CN1274626A - 耐高温覆膜砂制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐高温覆膜砂的制备工艺,包括:加热原砂;向加热的原砂中加入酚醛树脂粘结剂并搅拌均匀;加入耐火微粒并搅拌均匀;加入固化剂六亚甲基四胺并搅拌均匀;冷却上述混合物并破碎、过筛,得到成品覆膜砂。和现有技术相比,本发明简化了耐高温覆膜砂的制备工艺,所生产的覆膜砂完全可以满足壳型铸造对覆膜砂性能的基本要求。

Description

耐高温覆膜砂制备工艺
本发明涉及一种耐高温覆膜砂制备工艺。
铸造是机械制造的基础行业之一，铸件质量的好坏直接影响由其所制造的机械产品质量的高低。壳型铸造属于一种精密铸造，它广泛地使用覆膜砂作为造型材料，其优点是铸件的尺寸精度和表面光洁度高，金相组织和机械性能好，铸件废品率低，可浇注薄壁铸件，生产效率高，可铸造的合金范围广。壳型铸造用覆膜砂通常以石英砂为原砂，以酚醛树脂为粘结剂，并附加必要的固化剂配制而成，其配制工艺一般为：
(1)加热原砂；
(2)加入4.5-9％(以原砂为100计算)的粘结剂并搅拌；
(3)加入5-20％的六亚甲基四胺固化剂并搅拌；
(4)加入0.1-10％的硬脂酸盐润滑剂，并冷却、破碎；
(5)过筛，得到成品覆膜砂。
由此制得的覆膜砂保存性好，可远距离运输，使用方便。
将上述覆膜砂由制壳工艺制成薄壳状的铸型或型芯，可用于铸造铸钢、铸铁、合金铸铁及有色金属铸件。随着工业的发展和社会的进步，对铸件的质量和铸造业的发展提出了更高的要求。在壳型铸造中，在满足一定的常温抗拉强度下，更重要的是要求壳型具有好的高温抗拉强度、长的耐热时间以及高的热拉强度，为此常常需要加大粘结剂的用量，由此导致覆膜砂的成本提高，发气量增大，溃散性下降。
中国专利ZL93116639.x公开了一种覆膜砂配制工艺，为了提高覆膜砂的高温性能，降低发气量，该工艺在覆膜砂的制备过程中需加入一定量的酸性水溶液和增塑剂和/或偶联剂，且分两次加入润滑剂，此外，为了进一步提高覆膜砂的高温铸造性能，即提高高温抗拉强度，可在制造过程中加入微粒状物质。由该工艺虽然可以制得高温性能好、发气量低的覆膜砂，但其工艺复杂，影响因素多，不便于过程的控制。
本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种耐高温覆膜砂的制备工艺，提高覆膜砂的高温性能，降低发气量，改善溃散性，简化生产工艺。
本发明的覆膜砂制备工艺包括：(1)加热原砂；(2)向加热的原砂中加入酚醛树脂粘结剂并搅拌均匀；(3)加入耐火微粒并搅拌均匀；(4)加入固化剂六亚甲基四胺并搅拌均匀；(5)冷却上述混合物并破碎、过筛，得到成品覆膜砂。
和上述工艺属于同一构思的方案是将上述工艺步骤(2)、(3)调换，即先加入六亚甲基四胺，后加入耐火微粒，其它相同。
和现有技术相比，本发明简化了耐高温覆膜砂的制备工艺，所生产的覆膜砂完全可以满足铸造对覆膜砂性能的基本要求。由于本发明方法所制造的覆膜砂具有好耐高温性能，所以在满足铸造对覆膜砂性能基本要求的前提下，可以降低树脂的加入量，从而可以减少发气量，改善溃散性，并降低覆膜砂的成本。
下面参照实施例详细描述本发明。本发明的其他目的和优点通过参照实施例的描述会变得更加清楚。
本发明的覆膜砂制备工艺包括：(1)加热原砂；(2)向加热的原砂中加入酚醛树脂粘结剂并搅拌均匀；(3)加入耐火微粒并搅拌均匀；(4)加入固化剂六亚甲基四胺并搅拌均匀；(5)冷却上述混合物并破碎、过筛，得到成品覆膜砂。
和上述工艺属于同一构思的方案是将上述工艺步骤(2)、(3)调换，即先加入六亚甲基四胺，后加入耐火微粒，其它相同。
所述的原砂可以是普通的硅砂。为了提高覆膜砂的高温性能和常温性能，并进一步降低树脂加入量，也可以使用水洗砂、酸洗砂或焙烧砂。
