CN1513621A - 熔模铸造用覆膜砂芯的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属铸造材料与工艺技术范畴,尤其涉及一种熔模铸造用覆膜砂芯的生产方法,是在100份加热到150℃左右的石英砂中加入占砂重量百分比2%~3%的固体酚醛树脂进行热法覆膜,然后加入占树脂量12%~17%的液态固化剂,混匀后加入占砂量0.7%~1.5%的高温粘结剂再混匀,制成覆膜砂,在射芯机上或芯盒中制芯,制得砂芯经去毛刺修整后,在表面强化剂中浸泡5min,捞起晾干后在105℃~110℃温度下烘干,待用。该生产方法提高了芯砂的流动性和砂芯的致密性、常温强度、尺寸精度及生产效率,砂芯表面质量好,芯砂和砂芯的存放性能好,同时简化了生产工序,利于大批量生产应用。
Description
技术领域:本发明属铸造材料与工艺技术范畴,适用于熔模铸造型芯的生产,尤其涉及一种熔模铸造用覆膜砂芯的生产方法。
背景技术:熔模铸造工艺流程大致为:①模具设计制造与加工;②制蜡模,蜡模修整,将蜡模焊在模棒上;③蜡模模组涂挂涂料及撒砂,涂层固化与干燥,反复多遍涂挂涂料与撒砂,直至模壳层厚达工艺要求(约8mm);④将模组放入脱蜡室进行热水或蒸汽脱蜡,形成模壳;⑤将模壳放入焙烧炉内(一般为燃气或燃油,温度约1000℃)焙烧1h左右,使模壳烧结,建立强度,使之能经受高温金属液冲刷而不开裂或溃散;⑥进行浇注;⑦铸件清理与检验。
根据熔模铸造的特点,对含有变截面、尺寸较窄小(截面积≤80mm2)、形状弯曲等内腔的铸件,无法直接抽芯,必须采用型芯来形成铸件的内腔。与普通铸造型芯相比,熔模铸造对型芯的性能提出了很高的要求:①制蜡模时,能经受射蜡压力的冲击;②脱蜡时,能经受热水的煮泡而不损坏、表面不掉砂;③模壳焙烧时型芯能具有一定的高温强度,经1000℃约一小时的焙烧后不发生断芯、型芯表面不开裂;④浇注时型芯能承受铁水的冲刷和静压力而不损坏或不掉砂;⑤清理时能经过震动、抛丸等方式去除砂芯、确保内腔光洁。
目前熔模铸造型芯的生产工艺有热压注陶瓷型芯、传递成形陶瓷型芯、灌浆成形陶瓷型芯、水溶性型芯、水玻璃砂型芯以及细管型芯、过渡性型芯等工艺。各种制芯工艺简要介绍如下:
热压注陶瓷型芯的生产是以基体材料和矿化剂为分散相,以有机增塑剂为介质,经加热混合,使粉料与增塑剂形成流态浆料,然后在较高的压力下压注成形,在900℃~1000℃温度下焙烧,型芯表面还需进行强化。该方法在应用中最为广泛,可以铸出宽0.25mm的沟槽或直径0.5mm的精细孔洞或形状十分复杂的内腔,但生产效率极低,脱芯困难,生产成本高。传递成型陶瓷型芯将基体材料及常温、高温粘结剂混合均匀并加热软化,然后采用高压压入150℃的压型中固化,使型芯具有一定的常温强度,然后在900~1000℃温度下焙烧,砂芯具有强度高、不易变形、表面光洁、尺寸精确等优点,适用于镍等高温合金的铸造。但其生产效率极低,脱芯困难,生产成本高。
