CN111151710B - 一种环保覆膜砂铸造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保覆膜砂铸造工艺，其技术方案要点包括如下步骤：(1)制壳：(1)先制备覆膜砂，再将覆膜砂倒入射芯机内，接着启动射芯机，利用空压机的压力将射芯机内的覆膜砂通过射砂机射入铁模内，温度200‑240℃，烘烤60‑80s，得到模壳；(2)修砂：用气枪吹除模壳上的砂，再喷入脱模剂，接着进行人工修砂；(3)叠壳：将模壳堆叠多层，再用支架固定，并在模壳顶部中心放上浇口杯；(4)浇铸；(5)抛磨；(6)酸洗；(7)成品分筛；(8)装袋成品；所述覆膜砂包括如下重量份的组分：原砂110‑120份；改性环氧树脂1.6‑2份；苯并噁嗪树脂2.5‑3份；相容剂0.3‑0.5份；固化剂0.18‑0.26份；润滑剂0.2‑0.3份。该铸造工艺简单，步骤少，成型快；覆膜砂发气量少、韧性和耐热性高。

Description

一种环保覆膜砂铸造工艺
技术领域
本发明涉及铸造领域，特别涉及一种环保覆膜砂铸造工艺。
背景技术
铸造是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯的方法。目前铸造方式大致分为可大批量生产、适用范围广的砂型铸造，精度高、质量好的特种铸造，特种铸造又具体分为熔模铸造、壳型铸造等。
其中，壳型铸造具有生产效率高、用砂量少、粉尘少、噪音小、产品质量高等优点。壳型铸造便是采用覆膜砂制壳，覆膜砂是指砂粒表面在造型前覆有一层固体树脂膜的型砂。覆膜砂壳型铸造工艺尤其适用于各种金属中小型铸件的成批和大量生产，如不锈钢阀门压盖、阀体等。
公告号为CN103042177B的中国专利公开了一种不锈钢水龙头的铸造工艺，依次由下述步骤组成，A. 铸件浇铸和冷却凝固过程模拟、B.制作产品三维图、C.准备模具、D.数控校对、E.装配模具、F.制作砂芯、G.浇铸成型、 H.清理。
公告号为CN105251938B的中国专利公开了一种覆膜砂生产工艺，其过程如下：先将热塑性酚醛树脂预先加热熔融，并加入少量溶剂降低粘度，再将乌洛托品、增韧剂、增强剂等加入到熔融的树脂中搅拌均匀，接着将硅砂加热到80-100℃，将处理后的树脂混合料及加热的硅砂加入到混砂机中搅拌均匀，经过降温，破碎，筛选得到成品覆膜砂。
上述专利公开了现有的覆膜砂铸造工艺及覆膜砂制备方法，由于覆膜砂的粘结剂采用酚醛树脂、固化剂采用乌洛托品，制备过程及使用过程中容易产生氨气、苯酚、甲醛等有害气体，不仅危害工人的健康，还容易导致铸件表面出现气孔，影响产品质量。
发明内容
针对上述技术缺陷，本发明的目的是提供一种环保覆膜砂铸造工艺，具有覆膜砂发气量低的优点，环保且铸件质量高。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种环保覆膜砂铸造工艺，包括如下步骤：
(1)制壳：先制备覆膜砂，再将覆膜砂倒入射芯机内，接着启动射芯机，利用空压机的压力将射芯机内的覆膜砂通过射砂机射入铁模内，温度200-240℃，烘烤60-80s，得到模壳；
(2)修砂：用气枪吹除模壳上的砂，再喷入脱模剂，接着进行人工修砂；
(3)叠壳：将模壳堆叠多层，再用支架固定，并在模壳顶部中心放上浇口杯；
(4)浇铸：将1590-1610℃的熔融铁水浇入模壳内，自然冷却、脱模后得到铸件；
(5)抛磨：对铸件进行磨光、抛丸，去除表面毛刺；
(6)酸洗：对铸件进行酸洗处理；
(7)成品分筛；(8)装袋成品；
所述覆膜砂包括如下重量份的组分：
原砂 110-120份；
改性环氧树脂 1.6-2份；
苯并噁嗪树脂 2.5-3份；
相容剂 0.3-0.5份；
固化剂 0.18-0.26份；
润滑剂 0.2-0.3份；
所述改性环氧树脂的制备过程如下；
