CN110899618A - 一种改善铸造砂粒形貌提高砂型强度的铸造工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改善铸造砂粒形貌提高砂型强度的铸造工艺方法,包括步骤一，配备原料：所述原料包括型砂和增强剂；步骤二，将所述原料加入至铸造砂混砂设备，先加入砂后加入增强剂，所述增强剂以粉状或把粉浓缩成液态的方式加入，将所述原料充分搅拌混匀；步骤三，加入粘接剂、固化剂进行充分混匀，然后在砂箱内进行造型及紧实，并在所述砂型上设置溢流口、出气孔；步骤四，经过自硬化后起模，并进行修型；步骤五，再经过刷涂料、合箱、热风烘干、浇注、落砂、再生回用。本发明利用纳米级耐火材料等增强剂材料通过兼容传统的铸造砂生产线和设备进行混砂造型生产，实现了不额外增加树脂加入量的前提下大幅度提高砂型强度的目的。
Description
技术领域
本发明涉及铸造成型工艺技术领域，尤其涉及一种利用纳米级硅微粉或微硅粉材料，改善铸造砂粒形貌提高砂型强度的铸造工艺方法。
背景技术
自硬树脂砂铸造工艺在我国铸造行业的应用较为广泛，巾、大型铸件基本上都采用它来生产，中、小型铸件采用的也很多。树脂与硬化剂在砂粒表面形成的粘结膜和在砂粒之间形成的粘结桥，参见图1。型砂的强度决定于粘结膜对砂粒表面的附着力、粘结膜的状态和粘结桥的强度。目前的所有铸造成型工艺中，要提高砂型强度的方法都是提高粘接剂的加入量措施来提高强度，例如中国专利CN201310721732.5曲轴的铸造工艺，中国专利CN201610576254.7一种大型铸件消失模树脂砂铸造工艺。
这样带来的问题是：
1粘接剂加入量过高，砂型溃散性下降，清砂困难；
2粘接剂加入量过高，有效回用率下降，固废排放大；
3粘接剂加入量过高，旧砂残留的残钠及灼烧减量(LOI值)剧增，恶化了旧砂性能，回收难度剧增；
4粘接剂加入量过高，恶化铸件表面质量；
5粘接剂加入量过高，要提高新砂加入量及热法焙烧等措施，综合成本高。
发明内容
为了解决因粘接剂加入量过高而导致的有效回用率下降，固废排放大、砂型溃散性下降等问题，本发明提出了一种改善铸造砂粒形貌提高砂型强度的铸造工艺方法,其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，配备原料：所述原料包括型砂和增强剂；
步骤二，混料：将所述原料加入至铸造砂混砂设备，先加入砂后加入增强剂，所述增强剂以粉状或把粉浓缩成液态的方式加入，将所述原料充分搅拌混匀；
步骤三，加入粘接剂、固化剂进行充分混匀，然后由铸造砂混砂设备出砂至砂箱内进行造型及紧实，并在所述砂型上设置溢流口和/或出气孔；
步骤四，经过自硬化后起模，并进行修型；
步骤五，再经过刷涂料、合箱、热风烘干、浇注、落砂、再生回用
进一步，所述增强剂为纳米级耐火材料。
进一步，所述纳米级耐火材料的尺寸为1--100纳米范围。
根据权利要求1至3之一所述的工艺方法，其特征在于，所述增强剂的加入量占总重的0.1-10％。
进一步，所述型砂为粘土砂、呋喃树脂砂、碱性酚醛树脂砂、酯硬化水玻璃自硬砂、吹二氧化碳水玻璃砂、覆膜砂、热芯盒及冷芯盒工艺砂、宝珠砂、镁橄榄石砂。
进一步，所述铸造砂混砂设备为混砂机。
进一步，所述粘接剂、固化剂与现有型砂工艺的加入量相同。
本发明专利的优势：
本发明利用纳米级耐火材料等增强剂材料通过兼容传统的铸造砂生产线和设备进行混砂造型生产，实现了不额外增加树脂加入量的前提下大幅度提高砂型强度的目的，该技术的主要优点在以下几方面：
1.大大节约了造型成本，提高了砂型(芯)强度和完整性，降低了坏型率；
2.提高了铸件尺寸稳定性；
3.完全可以兼容现有铸造行业的主要几种自硬砂工艺线进行生产；