灌浆成形陶瓷型芯是以硅酸乙酯水解液与耐火材料混合,以酸或碱性氧化物或有机胺作为促凝剂,浆料注入芯盒内固化成形,成形后在900℃~1000℃温度下进行焙烧。由于是在重力下灌注成形,所以难以制成复杂精细的型芯,型芯的表面质量和尺寸精度比热压注法和传递模成形法的差一些,强度和致密度也较低,此型芯可用机械方法脱芯,通常适用于厚度较大的块状型芯。同时,此法同样具有生产效率低、脱芯困难、生产成本高等缺点。
水溶型芯的特点是遇水溶解和溃散,与其它类型的型芯相比,水溶型芯的主要优点是便于脱芯。其以遇水溶解或溃散的材料作粘结剂,配成浆料注入模具中自行固化,水溶型芯必须进行表面防水处理使其能经受脱蜡,另外,还需选择合适的粘结剂和耐火骨料,使型芯能承受焙烧和浇注时的高温作用。此法适用于内腔形状较宽厚的有色合金铸件。存在生产效率低、型芯强度低、应用范围窄等不足。
水玻璃砂型芯以石英砂和水玻璃为原料制芯,采用CO2气体固化,砂芯表面需浸水玻璃强化。该法生产效率高、生产成本低,但脱芯困难(必须采用碱煮方法脱芯)、砂芯强度低,难以满足大批量生产的要求。细管型芯工艺是利用一种溶于酸或碱的金属或玻璃制成的薄壁管材为原材料,预先将其用弯曲、焊接等加工方法制成型芯的形状,并置于压型中,然后压制蜡模、制壳、浇注。待铸件凝固后,将带有型芯的铸件置于某种腐蚀剂中将型芯去除,从而获得具有细孔通道的铸件,该方法生产铸件的特点是孔径精度高,尺寸稳定,通道内壁表面光滑且组织致密,特别适合铸造长轴比大,孔道迂回曲折而截面形状、尺寸无变化或变化不大的内腔和孔洞。此工艺生产成本高、适用范围窄、操作工艺复杂、型芯定位易出现偏差。
过渡性型芯一般是指尿素芯,用于无法直接抽芯成形的内腔。该工艺将尿素芯置于压型中压制蜡模,然后蜡模放入水中将尿素芯熔掉以形成铸件内腔,往后的工序与其它工艺的一样。该工艺仅适用能顺利涂挂涂料和撒砂的内腔,而且也难以保证铸件的尺寸精度,生产成本较高。此法目前应用较为广泛。
综上所述,各种制芯工艺都有其优缺点和适用范围,难以明确地说哪种工艺最好、哪种工艺最差,这要根据所生产铸件的具体质量要求而定。如果铸件对尺寸精度、表面粗糙度的要求很严格,那么应采用陶瓷型芯,从而相应地铸件生产成本也就高。对于汽车及其它普通机械行业的铸造生产来说,由于铸件成本的限制,难以使用高成本的制芯工艺,必须寻求低成本的制芯方法。因此在这些行业中,CO2水玻璃砂芯和尿素芯应用较为普遍,但这些型芯有其不足之处和应用的局限性。这就提出了如何以较低的成本生产出适合于汽车和商业机械等行业熔模铸造用砂芯的技术问题。对此国内外学者也进行了研究。
目前,在生产内腔表面质量和尺寸精度要求不很严格的铸件时,很多情况下,希望使用低成本型芯。为生产低成本型芯,国内外都进行了不少的研究。在国外,最为典型的是日本学者提出的“Convert”法,它代表了近年来低成本型芯的新近发展。该“Convert”法,根据芯子的形状、数量和质量情况,选金属或木质或塑料芯盒,生产树脂砂芯。然后将砂芯浸入硅酸盐或碱金属成分为基的混合粘结剂中几分钟,取出后在空气中干燥。将空干后的砂芯放入压型中,压制蜡模或嵌入蜡模中,以后可按正常的方法制型壳、脱蜡、焙烧和浇注,生产熔模铸件。砂芯易于清除,可用传统的喷砂或喷水法去除残余的砂芯。在国内,有些单位开展了熔模铸造用砂芯的研究工作,并取得了一定的效果。