第一步，先将40-45份八甲基环四硅氧烷、4-6份三氟丙基甲基环三硅氧烷、3-5份KH570、0.06-0.08份四甲基氢氧化铵、10-15份六甲基二硅氧烷混合均匀，加热至90-100℃，反应6-8h，再升温至150-160℃，继续反应2-4h，得到有机硅；
第二步，将3-5份马来酸酐、0.5-0.6份四丁基溴化铵、40-50份甲苯、5-7份丙酮混合均匀，再加入30-35份环氧树脂，升温至78-82℃，反应5-6h，脱除甲苯和丙酮后加入10-12份上述有机硅，加热至110-120℃，反应3-4h，出料得到改性环氧树脂。
通过采用上述技术方案，覆膜砂以改性环氧树脂和苯并噁嗪树脂复配作为基体树脂替代传统酚醛树脂，一方面该两种树脂制备及使用过程中产生的有害气体极少，有助于保护工人的身体健康，提高铸件质量；另一方面无需使用传统的乌托洛品固化剂，减少氨气的产生。
其中，环氧树脂收缩性低，化学稳定性和尺寸稳定性好，固化便捷，粘附力强，强度高，但是其固化后脆性大，抗弯强度和耐热性差。苯并噁嗪树脂是一种新型的酚醛树脂，与传统的酚醛树脂相比，同样具有耐高温、机械力学性能优良的优点。同时，苯并噁嗪树脂还具有如下优点：固化过程中树脂几乎零尺寸收缩，玻璃化转变温度高于固化温度，吸水率低且固化时无小分子，有毒物质释放。但是其固化后脆性大，固化速度慢，固化温度高。
基于上述缺陷，环氧树脂先与马来酸酐反应，提高基团活性，进而提高有机硅的接枝率，再与有机硅反应，引入含氟硅链，一方面提高环氧树脂的韧性和耐热性，使其能够应用于覆膜砂；另一方面提高环氧树脂和苯并噁嗪树脂的相容性。
改性环氧树脂和苯并噁嗪树脂复配，相比于单一种类，其耐热性大幅提升，且固化速度快，固化温度下降。
本发明进一步设置为：所述固化剂的制备过如下：先将20-30份松香酸在通氮气保护下升温至150-180℃，持续2-3h，再降温至110-120℃，加入50-60份冰醋酸、5-7份马来酸酐、0.2-0.3份对甲基苯磺酸，反应3-5h，冷却至室温，过滤得到固体，即固化剂。
通过采用上述技术方案，利用松香这种可再生资源，制得生物基固化剂，缓解石油危机带来的压力，且其对于改性环氧树脂和苯并噁嗪树脂的复配体系具有良好的适用性，一方面固化产物的韧度较好，另一方面苯并噁嗪树脂完全固化的温度下降，固化效率提高。
本发明进一步设置为：所述相容剂的制备过程如下：
第一步，先将香樟叶片洗净，去除主叶脉后研磨粉碎，烘干得到叶粉；
第二步，将叶片浸入正丁醇，加热至105-110℃，回流提取3-5h，去除正丁醇后，得到相容剂。
通过采用上述技术方案，进一步提高苯并噁嗪树脂和改性环氧树脂的交联相容性，从而提高覆膜砂的综合性能。
本发明进一步设置为：所述苯并噁嗪树脂为双酚A型苯并噁嗪树脂。
通过采用上述技术方案，该苯并噁嗪树脂与改性环氧树脂的复配效果好。
本发明进一步设置为：所述原砂为硅砂。
通过采用上述技术方案，硅砂耐高温且热膨胀系数小。
本发明进一步设置为：所述润滑剂为硬脂酸钙。
通过采用上述技术方案，硬脂酸钙能防止覆膜砂结块，增加流动性，改善脱模性。
本发明进一步设置为：所述覆膜砂的制备方法如下：
第一步，按配方所需重量份，先将改性环氧树脂、苯并噁嗪树脂、相容剂
混合均匀，加热至50-60℃，持续3-5min，得到混合物，待用；
第二步，将原砂加热至130-150℃，加入上述混合物，混砂55-65s；
第三步，继续升温至150-160℃，再加入固化剂，搅拌40-50s；
第四步，降温至110-120℃，加入润滑剂，搅拌10-15s，得到覆膜砂。
通过采用上述技术方案，该固化温度和固化时间下便能完成完全固化。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、该铸造工艺简单，步骤少，成型快；
2、覆膜砂发气量少、韧性和耐热性高，且固化快速。
附图说明
