CN1929937A - 树脂涂覆砂 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种树脂涂覆砂，该树脂涂覆砂是用粘结剂组合物对平均粒径为0.02～1.5mm、由火焰熔融法制得的球状型砂进行涂覆而得到的。

Description

树脂涂覆砂

技术领域

本发明涉及在铸钢、铸铁、铝、铜以及它们的合金等的铸造用铸型中所使用的树脂涂覆砂。

背景技术

壳型法是将在型砂上涂覆了酚醛树脂等而形成的树脂涂覆砂添加到预热的模具中，并加热使其固化的铸型造型法，该方法在铸造领域被广泛使用。作为用于树脂涂覆砂的骨材的型砂，广泛使用的是硅砂，但由于其形状为不定形、流动性差，所以近年来对于越来越复杂化的型芯形状的填充受到限制。另外，硅砂的热膨胀较大，所以在尺寸精度方面也有问题。

因此，作为解决这些问题的方法，还提出了使用由造粒烧制法等制造得到的球状型砂的方案，但是所得到的型砂的球形度低，只能得到多孔性的物质。因此，当用作树脂涂覆砂时，流动性和填充性不充分，对铸件表面粗糙的改善效果较小。为了改善这些问题，在日本专利特开2003-251434号公报中，提出了将熔融原料进行风碎处理以形成球状型砂的方案，但是与由烧制法得到的型砂相比，虽然球形度和表面的平滑性变高，但仍不充分。另外，在日本专利特开2004-202577号公报中，公开了一种由火焰熔融法制造得到的球状型砂，记载了将球状型砂和呋喃树脂、碱性酚醛树脂进行组合的铸型法。

发明内容

本发明涉及一种用粘结剂组合物对平均粒径为0.02～1.5mm、由火焰熔融法制造得到的球状型砂进行涂覆而得到的树脂涂覆砂。

另外，本发明还涉及一种用粘结剂组合物对平均粒径为0.02～1.5mm、吸水率小于等于0.5重量％的球状型砂进行涂覆而得到的树脂涂覆砂。

另外，本发明还提供了使用上述本发明的上述树脂涂覆砂而得到的铸型、使用该铸型而制造得到的铸件、使用上述本发明的上述树脂涂覆砂来制造铸型的方法。

此外，还提供了上述树脂涂覆砂用于制造铸型的用途。

本发明的课题是提供能够制造流动性优异、高强度且表面平滑的铸造用铸型的树脂涂覆砂。另外，近年来被关注的铸造法包括层叠造型法，但是过去此方法中提出的树脂涂覆砂，在铸型强度、未固化砂的排出性方面还不能说是充分的。在该方法中，还希望有能够适合使用的树脂涂覆砂。

本发明人发现，以一种使用了球状型砂的树脂涂覆砂作为铸型用砂，能发挥出优异的性能，该球状型砂具有特定的成分组成和粒径，球形度大，而且表面平滑，因此是吸水率小的耐火性粒子，从而完成了本发明。根据本发明，可以提供用粘结剂组合物对球状型砂进行涂覆而得到的树脂涂覆砂。本发明人发现该树脂涂覆砂适合用于制造浇铸温度高的铸钢制品和铸铁制品中所用的铸型材料。

根据本发明，可以得到能制造流动性优异、高强度且表面平滑的铸造用铸型的树脂涂覆砂。本发明的树脂涂覆砂能耐受高温下的浇铸，适合用于铸钢、铸铁等。另外，本发明的树脂涂覆砂是低膨胀性，可以防止铸造品中由砂的膨胀所引起的铸造缺陷(脉状铸疤(veining)和铸型破裂等)，能够应对复杂铸品的尺寸精度要求。

本发明提供适用于壳型法的树脂涂覆砂。

此外，本发明的树脂涂覆砂使用表面平滑的球状型砂，排砂性优异，能够以较少的树脂添加量覆盖其表面，在做成铸型时可以形成良好的粘接，得到高铸型强度。因此，能够制造出浇铸时树脂分解气体产生量也较少的高品质铸件。而且比较经济。此外，本发明树脂涂覆砂的流动性优异，能够提高铸型细部的填充。另外，浇铸后铸型的崩解性良好。本发明的树脂涂覆砂由于其优异特性，有充分的可能性来代替在铸件工厂中作为特殊砂而采用的昂贵的锆砂和陶瓷砂。

<球状型砂>

本发明的树脂涂覆砂(以下简称为“RCS”)中所使用的球状型砂大致由2种方案构成。第1种方案是平均粒径为0.02～1.5mm、通过火焰熔融法而制造得到的球状型砂。另外，第2种方案是平均粒径为0.02～1.5mm、吸水率小于等于0.5重量％的球状型砂。下文中，有时将这2种型砂总称为“球状型砂”。

本发明的球状型砂的一个大的特征在于：具有特定的成分组成以及平均粒径，球形度大。由于具有这种结构，所以可以制造流动性优异、高强度且表面平滑的铸造用铸型。另外，与现有技术相比，能够以较少的树脂量来制造铸型，且容易再生。

所述的本发明的球状型砂的形状为球形，是指球形度大于等于0.88，优选为大于等于0.90。对于是否是球形，例如象后述的实施例所记载的那样，可以用光学显微镜或数码显微镜(例如キ一エンス公司制造的VH-8000型)等观察型砂从而进行判断。

本发明的球状型砂的主成分可以使用通过火焰熔融法将现有公知的耐火材料以及耐火材料原料进行球形化而得到的物质，没有特别的限定。在这些耐火材料和耐火材料原料中，从耐火性和容易获得等观点出发，优选以SiO₂为主成分的物质、以Al₂O₃和SiO₂为主成分的物质、以MgO和SiO₂为主成分的物质。其中，从耐火性、热膨胀性的观点出发，特别优选以Al₂O₃和SiO₂为主成分的物质。

这里所谓的“主成分”，是指上述成分以总量计在整个型砂的全部成分中含有大于等于60重量％、优选含有大于等于80重量％。从提高耐火性的观点出发，作为主成分的含量，这些成分的总量在球状型砂的全部成分中优选为85～100重量％，更优选为90～100重量％。