4.提高了砂型材料的利用率，减少了固废排放，环保；
5.实现了传统铸造型砂领域砂粒表面形貌改性的成功突破，为铸造业提高砂型强度提供了一个环保可行的方案。
附图说明
图1为树脂与在砂粒表面形成的粘结膜和在砂粒之间形成的粘结桥的示意图；
图2为本发明的改善形貌的铸造砂粒示意图；
其中，1-粘结膜，2-砂粒，3-空隙，4-粘结桥，5-纳米耐火材料。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
为了实现铸造型砂领域砂粒表面形貌的改性，为铸造业提高砂型强度提供一个环保可行的方案，本发明在目前的铸造混砂(料)过程中，根据铸造砂型要求加入一定配比的增强剂材料(纳米级耐火材料)，按先加入砂后加入增强剂的混合顺序加入自硬砂混砂设备充分搅拌混匀。
纳米耐火材料5利用粉状颗粒的活动规律促进砂粒2的融合,在原有的面积下，纳米耐火材料5填充了部分砂粒2之间的空隙3，使各砂粒2之间的联系更加紧密，提高物化作用。国标GB/9442-1998用角形因数来反映铸造
型砂的砂粒表面的形貌:
根据国标GB/9442-1998的角形因数的公式计算，经过与纳米耐火材料5混匀后的砂粒2，其实际比表面积＝砂粒2自身的比表面积+纳米耐火材料5的比表面积，该比表面积大于砂粒2自身的比表面积，此时砂粒2的角形因数＞未添加耐火材料纳米耐火材料5的砂粒2的角形因数。因此，铸造型砂砂粒表面的形貌经过了改变，角形因数增大了，而且提高了粘接桥4的数量和面积(参见图2)。
在混匀的砂型和增强剂材料中，再加入粘接剂及固化剂等并进行充分混匀，之后由混砂机出砂口出砂至是砂箱内进行造型及紧实，经过一定时间进行自硬化起模，砂型强度比传统方式的砂型提高50％以上，砂型起模后进行修型，再经过与传统自硬砂造型工艺的刷涂料、合箱、热风烘干、浇注、落砂、再生回用生产过程，浇注后砂型的溃散性没有因为加了增强剂而提高，方便了落砂回用。粘结剂可选用有机树脂、无机粘接剂，例如所有改性硅酸盐或磷酸盐等无机粘接剂，或合成树脂等。固化剂可选用磺酸类固化剂。
技术参数及说明：
1主要适用铸造型砂工艺类型：粘土砂、呋喃树脂砂、碱性酚醛树脂砂、酯硬化水玻璃自硬砂、吹二氧化碳水玻璃砂、覆膜砂、热芯盒及冷芯盒工艺砂、宝珠砂、镁橄榄石砂等所有铸造型砂；
2增强剂材料：纳米级耐火材料，例如，纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氮化硼、纳米级硅微粉或微硅粉材料、纳米陶瓷复合材料等。加入量占总重的0.1-10％；型砂的透气性主要决定因素是砂粒之间空隙的尺寸。如果型砂的透气性不好，浇注时排气小畅而致铸件产生气孔缺陷；而纳米级耐火材料进入紧密排列的砂粒之间，可以增加很多粘结桥，提高型砂的强度。
3砂型强度提高能力：50％-200％；
4砂型的残留强度：与传统工艺比不增加，略有下降；
5加入方式：粉状或浓缩液态加入；
6适用的铸件材质：各类黑色金属(铸铁、铸钢)；有色金属镁、铝、钛等有色金属及非金属材料。
实施例1
在粘土砂铸造铸造钩舌铸件的混砂过程中，先将粘土砂加入至自硬砂混砂设备——辗轮式混砂机，然后根据粘土砂砂型要求加入占总重的0.1％纳米二氧化硅作为增强剂材料，将二者充分搅拌混匀,再加入粘接剂及固化剂等并进行充分混匀。纳米二氧化硅的尺寸为1--10纳米。所述粘接剂、固化剂，与现有型砂工艺添加的一致，其加入量与现有型砂工艺的相同。
之后由混砂机出砂口出砂至是砂箱内进行造型及紧实，并在所述造型上开设有溢流口和出气孔，以便于排气。经过一定时间进行自硬化起模并修型，再经过与传统自硬砂造型工艺的刷涂料、合箱、热风烘干、浇注、落砂、再生回用生产过程，浇注后砂型的溃散性没有因为加了增强剂而提高，方便了落砂回用。