图1是实施例一至三的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一至三中的水平式分型射芯机型号为600A，购买自瑞安市华祥机械厂。
实施例一：
一种环保覆膜砂铸造工艺，如图1所示，包括如下步骤：
(1)制壳：先制备覆膜砂，再将覆膜砂倒入水平式分型射芯机内，接着启动水平式分型射芯机，利用空压机的压力将射芯机内的覆膜砂通过射砂机射入铁模内，温度200℃，烘烤60s，得到模壳；
(2)修砂：用气枪吹除模壳上的砂，再喷入脱模剂，接着进行人工修砂；
(3)叠壳：将模壳堆叠多层，再用支架固定，并在模壳顶部中心放上浇口杯；
(4)浇铸：将1590℃的熔融铁水浇入模壳内，自然冷却、脱模后得到铸件；
(5)抛磨：对铸件进行磨光、抛丸，去除表面毛刺；
(6)酸洗：对铸件进行酸洗处理；
(7)成品分筛；(8)装袋成品。
实施例二：
一种环保覆膜砂铸造工艺，如图1所示，包括如下步骤：
(1)制壳：先制备覆膜砂，再将覆膜砂倒入水平式分型射芯机内，接着启动水平式分型射芯机，利用空压机的压力将射芯机内的覆膜砂通过射砂机射入铁模内，温度240℃，烘烤80s，得到模壳；
(2)修砂：用气枪吹除模壳上的砂，再喷入脱模剂，接着进行人工修砂；
(3)叠壳：将模壳堆叠多层，再用支架固定，并在模壳顶部中心放上浇口杯；
(4)浇铸：将1610℃的熔融铁水浇入模壳内，自然冷却、脱模后得到铸件；
(5)抛磨：对铸件进行磨光、抛丸，去除表面毛刺；
(6)酸洗：对铸件进行酸洗处理；
(7)成品分筛；(8)装袋成品。
实施例三：
一种环保覆膜砂铸造工艺，如图1所示，包括如下步骤：
(1)制壳：先制备覆膜砂，再将覆膜砂倒入水平式分型射芯机内，接着启动水平式分型射芯机，利用空压机的压力将射芯机内的覆膜砂通过射砂机射入铁模内，温度220℃，烘烤70s，得到模壳；
(2)修砂：用气枪吹除模壳上的砂，再喷入脱模剂，接着进行人工修砂；
(3)叠壳：将模壳堆叠多层，再用支架固定，并在模壳顶部中心放上浇口杯；
(4)浇铸：将1600℃的熔融铁水浇入模壳内，自然冷却、脱模后得到铸件；
(5)抛磨：对铸件进行磨光、抛丸，去除表面毛刺；
(6)酸洗：对铸件进行酸洗处理；
(7)成品分筛；(8)装袋成品。
实施例四：
实施例一至三中的覆膜砂包括如下重量份的组分：
硅砂 110份；
改性环氧树脂 1.6份；
双酚A型苯并噁嗪树脂 2.5份；
相容剂 0.3份；
固化剂 0.18份；
硬脂酸钙 0.2份。
改性环氧树脂的制备过程如下；
第一步，先将40份八甲基环四硅氧烷、4份三氟丙基甲基环三硅氧烷、3份KH570、0.06份四甲基氢氧化铵、10份六甲基二硅氧烷混合均匀，加热至90℃，反应6h，再升温至150℃，继续反应2h，抽真空去除四甲基氢氧化铵和未反应的单体，得到有机硅；
第二步，将3份马来酸酐、0.5份四丁基溴化铵、40份甲苯、5份丙酮混合均匀，再加入30份E-51环氧树脂，升温至78℃，反应5h，脱除甲苯和丙酮后加入10份上述有机硅，加热至110℃，反应3h，出料得到改性环氧树脂。
固化剂的制备过如下：先将20份松香酸在通氮气保护下升温至150℃，持续2h，再降温至110℃，加入50份冰醋酸、5份马来酸酐、0.2份对甲基苯磺酸，反应3h，冷却至室温，过滤得到固体，即固化剂。
相容剂的制备过程如下：
第一步，先将香樟叶片洗净，去除主叶脉后研磨粉碎，烘干得到叶粉；
第二步，将叶片浸入正丁醇，加热至105℃，回流提取3h，去除正丁醇后，得到相容剂。
覆膜砂的制备方法如下：
第一步，按配方所需重量份，先将改性环氧树脂、苯并噁嗪树脂、相容剂
混合均匀，加热至50℃，持续3min，得到混合物，待用；
第二步，将原砂加热至130℃，加入上述混合物，混砂55s；
第三步，继续升温至150℃，再加入固化剂，搅拌40s；
第四步，降温至110℃，加入润滑剂，搅拌10s，得到覆膜砂。
实施例五：
实施例一至三中的覆膜砂包括如下重量份的组分：
