CN114367626B - 一种抗变形覆膜砂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗变形覆膜砂及其制备方法，属于覆膜砂技术领域。本发明公开了一种抗变形覆膜砂，所述覆膜砂包括以下质量分数组分：骨料93‑97％、酚醛树脂2‑4％、固化剂0.1‑1.5％、润滑剂0.1‑0.3％、增塑剂0.01‑0.07％；所述骨料为质量比为(15‑20)：1的海南砂和铁砂。本发明还公开了一种抗变形覆膜砂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将预热后的骨料投入混炼设备，加入铁砂混匀后再依次加入酚醛树脂、增塑剂，混合完全后降低设备温度，然后依次加入固化剂、润滑剂，混合均匀后破碎过筛。

Description

一种抗变形覆膜砂及其制备方法
技术领域
本发明属于覆膜砂技术领域，涉及一种抗变形覆膜砂及其制备方法。
背景技术
覆膜砂由于具有流动性好、强度适宜、易清理的特点，制出的砂型轮廓清晰，铸件组织致密，因此经常用于铸造领域。但是在覆膜砂生产紧密铸钢件时经常面临粘砂、冷隔、气孔等问题；并且铸件在浇筑过程中有一定的收缩率，当浇注温度较高时，现有的覆膜砂存在强度不足、固化速率低、导热差作用力等导致覆膜砂抗变形性能差的问题，导致不能满足阀体等铸件对覆膜砂抗变形的要求，使铸件的合格率降低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种固化速率高、机械强度高、耐高温的抗变形覆膜砂。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种抗变形覆膜砂，所述覆膜砂包括以下质量分数组分：骨料93-97％、酚醛树脂2-4％、固化剂0.1-1.5％、润滑剂0.1-0.3％、增塑剂0.01-0.07％；所述骨料为为质量比为(15-20)：1的海南砂和铁砂。
铁砂的主要成分为四氧化三铁。加入铁砂可以促进形成足够厚度的氧化铁膜，使粘砂层容易从铸件表面剥离脱落，从而避免形成化学粘砂。四氧化三铁在高温条件下使型腔类形成还原性气氛，与铁水中因高温产生的氢气发生反应，减少铸件表面形成皮下气孔缺陷。并且四氧化三铁导热率远远高于硅砂，在覆膜砂中加入四氧化三铁可起到激冷的作用。
铁砂过量会导致：铸件发生化学粘砂，铁砂本身熔点为1595℃，浇入型腔的铁砂温度高达1650℃，铁砂会受到高温融化生产反应，导致铸件不能按照设计形状尺寸成型，铁砂过少会导致：壳型导热慢，铁水凝固慢，未凝固铁水渗入砂粒间隙中，形成机械粘砂；铸件表面氢气孔缺陷比例增加。
作为优选，所述酚醛树脂包括超快聚速型酚醛树脂、高强度型酚醛树脂中的一种或多种。
进一步优选，所述酚醛树脂为超快聚速型酚醛树脂和高强度型酚醛树脂的混合物，超快聚速型酚醛树脂和高强度型酚醛树脂的质量比为1：(0.8-1.4)。
当酚醛树脂为超快聚速型酚醛树脂和高强度型酚醛树脂联用时，因为部分超快聚速树脂为覆膜砂提供聚合反应速度，部分高强度树脂为覆膜砂提供强度指标性能，所以砂型具有较好的硬化速率，且砂型无变形开裂，铸件尺寸准确、无毛刺缺陷。当酚醛树脂为超快聚速型酚醛树脂时，硬化速率比两种树脂联用时更佳，但是因为快聚速树脂制作覆膜砂强度相对比较低，所制备砂型强度不能支撑钢水压力爆箱，导致铸件形状不完整；当酚醛树脂为高强度型酚醛树脂时，强度较大，但因为高强度树脂聚速慢，壳型硬化速率较低，厚大砂型内部位置覆膜砂还未固化，在浇注过程中再次受热软化、固化膨胀产生张力，张力大于砂粒之间粘结力时，导致壳型发生位移变形破裂，铸件尺寸误差大。
作为优选，所述固化剂与酚醛树脂的质量比为1：(6-12)。
固化剂与酚醛树脂的质量比需要控制在1：(6-12)内，若是质量比大于1:12，则会导致覆膜砂固化速度降低；若是质量比小于1:6，则会导致固化剂相对树脂过量，多余六亚甲基四氨不能增加覆膜砂固化速度及强度，成本浪费。
作为优选，所述固化剂为六亚甲基四胺。
进一步优选，固化剂与水混合后加入设备，固化剂与水的质量比是1：(1.5-3)。
作为优选，所述润滑剂为硬脂酸钙。
作为优选，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)中的一种或多种。
加入增塑剂能够增加酚醛树脂固化成型后的韧性和强度。
作为优选，制得的覆膜砂在制备铸件过程中的固化速率为110-130％。
