CN113560485A - 一种铜盐催化的树脂砂及其射砂成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铜盐催化的树脂砂及其射砂成型工艺，树脂砂由以下重量份的原料制成：原砂100份，树脂0.5～2份，铜盐催化剂0.05～0.5份。树脂砂的射砂成型工艺为：将原料配比混合，混砂后加入射芯机，利用气压将混砂射入模具，将模具加热至120～200℃，保温5～20min，混砂固化成型，获得树脂砂。获得的树脂砂强度高，满足浇铸要求，且浇铸获得的铸件内腔不粘砂，清理更容易，尺寸精度高，表面更光洁。
Description
技术领域
本发明属于铸造技术领域，涉及一种铜盐催化的树脂砂及其射砂成型工艺。
背景技术
砂型铸造是指在砂型中生产铸件的铸造方法，钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，砂型铸造一直是铸造生产中的基本工艺，砂型铸件在我国占铸件产量的很大比重。用树脂砂制芯、造型是近年来发展起来的砂型和砂芯制备新工艺，树脂砂与普通粘土砂、水玻璃砂相比具有许多优点，并且能够创造出更好的经济效益及社会效益，既可以提高铸件质量，又可以降低生产成本。
树脂砂造型分为两大类，一种是树脂的酸或碱固化，将砂子、树脂、固化剂混合后常温状态放入到模具当中，固化成型，然后通过浇注得到相应的铸件。但是对于内腔复杂尺寸、精度要求高的铸件这种工艺难以达到要求。另一种是射砂加热造型，如中国专利申请CN106825385A所示，将宝珠砂、固化剂和树脂混砂后通过射砂加热成型为树脂砂型砂芯，射砂造型相比传统的热芯加工工艺，能够节约大量的能源消耗、减少芯盒变形、延长设备使用寿命并且改善工人的工作环境，但是目前射砂加热造型只适用于热固性树脂，无法适用于非热固性树脂。
型砂对铸件的质量有非常重要的影响，铸件的气孔、粘砂、结疤、热裂和表面质量、尺寸精度等都与所使用的型砂有很大关系。因此，制备出一种高质量树脂砂以提高铸件质量非常有必要。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供一种铜盐催化的树脂砂及其射砂成型工艺，制备获得的树脂砂用于砂型铸造有效提高铸件质量。
本发明的一个目的在于提供一种铜盐催化的树脂砂，其由以下重量份的原料制成：
原砂100份，树脂0.5～2份，铜盐催化剂0.05～0.5份。
作为优选，所述原砂为石英砂、宝珠砂、锆英砂、铬铁矿砂、橄榄石砂、石灰石砂中的一种或多种的混合物。
进一步优选，所述原砂为宝珠砂。
作为优选，所述树脂为常温固化树脂。
作为优选，所述树脂为呋喃树脂、酚醛树脂、脲醛树脂中的一种或多种的混合物。
作为优选，所述铜盐催化剂为苯磺酸铜、对甲苯磺酸铜、邻甲基苯磺酸铜中的一种或多种的混合物。
进一步优选，所述铜盐催化剂为苯磺酸铜。
作为优选，所述原砂、树脂和铜盐催化剂的质量比为100：(0.8～1.2)：(0.1～0.2)。
本发明份另一个目的在于提供一种铜盐催化的树脂砂的射砂成型工艺，包括以下步骤：
按原砂100份，树脂0.5～2份，铜盐催化剂0.05～0.5份配比，混砂后加入射芯机，利用气压将混砂射入模具，将模具加热至120～200℃，保温5～20min，混砂固化成型，获得树脂砂。
本发明相对于现有技术具有如下有益效果：
(1)本发明通过在常温固化树脂和原砂中加入铜盐催化剂，实现含常温固化树脂的树脂砂射砂加热成型；
(2)本发明采用的射砂造型工艺，树脂添加量较低，大大减少树脂砂在浇铸过程产生的气体量，有效降低气孔产生；