所述的耐火微粒可以是粘土、石英粉、石墨粉、镁砂粉、锆英粉、氧化铁粉或它们的混合物。
为了进一步发挥树脂的粘结性能，在步骤(2)、(3)之间可以加入增塑剂、偶联剂或者两者的混合物，并搅拌均匀，其加入量与原砂的比例按重量份数计为0.001-1∶100，所述的增塑剂为Bz101或者Bz102，偶联剂为硅烷偶联剂。本发明所用的偶联剂为硅烷偶联剂，如r-氨基丙基三乙氧基硅烷、r-缩水甘油丙基三甲氧基硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷等。当然在树脂中也可以事先混入增塑剂或偶联剂。偶联剂在使用水洗或酸洗原砂的情况下作用尤为突出，从而借助它可更好地实现发明的目的。
所述原砂、耐火微粒、酚醛树脂与六亚甲基四胺的比例按重量份数计为100∶0.1-3∶0.8-4，六亚甲基四胺与酚醛树脂的比例按重量份数计为5-20∶100。
所述耐火微粒的粒度最好为200-360目。
为了预防树脂结块、增加流动性，使型、芯表面致密及改善脱模性，可以在制备本发明覆膜砂的过程中于步骤(4)和(5)之间加入硬脂酸钙润滑剂并搅拌均匀，其加入量和酚醛树脂的比例按重量份数计为3-7∶100。在此基础上，为了清洁原砂的表面，还可以在步骤(2)和(3)之间加入草酸、盐酸、磷酸或水杨酸的水溶液并搅拌均匀，其浓度为0.0001-10％，其加入量与原砂的比例按重量份数计为0.05-3∶100。
同样，也可以在步骤(2)和(3)之间加入硬脂酸钙润滑剂并搅拌均匀，其加入量和酚醛树脂的比例按重量份数计为1.5-3.5∶100，同时在步骤(4)和(5)之间加入硬脂酸钙润滑剂并搅拌均匀，其加入量和酚醛树脂的比例按重量份数计为1.5-3.5∶100。
所述原砂的加热温度为90℃-160℃，最好为110℃-150℃。
所述原砂可以先加热到160℃以上至1000℃，然后降温到90℃-160℃。
所述的原砂可以是硅砂、镁砂、锆砂、铬铁矿砂、刚玉砂或者它们的混合砂。
实施例1：
(1)加热原砂至90℃-160℃；
(2)向加热的原砂中加入酚醛树脂粘结剂并搅拌均匀，；
(3)加入耐火微粒并搅拌均匀；
(4)加入固化剂六亚甲基四胺并搅拌均匀；
(5)冷却上述混合物并破碎、过筛，得到成品覆膜砂。
所述原砂、耐火微粒、酚醛树脂的比例按重量份数计为100∶0.1-3∶0.8-4，六亚甲基四胺与酚醛树脂的比例按重量份数计为5-20∶100。
上述步骤(2)、(3)的次序可以调换。
实施例2：
除(1)加热原砂至90℃外，其余同实施例1。
实施例3：
除(1)加热原砂至120℃外，其余同实施例1。
实施例4：
除除(1)加热原砂至160℃外，其余同实施例1。
实施例5：
除酚醛树脂加入0.8重量份数外，其余同实施例1-4。
实施例6：
除酚醛树脂加入1.0重量份数外，其余同实施例1-4。
实施例7：
除酚醛树脂加入1.5重量份数外，其余同实施例1-4。
实施例8：
除酚醛树脂加入2.0重量份数外，其余同实施例1-4。
实施例9：
除酚醛树脂加入3.0重量份数外，其余同实施例1-4。
实施例10：
除酚醛树脂加入3.5重量份数外，其余同实施例1-4。
实施例11：
除酚醛树脂加入4重量份数外，其余同实施例1-4。
实施例12：
除耐火微粒加入0.1重量份数外，其余同实施例1-11。
实施例13：
除耐火微粒加入0.5重量份数外，其余同实施例1-11。
实施例14：
除耐火微粒加入1.0重量份数外，其余同实施例1-11。
实施例15：
除耐火微粒加入1.5重量份数外，其余同实施例1-11。
实施例16：
除耐火微粒加入2.0重量份数外，其余同实施例1-11。
实施例17：
除耐火微粒加入3.0重量份数外，其余同实施例1-11。
实施例18：
除六亚甲基四胺加入5重量份数外，其余同实施例1-17。
实施例19：
除六亚甲基四胺加入10重量份数外，其余同实施例1-17。
实施例20：