实施例2
在呋喃树脂砂铸造缓冲器的混砂过程中，先将呋喃树脂砂加入至叶片式混砂机，然后根据呋喃树脂砂砂型要求加入占总重的10％纳米陶瓷复合材料作为增强剂材料，将二者充分搅拌混匀,再加入粘接剂及固化剂等并进行充分混匀。纳米陶瓷复合材料的尺寸为20--100纳米。所述粘接剂、固化剂加入量与现有型砂工艺的相同。
之后由混砂机出砂口出砂至是砂箱内进行造型及紧实，并在所述造型上开设有出气孔，以便于排气。经过一定时间进行自硬化起模并修型，再经过与传统铸造砂造型工艺的刷涂料、合箱、热风烘干、浇注、落砂、再生回用生产过程，完成。
实施例3
在覆膜砂铸造生产锆刚玉电熔砖的混砂过程中，先将覆膜砂加入至逆流式混砂机，然后根据覆膜砂砂型要求，加入占总重的纳米级硅微粉2％作为增强剂材料，将二者充分搅拌混匀,再加入粘接剂及固化剂等并进行充分混匀。纳米级硅微粉的尺寸为10--20纳米。所述粘接剂、固化剂，与实施例1一样。
之后由混砂机出砂口出砂至是砂箱内进行造型及紧实，并在所述造型上开设有溢流口和出气孔，以便于排气。其他工艺过程与实施例1一样。
本发明的主要优点在以下几方面：
1.大大节约了造型成本，提高了砂型(芯)强度和完整性，降低了坏型率；
2.提高了铸件尺寸稳定性；
3.完全可以兼容现有铸造行业的主要几种自硬砂工艺线进行生产；
4.提高了砂型材料的利用率，减少了固废排放，环保。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (8)
1.一种改善铸造砂粒形貌提高砂型强度的铸造工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，配备原料：所述原料包括型砂和增强剂；
步骤二，混料：将所述原料加入至铸造砂混砂设备，先加入砂后加入增强剂，所述增强剂以粉状或把粉浓缩成液态的方式加入，将所述原料充分搅拌混匀；
步骤三，加入粘接剂、固化剂进行充分混匀，然后由铸造砂混砂设备出砂至砂箱内进行造型及紧实，在所述砂型上设置溢流口和/或出气孔；
步骤四，经过自硬化后起模，并进行修型；
步骤五，再经过刷涂料、合箱、热风烘干、浇注、落砂、再生回用。
2.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述增强剂为纳米级耐火材料。
3.根据权利要求2所述的工艺方法，其特征在于，所述纳米级耐火材料的尺寸为1--100纳米范围。
4.根据权利要求1至3之一所述的工艺方法，其特征在于，所述纳米级耐火材料选自纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氮化硼、纳米级硅微粉或微硅粉材料、纳米陶瓷复合材料的一种或两种以上。
5.根据权利要求1至3所述的工艺方法，其特征在于，所述增强剂的加入量占总重的0.1-10％。
6.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述型砂为粘土砂、呋喃树脂砂、碱性酚醛树脂砂、酯硬化水玻璃自硬砂、吹二氧化碳水玻璃砂、覆膜砂、热芯盒及冷芯盒工艺砂、宝珠砂、镁橄榄石砂。
7.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述铸造砂混砂设备为混砂机。
8.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述粘接剂、固化剂与现有型砂工艺的加入量相同。
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