(3)采用本发明的原砂、常温固化树脂、铜盐催化剂原料混砂，通过射砂成型工艺，可以提高树脂砂强度，使得树脂砂热强度达到0.3MPa及以上，满足型芯起模搬运的强度，且冷强度达到1.0MPa及以上，满足铸件浇注时的刚度需求；
(4)采用本发明射砂成型工艺制备的树脂砂进行浇铸，获得的铸件内腔不粘砂，清理更容易；
(5)采用本发明射砂成型工艺制备的树脂砂进行浇铸，获得的铸件尺寸精度高，表面更光洁。
具体实施方式
在下文中，针对本发明的铜盐催化的树脂砂及其射砂成型工艺，对本发明的技术方案作进一步描述说明，但并不构成对本发明的限制。
在本发明的一些实施方式中，所述铜盐催化的树脂砂，由以下重量份的原料制成：原砂100份，树脂0.5～2份，铜盐催化剂0.05～0.5份。
原砂是铸造工序中配制型(芯)砂所用的砂子，是型(芯)砂中的基本组成部分，本发明的原砂可以采用石英砂、宝珠砂、锆英砂、铬铁矿砂、橄榄石砂、石灰石砂中的一种或多种混合物。
本发明采用的原砂的粒径不作限制，列举为20-200目。原砂在混砂之前需进行表面净化处理以提高树脂砂强度，表面净化处理如在擦洗设备中加水，通过高速搅拌去除原砂表面污渍，表面净化处理不作限制，能起到原砂表面净化即可。
进一步优选，所述原砂为宝珠砂。宝珠砂砂粒较圆整，在混砂过程能够使树脂更快更均匀地分布在砂粒表面，且砂粒近似球形，填砂时更容易紧实，提高树脂砂强度，保证铸件外观质量。
在本发明的一些实施方式中，采用的树脂为常温固化树脂。常温固化树脂是树脂砂制备过程中常规使用的一种树脂，在固化剂条件下常温即可固化。
进一步优选，所述树脂为常温固化呋喃树脂、常温固化酚醛树脂、常温固化脲醛树脂中的一种或多种。
在本发明的一些实施方式中，本发明采用的铜盐催化剂为苯磺酸铜、对甲苯磺酸铜、邻甲基苯磺酸铜中的一种或多种的混合物。
进一步优选，本发明采用的铜盐催化剂为苯磺酸铜。
在本发明的一些实施方式中，所述的铜盐催化的树脂砂的射砂成型工艺，包括以下步骤：
按原砂100份，树脂0.5～2份，铜盐催化剂0.05～0.5份配比，混砂后加入射芯机，利用气压将混砂射入模具，将模具加热至120～200℃，保温5～20min，混砂固化成型，获得树脂砂。
具体工艺如下：称取配比量的原砂、树脂、铜盐催化剂，置于混砂机中进行混砂，混砂转速为60～100r/min，混砂10～20min。混砂后加入射芯机，用0.3～1.0MPa干燥的压缩空气将混砂吹入模具中，用时10～15s，然后将模具通过5～20℃/min的加热速度升温至120～200℃，保温5～20min，使树脂砂硬化，机械脱模后，获得固化树脂砂。
浇铸工艺：在制备的树脂砂表面涂刷涂料，用喷灯烘烤1～3min，然后组装砂型(芯)，合模浇铸，得到铸件。
作为优选，在本发明的射砂成型工艺中，采用的原砂、树脂和铜盐催化剂的质量比为100：(0.8～1.2)：(0.1～0.2)。
采用射砂造型，可以紧实树脂砂，因此采用原砂质量0.8～1.2％的树脂就能达到树脂砂所必要的强度。树脂在钢水浇注的过程中会分解气体，因此树脂砂发气量的大小和树脂加入量有密切关系。现有采用酸或碱固化的树脂砂中加入的树脂量在1.5～2.5％，而本工艺方法中树脂加入量是0.8～1.2％，因此采用射砂成型工艺，获得的树脂砂在浇铸过程产生的气体总量大大减少，可有效降低气孔产生。
在传统制备工艺中，常温固化树脂通过加入固化剂在常温下就反应了，无法用射芯机射砂加热成型；而现有的射砂成型工艺又只针对热固性树脂，局限性很大。本发明通过在常温固化树脂和原砂中加入铜盐催化剂，实现含常温固化树脂的树脂砂射砂加热成型。这是因为在常温下，铜盐催化剂不会催化树脂发生缩聚反应，混合物可始终保持散沙状态超过120小时，只有加热到120～200℃，铜盐催化剂才会催化树脂发生反应，使得树脂固化变硬。
