法简单，工序少，且所制得的覆膜砂用于耐热钢铸件生产可使耐热钢铸件的致密度高、产品表面粗糙度小、光洁度高，可有效提高厂家的产品质量、生产效率，降低生产成本，具有良好的市场前景和经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例3和4所制得的覆膜砂的粒度分布示意图，其中横坐标为所得到的覆膜砂的粒度，纵坐标为各粒度的覆膜砂所占的重量百分比，底盘是指粒度在270目以细的覆膜砂。
具体实施方式
下面将结合具体实施例及说明书附图图1，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。
一、制备覆膜砂
实施例1
按照如下步骤制备覆膜砂：
(1)原砂混合：将140目电熔陶粒砂20重量份、200目电熔陶粒砂60重量份和270目电熔陶粒砂20重量份，混合均匀，加入原砂总重量0.01％的石墨，混合均匀；
(2)加入树脂：将原砂加热180s使温度升至140℃，达到树脂软化点后将树脂加入到热砂中，由于热砂的热作用而使树脂升温软化并逐步包覆砂粒，当树脂被热砂加热到具有良好流动性和覆膜性以后，搅拌70s使得树脂与砂粒混合均匀；
(3)加入固化剂：当经步骤(2)处理后的混合料的温度降低到110℃时，加入原砂重量10％的乌洛托品水溶液(乌洛托品与水的重量比为1:2.5)，搅拌50s后；
(4)加入润滑剂：待混合料的温度越接近树脂的软化点，并很快粘结成固体团状，迅速加入原砂重量0.1％的硬脂酸钙，待温度降至90℃以下时继续混砂50s，混合料团块在混砂机中被逐步击碎分散形成分散的表面包覆了树脂膜覆膜砂时覆膜过程完成，然后放砂，即可得覆膜砂。并将所得到的覆膜砂用于铸造涡轮箱，涡轮箱表面均匀平整，无气孔，并对涡轮箱的粗糙度进行检测，粗糙度Ra<12.5um。
实施例2：
按照如下步骤制备覆膜砂：
(1)原砂混合：将140目电熔陶粒砂30重量份、200目电熔陶粒砂50重量份和270目电熔陶粒砂15重量份，混合均匀，加入原砂总重量0.03％的石墨，混合均匀；
(2)加入树脂：将原砂加热200s使温度升至150℃，达到树脂软化点后将树脂加入到热砂中，由于热砂的热作用而使树脂升温软化并逐步包覆砂粒，当树脂被热砂加热到具有良好流动性和覆膜性以后，搅拌80s使得树脂与原砂混合均匀；
(3)加入固化剂：当经步骤(2)处理后的混合料的温度降低到117℃时，加入原砂重量20％的乌洛托品水溶液(乌洛托品与水的重量比为1:2.5)，搅拌70s；
(4)加入润滑剂：待混合料的温度越接近树脂的软化点，并很快粘结成固体团状，迅速加入原砂总重量0.25％的硬脂酸钙，待温度降至90℃以下时继续混砂40s，混合料团块在混砂机中被逐步击碎分散形成分散的表面包覆了树脂膜覆膜砂时覆膜过程完成，然后放砂，即可得覆膜砂。并将所得到的覆膜砂用于铸造涡轮箱，涡轮箱表面均匀平整，无气孔，并对涡轮箱的粗糙度进行检测，粗糙度Ra<12.5um。
实施例3：
按照如下步骤制备覆膜砂：
(1)原砂混合：将140目电熔陶粒砂27重量份、200目电熔陶粒砂58重量份和270目电熔陶粒砂15重量份，混合均匀，加入原砂总重量0.02％的石墨，混合均匀；
(2)加入树脂：将原砂加热190s使温度升至140℃，达到树脂软化点后将树脂加入到热砂中，由于热砂的热作用而使树脂升温软化并逐步包覆砂粒，当树脂被热砂加热到具有良好流动性和覆膜性以后，搅拌75s使得树脂与原砂混合均匀；
(3)加入固化剂：当经步骤(2)处理后的混合料的温度降低到116℃时，加入原砂重量15％的乌洛托品水溶液(乌洛托品与水的重量比为1:2.5)，搅拌60s；
(4)加入润滑剂：待混合料的温度越接近树脂的软化点，并很快粘结成固体团状，迅速加入原砂总重量0.2％的硬脂酸钙，待温度降至90℃以下时继续混砂50s，混合料团块在混砂机中被逐步击碎分散形成分散的表面包覆了树脂膜覆膜砂时覆膜过程完成，然后放砂，即可得覆膜砂(所得到的覆膜砂的粒度分布如说明书附图图1中颜色较浅的系列2柱形图所示)。并将所得到的覆膜砂用于铸造涡轮箱，涡轮箱表面均匀平整，无气孔，并对涡轮箱的粗糙度进行检测，粗糙度Ra<12.5um。
实施例4
按照如下步骤制备覆膜砂：
(1)原砂混合：将70目电熔陶粒砂27重量份、100目电熔陶粒砂58重量份和140目电熔陶粒砂15重量份，混合均匀，加入原砂总重量0.02％的石墨，混合均匀；
(2)加入树脂：将原砂加热190s使温度升至140℃，达到树脂软化点后将树脂加入到热砂中，由于热砂的热作用而使树脂升温软化并逐步包覆砂粒，当树脂被热砂加热到具有良好流动性和覆膜性以后，搅拌75s使得树脂与原砂混合均匀；
(3)加入固化剂：当经步骤(2)处理后的混合料的温度降低到116℃时，加入原砂重量15％的乌洛托品水溶液(乌洛托品与水的重量比为1:2.5)，搅拌60s；
(4)加入润滑剂：待混合料的温度越接近树脂的软化点，并很快粘结成固体团状，迅速加入原砂总重量0.2％的硬脂酸钙，待温度降至90℃以下时继续混砂50s，混合料团块在混砂机中被逐步击碎分散形成分散的表面包覆了树脂膜覆膜砂时覆膜过程完成，然后放砂，即可得覆膜砂(所得到的覆膜砂的粒度分布如说明书附图图1中颜色较深的系列1柱形图所示)。并将所得到的覆膜砂用于铸造涡轮箱，涡轮箱表面均匀平整，无气孔，并对涡轮箱的粗糙度进行检测，粗糙度Ra<12.5um，但相较于实施例3所制得的覆膜砂粗糙度更大。
对比例1
按照如下步骤制备覆膜砂：
(1)原砂混合：将140目电熔陶粒砂27重量份、200目电熔陶粒砂58重量份和270目电熔陶粒砂15重量份，混合均匀，加入原砂总重量0.1％的石墨，混合均匀；
(2)加入树脂：将原砂加热190s使温度升至140℃，达到树脂软化点后将树脂加入到热砂中，由于热砂的热作用而使树脂升温软化并逐步包覆砂粒，当树脂被热砂加热到具有良好流动性和覆膜性以后，搅拌75s使得树脂与原砂混合均匀；
(3)加入固化剂：当经步骤(2)处理后的混合料的温度降低到116℃时，加入原砂重量15％的乌洛托品水溶液(乌洛托品与水的重量比为1:2.5)，搅拌60s；
(4)加入润滑剂：待混合料的温度越接近树脂的软化点，并很快粘结成固体团状，迅速加入原砂总重量0.2％的硬脂酸钙，待温度降至90℃以下时继续混砂50s，混合料团块在混砂机中被逐步击碎分散形成分散的表面包覆了树脂膜覆膜砂时覆膜过程完成，然后放砂，即可得覆膜砂。并将所得到的覆膜砂用于铸造涡轮箱，涡轮箱表面均匀平整，无气孔，并对涡轮箱的粗糙度进行检测，粗糙度Ra<12.5um。
对比例2
按照如下步骤制备覆膜砂：
(1)原砂混合：将140目电熔陶粒砂27重量份、200目电熔陶粒砂58重量份和270目电熔陶粒砂15重量份，混合均匀；
(2)加入树脂：将原砂加热190s使温度升至140℃，达到树脂软化点后将树脂加入到热砂中，由于热砂的热作用而使树脂升温软化并逐步包覆砂粒，当树脂被热砂加热到具有良好流动性和覆膜性以后，搅拌75s使得树脂与原砂混合均匀；
(3)加入固化剂：当经步骤(2)处理后的混合料的温度降低到116℃时，加入原砂重量15％的乌洛托品水溶液(乌洛托品与水的重量比为1:2.5)，搅拌60s；
(4)加入润滑剂：待混合料的温度越接近树脂的软化点，并很快粘结成固体团状，迅速加入原砂总重量0.2％的硬脂酸钙，待温度降至90℃以下时继续混砂50s，混合料团块在混砂机中被逐步击碎分散形成分散的表面包覆了树脂膜覆膜砂时覆膜过程完成，然后放砂，即可得覆膜砂。并将所得到的覆膜砂用于铸造涡轮箱，涡轮箱表面均匀平整，无气孔，并对涡轮箱的粗糙度进行检测，粗糙度Ra<12.5um。
对比例3
按照如下步骤制备覆膜砂：
(1)原砂混合：将140目电熔陶粒砂27重量份、200目电熔陶粒砂58重量份和270目电熔陶粒砂15重量份，混合均匀；
(2)加入树脂：将原砂加热190s使温度升至140℃，加入原砂总重量0.02％的石墨，混合均匀；达到树脂软化点后将树脂加入到热砂中，由于热砂的热作用而使树脂升温软化并逐步包覆砂粒，当树脂被热砂加热到具有良好流动性和覆膜性以后，搅拌75s使得树脂与原砂混合均匀；
(3)加入固化剂：当经步骤(2)处理后的混合料的温度降低到116℃时，加入原砂重量15％的乌洛托品水溶液(乌洛托品与水的重量比为1:2.5)，搅拌60s；
(4)加入润滑剂：待混合料的温度越接近树脂的软化点，并很快粘结成固体团状，迅速加入原砂总重量0.2％的硬脂酸钙，待温度降至90℃以下时继续混砂50s，混合料团块在混砂机中被逐步击碎分散形成分散的表面包覆了树脂膜覆膜砂时覆膜过程完成，然后放砂，即可得覆膜砂。并将所得到的覆膜砂用于铸造涡轮箱，涡轮箱表面均匀平整，无气孔，并对涡轮箱的粗糙度进行检测，粗糙度Ra<12.5um。
备注：实施例1-4及对比例1-3所用的电熔锻造砂均为铝矾土陶粒经1200-1300℃煅烧后，再经电熔炉电熔(出炉温度大于2200℃)制成。
二、对制备得到的覆膜砂的性能进行检测：
按照国家行业标准JB/T 8583-2008对所得到的覆膜砂的常温抗拉强度、发气量进行检测，并对其耐火度(耐火度是指在采用实施例1-4及对比例1-3制备得到的覆膜砂制作耐热铸钢铸件时的浇注温度)进行检测，检测结果如下表1所示：
表1
| 覆膜砂样品 | 常温抗拉强度 | 发气量 | 耐火度 | 粗糙度/Ra |
| 实施例1 | 7.0MPa | 10.2ml/g | 1120℃ | 8.5um |
| 实施例2 | 7.5MPa | 10.0ml/g | 1100℃ | 8.7um |
| 实施例3 | 7.6MPa | 9.8ml/g | 1150℃ | 8.2um |
| 实施例4 | 9.1MPa | 8.1ml/g | 1180℃ | 11.2um |
| 对比例1 | 6.9MPa | 10.6ml/g | 900℃ | 9.9um |
| 对比例2 | 7.1MPa | 10.2ml/g | 850℃ | 10.9um |
| 对比例3 | 7.4MPa | 10.0ml/g | 1050℃ | 9.5um |
由上表1可知，石墨的加入可起到提高所制备的覆膜砂耐火度的作用，且石墨加入的量和加入顺序均会影响所制得的覆膜砂的耐火度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种覆膜砂，其特征在于，包括下述原料：原砂、耐高温抗老化剂、树脂、固化剂和润滑剂，所述耐高温抗老化剂为石墨，其用量为原砂总重量的0.01％-0.03％；所述树脂的用量为原砂总重量的1.5％-2.8％，所述固化剂的用量为所述树脂总重量的10％-20％，所述润滑剂的用量为原砂总重量的0.1％-0.25％；所述固化剂为乌洛托品水溶液，所述乌洛托品水溶液中乌洛托品与水的重量比为1:2.5；所述原砂包括20-30重量份的140目电熔锻造砂、55-60重量份的200目电熔锻造砂和10-20重量份的270目电熔锻造砂；所述覆膜砂在制备时，先将原砂和耐高温抗老化剂混合均匀再将原砂和耐高温抗老化剂的混合物升温至140-150℃，之后再依次加入所述树脂、固化剂和润滑剂。
2.根据权利要求1所 述的覆膜砂，其特征在于，所述电熔锻造砂为铝矾土陶粒经1200-1300℃煅烧后，再经电熔炉电熔制成，其出炉温度大于2200℃。
3.根据权利要求1或2所述的覆膜砂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将原砂和耐高温抗老化剂升温至140-150℃；(2)加入树脂，使树脂充分软化后，搅拌70-80s，使树脂与原砂混合均匀；(3)降温至110-117℃，迅速加入固化剂，搅拌50-70s；(4)加入润滑剂，降温至90℃以下，继续混砂30-50s，放料即得所述覆膜砂。
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