硅砂 120份；
改性环氧树脂 2份；
双酚A型苯并噁嗪树脂 3份；
相容剂 0.5份；
固化剂 0.26份；
硬脂酸钙 0.3份。
改性环氧树脂的制备过程如下；
第一步，先将45份八甲基环四硅氧烷、6份三氟丙基甲基环三硅氧烷、5份KH570、0.08份四甲基氢氧化铵、15份六甲基二硅氧烷混合均匀，加热至100℃，反应8h，再升温至160℃，继续反应4h，抽真空去除四甲基氢氧化铵和未反应的单体，得到有机硅；
第二步，将5份马来酸酐、0.6份四丁基溴化铵、50份甲苯、7份丙酮混合均匀，再加入35份E-51环氧树脂，升温至82℃，反应6h，脱除甲苯和丙酮后加入12份上述有机硅，加热至120℃，反应4h，出料得到改性环氧树脂。
固化剂的制备过如下：先将30份松香酸在通氮气保护下升温至180℃，持续3h，再降温至120℃，加入60份冰醋酸、7份马来酸酐、0.3份对甲基苯磺酸，反应5h，冷却至室温，过滤得到固体，即固化剂。
相容剂的制备过程如下：
第一步，先将香樟叶片洗净，去除主叶脉后研磨粉碎，烘干得到叶粉；
第二步，将叶片浸入正丁醇，加热至110℃，回流提取5h，去除正丁醇后，得到相容剂。
覆膜砂的制备方法如下：
第一步，按配方所需重量份，先将改性环氧树脂、苯并噁嗪树脂、相容剂
混合均匀，加热至60℃，持续5min，得到混合物，待用；
第二步，将原砂加热至150℃，加入上述混合物，混砂65s；
第三步，继续升温至160℃，再加入固化剂，搅拌50s；
第四步，降温至120℃，加入润滑剂，搅拌15s，得到覆膜砂。
实施例六：
实施例一至三中的覆膜砂包括如下重量份的组分：
硅砂 115份；
改性环氧树脂 1.8份；
双酚A型苯并噁嗪树脂 2.8份；
相容剂 0.4份；
固化剂 0.23份；
硬脂酸钙 0.25份。
改性环氧树脂的制备过程如下；
第一步，先将42份八甲基环四硅氧烷、5份三氟丙基甲基环三硅氧烷、4份KH570、0.07份四甲基氢氧化铵、12份六甲基二硅氧烷混合均匀，加热至95℃，反应7h，再升温至155℃，继续反应3h，抽真空去除四甲基氢氧化铵和未反应的单体，得到有机硅；
第二步，将4份马来酸酐、0.55份四丁基溴化铵、45份甲苯、6份丙酮混合均匀，再加入32份E-51环氧树脂，升温至80℃，反应5.5h，脱除甲苯和丙酮后加入11份上述有机硅，加热至115℃，反应3.5h，出料得到改性环氧树脂。
固化剂的制备过如下：先将25份松香酸在通氮气保护下升温至160℃，持续2.5h，再降温至115℃，加入55份冰醋酸、6份马来酸酐、0.25份对甲基苯磺酸，反应4h，冷却至室温，过滤得到固体，即固化剂。
相容剂的制备过程如下：
第一步，先将香樟叶片洗净，去除主叶脉后研磨粉碎，烘干得到叶粉；
第二步，将叶片浸入正丁醇，加热至108℃，回流提取4h，去除正丁醇后，得到相容剂。
覆膜砂的制备方法如下：
第一步，按配方所需重量份，先将改性环氧树脂、苯并噁嗪树脂、相容剂
混合均匀，加热至55℃，持续4min，得到混合物，待用；
第二步，将原砂加热至140℃，加入上述混合物，混砂60s；
第三步，继续升温至155℃，再加入固化剂，搅拌45s；
第四步，降温至115℃，加入润滑剂，搅拌12s，得到覆膜砂。
实施例七：
与实施例六的区别在于，固化剂为乙二胺。
对比例一：
与实施例六的区别在于，不包括相容剂。
对比例二：
与实施例六的区别在于，改性环氧树脂替换为E-51环氧树脂。
对比例三：
与实施例六的区别在于，苯并噁嗪树脂替换为改性环氧树脂。
对比例四:
市售普通酚醛树脂覆膜砂。
性能测试：
根据JB/T 8583-2008《铸造用覆膜砂》中记载的方法，对实施例四至七、对比例一至四的覆膜砂进行测试，测试其发气量、常温抗弯强度，所得结果记录在表1。
根据JB/T 13037-2017《覆膜砂高温性能试验方法》中记载的方法，对实施例四至七、对比例一至四的覆膜砂，测试其高温耐热时间，所得结果记录在表1。