另外，作为在本发明的球状型砂中可以含有的除主成分以外的成分，例如可以列举出CaO、Fe₂O₃、TiO₂、K₂O、Na₂O等金属氧化物。它们来自起始原料。

当含有Fe₂O₃和TiO₂时，它们的含量分别优选为小于等于5重量％。另外，Fe₂O₃的含量更优选为小于等于2.5重量％，进一步优选为小于等于2重量％。当含有K₂O和Na₂O时，它们含量的总量优选为小于等于3重量％，更优选为小于等于1重量％。

另外，在以Al₂O₃和SiO₂为主成分时，Al₂O₃/SiO₂的重量比优选为1～15。从提高耐火性和型砂的再生效率的观点出发，优选为1.2～12，更优选为1.5～9。另外，当以该Al₂O₃和SiO₂、或者仅以Al₂O₃为主成分时，可以含有CaO和MgO作为除主成分以外的成分。此时，从提高球状型砂的耐火性的观点出发，它们含量的总量优选为小于等于5重量％。

另外，在以MgO和SiO₂为主成分时，MgO/SiO₂的重量比优选为0.1～10。从进行球形化的容易程度和提高耐腐蚀性、耐火性以及型砂的再生效率的观点出发，该重量比优选为0.2～9，更优选为0.3～5。

另外，当以该MgO和SiO₂为主成分时，可以含有Al₂O₃作为除主成分以外的成分。Al₂O₃来自原料，但是从提高球状型砂的耐腐蚀性的观点出发，其含量优选为小于等于10重量％。

本发明的球状型砂的平均粒径(mm)优选为0.02～1.5mm。如果大于等于0.02mm、优选为大于等于0.05mm，则能够降低铸型的制造中所需要的树脂量，型砂再生变得容易。另一方面，如果小于等于1.5mm，则有助于铸型的空隙率变小，提高铸型强度，因此是优选的。从提高球状型砂的再生效率的观点出发，优选为0.05～1.5mm，更优选为0.075～1.5mm。另一方面，从提高铸型强度的观点出发，优选为0.05～1mm。从提高再生效率和铸型强度两方面的观点出发，优选为0.05～1mm，更优选为0.05～0.5mm，特别优选为0.05～0.35mm。另外，最终得到的本发明的RCS也优选为同样的平均粒径的范围。

前述平均粒径可以如下所述地求得。即，当从球状型砂粒子的粒子投影剖面得出的球形度＝1时，测定直径(mm)，而当球形度<1时，测定球状型砂的长轴直径(mm)和短轴直径(mm)，求得(长轴直径/短轴直径)/2，对任意100个球状型砂粒子，将分别得到的值进行平均，作为平均粒径(mm)。长轴直径和短轴直径的定义如下。将粒子稳定在平面上，当用2条平行线夹住该粒子在平面上的投影图像时，其平行线的间隔为最小的粒子宽度称作“短轴直径”。另一方面，该平行线的直角方向上的2条平行线夹住粒子时的距离称作“长轴直径”。

另外，对于球状型砂粒子的长轴直径和短轴直径，可以通过光学显微镜或者数码显微镜(例如キ一エンス公司制造的VH-8000型)得到该粒子的图像(照片)，对所得的图像进行图像分析而求得。另外，球形度可以通过下述方法得到：对所得的图像进行图像分析，求得该粒子的粒子投影剖面的面积和该剖面的周长，接着，计算[与粒子投影剖面的面积(mm²)是相同面积的圆的圆周长(mm)]/[粒子投影剖面的周长(mm)]，将对任意500个球状型砂粒子分别得到的值进行平均而求得。

作为本发明的球状型砂，从提高RCS的流动性的观点出发，其球形度优选为大于等于0.95，更优选为大于等于0.98，进一步优选为大于等于0.99。另外，最终得到的本发明的RCS也优选为同样的球形度范围。因此，作为本发明的第1种方案的球状型砂，例如合适的是：作为主成分含有Al₂O₃和SiO₂而形成的、Al₂O₃/SiO₂的重量比为1～15、平均粒径为0.02～0.5mm、球形度大于等于0.95的由火焰融解法制造得到的球状型砂。

本发明的第1种方案的球状型砂是通过火焰熔融法得到的。因此，具有球形度高、致密的结构特征。该结构特征大大有助于提高流动性、铸型强度、铸造得到的铸件的表面平滑性。

另外，从抑制由于制造造型时所使用的树脂被吸收到型砂内部而导致的树脂用量的增加、以及提高铸型的强度等观点出发，本发明的球状型砂的吸水率(重量％)优选为小于等于3重量％，更优选为小于等于0.8重量％，进一步优选为小于等于0.5重量％，特别优选为小于等于0.3重量％。吸水率可以根据JIS A1109细骨材的吸水率测定方法来测定。另外，在残留有粘结剂涂覆的RCS或浇铸后的粘结剂残留成分的情况下，可以通过热处理(例如，大于等于1000℃)等适当的方法除去这些成分，然后测定吸水率。

另一方面，本发明的第2种方案的球状型砂的吸水率小于等于0.5重量％。从抑制由于铸型制造时所使用的树脂被吸收到型砂内部而导致的树脂用量的增加、以及提高铸型强度等观点出发，优选为小于等于0.3重量％，更优选为小于等于0.1重量％。

另外，对于球状型砂的吸水率，当通过火焰熔融法制备该砂时，与通过除该方法以外的烧制方法制备得到的砂相比，如果是相同的球形度，通常吸水率更低。

本发明的第2种方案的球状型砂的主成分，与第1种方案的球状型砂相同，从耐火性、热膨胀性的观点出发，特别优选为以Al₂O₃和SiO₂为主成分的物质，Al₂O₃/SiO₂的重量比优选为1～15。

