CN1272123C - 铸造用溃散性砂芯的制造方法及该砂芯 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种不需要干燥炉等设备，能保持高作业效率、低制造成本的铸造用溃散性砂芯的制造方法及该砂芯。该方法是烧制砂芯，在具有表面温度为120～160℃的余热的砂芯表面涂敷由微粉耐火材料和热固性树脂组成的涂料溶液后，利用砂芯的余热干燥涂料溶液，形成涂覆层。因为是利用烧制砂芯的余热自然干燥涂料溶液，所以不必采用干燥炉等设备，而且可在短时间内完成干燥。

Description

铸造用溃散性砂芯的制造方法及该砂芯

技术领域

本发明涉及用压铸法等进行压力铸造时所用的铸造用溃散性砂芯的制造方法及该砂芯。

背景技术

以往，例如在铝合金等的铸造中，广泛使用压铸法等将热熔液以高速高压注入金属模型的压力铸造法。在利用该压铸法制造诸如具有圆柱状冒口和冒口管等中空部分的产品时，必须使用具有耐高速高压的强度、且溃散性好的砂芯。因此，出现了多项着眼于上述课题的压力铸造用砂芯的制造方法，例如，日本专利公开公报昭58-128245号和日本专利公开公报平8-300102号等。

日本专利公开公报昭58-128245号揭示了以下砂芯的制造方法，即，使用有机粘接剂来进行砂芯造型，在此砂芯表面涂敷掺有耐火材料的浆料，经干燥后形成第一涂覆层。然后在第一涂覆层表面涂敷云母水溶液，经干燥后形成第二涂覆层。该方法中，为了保护砂芯，在第一涂覆层上再用耐火材料和硅胶等无机物溶液进行涂膜处理。为了防止热熔液进入第一涂覆层上的微小裂纹中，同时为了使砂芯更容易从铸件表面除去而形成第二涂覆层。但是，由于必须形成两层、且每层还要放干燥炉内干燥10～15分钟，这样仅仅进行干燥就得花20分钟以上，所以作业时间长，批量生产效率低。此外，因为必须使用干燥炉，所以还得增加设备成本和电力成本，增加干燥工序的工序管理，其结果是大大增加了制造成本。

另一方面，图3所示为日本专利公开公报平8-300102号中的压力铸造用砂芯的制造工艺流程图。如图3所示，该方法中，烧制砂芯后在砂芯具有溶液热固化所需要的足够热量时，将酚醛树脂乙醇溶液涂敷在砂芯表面。然后，待砂芯温度达到60～100℃后涂敷耐火材料浆液，再置干燥炉内干燥。采用此方法时，为了防止耐火材料和砂芯结合，造成铸造后砂芯的溃散性变差，必须在砂芯表面涂敷酚醛树脂。但是，在由耐火材料浆料形成涂覆层前，由于要在砂芯上涂敷酚醛树脂乙醇溶液，所以气化热的作用会使砂芯的温度急剧下降，为了干燥后续工序中涂敷的耐火材料浆液，还必须通过干燥炉额外进行强制干燥。另外，因为粘度高达500～2000cP，所以如果砂芯温度高，则涂覆层的膜厚变厚，砂芯的尺寸精度不能维持。同时，为了形成平滑的涂覆层表面，并防止因砂芯热的作用而在涂覆层产生气泡，防止铸件制品产生缺陷，还必须将砂芯温度控制在60～100℃，这样就必须在砂芯上涂敷耐火材料浆液。因此，为了干燥耐火材料浆液，还必须通过干燥炉进行强制干燥，这样就增加了干燥炉的设备成本和电力成本，还必须有干燥工序的管理。另外，因为干燥要花10～20分钟，所以导致作业时间变长，作业效率下降。如图3所示，此方法必须包括砂芯烧制工序、在砂芯上涂敷树脂的工序、涂敷耐火材料浆液的工序和在120℃干燥炉内进行干燥的工序等四道工序，这样制造成本也就增加了。