除六亚甲基四胺加入15重量份数外，其余同实施例1-17。
实施例21：
除六亚甲基四胺加入20重量份数外，其余同实施例1-17。
实施例22：
除耐火微粒的粒度为200目外，其余同实施例1-21。
实施例23：
除耐火微粒的粒度为300目外，其余同实施例1-21。
实施例24：
除耐火微粒的粒度为360目外，其余同实施例1-21。
实施例25：
除在步骤(4)、(5)之间加入硬脂酸钙3重量份数外，其余同实施例1-24。
实施例26：
除在步骤(4)、(5)之间加入硬脂酸钙4重量份数外，其余同实施例1-24。
实施例27：
除在步骤(4)、(5)之间加入硬脂酸钙5重量份数外，其余同实施例1-24。
实施例28：
除在步骤(4)、(5)之间加入硬脂酸钙6重量份数外，其余同实施例1-24。
实施例29：
除在步骤(4)、(5)之间加入硬脂酸钙7重量份数外，其余同实施例1-24。
实施例30：
除在步骤(2)、(3)之间加入硬脂酸钙1.5重量份数、在步骤(4)、(5)之间加入硬脂酸钙1.5-3.5重量份数外，其余同实施例1-24。
实施例31：
除在步骤(2)、(3)之间加入硬脂酸钙2.0重量份数外，其余同实施例30。
实施例32：
除在步骤(2)、(3)之间加入硬脂酸钙2.5重量份数外，其余同实施例30。
实施例33：
除在步骤(2)、(3)之间加入硬脂酸钙3重量份数外，其余同实施例30。
实施例34：
除在步骤(2)、(3)之间加入硬脂酸钙3.5重量份数外，其余同实施例30。
实施例35：
除在步骤(4)、(5)之间加入硬脂酸钙1.5重量份数外，其余同实施例30-34。
实施例36：
除在步骤(4)、(5)之间加入硬脂酸钙2重量份数外，其余同实施例30-34。
实施例37：
除在步骤(4)、(5)之间加入硬脂酸钙2.5重量份数外，其余同实施例30-34。
实施例38：
除在步骤(4)、(5)之间加入硬脂酸钙3重量份数外，其余同实施例30-34。
实施例39：
除在步骤(4)、(5)之间加入硬脂酸钙3.5重量份数外，其余同实施例30-34。
实施例40：
除在步骤(2)、(3)之间加入浓度为0.0001-10％的草酸、盐酸、磷酸或水杨酸的水溶液0.05重量份数外，其余同实施例1-29。
实施例41：
除在步骤(2)、(3)之间加入浓度为0.0001-10％的草酸、盐酸、磷酸或水杨酸的水溶液0.5重量份数外，其余同实施例1-29。
实施例42：
除在步骤(2)、(3)之间加入浓度为0.0001-10％的草酸、盐酸、磷酸或水杨酸的水溶液1.0重量份数外，其余同实施例1-29。
实施例43：
除在步骤(2)、(3)之间加入浓度为0.0001-10％的草酸、盐酸、磷酸或水杨酸的水溶液2重量份数外，其余同实施例1-29。
实施例44：
除在步骤(2)、(3)之间加入浓度为0.0001-10％的草酸、盐酸、磷酸或水杨酸的水溶液3重量份数外，其余同实施例1-29。
本发明的覆膜砂也可以使用符合本发明目的的其他粘结剂。
本发明所用的耐火微粒粘土、石英粉、石墨粉、镁砂粉、锆英粉或它们的混合物加入量过高，其耗费的粘结剂量大，会使覆膜砂发气量增加，性能下降；加入量过低，耐高温性能不好。
为了改善铸件的表面质量，可以加入适量的氧化铁粉，其加入量与原砂的比例按重量份数计为2∶100左右。
为了进一步改善溃散性，在混合树脂之后可以加入适量的尿素或高锰酸钾作为溃散剂。
本发明覆膜砂的制备工艺中，混合树脂时的砂温为90℃-160℃，各步骤混合搅拌的时间根据混制设备的具体条件而定，一般不超过五分钟。
和普通覆膜砂相比，本发明的覆膜砂高温抗压强度得到很大提高，可达0.8mpa以上，发气量减少50％，耐热时间提高一倍，热拉强度大于115mpa，室温抗拉强度满足壳型铸造要求。由于覆膜砂高温性能提高，所以在满足壳型铸造对覆膜砂性能基本要求的前提下，可以降低树脂的加入量，从而可以降低覆膜砂的成本，并改善溃散性。