表1 覆膜砂性能测试结果记录表
发气量(ml/g) 抗弯强度(MPa) 耐热时间(s)
实施例四 1.2 10.3 183
实施例五 1.3 10.6 182
实施例六 0.9 10.6 185
实施例七 2.6 7.2 118
对比例一 1.0 9.3 156
对比例二 1.1 7.5 133
对比例三 1.5 11.2 158
对比例四 22.3 5.3 75
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种环保覆膜砂铸造工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制壳：先制备覆膜砂，再将覆膜砂倒入射芯机内，接着启动射芯机，利用空压机的压力将射芯机内的覆膜砂通过射砂机射入铁模内，温度200-240℃，烘烤60-80s，得到模壳；
(2)修砂：用气枪吹除模壳上的砂，再喷入脱模剂，接着进行人工修砂；
(3)叠壳：将模壳堆叠多层，再用支架固定，并在模壳顶部中心放上浇口杯；
(4)浇铸：将1590-1610℃的熔融铁水浇入模壳内，自然冷却、脱模后得到铸件；
(5)抛磨：对铸件进行磨光、抛丸，去除表面毛刺；
(6)酸洗：对铸件进行酸洗处理；
(7)成品分筛；(8)装袋成品；
所述覆膜砂包括如下重量份的组分：
原砂 110-120份；
改性环氧树脂 1.6-2份；
苯并噁嗪树脂 2.5-3份；
相容剂 0.3-0.5份；
固化剂 0.18-0.26份；
润滑剂 0.2-0.3份；
所述改性环氧树脂的制备过程如下；
第一步，先将40-45份八甲基环四硅氧烷、4-6份三氟丙基甲基环三硅氧烷、3-5份KH570、0.06-0.08份四甲基氢氧化铵、10-15份六甲基二硅氧烷混合均匀，加热至90-100℃，反应6-8h，再升温至150-160℃，继续反应2-4h，得到有机硅；
第二步，将3-5份马来酸酐、0.5-0.6份四丁基溴化铵、40-50份甲苯、5-7份丙酮混合均匀，再加入30-35份环氧树脂，升温至78-82℃，反应5-6h，脱除甲苯和丙酮后加入10-12份上述有机硅，加热至110-120℃，反应3-4h，出料得到改性环氧树脂；
所述固化剂的制备过如下：先将20-30份松香酸在通氮气保护下升温至150-180℃，持续2-3h，再降温至110-120℃，加入50-60份冰醋酸、5-7份马来酸酐、0.2-0.3份对甲基苯磺酸，反应3-5h，冷却至室温，过滤得到固体，即固化剂。
2.根据权利要求1所述的一种环保覆膜砂铸造工艺，其特征在于：所述相容剂的制备过程如下：
第一步，先将香樟叶片洗净，去除主叶脉后研磨粉碎，烘干得到叶粉；
第二步，将叶片浸入正丁醇，加热至105-110℃，回流提取3-5h，去除正丁醇后，得到相容剂。
3.根据权利要求2所述的一种环保覆膜砂铸造工艺，其特征在于：所述苯并噁嗪树脂为双酚A型苯并噁嗪树脂。
4.根据权利要求1所述的一种环保覆膜砂铸造工艺，其特征在于：所述原砂为硅砂。
5.根据权利要求1所述的一种环保覆膜砂铸造工艺，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸钙。
6.根据权利要求1所述的一种环保覆膜砂铸造工艺，其特征在于：所述覆膜砂的制备方法如下：
第一步，按配方所需重量份，先将改性环氧树脂、苯并噁嗪树脂、相容剂
混合均匀，加热至50-60℃，持续3-5min，得到混合物，待用；
第二步，将原砂加热至130-150℃，加入上述混合物，混砂55-65s；
第三步，继续升温至150-160℃，再加入固化剂，搅拌40-50s；
第四步，降温至110-120℃，加入润滑剂，搅拌10-15s，得到覆膜砂。
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