当固化速率达到110-130％时，砂型内部中心位置易完全固化反应，砂型强度达到最高，在制备好砂型后不会因砂型厚薄不同散热不同形成热应力二产生变形。而未完全固化砂型在高温浇注过程中受热再次发生固化反应，受到高温和高压作用，砂型表面易产生位移变形。当固化速率低于110％时，砂型内部为固化占比高于固化层，砂型易受热应力作用发生变形、开裂，浇注后铸件尺寸易变大，局部位置结构发生改变。
作为优选，制得的覆膜砂适用于浇注温度为1580-1680℃的铸件。
本发明还提供了一种抗变形覆膜砂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将预热后的骨料投入混炼设备，加入铁砂混匀后再依次加入酚醛树脂、增塑剂，混合完全后降低设备温度，然后依次加入固化剂、润滑剂，混合均匀后破碎过筛。
作为优选，所述骨料的预热温度为130-160℃。
作为优选，所述固化剂加入前设备温度为100-110℃。
六亚甲基四氨在温度超过110℃时，产生挥发效应，导致材料浪费。
作为优选，所述固化剂加入后，设备电流达到最大值130-140s。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明制得的覆膜砂抗变形性能好，耐高温，固化速率为110-130％，制得的铸件合格率高。
2、本发明通过加入四氧化三铁，减少铸件表面形成皮下气孔缺陷，并使粘砂层容易从铸件表面剥离脱落。
3、本发明将超快聚速型酚醛树脂和高强度树脂联用，同时提高覆膜砂的固化速率和强度。
4、本发明通过控制固化剂与酚醛树脂的比例，使覆膜砂具有较好的机械强度。
5、本发明在覆膜砂制备过程中调整设备温度，避免六亚甲基四氨挥发而影响固化反应。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
将475kg海南砂和25kg铁砂混合并预热至160℃后投入混炼设备，搅拌12s后加入7kg超快聚速型酚醛树脂和7kg高强度树脂，搅拌17s后加入0.16kg邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，搅拌均匀后降低设备温度至105℃，加入含1.7kg固化剂的4.6kg的混合水溶液，设备逐电流渐增至最大值136A，然后加入0.9kg润滑剂，待全部搅拌均匀后进行破碎过筛，得到覆膜砂。覆膜砂的性能见表1；并将制得的覆膜砂应用于铸件制备过程，铸件浇注温度为1600℃，砂型和铸件状态见表1。
实施例2
将470kg海南砂和30kg铁砂混合并预热至140℃后投入混炼设备，搅拌11s后加入9kg超快聚速型酚醛树脂和6kg高强度树脂，搅拌15s后加入0.17kg邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，搅拌均匀后降低设备温度至105℃，加入含1.3kg固化剂的4.4kg的混合水溶液，设备逐电流渐增至最大值134A，然后加入0.9kg润滑剂，待全部搅拌均匀后进行破碎过筛，得到覆膜砂。覆膜砂的性能见表1；并将制得的覆膜砂应用于铸件制备过程，砂型和铸件状态见表1。
实施例3
将475kg海南砂和25kg铁砂混合并预热至150℃后投入混炼设备，搅拌10s后加入3kg超快聚速型酚醛树脂和12kg高强度树脂，搅拌16s后加入0.17kg邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，搅拌均匀后降低设备温度至105℃，加入含1.5kg固化剂的4.9kg的混合水溶液，设备逐电流渐增至最大值137A，然后加入0.9kg润滑剂，待全部搅拌均匀后进行破碎过筛，得到覆膜砂。覆膜砂的性能见表1；并将制得的覆膜砂应用于铸件制备过程，砂型和铸件状态见表1。
实施例4
将470kg海南砂和30kg铁砂混合并预热至155℃后投入混炼设备，搅拌10s后加入13kg超快聚速型酚醛树脂，搅拌16s后加入0.15kg邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，搅拌均匀后降低设备温度至102℃，加入含1.5kg固化剂的5kg的混合水溶液，设备逐电流渐增至最大值130A，然后加入0.9kg润滑剂，待全部搅拌均匀后进行破碎过筛，得到覆膜砂。覆膜砂的性能见表1；并将制得的覆膜砂应用于铸件制备过程，砂型和铸件状态见表1。
实施例5