另一方面，当本发明的球状型砂的球形度大于等于0.98时，如果该球状型砂与硅砂等流动性低的公知型砂混合，并在该混合物中优选含有大于等于50体积％，则由该混合物形成的型砂能充分发挥出本发明所希望的效果。也就是说，如果在前述公知的型砂中一点点地添加本发明的球状型砂，则根据添加量可以发挥出本发明所希望的效果，在由前述混合物形成的型砂中，如果含有大于等于50体积％的具有前述规定的球形度的本发明的球状型砂，则其效果更为明显。另外，在由该混合物形成的型砂中的球形度大于等于0.98的本发明的球状型砂的含量，更优选为大于等于60体积％，进一步优选为大于等于80体积％。因此，作为本发明的球状型砂，由于其使用性优异，特别合适的是球形度大于等于0.98的物质。另外，含有大于等于50体积％的该球状型砂的型砂，能发挥出和本发明的球状型砂相同的效果，因此该型砂也包含在本发明中。

如前所述，本发明的第1种方案的球状型砂可以通过火焰熔融法制造。另一方面，本发明的第2种球状型砂，例如可以通过造粒并烧结的方法、电熔喷散粉化法等公知方法制造，其中合适的是与本发明的第1种方案的球状型砂同样地通过火焰熔融法制造。因此，在下文中，对通过火焰熔融法制造本发明的球状型砂的方法的一个例子进行说明。

本发明的球状型砂可以通过包括下述工序的制造方法得到，该工序是例如将以Al₂O₃和SiO₂为主成分、Al₂O₃/SiO₂的重量比为0.9～17、平均粒径为0.05～2mm的粉末粒子作为起始原料，将该粉末粒子在火焰中熔融而进行球状化的工序。

这里的“以Al₂O₃和SiO₂为主成分”，是指在作为起始原料的整个粉末粒子的全部成分中，Al₂O₃和SiO₂的总含量大于等于80重量％。由此，只要是“以Al₂O₃和SiO₂为主成分”，则该粉末粒子既可以是由后述的作为Al₂O₃源的原料和作为SiO₂源的原料的混合物形成，也可以由作为(Al₂O₃+SiO₂)源的原料单独形成，另外还可以是作为Al₂O₃源的原料和/或作为SiO₂源的原料与作为(Al₂O₃+SiO₂)源的原料的混合物。

在作为起始原料的前述粉末粒子中，作为主成分的Al₂O₃与SiO₂的总量的含量，从使所得到的球状型砂中的Al₂O₃和SiO₂的总量在全部成分中大于等于80重量％的观点出发，优选为大于等于75重量％，更优选为大于等于80重量％，进一步优选为85～100重量％，特别优选为90～100重量％。作为Al₂O₃/SiO₂的重量比，从使所得到的球状型砂中的Al₂O₃/SiO₂重量比为1～15的观点出发，是0.9～17，优选为1～15。作为平均粒径，从得到单分散的球状型砂的观点出发，平均粒径优选为大于等于0.05mm；从得到具有所希望的球形度的型砂的观点出发，平均粒径为小于等于2mm；为了满足这两个观点，平均粒径是0.05～2mm。另外，从提高所得的型砂的球形度的观点出发，平均粒径优选为0.05～1.5mm。

原料粉末粒子和所得到的球状型砂中的Al₂O₃/SiO₂重量比不同，是由于随着原料不同、Al₂O₃的逸失量和SiO₂的逸失量不同而造成的。另外，关于原料粉末粒子的平均粒径，虽然不定形的粉末变成球状会使粒径减少，但由于原先为球状的粉末的粒径没有变化，所以只要是上述范围就可以。

为了得到本发明的球状型砂，作为起始原料的粉末粒子，考虑到熔融时的成分蒸发，要将Al₂O₃/SiO₂重量比和平均粒径调制为上述范围后使用。

将作为起始原料的粉末粒子熔融时，如果该粒子中含有水分，则由于该水分蒸发，在所得的型砂中会由于水分蒸发而形成许多开孔。该开孔的形成会导致型砂的吸水率增加或球形度降低。因此，从将所得到的球状型砂的吸水率以及将球形度调节为适当的范围的观点出发，作为起始原料的含水率(重量％)优选为小于等于10重量％，更优选为小于等于3重量％，进一步优选为小于等于1重量％。含水率是根据将10g粉末粒子在800℃下加热1小时时的减量而测定的。

起始原料例如可以选自具有耐火性的矿物原料和合成原料。作为Al₂O₃源的原料，可以列举出矾土、板土页岩、氧化铝、氢氧化铝等。另外，作为SiO₂源的原料，可以列举出硅石、硅砂、石英、方英石、非晶硅石、长石、叶蜡石等。另外，作为(Al₂O₃+SiO₂)源的原料，可以列举出高岭土、板土页岩、矾土、云母、硅线石、红柱石、莫来石、沸石、蒙脱石、多水高岭土等。这些原料可以分别单独使用，也可以将2种或更多种混合后使用。对于所选择的起始原料，为了降低其含水率，或者使其容易熔融，优选预烧后使用。作为预烧后的原料粉末粒子，可以例示为预烧板页岩、预烧莫来石、预烧矾土、预烧的氢氧化铝与高岭土的混合物等。

在将作为起始原料的粉末粒子在火焰中熔融并进行球形化的工序中，将上述起始原料分散到氧等载气中，通过投入到火焰中而熔融，进行球形化(火焰熔融法)。在适合的方案中，将其投入到下述火焰中。

使用的火焰可以通过将丙烷、丁烷、甲烷、天然液化气、LPG、重油、灯油、轻油、微粉碳等燃料与氧气燃烧而产生。从完全燃烧的观点出发，燃料与氧之比以容量比计为l.01～1.3。从产生高温火焰的观点出发，适合的是氧气/体燃烧器。燃烧器的结构没有特别的限定，可以例示为特开平7-48118号公报、特开平11-132421号公报、特开2000-205523号公报或特开2000-346318号公报中公开的燃烧器。