采用本发明的原砂、常温固化树脂、铜盐催化剂原料混砂，通过射砂成型工艺，可以提高树脂砂强度，使得树脂砂热强度达到0.3MPa及以上，可满足型芯起模搬运的强度，且冷强度达到1.0MPa及以上，满足铸件浇注时的刚度需求；本发明采用的射砂成型工艺，可有效解决现有树脂砂发气量大，容易产生气孔的问题；且采用本发明射砂成型工艺制备的树脂砂，浇铸获得的铸件内腔不粘砂，清理更容易，且铸件尺寸精度由原来的CT-11\CT-10提高到CT-7级，表面外观粗糙度由80μm左右降低到25μm左右，铸件直接铸态就达到尺寸要求，无须后续加工。
在下文中，通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步描述说明。然而，这些实施方式是示例性的，本发明公开内容不限于此。如果无特殊说明，本发明以下具体实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
宝珠砂购自洛阳瑞钰精细陶粒制品有限公司，粒度为50～100目。
呋喃树脂购自浙江天奇新材料科技股份有限公司，型号为FN1；酚醛树脂购自浙江天奇新材料科技股份有限公司，型号为JFZ。
实施例1
本实施例的铜盐催化的树脂砂，由以下重量份的原料制成：宝珠砂100份，呋喃树脂FN1 0.8份，苯磺酸铜0.1份。
本实施例的射砂成型工艺为：称取100份宝珠砂、0.8份呋喃树脂FN1、0.1份苯磺酸铜置于混砂机中进行混砂，混砂转速为60r/min，混砂20min。混砂后加入射芯机，用0.3MPa干燥的压缩空气将混砂吹入模具中，用时15s，然后将模具通过5℃/min的加热速度升温至150℃，保温15min，使树脂砂硬化，机械脱模后，获得固化树脂砂。
实施例2
本实施例的铜盐催化的树脂砂，由以下重量份的原料制成：宝珠砂100份，酚醛树脂JFZ 1份，苯磺酸铜0.15份。
本实施例的射砂成型工艺为：称取100份宝珠砂、1份酚醛树脂JFZ、0.15份苯磺酸铜置于混砂机中进行混砂，混砂转速为80r/min，混砂15min。混砂后加入射芯机，用0.5MPa干燥的压缩空气将混砂吹入模具中，用时12s，然后将模具通过8℃/min的加热速度升温至140℃，保温16min，使树脂砂硬化，机械脱模后，获得固化树脂砂。
实施例3
本实施例的铜盐催化的树脂砂，由以下重量份的原料制成：宝珠砂100份，呋喃树脂FN11.2份，对甲苯磺酸铜0.2份。
本实施例的射砂成型工艺为：称取100份宝珠砂、1.2份呋喃树脂FN1、0.2份对甲苯磺酸铜置于混砂机中进行混砂，混砂转速为100r/min，混砂10min。混砂后加入射芯机，用1.0MPa干燥的压缩空气将混砂吹入模具中，用时10s，然后将模具通过10℃/min的加热速度升温至180℃，保温10min，使树脂砂硬化，机械脱模后，获得固化树脂砂。
实施例4
本实施例的铜盐催化的树脂砂，由以下重量份的原料制成：宝珠砂100份，酚醛树脂JFZ 1.1份，邻甲基苯磺酸铜0.18份。
本实施例的射砂成型工艺为：称取100份宝珠砂、1.1份酚醛树脂JFZ、0.18份邻甲基苯磺酸铜置于混砂机中进行混砂，混砂转速为90r/min，混砂16min。混砂后加入射芯机，用0.8MPa干燥的压缩空气将混砂吹入模具中，用时11s，然后将模具通过12℃/min的加热速度升温至170℃，保温18min，使树脂砂硬化，机械脱模后，获得固化树脂砂。
对照组
对照组为常规的呋喃树脂酸固化成型树脂砂，具体工艺如下：
将100份宝珠砂置于混砂机中，混砂2min，加入固化剂GH04(购自浙江天奇新材料科技股份有限公司)混砂5min，然后加入呋喃树脂FN1混砂2min，混砂转速为90r/min，混砂完成后置于模具当中，固化成型，得酸固化成型树脂砂。