经查“中国知识产权数据库”(1985年至今),共查出两份与之有关的中国专利,申请号分别为88109008(熔模铸造用砂芯的生产方法)和87105530(用于熔模铸造的型芯,制备这种型芯的方法,以及制备内部包含所述型芯的熔模铸造铸型的方法)。前者是太原矿山机械厂陈晋公等人申请的,其开发出了水玻璃-CO2法生产熔模铸造用型芯的生产技术,该技术的要点为:在石英砂及铝矾土中加入一定量的改性水玻璃、聚氯乙烯、邻苯二甲酸二丁酯,然后通CO2硬化,在200℃温度下烘干,再涂锆英粉耐火涂料,以聚氯乙烯加热固化提供常温强度,改性水玻璃通CO2硬化提供高温强度,涂锆英粉耐火涂料提高型芯的表面质量,该法的缺点是砂芯常温强度低而且易变形、脱芯较困难,芯砂、砂芯的存放性差,难以组织大批量生产。后者是中国国际贸易促进委员会专利代理部代理的由日本神奈川县佐佐木信义申请的,其开发出了水玻璃加热固化法生产熔模铸造用型芯的生产技术,该技术的要点是:在石英砂中加入一定量的水玻璃,然后通热空气(约150℃)硬化,硬化后的砂芯在硅酸乙酯溶液中浸泡,烘干,再涂挂硅酸乙酯锆英粉涂料,该法的缺点也是砂芯常温强度低而且易变形、脱芯较困难,芯砂、砂芯的存放性差,难以组织大批量生产。东风汽车公司对呋喃树脂热芯盒砂芯曾进行过系列研究,并与应用于熔模铸造的实际生产。但其仍存在不尽人意之处,主要表现在①芯砂的流动性较差,砂芯表面致密性不够好,强度偏低,而且砂芯必须上涂料才能满足铸件内腔表面的质量要求;②熔模铸造砂芯尺寸均较小,上涂料工序的操作非常困难,费工费时;③呋喃热芯盒砂的可使用时间一般为四小时左右,给制芯生产带来不少麻烦。
发明内容:本发明结合熔模铸造工艺的特点,充分考虑所开发技术在生产中的适用性和经济性,尤其考虑对大批量流水生产的适用性的同时解决低成本砂芯常温强度低、铸件脱芯难,芯砂流动性差、砂芯不致密及小芯砂上涂料困难的问题,提出一种熔模铸造用覆膜砂芯的生产方法。
本发明的熔模铸造用覆膜砂芯的生产方法为:是在100份加热到150℃左右的石英砂中加入占砂重量百分比2%~3%的固体酚醛树脂进行热法覆膜,然后加入占树脂量12%~17%的液态固化剂,混匀后加入占砂量0.7%~1.5%的高温粘结剂再混匀,制成覆膜砂,在射芯机上或芯盒中制芯,制得砂芯经去毛刺修整后,在表面强化剂中浸泡5min,捞起晾干后在105℃~110℃温度下烘干,待用。
该生产方法由于在硅砂覆膜砂中加入适宜比例的高温粘结剂,有效地提高覆膜砂的高温性能,从而保证砂芯浇注时的强度要求;采用热法制芯,极大地提高了芯砂的流动性和砂芯的致密性、常温强度、尺寸精度及生产效率,砂芯表面质量好,芯砂和砂芯的存放性能好,能满足大批量生产的需要;砂芯经表面强化处理,可不上涂料直接使用,简化生产工序,更有利于实际大批量生产应用。
附图说明:图1是本发明实施例一的铸件结构示意图;
图2是本发明实施例二的铸件结构示意图。