和现有技术相比，本发明的工艺可以减少工艺步骤，而且由其所制得的型芯耐高温性能好，完全可以满足铸件对型芯性能的要求，从而提高制芯的效率，降低成本，适应工业化生产的要求。
上述参照实施例对发明的描述只是说明性的，而并不构成对发明的限制。可以理解，本领域的技术人员在本发明的基础上能够作出许多改进，但不脱离本发明的实质。

Claims (16)

1、一种覆膜砂制备工艺，包括：
(1)加热原砂；
(2)向加热的原砂中加入酚醛树脂粘结剂并搅拌均匀；
其特征在于，该工艺还包括以下步骤：
(3)加入耐火微粒并搅拌均匀；
(4)加入固化剂六亚甲基四胺并搅拌均匀；
(5)冷却上述混合物并破碎、过筛，得到成品覆膜砂。
2、一种覆膜砂制备工艺，包括：
(1)加热原砂；
(2)向加热的原砂中加入酚醛树脂粘结剂并搅拌均匀；
其特征在于，该工艺还包括以下步骤：
(3)加入固化剂六亚甲基四胺并搅拌均匀；
(4)加入耐火微粒并搅拌均匀；
(5)冷却上述混合物并破碎、过筛，得到成品覆膜砂。
3、根据权利要求1或2所述的覆膜砂制备工艺，其特征在于，所述的原砂为水洗砂、酸洗砂或焙烧砂。
4、根据权利要求1或2所述的覆膜砂制备工艺，其特征在于，所述的耐火微粒是粘土、石英粉、石墨粉、镁砂粉、锆英粉或它们的混合物。
5、根据权利要求1或2所述的覆膜砂制备工艺，其特征在于，在步骤(2)、(3)之间加入增塑剂、偶联剂或者两者的混合物，并搅拌均匀，其加入量与原砂的比例按重量份数计为0.001-1∶100，所述的增塑剂为Bz101或者Bz102，偶联剂为硅烷偶联剂。
6、根据权利要求1或2所述的覆膜砂制备工艺，其特征在于，原砂、耐火微粒、酚醛树脂的比例按重量份数计为100∶0.1-3∶0.8-4，六亚甲基四胺与酚醛树脂的比例按重量份数计为5-20∶100。
7、根据权利要求6所述的覆膜砂制备工艺，其特征在于，所述耐火微粒的粒度为200-360目。
8、根据权利要求6所述的覆膜砂制备工艺，其特征在于，在步骤(4)和(5)之间加入硬脂酸钙润滑剂并搅拌，其和酚醛树脂的比例按重量份数计为3-7∶100。
9、根据权利要求6所述的覆膜砂制备工艺，其特征在于，可以在步骤(2)和(3)之间加入硬脂酸钙润滑剂并搅拌均匀，其和酚醛树脂的比例按重量份数计为1.5-3.5∶100，并且在步骤(4)和(5)之间加入硬脂酸钙润滑剂并搅拌均匀，其和酚醛树脂的比例按重量份数计为1.5-3.5∶100。
10、根据权利要求6所述的覆膜砂制备工艺，其特征在于，可以在步骤(2)和(3)之间加入草酸、盐酸、磷酸或水杨酸的水溶液并搅拌均匀，其浓度为0.0001-10％，其加入量与原砂的比例按重量份数计为0.05-3∶100。
11、根据权利要求7所述的覆膜砂制备工艺，其特征在于，可以在步骤(2)和(3)之间加入草酸、盐酸、磷酸或水杨酸的水溶液并搅拌均匀，其浓度为0.0001-10％，其加入量与原砂的比例按重量份数计为0.05-3∶100。
12、根据权利要求8所述的覆膜砂制备工艺，其特征在于，可以在步骤(2)和(3)之间加入草酸、盐酸、磷酸或水杨酸的水溶液并搅拌均匀，其浓度为0.0001-10％，其加入量与原砂的比例按重量份数计为0.05-3∶100。
13、根据权利要求6所述的覆膜砂制备工艺，其特征在于，所述原砂的加热温度为90℃-160℃。
14、根据权利要求11所述的覆膜砂制备工艺，其特征在于，所述原砂的加热温度为110℃-150℃。
15、根据权利要求11所述的覆膜砂制备工艺，其特征在于，所述原砂是先加热到160℃以上至1000℃，然后降温到90℃-160℃。
16、根据权利要求1所述的覆膜砂制备工艺，其特征在于，所述的原砂为硅砂、镁砂、锆砂、铬铁矿砂、刚玉砂或者它们的混合砂。
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