本发明就是基于上述课题而完成的发明，其目的是提供一种铸造用溃散性砂芯的制造方法及该砂芯，所述制造方法的特征是具有抵抗热熔液流入时的高速高压的足够强度，能防止热熔液进入砂芯表面，铸造后的溃散性良好，不需要干燥炉等干燥用特殊设备，能大幅度缩短作业工序和作业时间，并能够保持高效率的批量生产，生产成本有所下降。

发明内容

为了解决上述课题，本发明提供了以下铸造用溃散性砂芯的制造方法，该方法的特征是，烧制用粘接剂覆盖的铸造砂形成砂芯后，在具有表面温度为120～160℃的余热的砂芯表面涂敷由微粉耐火材料和热固性树脂组成的涂料溶液，然后利用砂芯的余热干燥涂料溶液，形成涂覆层。

干燥手段采用自然干燥。

铸造砂的粒度在AFS70以上。

微粉耐火材料的平均粒径在1μm以下。

将具有余热的砂芯放在粘度为20～55cP的涂料溶液中浸渍2～5秒，使涂料溶液涂敷在砂芯表面。

本发明还包括权利要求1～5中任一项所述的铸造用溃散性砂芯的制造方法制得的铸造用溃散性砂芯。

附图说明

图1为本发明的铸造用溃散性砂芯的制造方法的实施方式中的制造工艺流程图。

图2是按照图1的制造工艺制得的铸造用溃散性砂芯表面部分的局部截面放大图。

图3为以往的铸造用砂芯的制造工艺流程图。

图中符号说明：10为砂芯烧制工序，12为涂料溶液涂敷工序，14为涂料溶液干燥工序，16为铸造砂，18为砂芯，20为微粉耐火材料，22为涂覆层。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式。图1表示本发明的铸造用溃散性砂芯的制造方法的实施方式1中的主要制造工序。本发明的铸造用溃散性砂芯的制造方法是一种具有耐高速高压强度、且溃散性良好的砂芯的制造方法，其主要工序是烧制砂芯后，在砂芯还保持余热时涂敷涂料溶液，利用砂芯的余热使涂料溶液干燥形成涂覆层，该方法不需要干燥炉。

本实施方式的铸造用溃散性砂芯的制造方法如图1所示，由砂芯烧制工序10、涂料溶液涂敷工序12和涂料溶液干燥工序14组成。

在砂芯烧制工序10中，烧制用粘接剂覆盖的铸造砂形成规定形状的砂芯。铸造砂可采用硅砂、锆英砂或氧化铝等铸造砂。在本实施方式中，铸造砂以使用粒度在AFS70以上的硅砂为佳，更好的是使用粒径小、材料成本低的阿鲁巴尼(商品名)。如果使用AFS70以下的铸造砂，则很难形成设定了膜厚的涂覆层。如果使用AFS70以上的铸造砂，则在砂芯表面涂敷后述的涂料溶液时，在砂芯内部不会不必要地过量浸透涂料溶液，依靠涂覆层可以防止砂芯的溃散性变差，同时还可能形成设定了膜厚的涂覆层。此外，还可以防止铸造时高速高压热熔液造成的砂芯收缩，控制尺寸精度的误差。另外，使用少量的粘接剂就能确保砂芯的强度，降低制造成本。

粘接剂可以使用酚醛树脂、丙烯酸树脂和其他热固性树脂。铸造砂中掺入热固性树脂，制成树脂涂料砂，烧制该树脂涂料砂，经造型即制得砂芯。铸造后，采用压碎机等设备能够容易地使之溃散，形成溃散性良好的砂芯。另外，为了改善铸造后砂芯的溃散性，在形成树脂涂料砂时，也可以添加溃散剂。在本实施方式中，砂芯的烧制方法可以采用吹气造型法等，将树脂涂料砂和空气一起送入砂芯金属模中，在300℃下烧制约60秒钟，造型形成砂芯。