采用实施例1-4及对照组的成型工艺获得测试试样型砂，在测试试样型砂取出后10秒测定的弯曲强度即为热强度，在取出后大约1小时测定的弯曲强度即为冷强度，结果如表1所示。
表1
| 实施例 | 热强度/MPa | 冷强度/MPa |
| 实施例1 | 0.41 | 1.8 |
| 实施例2 | 0.38 | 1.5 |
| 实施例3 | 0.34 | 1.2 |
| 实施例4 | 0.37 | 1.6 |
| 对照组 | 0.28 | 1.2 |
实施例1-4的型砂热强度和冷强度较高，满足铸件生产需要。
在实施例1-4及对照组制备的树脂砂表面涂刷涂料，用喷灯烘烤2min，然后合模，钢水浇铸，得到铸件，采用实施例1-4及对照组的树脂砂浇铸获得的铸件分别命名为铸件1、铸件2、铸件3、铸件4、铸件5，采用GB/T6060.1表面粗糙度比较样块比对测定铸件尺寸精度，以及采用GB/T15056标准测定铸件表面粗糙度。铸件尺寸精度和表面粗糙度如表2所示。
表2
| 铸件 | 尺寸精度 | 外观粗糙度μm |
| 铸件1 | CT-7 | 24 |
| 铸件2 | CT-7 | 26 |
| 铸件3 | CT-7 | 28 |
| 铸件4 | CT-7 | 25 |
| 铸件5 | CT-10 | 83 |
铸件1-4的尺寸精度达到CT-7，外观粗糙度数值较低，本发明制备的树脂砂装配合模浇铸得到内腔不粘砂、表面光洁、尺寸精度高的铸件。
本文中所述具体实施例仅是对本发明精神作举例说明，并不限定本发明的保护范围。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (9)
1.一种铜盐催化的树脂砂，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
原砂100份，树脂0.5～2份，铜盐催化剂0.05～0.5份。
2.根据权利要求1所述的铜盐催化的树脂砂，其特征在于，所述原砂为石英砂、宝珠砂、锆英砂、铬铁矿砂、橄榄石砂、石灰石砂中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的铜盐催化的树脂砂，其特征在于，所述原砂为宝珠砂。
4.根据权利要求1所述的铜盐催化的树脂砂，其特征在于，所述树脂为常温固化树脂。
5.根据权利要求4所述的铜盐催化的树脂砂，其特征在于，所述树脂为呋喃树脂、酚醛树脂、脲醛树脂中的一种或多种的混合物。
6.根据权利要求1所述的铜盐催化的树脂砂，其特征在于，所述铜盐催化剂为苯磺酸铜、对甲苯磺酸铜、邻甲基苯磺酸铜中的一种或多种的混合物。
7.根据权利要求1或6所述的铜盐催化的树脂砂，其特征在于，所述铜盐催化剂为苯磺酸铜。
8.根据权利要求1所述的铜盐催化的树脂砂，其特征在于，所述原砂、树脂和铜盐催化剂的质量比为100：(0.8～1.2)：(0.1～0.2)。
9.如权利要求1所述的铜盐催化的树脂砂的射砂成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
按权利要求1的原料配比，混砂后加入射芯机，利用气压将混砂射入模具，将模具加热至120～200℃，保温5～20min，混砂固化成型，获得树脂砂。
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2021
- 2021-06-23 CN CN202110698625.XA patent/CN113560485A/zh active Pending
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