将475kg海南砂和25kg铁砂混合并预热至145℃后投入混炼设备，搅拌9s后加入16kg超快聚速型酚醛树脂，搅拌16s后加入0.18kg邻苯二甲酸二辛酯(DOP)，搅拌均匀后降低设备温度至103℃，加入含2kg固化剂的6.5kg的混合水溶液，设备逐电流渐增至最大值135A，然后加入1kg润滑剂，待全部搅拌均匀后进行破碎过筛，得到覆膜砂。覆膜砂的性能见表1；并将制得的覆膜砂应用于铸件制备过程，砂型和铸件状态见表1。
实施例6
将475kg海南砂和25kg铁砂混合并预热至140℃后投入混炼设备，搅拌11s后加入13kg高强度树脂，搅拌18s后加入0.15kg邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，搅拌均匀后降低设备温度至107℃，加入含1.6kg固化剂的5kg的混合水溶液，设备逐电流渐增至最大值135A，然后加入1kg润滑剂，待全部搅拌均匀后进行破碎过筛，得到覆膜砂。覆膜砂的性能见表1；并将制得的覆膜砂应用于铸件制备过程，砂型和铸件状态见表1。
实施例7
将470kg海南砂和30kg铁砂混合并预热至155℃后投入混炼设备，搅拌10s后加入16kg高强度树脂，搅拌16s后加入0.18kg邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，搅拌均匀后降低设备温度至100℃，加入含2.1kg固化剂的6.2kg的混合水溶液，设备逐电流渐增至最大值140A，然后加入0.9kg润滑剂，待全部搅拌均匀后进行破碎过筛，得到覆膜砂。覆膜砂的性能见表1；并将制得的覆膜砂应用于铸件制备过程，砂型和铸件状态见表1。
对比例1
与实施例1相比，区别在于骨料为500kg海南砂，不加入铁砂。制得的覆膜砂的性能见表1；并将制得的覆膜砂应用于铸件制备过程，砂型和铸件状态见表1。
对比例2
与实施例1相比，区别在于骨料为460kg海南砂和40kg铁砂。制得的覆膜砂的性能见表1；并将制得的覆膜砂应用于铸件制备过程，砂型和铸件状态见表1。
对比例3
与实施例1相比，区别在于骨料为480kg海南砂和20kg铁砂。制得的覆膜砂的性能见表1；并将制得的覆膜砂应用于铸件制备过程，砂型和铸件状态见表1。
对比例4
与实施例1相比，区别在于加入固化剂前不降低温度。制得的覆膜砂的性能见表1；并将制得的覆膜砂应用于铸件制备过程，砂型和铸件状态见表1。
对比例5
与实施例1相比，区别在于酚醛树脂为通用型酚醛树脂。制得的覆膜砂的性能见表1；并将制得的覆膜砂应用于铸件制备过程，砂型和铸件状态见表1。
表1.覆膜砂性能数据、砂型状态及铸件状态
综上所述，本发明制得的覆膜砂具有较好的固化速度和抗变形性能，在制备铸件时砂型无变形开裂，铸件尺寸准确，无毛刺。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。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 (5)

1.一种抗变形覆膜砂，其特征在于，所述覆膜砂包括以下质量分数组分：骨料93-97%、酚醛树脂2-4%、固化剂0.1-1.5%、润滑剂0.1-0.3%、增塑剂0.01-0.07%；
所述骨料为质量比为（15-20）：1的海南砂和铁砂；
所述酚醛树脂为质量比为1：（0.8-1.4）的超快聚速型酚醛树脂、高强度型酚醛树脂；
固化剂与酚醛树脂的质量比为1：（6-12）；
所述抗变形覆膜砂适用于浇注温度为1580-1680℃的铸件，在制备铸件过程中的固化速率为110-130%。
2.根据权利要求1所述的抗变形覆膜砂，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、邻苯二甲酸二辛酯（DOP）中的一种或多种。
3.一种如权利要求1所述的抗变形覆膜砂的制备方法，特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将预热后的骨料投入混炼设备，加入铁砂混匀后再依次加入酚醛树脂、增塑剂，混合完全后降低设备温度，然后依次加入固化剂、润滑剂，混合均匀后破碎过筛。
4.根据权利要求3所述的抗变形覆膜砂的制备方法，特征在于，所述骨料的预热温度为130-160℃。
5.根据权利要求3所述的抗变形覆膜砂的制备方法，特征在于，所述固化剂加入前设备温度为100-110℃。
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