砂芯表面涂敷涂料溶液的工序12中，在烧制后的砂芯还具有表面温度为120～160℃的余热时，将涂料溶液涂敷在砂芯表面。所用涂料溶液是由微粉耐火材料和热固性树脂混合而成的溶液，干燥后覆盖在砂芯表面，可防止热熔液进入砂芯内，同时还可以在铸造后使砂芯溃散时形成剥离性良好的涂覆层。

微粉耐火材料可使用耐火度较高的锆英砂粉和氧化铝粉，但并不仅限于锆英砂粉和氧化铝粉，也可使用其他耐火度较高的材料。微粉耐火材料的平均粒径以1μm为佳。在涂敷工序中，砂芯浸渍于槽内耐火材料浆液中时，随着时间的变化，浆液中的耐火材料沉淀，可不进行频繁的搅拌作业，而是连续不断地进行涂敷作业，确保砂芯的批量生产。另外，因为耐火材料均匀分布在整个涂覆层上，所以不容易产生裂纹，同时还可防止热熔液浸透涂覆层表面，能在铸造的最终工序中保持良好的溃散性和剥离性。而且，因为在形成涂覆层时，表面容易平滑化，所以可以制造表面平滑度高的铸造制品。

在本实施方式中，所用涂料溶液的热固性树脂是水溶性碱性酚醛树脂，将其添加于耐火材料与水的混合溶液中，即制成涂料溶液。另外，涂料溶液的热固性树脂并不仅限于水溶性碱性酚醛树脂，还可采用其他任何树脂。水溶性碱性酚醛树脂具有粘接剂的作用，它受热固化，能把锆英石粉砂等耐火材料粘着在砂芯表面。这样可生成能抵抗浇注时的高速高压的表面强度较高的砂芯。另外，水溶性碱性酚醛树脂也可以作为涂料溶液的粘度调节剂。为了维持耐压性和尺寸精度，涂覆层的层厚最好在0.1～0.4mm的范围内，为了形成该厚度的涂覆层，涂料溶液的粘度最好设定在20～55cP(0.02～0.055P.s)的范围内。因为涂料溶液在pH为9～12的范围内时可达此粘度，所以在耐火材料和水的混合溶液中添加0.5～4.0重量％的水溶性碱性酚醛树脂以调节粘度。涂料溶液的粘度如果高于55cP，则在有余热的砂芯上进行涂敷时，在余热的作用下会产生气泡，另外溶液不均匀，导致涂层的不均匀性增加，结果造成铸造时热熔液渗入和铸件表面变粗糙等现象，制得质量不佳的铸件制品。另外，为了使溶液易于混合，可在涂料溶液中添加表面活性剂。为了防止因涂料溶液搅拌引起的发泡现象，也可以添加消泡剂。

如前所述，砂芯的余热以砂芯的表面温度保持在120～160℃的范围内为佳。在砂芯的表面温度低于120℃的情况下，光靠砂芯的余热不能完全干燥涂料溶液、酚醛树脂也固化不了，所以，已剥离的涂覆层因水分和压力被卷入铸造时以高速高压注入的热熔液中，导致铸件制品出现缺陷。为了防止这种现象的发生，最终还得使用干燥炉等设备。另一方面，在砂芯的表面温度高于160℃的情况下，涂敷涂料溶液时，由于砂芯的余热会使涂料溶液内产生气泡，损坏砂芯表面的平滑度，所以热熔液会进入砂芯中，使剥离性变差，砂子粘在铸件表面，导致铸件制品出现缺陷。砂芯的表面温度在120～160℃的情况下，砂芯的温度不会使涂覆层产生气泡，涂敷涂料溶液后，只要设置在常温下就可利用砂芯的余热进行干燥，使涂覆层固化。