对于本发明的制造方法中所使用的具有平均粒径为0.05～2mm大小的上述耐火性原料粉末，适合用下述方法进行球形化。

可以将粉末粒子分散到载气中后再投入火焰中。作为载气，适合使用氧。在这种情况下，载气的氧有作为燃料燃烧用而消耗的优点。从确保粉末粒子的充分分散性的观点出发，气体中的粉末浓度优选为0.1～20kg/Nm³，更优选为0.2～10kg/Nm³。

此外，在投入到火焰中时，更优选通过筛网、静止混合器等以提高分散性。

从在火焰中快速进行球形化、并且得到单分散的球状型砂的观点出发，优选对原料粉末粒子的形状和组成进行选择。从确保在火焰中的滞留时间或快速进行熔融、球形化的观点出发，作为其形状，优选为原料粉末粒子的长轴直径/短轴直径比小于等于9，更优选为小于等于4，进一步优选为小于等于2。另一方面，从得到不熔融的单分散的球状粒子的观点出发，作为其组成，特别合适的是Al₂O₃/SiO₂重量比为1.5～10。

另外，粉末粒子也可以适合在使N₂惰性气体等电离而产生的等离子喷射火焰中熔融、球形化。

从在铸造用铸型的制造中使用的观点出发，本发明的球状型砂的粒子密度(g/cm³)优选为1～3.5g/cm³。当希望形成更高强度的铸型时，该粒子密度优选为2.5～3.5g/cm³。粒子密度在该范围中的球状型砂，可以得到实心且致密的高强度铸型。另外，当希望形成轻质铸型时，该粒子的密度优选为1～2.5g/cm³。粒子密度在该范围中的球状型砂，可以得到内部具有空间的多孔的轻质铸型。粒子密度可以根据JISR1620的粒子密度测定法测定。

本发明的球状型砂的耐火度优选为大于等于SK17(1480℃)，更优选为低热膨胀性、耐火度大于等于1800℃，进一步优选为大于等于SK37(1825℃)。对上限没有特别的限定，但是优选为小于等于SK42(2000℃)。该耐火度是根据基于JIS R2204的西格示温熔锥法而测定的。

另外，本发明的球状型砂与多边形的粒状骨材、表面为多孔性的球状骨材以及球形度差的球形骨材相比，其表面积更小，因此可以用较少的树脂添加量覆盖型砂的表面。另外，在通过涂覆的树脂将型砂彼此粘合而制造铸型时，由于型砂的表面平滑，因此即使是少量树脂也可以形成良好的粘接，得到高铸型强度。其结果是，在注入熔液时，可以维持能充分耐受熔液压力的强度，且能形成浇铸后崩解性良好的型砂。

<粘结剂组合物>

本发明的RCS是用粘结剂组合物涂覆上述本发明的球状型砂而形成的。

本发明中使用的粘结剂组合物含有树脂，根据需要还可以含有崩解促进剂、润滑剂、硅烷偶联剂、固化剂等。树脂只要是具有在注入熔液时能维持型砂的相互粘接、且注入熔液后能使型砂相互的粘接崩解的性质的树脂就可以，并不特别限定于此。作为本发明中使用的树脂，例如可以列举出酚醛类树脂、尿素类树脂、三聚氰胺类树脂、不饱和聚酯类树脂、环氧类树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯类树脂、聚氨酯类树脂、硅类树脂、聚酰亚胺类树脂、呋喃树脂等，但并不特别限定于这些。其中，优选酚醛清漆树脂或者甲阶酚醛树脂等酚醛类树脂。其中，当使用注入熔液温度高的金属时(例如，铁的注入熔液温度通常为1300～1600℃)，特别优选使用在该温度下也具有上述性质的树脂。

另外，作为树脂，优选具有如下性质：在投入模具时为固体、由于加热等作用而熔融、使型砂相互粘接。通常，优选调节树脂的熔点、固体成分而进行涂覆，以使所得到的RCS的熔点(JACT实验法C-1)为50～200℃，更优选为80～120℃，为了得到这样的性质，优选使用熔点(JACT实验法RS-1)为50～150℃、进而为60～90℃的树脂。

本发明的粘结剂组合物中，树脂含量在全部固态成分中优选为10～100重量％，更优选为50～98重量％，特别优选为60～90重量％。

另外，还可以含有现有公知的崩解促进剂。例如可以列举出钴、镍等金属的氧化物、各种硝酸盐、磷化合物、硼酸三乙酯、硼酸三丁酯等硼酸化合物、羧酸盐等。

另外，作为润滑剂，可以使用硬脂酸钙、亚乙基双硬脂酰胺等。当在粘结剂组合物中使用润滑剂、树脂为酚醛树脂时，相对于100重量份的酚醛树脂，含有0.2～7重量份的润滑剂，在RCS流动性或者通过壳型法所得到的铸型的强度方面是优选的。

另外，作为硅烷偶联剂，可以使用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷等。当在粘结剂组合物中使用硅烷偶联剂、树脂为酚醛树脂时，相对于100重量份的酚醛树脂，含有0.01～10重量份的硅烷偶联剂，这在所得到的铸型强度或崩解性方面是优选的。

另外，为了提高通过壳型法所得到的铸型的强度、另外为了加快粘结剂的固化速度，也可以在粘结剂组合物中含有固化剂，特别是对于酚醛树脂可以含有六亚甲基四胺。从铸型的崩解性的观点出发，含有六亚甲基四胺时的含量，相对于100重量份的酚醛树脂，优选为5～20重量份。

作为本发明中所使用的粘结剂组合物的添加剂，只要该组合物中的树脂量是球状型砂相互粘接所必须的最低量就可以。也就是说，可以使用不损害浇铸后的崩解性的量。具体地来说，作为树脂的添加量(换算为固态成分)，相对于100重量份的本发明的球状型砂，优选为3～0.5重量份，更优选为2.5～0.5重量份。

对于用粘结剂组合物涂覆本发明的球状型砂的方法没有特别的限定，可以列举出现有公知的方法，例如干热法、半热(semi-hot)法、冷法等。对于用于本发明的方法，由于能够减少涂覆树脂的量，所以优选为干热法。另外，对于上述粘结剂组合物的成分，可以作为含有全部成分的1个剂型的组合物而使用，也可以分别使用。

作为更具体的涂覆方法，可以列举出例如与社团法人铸造技术普及协会的JACT树脂涂覆砂制造作业基准的干热法相同的步骤。即，当使用含有作为树脂的酚醛树脂的粘结剂组合物时，将本发明的型砂在130～160℃的温度下加热，在其中添加粘结剂组合物并进行混炼，由此将粘结剂组合物(该组合物中的树脂)熔融。接着，将温度下降至100℃～110℃，将六亚甲基四胺、多聚甲醛、三噁烷等固化剂作为例如水溶液而添加，进而混炼使其固化，由此使树脂涂覆到型砂上，再通过混炼使之崩解为单粒，从而能够得到本发明的RCS。优选在添加固化剂后、混炼物开始崩解为单粒的阶段添加润滑剂。另外，当树脂为甲阶酚醛树脂时，不一定需要固化剂，可以仅通过加热就得到本发明的用树脂涂覆的RCS。

本发明的RCS可以用作制造铸件时的铸型材料。此外，本发明的RCS，由于使用表面平滑的球状型砂，所以能以较少的树脂添加量覆盖其表面，在作为铸型时，可以形成良好的粘接、得到高的铸型强度；因此浇铸时树脂分解气体的产生量也少，可以制造高品质的铸件；流动性优异，可以提高铸型细部的填充，由于上述原因，有可能制造复杂形状的型芯、中空的型芯，特别适合制造中空型芯。

另外，本发明的RCS特别是可以生产率高地制造具有薄壁部分的型芯等铸型，对壁厚小于等于5mm、优选为小于等于4mm的具有薄壁部分的铸型，其中特别是对型芯，流动性高，也可以防止填充不佳。这里所述的“具有小于等于5mm的薄壁部分的铸型”，是指成型后的铸型的最狭窄部分的厚度小于等于5mm的铸型。

本发明的铸型，优选表面粗糙度Ra小于等于20μm，更优选为1～15μm。Ra可以通过后述实施例记载的表面粗糙度测定器进行测定。

铸造时所使用的壳型型芯，有时内部做成中空的，即所谓的制造中空型芯，这是为了解决在使用实心体的情况下浇铸时气体排出的问题，或者实现减少RCS用量、由型芯轻质化而引起的作业性改善、从铸品上掉砂的简单性。型芯的中空化可以如下所述地进行：在加热的型芯模具中填充RCS，加热型芯模具以形成所需要厚度的固化外层后，通过排出内部未固化的RCS而进行。排出内部未固化的RCS的方法，可以列举出反转模具、在重力下落下RCS方法(反转排砂法)；除此以外还施加振动以促进RCS落下的方法(振动排砂法)；用压缩空气吹飞未固化的RCS而排出的方法(气流排砂法)；通过吸引喷管吸引未固化的RCS而排出的方法(吸引排砂法)；或同时进行气流排砂法和吸引排砂法的方法等。

通过使用本发明的型芯等铸型，有可能得到表面粗糙度Ra优选为小于等于8μm、更优选为小于等于5μm的铸件，适合用于铸件的组成为铸钢、铸铁、铝、铜、镁和它们的合金等的铸型的用途中。本发明由于能够降低树脂添加量，减少从铸型产生的气体量，所以适合对气体缺陷严格的铜、铝、镁等。Ra可以通过后述实施例记载的表面粗糙度测定器进行测定。

作为本发明铸件，可以用于具有最复杂的结构且铸件表面美观、要求尺寸精度的铸件。作为具体的铸件的例子，可以列举出在建设机械的油压阀门、电动机、模具、发动机机架、工程机械、建筑部材等中使用的部材、部件等，特别是可以列举出配管部件、肋片(fin)部分或复杂发动机部件(套管)、要求平滑性的泵部件(叶轮等)、驱动传送装置的部件等。

使用本发明的RCS的铸型造型法，通常是壳型法，但是也包含除此以外的热固性铸型造型法，最好是壳型法。也就是说，本发明的RCS是热固性铸型造型用的型砂，特别适合作为壳型法使用的型砂。

本发明的型砂由于是球状、表面平滑，所以使用该型砂而制造的RCS为高流动性，能够防止对更复杂形状的铸型的填充不佳或破损。另外，本发明的球状型砂能以用较少的树脂量覆盖其表面，因此在从RCS制造铸型时，可以形成良好的粘接、得到高铸型强度。另外，如前所述，本发明的球状型砂以及RCS可以单独使用，或者与硅砂等现有公知的型砂或耐火性骨材以及由它们得到的RCS混合、进而适当混合现有公知的添加剂等而使用。另外，该RCS由于是球形、流动性良好，因此还适合用于层叠造型法的层叠之时(例如日本专利特表2004-508941号、日本专利特开2000-24750号)。

在层叠造型法中，以前提供的RCS是在型砂上涂覆粘结剂组合物而形成的，但由于型砂为无定形，所以RCS的形状也不整齐，在致密地散布RCS方面有问题。而且，为了得到固化后的铸型强度，需要大量的树脂，在所得到的铸型中浇铸铸件时，还有引起气体缺陷等问题。因此，虽然在RCS中可以使用球形合成砂，但现有的合成砂的球形度不够，而且表面的平滑性也不能认为是足够的，因此RCS的散布性也不充分，而且需要大量树脂以得到足够的铸型强度。另外，层叠造型后，必须排出未固化部分的RCS，但对于复杂形状的铸型来说，有利于排出的RCS的流动性也不够。本发明的RCS可以解决这些问题。

如果型砂的粒径过大，则砂层的表面凹凸较大，难以得到铸型精度；如果型砂的粒径过小，则虽然可以减少砂层的表面凹凸，但是在将型砂和粘结剂组合物混合以用粘结剂组合物涂敷型砂时，难以混合均匀，而且铸造时产生的气体的排出变得极难，从上述这些观点出发，层叠造型法中所使用的球状型砂的平均粒径为0.02～1.5mm，优选为0.02～1mm，更优选为0.04～0.08mm，特别优选为0.04～0.07mm。

另外，在用于层叠造型法时，球状型砂的平均粒径为0.02～1.5mm，但从提高造型得到的铸型精度的观点出发，球状型砂的粒径分布优选为较窄。

另外，在用于层叠造型中时，球状型砂的热膨胀性优选为较低。这是从下述观点出发而得出的：因为这样能够抑制由于热射线照射而使型砂被加热时的热膨胀、提高造型得到的铸型的精度；而且能够抑制铸造时由铸型的热变形而引起的扭曲或型芯破裂。

作为层叠造型法中的优选方法，可以进行将本发明的RCS散布以形成薄砂层的散布工序、对砂层照射热射线以使粘结剂组合物固化的照射工序，通过重复交替进行散布工序、照射工序，在厚度方向进行层叠从而造型。

作为热射线源，优选为电热器、激光束等。如果热射线照射在RCS上，则粘结剂组合物在熔融后进行热固化，邻接的型砂发生结合。因此，粘结剂组合物中的树脂是酚醛树脂等热固型树脂。作为在照射工序中使用的激光束，例如可以选择CO₂激光、YAG激光等，也可以是可见光或非可见光中任何一种的激光束。

如果考虑到要确保层叠造型法中的造型物的精度，则树脂优选为使RCS的熔融温度大于等于100℃。造型后，排出未固化层的砂，作为替代，用未涂覆粘结剂组合物的砂来支撑空孔部，然后对铸型整体进行加热，使铸型的热固化进一步进行而完成固化，在该方法中，由于RCS的形状接近圆球形，涂覆的粘结剂组合物少，所以未固化的RCS的排出性优异。

如上所述，由于由本发明的RCS制造的铸型为高强度，所以可以降低为了得到同等强度所需的树脂添加量。因此是经济的，而且在作为型砂再次使用时，可以有效地再生。此外，通过本发明的RCS得到的铸型，可以消除浇铸后的铸型破裂、脉状铸疤、烧结，而且表面平滑，因此所得到的铸件的表面变得平滑，可以得到在作为后处理工序的研磨工序中负担小的铸件。而且，该铸件在注入熔液后，可以通过振动等容易地崩解。

附图说明

图1是表示在实施例5等中进行的层叠造型法的概略图。

图2是表示通过在实施例5等中进行的层叠造型法而得到的铸型的概略图。

图3是表示在实施例5等中进行的排砂性的评价方法的概略图。

图4是表示在实施例6等中使用的用于制造型芯的模具的概略图。

图5是表示在实施例6等中进行的制造型芯方法的概略图。

图6是表示在实施例6等中进行的排砂性的评价方法的概略图。

具体实施方式

实施例

接下来的实施例是对本发明的实施方案的描述。实施例是对本发明的例示，并不是用于限定本发明的。

<型砂的铸造>

在表1的型砂中，本发明产品1、烧制法莫来石砂、电熔融法砂是分别通过以下的方法得到的。

(1)本发明产品1

将含有Al₂O₃与SiO₂的总量为96重量％、Al₂O₃/SiO₂的重量比为2.7、含水率为0重量％、平均粒径为0.21mm、长轴直径/短轴直径比为1.5的莫来石粉末作为起始原料，使用氧气作为载气，使LPG(丙烷气体)与氧之比(容量比)为1.1地进行燃烧，将该粉末投入到燃烧的火焰中(约2000℃)，得到单分散的球状型砂(表1的本发明产品1)。

(2)烧制法莫来石砂

将氢氧化铝和高岭土混合以使Al₂O₃/SiO₂的重量比为2.7，将用喷雾干燥器做成球状的粉末粒子(含有Al₂O₃与SiO₂的总量为96重量％)放入电炉，在1500℃下烧制1小时，得到球状型砂(表1的烧制法莫来石砂)。

(3)电熔融法砂

使含有氧化铝和二氧化硅的合成莫来石的原料在电弧炉中熔融，在1600℃～2200℃的温度下溶出，进行风粉碎，通过这种电熔融粉末化法得到球状型砂(表1的电熔融法砂)。

实施例1～2和比较例1～4

(1)RCS的制造

作为型砂，使用上述得到的型砂和弗拉特里硅砂(Flattery Silica)。它们的化学组成等如表1所示。表1中，弗拉特里硅砂是现有的不定形硅砂，烧制法莫来石砂和电熔融法砂相当于现有的球状型砂。

用表1的型砂和表2所示的粘结剂组合物的各种成分以表2的比例来制造RCS。具体地来说，在150℃下加热型砂后，相对100重量份的型砂加入1.0重量份的酚醛树脂(AVライト，旭有机材工业株式会社)并进行混炼。接着，将温度下降到105℃，在该温度下，相对100重量份的型砂加入0.83重量份(换算为固态成分是0.15重量份)的六亚甲基四胺水溶液(固化剂，浓度为18重量％)并进行混炼，进而一边吹入冷风一边混炼。接着，为了提高流动性，相对100重量份的型砂添加0.05重量份的硬脂酸钙(润滑剂)并进行混炼，从而得到RCS。

另外，将实施例1中通过壳型法成型得到铸型后的RCS，在1000℃下进行30分钟的煅烧处理，将所得的砂子作为煅烧再生砂在实施例2中使用。另外，在比较例4中，除了相对100重量份的型砂使用0.8重量份的酚醛树脂、0.66重量份的六亚甲基四胺水溶液(浓度为18重量％)以外，与上述方法同样地制造。该比较例4是减少每单位体积的RCS中的酚醛树脂量，使其与实施例1等相同。

(2)评价

对上述制造的RCS，测定粒度指数、球形度、1000℃下的热膨胀率、流动性、通过壳型法形成铸型时的抗折力。其结果如表3所示。另外，每单位体积的RCS中的树脂量也一起示于表3。

另外，使用RCS，在250℃下烧制90秒形成测定抗折力用的试验片。抗折力是以JIS K-6910法为基准而测定的。该试验片的密度也示于表3。

另外，1000℃下的热膨胀率是使用热膨胀测定仪进行测定的。球形度是通过显微镜拍摄RCS，并通过图像分析而测定的。流动性是使用JIS K-6721的容积比重测定器、取RCS放入100ml的杯中，测定该100ml的RCS流入容积比重测定器的锥形纱管时的流下时间，由此进行评价。

表1

型砂	化学组成(重量％)			平均粒径(mm)	吸水率(重量％)	球形度
							SiO2	Al2O3	Fe2O3
	本发明产品1	26	70							-	0.195	0.01	0.99
弗拉特里硅砂				99	-	-	0.220	0.9	0.84
	烧制法莫来石砂	26	70							-	0.202	1.4	0.91
电熔融法砂				16	75	5	0.241	0.6	0.97

表2

型砂	100重量份
		酚醛树脂	1.0重量份
六亚甲基四胺	0.15重量份
		水	0.67重量份
硬脂酸钙	0.05重量份

表3

		种类	球形度	1000℃下的热膨胀率(％)	流动性(秒)	试验片密度(g/cm3)	每单位体积的树脂量(g/cm3)	抗折力(MPa)
									实施例	1	本发明产品1	0.99	0.2	7.7	1.65	0.017	8.9
2	本发明产品1的煅烧再生砂	0.99	0.2	8.0	1.70	0.017	9.0
								比较例		1	烧制法莫来石砂	0.91	0.2	8.8	1.61	0.016	3.4
2	弗拉特里硅砂	0.84	1.5	9.3	1.54	0.015	2.5
									3	电熔融法砂	0.97	0.4	8.4	2.07	0.021	8.8
4	电熔融法砂	0.97	0.4	8.3	2.10	0.017	6.0

从表3的结果可以知道，本发明的RCS流动性高，在对铸型进行造型时，可以良好地填充到微细的形状部位。据推断这是由于球形度高以及本发明的型砂的表面平滑而造成的。

另外可知，实施例1的RCS与除了比较例3以外的RCS相比，具有高的抗折力。而且，即使与比较例3相比，用于显现出相同的抗折力所需的每单位体积的树脂量，也是实施例1的较少，所以更加有利。因此能够减少浇铸时的气体产生量，减少铸件的气体缺陷。可以认为这是由于本发明的球状型砂的球形度高、表面光滑，因此通过少量的树脂就能够实现足够的铸型强度而产生的效果。

实施例3～4和比较例5～6

将使用表1的型砂、与实施例1同样地用树脂涂覆了的RCS用表4的组成得到铸型，对其分别进行浇铸实验。首先，使用RCS，在250℃下烧制90秒形成试验型芯模具。将试验型芯设置在另外造型的主模里，浇铸约1470℃的铸铁(FC2000)的熔液。浇铸冷却后(在浇铸结束后放置2小时后)，观察铸型的破裂。之后，通过敲打型芯使铸型崩解，观察型芯面的脉状铸疤和烧结。结果如表4所示。另外，表4中，铸型破裂的“○”是指没有铸型破裂，“×”是指产生铸型破裂。另外，脉状铸疤的“○”是指没有脉状铸疤，“△”是指略微产生脉状铸疤，“×”是指产生了脉状铸疤。另外，烧结的“○”是指没有烧结，“×”是指产生烧结。

表4

		型砂(重量份)			铸件缺陷
								本发明产品1	弗拉特里硅砂	电熔融法砂	铸型破裂	脉状铸疤	烧结
		实施例	3	100	0	0	○							○	○
4	50							50	0	○	○	○
			比较例	5	0	100	0						×	×	○
6	0	0						100	○	△	○

实施例5和比较例7、8

通过以下方法制造RCS，并用以下方法评价。结果如表6所示。

(1)RCS的制造

使用通过与表1的本发明产品1同样制法(火焰熔融法)得到的表5的本发明产品2的球状型砂、和通过烧制法得到的表5的烧制法莫来石砂B。在这些型砂中，以表6所示的量使用表6所示的成分，除此之外与实施例1等以相同的方法制造RCS。另外，表6中，酚醛树脂B是酚醛清漆型的酚醛树脂，其使RCS的熔融温度为110℃。该熔融温度是基于JACT实验法C-1(熔点实验法)而测定的。

(2)评价

(2-1)

使用与实施例1相同的方法测定抗折力。

(2-2)

将RCS薄薄地散布在设置面上以形成砂层。使砂层的厚度为1mm。散布工序结束后，再在砂层上方设置遮光掩模，用电热器通过遮光掩模照射热射线，进行照射工序。砂层中被热射线直接照射的照射区域的树脂发生热固化，砂粒子之间结合，从而形成固化层。另外，砂层中未照射到热射线的未照射区域的粘结剂组合物是未固化的。

重复交替进行这样的散布工序、照射工序，在厚度方向层叠固化层，从而造型成作为造型物的铸造用铸型(图1)。进行约为50张的层叠，制备具有图2所示的直径为30mm、深度为30mm的圆筒形空洞的铸型。

将所得到的铸型反转，通过重力从直径为10mm的未固化部排出圆筒空洞内的未固化RCS，测定排出的RCS的重量(A)。之后，割开铸型，测定残留在内部的未固化的RCS的重量(B)。以100×A/(A+B)作为排砂性(％)(图3)。

表5

型砂	化学组成(重量％)			平均粒径(mm)	吸水率(重量％)	球形度
							SiO2	Al2O3	Fe2O3
	本发明产品2	26	70							-	0.070	0.1	0.99
烧制法莫来石砂B				26	70	-	0.070	1.0	0.88

本发明产品2是使用筛子对粒径分布进行操作而得到的，如果以整个型砂为100％，则粒径大于等于50μm、小于75μm的型砂以重量比计约为60％，大于等于75μm、小于100μm的型砂以重量比计约为40％。由此可以认为本发明产品2的粒径范围是50～100μm。

表6

		实施例5	比较例7	比较例8
					型砂	种类	本发明产品2	烧制法莫来石砂B	烧制法莫来石砂B
重量份	100	100	100
				酚醛树脂B		重量份(相对于100重量份的型砂)	2.0	2.0	4.0
六亚甲基四胺	重量份(相对于100重量份的酚醛树脂B)	15	15		15
				硬脂酸钙		重量份(相对于100重量份的型砂)	0.1	0.1	0.1
铸型抗折力(MPa)		8.0	4.4		8.2
				排砂性(％)		85	80	75

实施例5与比较例7和8相比，显示出高的排砂性，能够容易地排出未固化的RCS。可以推断出通过振动和吸引也可以容易地排出。

实施例6和比较例9、10

通过以下方法制造RCS，并用以下的方法进行评价。结果如表7所示。

(1)RCS的制造

使用表1的本发明产品1、烧制莫来石砂。在这些型砂中，以表7所示的量使用表7所示的成分，除此之外与实施例1等以相同的方法制造RCS。另外，表7中的酚醛树脂B与实施例5等的相同。

(2)评价

(2-1)

使用与实施例1相同的方法测定抗折力。

(2-2)

将图4所示的具有内径为50mm、深度为50mm的圆筒状空孔的模具(组合模)加热到250℃，从直径10mm的开口部将RCS填充到空孔部中，烧制30秒钟(图5)。开口部附近由于模具的热量使一些RCS固化，因此通过直径约为10mm的钻头将开口部开封后，反转模具，通过重力从该直径为10mm的孔排出内部的未固化RCS，测定排出的RCS的重量(A)(图6)。之后，割开铸型，测定残留在内部的未固化的RCS的重量(B)。由此，与实施例5等同样地求得排砂性(％)。

表7

		实施例6	比较例9	比较例10
					型砂	种类	本发明产品1	烧制法莫来石砂	烧制法莫来石砂
重量份	100	100	100
				酚醛树脂B		重量份(相对于100重量份的型砂)	2.0	2.0	4.0
六亚甲基四胺	重量份(相对于100重量份的酚醛树脂B)	15	15		15
				硬脂酸钙		重量份(相对于100重量份的型砂)	0.1	0.1	0.1
铸型抗折力(MPa)		8.1	4.5		8.2
				排砂性(％)		50	30	25

使用了本发明的RCS的中空型芯，可以容易地排出未固化部分的RCS，有利于造型物的形状或尺寸的高精度化、高品质化。

实施例7和比较例11

使用表1的型砂，与实施例1以及比较例1同样地用树脂涂覆得到RCS，对使用该RCS得到的铸型分别进行浇铸实验。也就是说，通过与实施例3同样的方法，烧制成试验型芯模具，将试验型芯设置在另外造型的主模上，注入铝铸件(成分AC4C)熔液。用表面粗糙度测定器(サ一フコ一タ一SE-30H，小坂研究所制)测定型芯的铸型与铸件的型芯面的平滑性，作为表面粗糙度(中心线平均粗糙度Ra)。

表面粗糙度的测定是在铸型、铸件各自表面的5个位置进行，以其平均值作为Ra。Ra越小，表面平滑性越优异。结果如表8所示。

表8

		实施例7	比较例11
				型砂		本发明产品1	烧制法莫来石砂
表面粗糙度(Ra)(μm)	铸型表面	13.3	21.8
				铸件表面	2.0	8.2

实施例8和比较例12～13

将80重量份的使用了弗拉特里硅砂的RCS与20重量份的表9所示的混合用RCS混合，由此得到混合RCS。另外，在各种RCS中，使用了弗拉特里硅砂的RCS用与比较例2相同的方法制得，另外，混合用RCS用与实施例1以及比较例1、3相同的方法制得，使用这样得到的RCS。对于上述制造的混合RCS，用与实施例1同样的方法，测定1000℃下的热膨胀性、流动性、通过壳型法形成铸型时的抗折力。结果如表9所示。

表9

		混合用RCS的种类	混合RCS的物性		试验片的密度(g/em3)	每单位体积的树脂量(g/cm3)	抗折力(MPa)
								1000℃下的热膨胀率(％)	流动性(秒)
			实施例	8						本发明产品1(实施例1)	1.2	8.6	1.60	0.016	4.0
比较例	12	烧制法莫来石砂(比较例1)			1.2	9.0	1.55	0.016	2.8
			13	电熔融法砂(比较例3)						1.3	8.8	1.66	0.017	3.5

如表9所示，为了改善由廉价的硅砂形成的RCS的热膨胀率，即使在混合使用少量低热膨胀性的RCS的情况下，通过使用本发明的RCS，与并用现有RCS的情况相比，混合RCS的流动性好，而且还能够提高铸型强度。

Claims (13)

1.一种树脂涂覆砂，其是用粘结剂组合物对平均粒径为0.02～1.5mm、由火焰熔融法制造得到的球状型砂进行涂覆而得到的。

2.一种树脂涂覆砂，其是用粘结剂组合物对平均粒径为0.02～1.5mm、吸水率小于等于0.5重量％的球状型砂进行涂覆而得到的。

3.根据权利要求1或2所述的树脂涂覆砂，其中，所述球状型砂含有Al₂O₃和SiO₂作为主成分，且Al₂O₃/SiO₂的重量比为1～15。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的树脂涂覆砂，其中，所述粘结剂组合物含有酚醛树脂。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的树脂涂覆砂，其中，所述树脂涂覆砂用于层叠造型法。

6.使用权利要求1～5中任一项所述的树脂涂覆砂而得到的铸型。

7.根据权利要求6所述的铸型，其表面粗糙度Ra小于等于20μm。

8.根据权利要求6或7所述的铸型，其中所述铸型为型芯。

9.根据权利要求8所述的铸型，其中所述型芯为中空型芯。

10.使用权利要求6～9中任一项所述的铸型而铸造得到的铸件。

11.根据权利要求10所述的铸件，其表面粗糙度Ra小于等于8μm。

12.权利要求1～5中任一项所述的树脂涂覆砂用于制造铸型的用途。

13.使用权利要求1～5中任一项所述的树脂涂覆砂来制造铸型的方法。

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