具体实施方式:应用本发明的生产方法,在100份加热到150℃左右的石英砂(SiO2≥90%)中加入占砂重量百分比2%~3%的固体酚醛树脂进行热法覆膜,然后加入占树脂量12%~17%的液态固化剂,混匀后加入占砂量0.7%~1.5%的高温粘结剂再混匀,制成覆膜砂。用此干态覆膜砂或经湿化剂处理的湿态覆膜砂在射芯机上进行机器制芯或采用手工在芯盒中制芯,制得的砂芯经去毛刺修整后,在表面强化剂中浸泡5min,捞起晾干后在105℃~110℃温度下烘干,待用。其中高温粘结剂是水溶性磷酸盐、焦磷酸盐、偏磷酸盐,如磷酸钾、磷酸钠、焦磷酸钾、焦磷酸钠、偏磷酸钾、偏磷酸钠等,浓度范围为:10%~60%。固体酚醛树脂为铸造用固体酚醛树脂,软化点为75℃~95℃,聚合速度为20s~60s。液态固化剂是六次甲基四胺水溶液,浓度范围为:30%~50%。湿化剂是指植物油、甘油、桐油、有机增塑剂等。砂芯表面强化剂是工业用一级硅溶胶、硅酸乙酯水解液及两者的混合液。砂芯的制芯机器是热芯盒射芯机,手工制芯是手工在芯盒中制芯并进行烘烤的工艺。
实施实例一:
(1)铸件基本情况:
铸件名称:单向管接头
铸件材质:YZG25
铸件重量:70g
铸件结构特征:见附图1。
(2)芯砂配比:
10Q擦洗石英砂(SiO2含量为93%) 1000g
铸造用固体酚醛树脂(聚合速度32s,软化点90℃) 20g
对六次甲基四胺水溶液(浓度40%) 7.5g
焦磷酸钾水溶液(浓度50%) 14g
(3)混砂工艺:在容量为200Kg的热法覆膜砂混砂机中加入已升温至150℃的10Q擦洗石英砂,随后加入4000g片状固体酚醛树脂,进行覆膜,待砂温降至105℃时,加入1500g浓度为40%的六次甲基四胺水溶液,随后加入2800g浓度为50%的焦磷酸钾水溶液,混1min,最后加入100g的硬脂酸钙粉末混30s,出砂,过筛冷却,盛放在容器中待用。
(4)制芯工艺:覆膜砂可在于态直接使用,也可通过湿化剂湿化后使用。采用Z861型热芯盒射芯机制芯,将预制好的符合砂芯形状的金属芯盒安装在制芯机上,芯盒温度控制在230℃±10℃,射砂压力0.5~0.7MPa,固化时间60s~80s,制取所需形状和尺寸的砂芯。
(5)砂芯性能:砂芯性能见表1。
表1砂芯性能测试结果
芯砂类别 | 芯砂流动性(g) | 热态抗拉强度(MPa) | 常温抗拉强度(MPa) | 高温性能评价 | 溃散性能评价 | 耐水性能评价 |
干态覆膜砂 | / | 1.50 | 3.20 | 好 | 较好 | 优良 |
湿态覆膜砂 | 15~20 | 1.35 | 3.10 | 好 | 较好 | 优良 |
(6)砂芯使用:制好的砂芯经修整与检验合格后,在工业级硅溶胶溶液中浸泡5min,自然晾干或烘干后即可用于铸造生产,可不用涂刷涂料。制蜡模时,将砂芯置于压型内,按常规方法进行压蜡模、脱模、修模、组装模组,以及进行制壳、脱蜡,形成带有砂芯的型壳,然后按常规方法进行焙烧后,将温度为1550℃~1600℃的中碳钢液浇入温度为500℃~600℃的型壳内。铸件凝固、冷却后,去除模壳、浇冒口,将铸件放入抛丸清理滚筒内清理30min,取出铸件,进行修整,检验合格后即成为铸件成品。
实施实例二:
(1)铸件基本情况:
铸件名称:管接头组
铸件材质:YZG35
铸件重量:2.10Kg
铸件结构特征:见附图2。
(2)芯砂配比:
10Q擦洗石英砂(SiO2含量为93%) 1000g
铸造用固体酚醛树脂(聚合速度35s,软化点88℃) 30g
对六次甲基四胺水溶液(浓度40%) 12g
焦磷酸钾水溶液(浓度50%) 20g
(3)混砂工艺:在容量为200Kg的热法覆膜砂混砂机中加入已升温至150℃的10Q擦洗石英砂,随后加入6000g片状固体酚醛树脂,进行覆膜,待砂温降至105℃时,加入2400g浓度为40%的六次甲基四胺水溶液,随后加入4000g浓度为50%的焦磷酸钾水溶液,混1min,最后加入100g的硬脂酸钙粉末混30s,出砂,过筛冷却,盛放在容器中待用。
(4)制芯工艺:采用干态覆膜砂手工制芯,在温度为180℃±10℃的烘箱内烘烤20分钟。
(5)砂芯性能:砂芯性能见表2。
表2砂芯性能测试结果
芯砂流动性(g) | 热态抗拉强度(MPa) | 常温抗拉强度(MPa) | 高温性能评价 | 溃散性能评价 | 耐水性能评价 |
很好 | 1.85 | 4.20 | 好 | 较好 | 优良 |
(6)砂芯使用:制好的砂芯经修整与检验合格后,在工业级硅溶胶溶液中浸泡5min,自然晾干或烘干后即可用于铸造生产,可不用涂刷涂料。制蜡模时,将砂芯置于压型内,按常规方法进行压蜡模、脱模、修模、组装模组,以及进行制壳、脱蜡,形成带有砂芯的型壳,然后按常规方法进行焙烧后,将温度为1550℃~1600℃的中碳钢液浇入温度为500℃~600℃的型壳内。铸件凝固、冷却后,去除模壳、浇冒口,将铸件放入抛丸清理滚筒内清理30min,取出铸件,进行修整,检验合格后即成为铸件成品。
Claims (7)
1、一种熔模铸造用覆膜砂芯的生产方法,是在100份加热到150℃左右的石英砂中加入占砂重量百分比2%~3%的固体酚醛树脂进行热法覆膜,然后加入占树脂量12%~17%的液态固化剂,混匀后加入占砂量0.7%~1.5%的高温粘结剂再混匀,制成覆膜砂,在射芯机上或芯盒中制芯,制得砂芯经去毛刺修整后,在表面强化剂中浸泡5min,捞起晾干后在105℃~110℃温度下烘干,待用。
2、如权利要求1所述的熔模铸造用覆膜砂芯的生产方法,其特征在于:所述在射芯机上或芯盒中制芯的覆膜砂可以是干态覆膜砂或经湿化剂处理的湿态覆膜砂。
3、如权利要求1所述的熔模铸造用覆膜砂芯的生产方法,其特征在于:所述高温粘结剂是水溶性磷酸盐、焦磷酸盐、偏磷酸盐,如磷酸钾、磷酸钠、焦磷酸钾、焦磷酸钠、偏磷酸钾、偏磷酸钠。
4、如权利要求1所述的熔模铸造用覆膜砂芯的生产方法,其特征在于:所述固体酚醛树脂为铸造用固体酚醛树脂,软化点为75℃~95℃,聚合速度为20s~60s。
5、如权利要求1所述的熔模铸造用覆膜砂芯的生产方法,其特征在于:所述液态固化剂是六次甲基四胺水溶液。
6、如权利要求1所述的熔模铸造用覆膜砂芯的生产方法,其特征在于:所述湿化剂包括植物油、甘油、桐油、有机增塑剂。
7、如权利要求1所述的熔模铸造用覆膜砂芯的生产方法,其特征在于:所述砂芯表面强化剂是工业用一级硅溶胶、硅酸乙酯水解液及两者的混合液。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |