CN110252939A - 一种砂型模具用再生树脂砂及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种砂型模具用再生树脂砂及其制备工艺，再生树脂砂包含以下重量份组分：100～120份原砂、80～100份再生砂、3～6份混合树脂、0.5‑1.5份固化剂，混合树脂包括质量比为3:（0.8～1.5）的呋喃树脂和酚醛树脂，呋喃树脂为低氮糠醇树脂，原砂包括质量比为2:1的圆形硅砂和多角形硅砂；再生砂的制备方法，包括如下步骤：S301、旧砂破碎、S302、磁选处理、S303、焙烧提纯、S304、粉碎过筛、S305、洗涤干燥；再生树脂砂的制备工艺，包括以下步骤：S601、配比备料、S602、投料混合、S603、出砂。本发明的工艺稳定、可有效回收利用旧砂，利用本发明的再生树脂砂制成的砂型具有稳定性高、能有效抑制气孔、砂眼、裂纹出现的优点。

Description

一种砂型模具用再生树脂砂及其制备工艺
技术领域
本发明涉及砂型模具材料技术领域，特别涉及一种砂型模具用再生树脂砂及其制备工艺。
背景技术
模具被称为“工业之母”，其广泛应用于工业生产加工，是用以制作成型物品的工具，它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工，按照模具本身材料的不同，模具可分为：砂型模具、金属模具、真空模具、石蜡模具等。
我国是铸造业大国，铸造企业每年会使用和消耗许多砂型模具，砂型模具一般是按照一定配比将粘合剂、原砂、固化剂加入混砂机，通过混砂机连续混制从而制成型砂，再利用型砂造型或制芯。砂型模具在使用后会产生很多旧砂，我国每年会产生5000万吨以上的铸造旧砂，很多企业直接将旧砂掩埋废弃，因此，目前行业内对于旧砂的回收利用还很欠缺。
申请公布号为CN106001400A的中国发明专利，公开了一种呋喃树脂自硬砂的制备方法，包括以下步骤：(1)将旧砂破碎、过筛后浸泡于柠檬酸溶液中，并使用超声波进行处理，然后再向浸泡液中加入氨水，常温下搅拌洗涤，过滤得到预处理砂；(2)将预处理砂加入硅砂擦洗机处理，擦洗后烘干、破碎，过40目筛，并使用磁选机磁选处理，得到二次处理砂；(3)将二次处理砂与混合液按比例混合搅拌，出去悬浮物，过滤得到三次处理砂；(4)将三次处理砂进行水洗、烘干，得到再生砂，将再生砂与呋喃树脂、环氧树脂、磷酸、硬脂酸、苯磺酸按比例混合，制得新的呋喃树脂自硬砂。
以上现有技术方案中，利用酸碱浸泡结合超声波处理将旧砂与旧树脂粘合剂分离，从而回收利用旧砂。但是在实际处理过程中会产生大量的酸碱废水，从而增加了环保成本和压力，因此，还有待改进。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种砂型模具用再生树脂砂，该树脂砂制成的砂型具有稳定性高、有效抑制气孔、砂眼、裂纹出现的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种砂型模具用再生树脂砂的制备工艺，其具有制作工艺稳定、可有效回收利用旧砂的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种砂型模具用再生树脂砂，包含以下重量份的组分：100～120份原砂、80～100份再生砂、3～6份混合树脂、0.5～1.5份固化剂；
所述混合树脂包括质量比为3:(0.8～1.5)的呋喃树脂和酚醛树脂。