在本实施方式中，将具有120～160℃表面温度的余热的砂芯置于上述粘度调整为20～55cP的涂料溶液中浸渍2～5秒完成涂敷。在上述粘度条件下，浸渍时间如果少于2秒，则涂料溶液不能充分涂敷在砂芯表面，而浸渍时间如果多于5秒，则涂覆层太厚，尺寸精度不理想，或者使涂料溶液不必要地在砂芯内部过分浸透，从而导致铸造后的溃散性变差，所以浸渍时间以2～5秒为佳。此外，往砂芯表面涂敷涂料溶液时，不限于浸渍，还可以采用喷涂、毛刷涂抹等方法来涂敷。

在涂料溶液的干燥工序14中，所用干燥手段是自然干燥，只利用砂芯的余热来干燥涂料溶液形成涂覆层。在本实施方式中，涂敷涂料溶液后，只需在常温下放置约5分钟即可干燥完全。因此，既可免去干燥炉等设备，又能缩短作业时间。另外，因为砂芯表面的涂覆层只有一层，所以作业效率较高。

图2是用上述制造方法制得的铸造用溃散性砂芯的一部分的表面部分的截面放大图。对以酚醛树脂等15为粘接剂的铸造砂16进行烧制造型后的砂芯18表面，形成由锆英砂粉等微粉耐火材料20和水溶性碱性酚醛树脂所组成的涂覆层22。另外，图2中只部分显现了铸造砂16用酚醛树脂等15粘接的状态，实际上砂粒之间是用酚醛树脂等粘接的。

以下说明本发明的铸造用溃散性砂芯的制造方法的实施例1。铸造砂采用AFS70以上的阿鲁巴尼(商品名)，将以水溶性碱性酚醛树脂为粘接剂的树脂涂料砂置于300℃的金属模型中烧制60秒钟，形成砂芯。然后，在烧制后的砂芯的表面温度为120～160℃的状态下，将该砂芯置于由表1所示材料混合、充分搅拌而形成的粘度为20～55cP、pH为9～12的涂料溶液中，浸渍2～5秒钟。接着，取出砂芯，于常温干燥。从涂料溶液涂敷后约300秒之后，在砂芯表面形成涂覆层。将该砂芯置于金属模型中，在铸造压力为800kg/cm²、提拉速度为2.1m/s的条件下，通过压铸法对温度为690℃的铝合金热熔液进行铸造。铸造后用翻转机进行脱砂，约60秒钟后砂子完全除去，铸件表面的砂子和粘在涂覆层的残砂几乎除净，得到铸件表面平滑、质量很好的铝金属表层制品。

                表1

材料	配合重量％
		水	约20％
锆英砂粉，1μm	约80％
		表面活性剂	适量
消泡剂	数滴
		水溶性碱性酚醛树脂	0.5～4％

以下说明本发明的铸造用溃散性砂芯的制造方法的实施例2。与实施例1同样，造型形成砂芯。将表面温度为120～160℃的砂芯置于由表1所示材料混合、充分搅拌而得的粘度为20～55cP、pH为9～12的涂料溶液中，浸渍2～5秒钟后，取出砂芯。然后，于常温下自然干燥。从涂料溶液涂敷后约300秒之后，在砂芯表面形成涂覆层。将该砂芯置于金属模型中，在铸造压力为800kg/cm²、提拉速度为2.1m/s的条件下通过压力铸造方法对温度为690℃的铝合金热熔液进行铸造。铸造后用翻转机进行脱砂，约60秒钟后砂子完全除去，铸件表面的砂子和粘在涂覆层的残砂几乎除净，得到铸件表面平滑、质量很好的铝金属表层制品。

                表2

材料	配合重量％
		水	约35％
氧化铝粉，0.8μm	约65％
		表面活性剂	适量
消泡剂	数滴
		水溶性碱性酚醛树脂	0.5～4％

本发明的铸造用溃散性砂芯的制造方法及该砂芯并不仅限于上述实施例，在不超出权利要求书要求保护的范围的情况下可任意加以变换。

如上所述，按照本发明的铸造用溃散性砂芯的制造方法，烧制用粘接剂覆盖的铸造砂，形成砂芯，在具有表面温度为120～160℃的余热的砂芯表面，涂敷由微粉耐火材料和热固性树脂组成的涂料溶液，然后通过该砂芯的余热干燥该涂料溶液，形成涂敷层。因为有这种结构，所以在用压铸法等进行压力铸造时，具有抵抗浇注时高速高压的强度，且可使热熔液不进入砂芯表面，制造出铸造后的溃散性良好的砂芯。与此同时，因为砂芯的制造工艺只有烧制砂芯工序、涂敷涂料溶液工序和干燥工序等很少的几个工序，而且形成的涂覆层只有一层，所以可大大减轻操作强度，用较低的成本就可以制得砂芯。另外，利用烧制后的120～160℃的砂芯表面温度的余热干燥涂料溶液，所以不需要干燥炉等干燥用设备，并能够在非常短的时间内即可干燥完全，这样就缩短了作业时间，提高了制造效率，用较低的成本就可以制得砂芯。

因为干燥所用的干燥手段是自然干燥，所以不需要设置干燥炉等干燥用设备，故可削减运转成本，包括设备成本、电力成本或设备管理中的人员工资成本等。

因为铸造砂的粒度在AFS70以上，所以可防止涂料溶液不必要地过量浸透到砂芯内部，防止铸造后溃散性变差。此外，还可形成厚度适当的涂覆层，防止压力铸造时带来的砂芯收缩，维持尺寸精度。另外，用少量粘接剂即能确保砂芯强度。

因为微粉耐火材料的平均粒径在1μm以下，所以在涂敷工序中，将砂芯浸渍在槽内的耐火材料浆液中时，随着时间的变化，浆液中的耐火材料沉淀，不必频繁地进行搅拌作业就可以连续不断地进行涂敷作业，确保砂芯的批量生产。此外，在形成涂覆层时，表面难以生成裂纹，所以可防止热熔液的进入。当砂芯溃散后，可制得砂芯和涂覆层几乎不粘结、能够铸造出表面平滑的铸件制品的砂芯。

因为涂料溶液的粘度在20～55cP之间，通过将具有余热的砂芯浸渍在涂料溶液中2～5秒钟来对砂芯表面进行涂敷，所以带有余热的砂芯即便浸渍在涂料溶液中，涂料溶液也不会产生气泡，能够形成具有规定厚度的涂覆层。另外，涂料溶液不会过量地浸入砂芯内部，所以可以维持制造后砂芯的良好溃散性。

因为本发明的砂芯是通过上述铸造用溃散性砂芯的制造方法制得的铸造用溃散性砂芯，所以它具有抵抗压铸法等压力铸造法中浇注热熔液时产生的高速高压的强度，可防止热熔液进入砂芯表面，是一种铸造后溃散性良好的砂芯，且制造成本低廉。

Claims (5)

1.铸造用溃散性砂芯的制造方法，其特征在于，烧制用粘接剂覆盖的铸造砂形成砂芯后，在具有表面温度为120～160℃的余热的砂芯表面涂敷由微粉耐火材料和热固性树脂组成的涂料溶液，然后利用砂芯的余热干燥涂料溶液，形成涂覆层。

2.如权利要求1所述的铸造用溃散性砂芯的制造方法，其特征还在于，铸造砂的粒度在AFS70以上。

3.如权利要求1所述的铸造用溃散性砂芯的制造方法，其特征还在于，微粉耐火材料的平均粒径在1μm以下。

4.如权利要求1所述的铸造用溃散性砂芯的制造方法，其特征还在于，涂料溶液的粘度为20～55cP，将具有余热的砂芯放在该涂料溶液中浸渍2～5秒，使涂料溶液涂覆在砂芯表面。

5.铸造用溃散性砂芯，所述砂芯由权利要求1～4中任一项所述的铸造用溃散性砂芯的制造方法制得。

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