CN1305601C - 套筒、其制造方法和用于生产所述套筒的混合物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生产用于小型冒口的套筒的方法。根据本发明，通过喷吹，将含有硅酸铝微球、可氧化金属，如铝粉末、可氧化试剂，作为放热反应的引发剂的镁的无氟化物的混合物引入到配有两个型芯的模具中，生产具有两个开口的套筒，其中一个开口在使用之前用塞子密闭。

Description

套筒、其制造方法和用于生产所述套筒的混合物

技术领域

本发明涉及用于获得小型冒口(deadhead)的放热套筒，通过喷吹(blowing)和固化生产放热套筒的方法，和构成所述套筒的混合物，所述小型冒口用于获得铸件，特别是延性铁的。

背景技术

金属铸件的生产包括将熔融金属浇注入模具内，通过冷却固化金属和通过移开或破坏模具使形成的工件脱模或者分离。

模具可以是金属的，或者模具可通过不同材料(陶瓷、石墨，和主要是砂)的聚集形成。这些模具需要具有一些直浇道(sprue)或者横浇道(runner)用于连通内部空腔和外部，通过所述直浇道或者横浇道，熔融金属浇注入模塑或铸塑段中。由于在冷却工艺过程中金属的收缩，必须预见到在用备用熔融金属填充的模具内一定的溢流，其目的是形成冒口，拟补偿在金属内的收缩或空腔。冒口的目的是当金属在此收缩时，补给工件，由于此原因，金属必须在冒口内比在工件内保持更长时间的液态。为此，冒口通常用一些套筒覆盖，所述套筒由绝缘和/或放热材料组成，其减缓包含在冒口内的金属的冷却，为的是保证当在铸件金属内产生空腔孔隙时金属的流动。

在冒口周围使用放热套筒使得可能减少收缩问题和改进铸件质量，这使得可使用较小的冒口(小型冒口)，从而改进生产和减少冒口与铸件的接触表面，其减少节约资金。

已知放热套筒以由纤维耐火材料为起始，结合由可氧化金属、氧化剂和助溶剂或放热反应引发剂构成的能产生放热反应的材料的混合物，以湿法制造的纤维为基础，其中在可氧化金属内，铝是习惯上最常使用的，而所述放热反应引发剂习惯上为氟化化合物。可氧化金属，当与氧化剂和助溶剂混合并暴露于极高的热量下时，被氧化，从而与反应的进展成比例地释放热量。

也已知放热套筒以在延性铁铸造车间内非常了解的砂为基础。这些高密度砂基套筒的组成含有较大量的铝，其用量非常大，以致于所产生的热量非常高。在有利地影响冒口内的金属温度之前，这一热量对升高砂基套筒的温度来说是必须的。

在1997年，引入了不含纤维的套筒技术，从而提供放热套筒的新型替代技术。专利申请WO97/00172公开了一种喷吹和冷芯盒固化(cold core curing)方法，基于可喷吹成模具的混合物，制造尺寸精确的放热和/或绝缘套筒，所述混合物由氧化铝含量小于38wt％的硅酸铝微球、冷芯盒固化用粘合剂，和任选地一些非纤维装填料组成。生产放热套筒的典型组合物包括氧化铝含量小于38wt％的中空微球、铝粉、氧化铁和冰晶石作为氟化助熔剂。

目前套筒存在于铸造工业用以获得所谓的小型冒口，所述小型冒口的功能也是将液体金属供料到工件中，同时后者在固化的过程中收缩。

与常规的放热套筒的根本差别在于后者较长时间保持金属液体，从而对于相同的供料操作来说，金属所需的体积，即冒口，较小。

这一结果通过增加套筒的放热量来实现，但这种增加的放热导致非所需的副面问题，例如：

1.在冒口内过量的残留铝，随后被再浇铸，导致在熔融工件内具有孔隙的问题。

被称为“鱼眼”的缺陷是在铸件内的表面裂纹，它来自于在基本上为铝的污染砂的回收中产生的物质的累积，其中所述铝在放热套筒中被高比例地发现。

可通过使用例如具有低含量氧化铝的硅酸铝的中空微球来克服该缺陷，如在WO97/00172中所述。

2.在套筒与工件的接触区域内瘤状体(nodules)的破坏，这种破坏因与买方所要求的瘤状体的规定不一致导致工件报废。

第二个问题来自于在放热反应中习惯上用作起始原料的氟化物质的过量的氟处理。

为了避免这一问题，套筒或者不与工件接触，这使得需要使用更多的金属，或者使用一种中间体，无氟化物的素坯，将其粘着到套筒浇口(mouth)上且具有相当的中心孔穴，以防止实际的套筒与工件接触。这种素坯、其生产和固定到套筒上，预示着显著的附加费用。

发明内容

本发明来源于配备套筒以获得小型冒口的挑战，所述套筒不要求使用无氟化物的素坯，也不要求任何其它因素来避免套筒与工件的接触，此外，它还在冒口内产生缺口，促进它随后与浇铸件的分离，所有这些基于不合氟的可喷吹的混合物，所述混合物能产生提供所要求热量的放热反应。

其起始点是，首先将构成无氟化物的套筒的混合物喷吹入模具，所述模具具有两个型芯，一方面，所述型芯使得可能提取固化的套筒，另一方面，所述型芯使得可能获得两个孔隙，这两个孔隙中的一个在套筒的实际浇口内，这一孔隙具有两个内部的圆周倒角，在铸造时刻，当套筒执行其功能时，所述倒角能在冒口内产生相当的缺口。另一孔隙在与浇口相对的基体内，在套筒固化之后，用便宜的材料密闭所述另一孔隙，这是因为在铸造工艺过程中，套筒区域不具有操作功能，而仅仅需要密闭，为的是防止砂或其它非所需的物质落入冒口内。

通过冷芯盒喷吹和随后固化无氟化物的混合物，获得用于得到小型冒口的套筒，所述无氟化物的混合物包括(a)硅酸铝的中空球；(b)包括下述的放热物质：

a)具有耐火性能的绝缘材料，

b)可氧化金属，

c)氧化剂，

d)作为反应引发剂物质的镁，

e)在冷芯盒内纯化的催化剂。

硅酸铝的中空微球基本上用作绝缘材料。当需要改进套筒的机械性能时，也可使用这些硅酸铝球与砂的混合物，但有损于绝缘性能。

作为可氧化金属，可使用铝、硅和其它金属。优选精细和粗糙粉末结合形式的铝。

作为氧化剂，可使用硝酸盐、氯酸盐、高锰酸盐和金属氧化物如铁和镁的氧化物，当然可使用这些化合物的结合物。

作为放热反应的引发剂，使用镁。

一旦该混合物被喷吹入模具，则提取套筒并固化，用塞子密闭与浇口相对的孔隙，所述塞子可由塑料、木材、锯屑、砂等制造，甚至可用与套筒相同的材料制造。

使用这些套筒使得可能以较低的成本制造高质量的工件，且在冒口工件的接触区内没有石墨瘤状体的破坏，其成本稍微小于产生类似质量工件的基于冒口和工件通过中间体素坯接触的其它常规方法。

附图说明

图1说明了藉助属于现有技术状态的喷吹和冷芯盒固化的常规方法，生产套筒的步骤。在此情况下，将生产套筒的混合物喷吹入具有共同型芯2的模具3内[图1A]；接下来，固化套筒1并脱模，从而留下拟用于冒口4的孔隙[图1B]；最后，施加具有孔隙6供熔体流过的中间体素坯5[图1C]。

图2说明了根据本发明披露的喷吹和冷芯盒固化的方法，生产放热套筒的步骤。

具体实施方式

一方面，本发明涉及通过喷吹和冷芯盒固化生产放热套筒以获得小型冒口的方法，该方法包括：

(A)通过喷吹，在冷芯盒固化模具内，在模具与两个型芯之间确定的空间内引入可喷吹的混合物，获得在其两端开放的未固化的套筒，其中所述两个型芯在套筒的浇口内成形为双倒角，所述混合物包括：

a)基于下述物质的用于生产套筒的无氟化物的组合物：

具有耐火性能的绝缘材料，

放热材料，所述放热材料包括可氧化金属，能产生放热反应的氧化剂和作为反应的引发剂物质的镁，

b)用于冷芯盒固化的粘合剂；

(B)使(A)中制备的未固化的套筒与冷芯盒固化催化剂接触；

(C)使来自(B)的套筒固化；

(D)从模具中取出固化的套筒；和

(E)在与套筒的浇口相对的基体的孔隙内置入塞子。

根据图2可理解，与属于现有技术状态的常规方法(参见图1)相反，在本发明披露的方法中，将生产放热套筒用的无氟化物的混合物喷吹入到模具内部的模具3与型芯2，2’之间确定的空间内[图2A]。型芯2，2’在同时允许随后取出套筒的情况下，在其浇口内产生双倒角8。当套筒1固化时，将它脱模，留下拟用于冒口4的孔隙[图2B]；最后，在套筒1的开口端置入塞子9，为的是防止在铸造操作过程中，砂或任何其它非所需的物质进入拟用于冒口的空腔内[图2C]。

套筒的双倒角8，将在冒口内产生凹槽或形式上相当的槽(slot)，其确定并促进切割生产线从工件中分离冒口。

存在于生产套筒用的无氟化物的组合物内的具有耐火性能的绝缘材料是一种基本上包括硅酸铝中空微球的材料，但它也可以含有一定量的砂，条件是通过牺牲绝缘能力，希望改进套筒的机械性能。

一般地，相对于总的无氟化物的组合物，具有耐火性能的绝缘材料的含量将介于30至70wt％。

存在于生产套筒用的无氟化物的组合物内的放热材料包括可氧化金属和能产生放热反应的氧化剂，其中所述放热材料包括：

(i)作为放热反应的引发剂物质的镁，连同一种或多种可氧化金属，优选粉化和粒化铝的混合物，

(ii)在金属的浇注温度下能与可氧化金属反应并产生放热反应的氧化剂，所述氧化剂选自碱金属或碱土金属的硝酸盐、氯酸盐、高锰酸盐、铁的氧化物、锰的氧化物及其混合物。所述放热材料为能被喷吹的非纤维形式。

生产本发明的放热套筒的组合物的性能在于，在不含习惯地用作放热反应引发剂的无机氟化物助溶剂的情况下形成所述组合物。使用在较低温度下反应的镁来替代它，从而在可氧化金属与氧化剂之间产生的放热反应开始变早。

在可氧化金属与氧化剂之间的反应是产生热量的放热反应，从而提高放热套筒的加热性能。于是，在直浇道内熔融材料的温度损失下降，其中所述直浇道保持比较炽热和较长时间为液体。

取决于放热性能的程度，希望获得套筒，相对于生产套筒用的总的无氟化物的组合物，存在于放热材料内的可氧化金属的含量为20至30wt％。

仅仅通过以合适的重量比例使用适量存在于组分(A)内的绝缘材料和放热材料，本发明披露的方法使得可获得具有绝缘和放热性能的所需平衡的放热套筒。

根据本发明披露的套筒制造方法，可在生产套筒的混合物中使用的冷芯盒固化粘合剂是已知的。原则上，可使用任何冷芯盒固化粘合剂，它能维持生产套筒用的无氟化物的组合物为套筒形式并在固化催化剂存在下聚合。例如，可使用在气相中通过合适的催化剂活化的酚树脂(phenol resin)、酚-聚氨酯树脂、环氧丙烯酸树脂、碱性酚树脂、和硅酸盐树脂等。在一个特别的实施方案中，这种冷芯盒固化粘合剂选自通过SO₂(气体)活化的环氧丙烯酸树脂，和通过胺(气体)活化的酚-聚氨酯树脂(被称为冷芯盒固化粘合剂EXACTCAST(Ashland))。

冷芯盒固化粘合剂的所需量为有效地维持套筒形式并允许其有效固化的用量，也就是说，诸如允许可在固化工艺之后处理所生产套筒之类的用量。例如，相对于总的用于生产套筒的组合物，冷芯盒固化粘合剂的用量为1至10％。

以气体形式施加冷芯盒固化用催化剂，并使之流过套筒直至后者达到可控的稠度。在气相中的催化剂可以是胺、二氧化碳、甲酸甲酯、二氧化硫等，这取决于所使用的冷芯盒固化粘合剂。

用于固化未固化套筒的所述催化剂是选自下述的气相中的催化剂：活化酚-聚氨酯树脂的气体胺；活化丙烯酸树脂的气体SO₂；活化碱性酚树脂的气体CO₂或气体甲酸甲酯；或活化硅酸钠树脂的气体CO₂。

合适地操作并选择生产套筒用组合物的各组分，可获得具有内部和外部这两种尺寸精度的放热套筒，所述放热套筒在不需要进行额外操纵的情况下制造之后可容易地连接到铸造工业的模塑组件上。

根据本发明披露的方法可获得的放热套筒构成本发明的额外的方面。

根据图2可理解，通过本发明提供的套筒1包括：

(i)主体，所述主体围绕拟包含冒口4的孔隙且在其浇口上具有双倒角8，和

(ii)在与浇口相对的基体内的塞子9。

存在于本发明提供的套筒内的双倒角8是由于在混合物的喷吹过程中2个型芯2，2’的结合作用所致。双倒角8在冒口内确定了凹槽或槽，其促进从铸件中分离冒口。

由于通过本发明提供的套筒的制造方法，该方法包括2个型芯的结合作用，因此产生两个开放端。所述开放端之一含有双倒角8，同时另一开口端用塞子9密闭，为的是在将套筒安装到模具上的过程中，和当然在铸造操作过程中，防止砂或任何其它非所需的物质进入套筒内部。因此，所述塞子9既不具有结构目的，也不干扰冒口的形成或作用，为此，在塞子的生产中所使用的材料实际上可以是任何材料，有利地为便宜材料，如塑料、木材、锯屑、纸张、砂等，或者甚至构成套筒的实际材料。

作为比较，对于相同的放热容量来说，下表提供了可喷吹混合物用以获得具有氟化和本发明的无氟化物助溶剂的放热套筒。

                        相同放热度的混合物的成本

	含氟的小型冒口	不含氟的小型冒口	由砂制造的小型冒口
					％	％	％
微球	56.0％	54.0％
				精细的微球铝	22.0％	22.0％	22.0％
粗糙的铝	6.0％	6.0％	6.0％
				Fe3O4-磁铁矿	4.0％	4.0％	4.0％
冰晶石	4.0％		4.0％
				KNO3-硝酸钾	8.0％	10.0％	8.0％
镁		4.0％
				砂60/70			56.0％
每千克混合物的成本	100.0％	100.0％	100.0％

Claims (12)

1.通过喷吹和冷芯盒固化生产用于铸造模具的放热套筒的方法，该方法包括：

(A)通过喷吹，在模具与两个型芯之间确定的空间中引入用于生产放热套筒的混合物，获得在其两端均开放的未固化的套筒，其中浇口的开口具有内部双倒角，同时另一开口通常是平的，其中用于生产放热套筒的所述混合物包括：

a.包括下述物质的用于生产套筒的无氟化物的组合物：

具有耐火性能的绝缘材料，

放热材料，所述放热材料基于可氧化金属，能产生放热反应的氧化剂和作为反应的引发剂物质的镁；

b.用于冷芯盒固化的粘合剂；

(B)使(A)中制备的未固化的套筒与用于固化所述未固化的套筒的催化剂接触；

(C)使来自(B)的套筒固化；

(D)从模具中取出固化的套筒；和

(E)在与套筒的浇口相对的基体的孔隙内置入塞子。

2.权利要求1的方法，其中所述具有耐火性能的绝缘材料是中空微球形式的硅酸铝。

3.权利要求1的方法，其中所述可氧化金属是铝。

4.权利要求3的方法，其中所述可氧化金属是铝的精细和粗糙粉末的混合物。

5.权利要求1的方法，其中所述氧化剂选自碱金属或碱土金属的盐、金属氧化物及其混合物。

6.权利要求1或5的方法，其中所述氧化剂选自碱金属或碱土金属的硝酸盐、氯酸盐、高锰酸盐、铁的氧化物、锰的氧化物及其混合物。

7.权利要求1的方法，其中所述放热材料为非纤维形式，也就是说可喷吹形式。

8.权利要求1的方法，其中所述冷芯盒固化粘合剂选自酚树脂、酚-聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、碱性酚树脂和硅酸盐树脂。

9.权利要求1的方法，其中所述冷芯盒固化粘合剂选自通过气体SO₂活化的丙烯酸树脂和通过气体胺活化的酚-聚氨酯树脂。

10.权利要求1的方法，其中在步骤(B)中，使在步骤(A)中制备的未固化套筒与在适于固化所述套筒的气相中的催化剂接触。

11.权利要求1的方法，其中用于固化未固化套筒的所述催化剂是选自下述的气相中的催化剂：活化酚-聚氨酯树脂的气体胺；活化丙烯酸树脂的气体SO₂；活化碱性酚树脂的气体CO₂或气体甲酸甲酯；或活化硅酸钠树脂的气体CO₂。

12.通过权利要求1的方法生产的用于铸造模具的放热套筒，其特征在于，当被模塑、脱模和固化时，它具有浇口供熔体进入，所述浇口必须形成具有内部圆周倒角的冒口，所述圆周倒角将在冒口内产生凹槽或几何形状相当的槽，同时用塑料、木材、锯屑、砂或甚至与构成套筒相同材料的塞子密闭与浇口相对的孔隙。

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