通过采用上述技术方案，再生砂是利用旧砂再生制得，可以将废弃旧砂回收利用，有效提高了资源利用率；呋喃树脂与酚醛树脂复配起到粘结剂的效果，呋喃树脂耐化学腐蚀性好，溃散性好，发气小，酚醛树脂具有优异的耐高温性、力学性能，与呋喃树脂可以形成协同效应，提高型砂的综合性能；固化剂可以提高固化速度及固化效果，是型砂的性能更加均一稳定。
进一步的，所述呋喃树脂为低氮糠醇树脂。
通过采用上述技术方案，低氮糠醇树脂是呋喃树脂的一个系列，低氮糠醇树脂中含氮量一般小于2％，糠醇大于80％，铸造时不容易起气，从而减少了铸件的气孔产生，另一方面，低氮糠醇树脂可以有效减少铸造不均匀壁厚铸件时出现的热裂现象。
进一步的，所述再生砂的制备方法，包括如下步骤：
S301、旧砂破碎：将使用过的废弃型砂加入鄂破机进行粗碎，粗碎后的旧砂再通过对辊机进行粉碎；
S302、磁选处理：将步骤S301得到的二次粉碎旧砂加入磁选机，磁场强度为0.8T,经磁选处理后，将旧砂中的金属残留物分离；
S303、焙烧提纯：将步骤S302的旧砂加入焙烧炉进行焙烧，先设置炉温250～350℃，焙烧2～3h，再设置炉温为700～800℃，继续焙烧1～2h；
S304、粉碎过筛：将焙烧出炉后的砂料冷却至60℃以下，再经过粉碎、过筛，得到再生砂预备料；
S305、洗涤干燥：将步骤S304的再生砂预备料用清水冲洗后，干燥，制得再生砂备用。
通过采用上述技术方案，旧砂一般都板结成块状，通过破碎及粉碎，使得旧砂回复颗粒状，便于后续加工提纯；由于旧砂在铸造过程中一般会混合许多金属材料，通过磁选可以将金属与砂砾分离；
由于旧砂表面包裹有树脂等高分子有机粘合剂，此类物质交联固化后很难分解，因此通过高温焙烧可以将树脂煅烧融化并燃烧反应掉，从而实现了树脂与旧砂颗粒的分离；
焙烧过程中旧砂颗粒会发生粘结，从而形成板结，通过粉碎过筛可以再次将旧砂变成砂粒，过筛可以达到分离形成特定粒度范围再生砂的目的；
洗涤可以将再生砂表面的回城杂质去除，进一步提高再生砂的纯度及洁净度，干燥可以去除再生砂中的水分，制得后续混砂所需要的干燥再生砂。
进一步的，所述原砂包括质量比为2:1的圆形硅砂和多角形硅砂。
通过采用上述技术方案，圆形硅砂硅砂粒度较粗，其流动及紧实性好，可以提高砂型的力学强度，多角形硅砂粒度更加细腻均一，可以提高砂型表面的密实性，从而提高型砂抗金属液渗透性。
进一步的，所述固化剂为磺酸固化剂。
通过采用上述技术方案，磺酸固化剂可适用于不同温度，不同湿度条件下呋喃树脂，酚醛树脂造型制芯时的硬化过程，其不仅硬化速度快，强度高，而且能调节硬化速度，砂型(芯)溃散性好，能满足不同使用时间，起模强度，终强度的造型工艺。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种砂型模具用再生树脂砂的制备工艺，包括以下步骤：
S601、配比备料：按配比称取所述原砂、再生砂、树脂及固化剂；
S602、投料混合：启动混砂机，设置混砂搅笼搅拌桨转速为200～300rpm，再将原砂、再生砂依次投入输送搅笼，输送搅笼将原砂与再生砂输送至混砂搅笼，待原砂与再生砂输送完毕后继续混合搅拌3～5min，调节搅拌桨转速为700～900rpm，从混砂机的辅料添加口依次将树脂、固化剂均匀喷洒至混合砂料上，继续混合30～40s；
S603、出砂：将混合完成后的混合砂输送至芯盒内进行塑型。
通过采用上述技术方案，原砂与再生砂通过混砂机的混砂搅笼进行混合搅拌，现在低转速下将原砂与再生砂初步混合均匀，再通过高转速将树脂、固化剂与砂粒混合均匀，从而得到混合砂。
进一步的，所述S603步骤中，将混合砂输送至芯盒前，对芯盒内部涂抹脱模剂。
通过采用上述技术方案，脱模剂耐高温性、耐气候性好，且具有极好的遮盖力，有效提高了脱模效率。
进一步的，S603步骤中，将混合砂输送至芯盒前，先用松砂机对混合砂进行松砂处理。
通过采用上述技术方案，混合砂在混合形成过程中由于树脂及固化剂的粘黏作用会出现硬化板结，但由于混砂时间较短，硬化程度不高，因此可以直接使用松砂机进行松散，从而避免了硬化的混合砂直接进入芯盒而影响型芯质量。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过对旧砂进行焙烧将树脂煅烧融化并反应去除，从而实现旧砂与固化树脂的分离，通过磁选处理，将金属与砂砾分离，从而实现对旧砂提纯；
2.本发明通过使用呋喃树脂与酚醛树脂进行复配作为树脂粘合剂，从而使型砂的塑型性能更好，强度及耐高温性更高；
3.本发明选择呋喃树脂中的低氮糠醇树脂，低氮糠醇树脂中含氮量一般小于2％，糠醇大于80％，铸造时不容易起气，从而减少了铸件的气孔产生，另一方面，低氮糠醇树脂可以有效减少铸造不均匀壁厚铸件时出现的热裂现象；
4.本发明选择圆形硅砂和多角形硅砂复配作为原砂，圆形硅砂硅砂粒度较粗，其流动及紧实性好，可以提高砂型的力学强度，多角形硅砂粒度更加细腻均一，可以提高砂型表面的密实性，从而提高型砂抗金属液渗透性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
混合树脂的制备例1～3
表1混合树脂的原料配比
实施例：
实施例1：一种砂型模具用再生树脂砂的制备工艺，包括以下步骤：
S301、旧砂破碎：将使用过的废弃型砂加入鄂破机进行粗碎，粗碎后的旧砂再通过对辊机进行粉碎；
S302、磁选处理：将步骤S301得到的二次粉碎旧砂加入磁选机，磁场强度为0.8T,经磁选处理后，将旧砂中的金属残留物分离；
S303、焙烧提纯：将步骤S302的旧砂加入焙烧炉进行焙烧，先设置炉温250℃，焙烧2h，再设置炉温为700℃，继续焙烧1h；
S304、粉碎过筛：将焙烧出炉后的砂料冷却至60℃以下，再经过粉碎、过筛，得到再生砂预备料；
S305、洗涤干燥：将步骤S304的再生砂预备料用清水冲洗后，干燥，制得再生砂备用；
S601、配比备料：称取66.6份圆形硅砂、33.4份多角形硅砂、80份再生砂，0.5份磺酸固化剂，按照制备例1的配比称取2.63份呋喃树脂、0.64份酚醛树脂；
S602、投料混合：启动混砂机，设置混砂搅笼搅拌桨转速为200rpm，再将原砂、再生砂依次投入输送搅笼，输送搅笼将原砂与再生砂输送至混砂搅笼，待原砂与再生砂输送完毕后继续混合搅拌3min，调节搅拌桨转速为700rpm，从混砂机的辅料添加口依次将树脂、固化剂均匀喷洒至混合砂料上，继续混合30s；
S603、出砂：将混合完成后的混合砂输送至松砂机进行松砂，并提前对芯盒内部涂抹脱模剂，最后再将混合砂放入芯盒内塑型。
实施例2：一种砂型模具用再生树脂砂的制备工艺，包括以下步骤：
S301、旧砂破碎：将使用过的废弃型砂加入鄂破机进行粗碎，粗碎后的旧砂再通过对辊机进行粉碎；
S302、磁选处理：将步骤S301得到的二次粉碎旧砂加入磁选机，磁场强度为0.8T,经磁选处理后，将旧砂中的金属残留物分离；
S303、焙烧提纯：将步骤S302的旧砂加入焙烧炉进行焙烧，先设置炉温300℃，焙烧2.5h，再设置炉温为750℃，继续焙烧1.5h；
S304、粉碎过筛：将焙烧出炉后的砂料冷却至60℃以下，再经过粉碎、过筛，得到再生砂预备料；
S305、洗涤干燥：将步骤S304的再生砂预备料用清水冲洗后，干燥，制得再生砂备用；
S601、配比备料：称取70份圆形硅砂、35份多角形硅砂、85份再生砂，0.7份磺酸固化剂，按照制备例2的配比称取3份呋喃树脂、1份酚醛树脂；
S602、投料混合：启动混砂机，设置混砂搅笼搅拌桨转速为250rpm，再将原砂、再生砂依次投入输送搅笼，输送搅笼将原砂与再生砂输送至混砂搅笼，待原砂与再生砂输送完毕后继续混合搅拌4min，调节搅拌桨转速为800rpm，从混砂机的辅料添加口依次将树脂、固化剂均匀喷洒至混合砂料上，继续混合35s；
S603、出砂：将混合完成后的混合砂输送至松砂机进行松砂，并提前对芯盒内部涂抹脱模剂，最后再将混合砂放入芯盒内塑型。
实施例3：一种砂型模具用再生树脂砂的制备工艺，包括以下步骤：
S301、旧砂破碎：将使用过的废弃型砂加入鄂破机进行粗碎，粗碎后的旧砂再通过对辊机进行粉碎；
S302、磁选处理：将步骤S301得到的二次粉碎旧砂加入磁选机，磁场强度为0.8T,经磁选处理后，将旧砂中的金属残留物分离；
S303、焙烧提纯：将步骤S302的旧砂加入焙烧炉进行焙烧，先设置炉温350℃，焙烧3h，再设置炉温为800℃，继续焙烧2h；
S304、粉碎过筛：将焙烧出炉后的砂料冷却至60℃以下，再经过粉碎、过筛，得到再生砂预备料；
S305、洗涤干燥：将步骤S304的再生砂预备料用清水冲洗后，干燥，制得再生砂备用；
S601、配比备料：称取73份圆形硅砂、37份多角形硅砂、90份再生砂，1份磺酸固化剂，按照制备例3的配比称取4份呋喃树脂、2份酚醛树脂；
S602、投料混合：启动混砂机，设置混砂搅笼搅拌桨转速为300rpm，再将原砂、再生砂依次投入输送搅笼，输送搅笼将原砂与再生砂输送至混砂搅笼，待原砂与再生砂输送完毕后继续混合搅拌5min，调节搅拌桨转速为900rpm，从混砂机的辅料添加口依次将树脂、固化剂均匀喷洒至混合砂料上，继续混合40s；
S603、出砂：将混合完成后的混合砂输送至松砂机进行松砂，并提前对芯盒内部涂抹脱模剂，最后再将混合砂放入芯盒内塑型。
实施例4：一种砂型模具用再生树脂砂的制备工艺，包括以下步骤：
S301、旧砂破碎：将使用过的废弃型砂加入鄂破机进行粗碎，粗碎后的旧砂再通过对辊机进行粉碎；
S302、磁选处理：将步骤S301得到的二次粉碎旧砂加入磁选机，磁场强度为0.8T,经磁选处理后，将旧砂中的金属残留物分离；
S303、焙烧提纯：将步骤S302的旧砂加入焙烧炉进行焙烧，先设置炉温300℃，焙烧2.5h，再设置炉温为750℃，继续焙烧1.5h；
S304、粉碎过筛：将焙烧出炉后的砂料冷却至60℃以下，再经过粉碎、过筛，得到再生砂预备料；
S305、洗涤干燥：将步骤S304的再生砂预备料用清水冲洗后，干燥，制得再生砂备用；
S601、配比备料：称取76.6份圆形硅砂、38.4份多角形硅砂、95份再生砂，1.3份磺酸固化剂，按照制备例2的配比称取3份呋喃树脂、1份酚醛树脂；
S602、投料混合：启动混砂机，设置混砂搅笼搅拌桨转速为250rpm，再将原砂、再生砂依次投入输送搅笼，输送搅笼将原砂与再生砂输送至混砂搅笼，待原砂与再生砂输送完毕后继续混合搅拌4min，调节搅拌桨转速为800rpm，从混砂机的辅料添加口依次将树脂、固化剂均匀喷洒至混合砂料上，继续混合35s；
S603、出砂：将混合完成后的混合砂输送至松砂机进行松砂，并提前对芯盒内部涂抹脱模剂，最后再将混合砂放入芯盒内塑型。
实施例5：一种砂型模具用再生树脂砂的制备工艺，包括以下步骤：
S301、旧砂破碎：将使用过的废弃型砂加入鄂破机进行粗碎，粗碎后的旧砂再通过对辊机进行粉碎；
S302、磁选处理：将步骤S301得到的二次粉碎旧砂加入磁选机，磁场强度为0.8T,经磁选处理后，将旧砂中的金属残留物分离；
S303、焙烧提纯：将步骤S302的旧砂加入焙烧炉进行焙烧，先设置炉温300℃，焙烧3h，再设置炉温为800℃，继续焙烧2h；
S304、粉碎过筛：将焙烧出炉后的砂料冷却至60℃以下，再经过粉碎、过筛，得到再生砂预备料；
S305、洗涤干燥：将步骤S304的再生砂预备料用清水冲洗后，干燥，制得再生砂备用；
S601、配比备料：称取80份圆形硅砂、40份多角形硅砂、100份再生砂，1.5份磺酸固化剂，按照制备例2的配比称取3份呋喃树脂、1份酚醛树脂；
S602、投料混合：启动混砂机，设置混砂搅笼搅拌桨转速为300rpm，再将原砂、再生砂依次投入输送搅笼，输送搅笼将原砂与再生砂输送至混砂搅笼，待原砂与再生砂输送完毕后继续混合搅拌5min，调节搅拌桨转速为900rpm，从混砂机的辅料添加口依次将树脂、固化剂均匀喷洒至混合砂料上，继续混合40s；
S603、出砂：将混合完成后的混合砂输送至松砂机进行松砂，并提前对芯盒内部涂抹脱模剂，最后再将混合砂放入芯盒内塑型。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种砂型模具用再生树脂砂，其特征在于：包含以下重量份的组分：100～120份原砂、80～100份再生砂、3～6份混合树脂、0.5～1.5份固化剂；
所述混合树脂包括质量比为3:（0.8～1.5）的呋喃树脂和酚醛树脂。
2.根据权利要求1所述的一种砂型模具用再生树脂砂，其特征在于：所述呋喃树脂为低氮糠醇树脂。
3.根据权利要求1所述的一种砂型模具用再生树脂砂，其特征在于：所述再生砂的制备方法，包括如下步骤：
S301、旧砂破碎：将使用过的废弃型砂加入鄂破机进行粗碎，粗碎后的旧砂再通过对辊机进行粉碎；
S302、磁选处理：将步骤S301得到的粉碎旧砂加入磁选机，磁场强度为0.8T,经磁选处理后，可以将旧砂中的金属残留物分离；
S303、焙烧提纯：将步骤S302的旧砂加入焙烧炉进行焙烧，先设置炉温250～350℃，焙烧2～3h，再设置炉温为700～800℃，继续焙烧1～2h；
S304、粉碎过筛：将焙烧出炉后的砂料冷却至60℃以下，再经过粉碎、过筛，得到再生砂预备料；
S305、洗涤干燥：将步骤S304的再生砂预备料用清水冲洗后，干燥，制得再生砂备用。
4.根据权利要求1所述的一种砂型模具用再生树脂砂，其特征在于：所述原砂包括质量比为2:1的圆形硅砂和多角形硅砂。
5.根据权利要求1所述的一种砂型模具用再生树脂砂，其特征在于：所述固化剂为磺酸固化剂。
6.根据权利要求1～5任一项所述的砂型模具用再生树脂砂的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S601、配比备料：按配比称取所述原砂、再生砂、树脂及固化剂；
S602、投料混合：启动混砂机，将混砂搅笼的搅拌桨转速设置为200～300rpm，再将原砂、再生砂依次投入输送搅笼，输送搅笼将原砂与再生砂输送至混砂搅笼，待原砂与再生砂输送完毕后继续混合搅拌3～5min，调节搅拌桨转速为700～900rpm，从混砂机的辅料添加口依次将树脂、固化剂均匀喷洒至混合砂料上，继续混合30～40s；
S603、出砂：将完成混合后的混合砂输送至芯盒内进行塑型。
7.根据权利要求6所述的砂型模具用再生树脂砂的制备工艺，其特征在于：所述S603步骤中，将混合砂输送至芯盒前，对芯盒内部涂抹脱模剂。
8.根据权利要求6所述的砂型模具用再生树脂砂的制备工艺，其特征在于：S603步骤中，将混合砂输送至芯盒前，先用松砂机对混合砂进行松砂处理。
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