JP2023153624A - Method for manufacturing core - Google Patents

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JP2023153624A JP2022063002A JP2022063002A JP2023153624A JP 2023153624 A JP2023153624 A JP 2023153624A JP 2022063002 A JP2022063002 A JP 2022063002A JP 2022063002 A JP2022063002 A JP 2022063002A JP 2023153624 A JP2023153624 A JP 2023153624A
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正臣 光武
Masaomi Mitsutake
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Abstract

To provide a method for manufacturing a core having high moisture absorption resistance, wherein flowability of core sand and mold release of cores from a mold are improved.SOLUTION: The present invention relates to a method for manufacturing a core, including the steps of: (i) preparing a mixture by mixing a particulate aggregate, water glass, a surfactant, and an amorphous SiO2 having an average particle size of 0.01 μm to 0.05 μm, wherein the amorphous SiO2 is 0.10 wt.% to 0.35 wt.% based on the weight of the particulate aggregate; (ii) kneading the mixture prepared in the step (i) until it becomes whipped to prepare a mixture; and (iii) molding the mixture prepared in the step (ii) to prepare a core.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、中子(砂鋳型)を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a core (sand mold).

混練釜において中子砂をバインダー等と共に混練し、混練された中子砂(混練砂)を金型内に射出して充填することによって中子を造型する中子の造型方法が知られている。 A method of forming a core is known in which core sand is kneaded with a binder etc. in a kneading pot, and the kneaded core sand (kneaded sand) is injected into a mold and filled to form the core. .

特許文献1には、(a)粒子状骨材、1種類以上の水溶性バインダー(粘結剤)、及び水を含む骨材混合物を撹拌することにより当該骨材混合物を発泡させる工程、(b)発泡させた骨材混合物を鋳型造型用空間に充填する工程、(c)充填した骨材混合物中の水分を蒸発させて骨材混合物を固化させ、鋳型を造型する工程、及び(d)造型された鋳型を鋳型造型用空間から取り出す工程、を含むことを特徴とする鋳型の造型方法が開示されている。 Patent Document 1 describes the steps of (a) foaming the aggregate mixture by stirring the aggregate mixture containing particulate aggregate, one or more water-soluble binders (caking agents), and water; ) Filling the foamed aggregate mixture into the mold forming space; (c) evaporating the water in the filled aggregate mixture to solidify the aggregate mixture to form a mold; and (d) molding. Disclosed is a method for making a mold, which includes the step of taking out the mold from the mold-making space.

特許文献2には、鋳型砂と、水酸化ナトリウム溶液と、アルカリ珪酸塩粘結剤と、添加剤と、を含む鋳造用鋳型材料混合物であって、前記鋳型砂粒子は0.1~1mmの粒径を有し、前記鋳型材料混合物は、前記鋳型材料混合物の重量に対して0.1~10重量%の前記水酸化ナトリウム溶液を含み、前記水酸化ナトリウム溶液は20~40重量%の濃度を有し、前記鋳型材料混合物は、20~70重量%の固形分を有する前記アルカリ珪酸塩粘結剤を0.1~5重量%の量で含み、前記鋳型材料混合物は、前記添加剤として、30~70重量%の固形分を有し、2種類の異なる粒径を有する非晶質球状SiO(以下、SiO)の懸濁液を0.1~3重量%の量で含み、第1の粒径Aを有するSiOは1~5μmの粒径を有するSiO(以下、マイクロSiO)であり、第2の粒径Bを有するSiOは0.01~0.05μmの粒径を有するSiO(以下、ナノSiO)であり、前記粒径Aを有する粒子と前記粒径Bを有する粒子の体積比は0.8:1.2~1.0:1.0であることを特徴とする鋳型材料混合物が開示されている。 Patent Document 2 discloses a casting mold material mixture containing molding sand, a sodium hydroxide solution, an alkali silicate binder, and an additive, wherein the molding sand particles have a size of 0.1 to 1 mm. the mold material mixture has a particle size of 0.1 to 10% by weight of the sodium hydroxide solution relative to the weight of the mold material mixture, and the sodium hydroxide solution has a concentration of 20 to 40% by weight. wherein said mold material mixture comprises said alkali silicate binder having a solids content of 20 to 70% by weight in an amount of 0.1 to 5% by weight; said molding material mixture comprises as said additive , containing a suspension of amorphous spherical SiO 2 (hereinafter referred to as SiO 2 ) having a solid content of 30 to 70% by weight and having two different particle sizes in an amount of 0.1 to 3% by weight, The first SiO 2 having a particle size A is SiO 2 (hereinafter referred to as micro SiO 2 ) having a particle size of 1 to 5 μm, and the second SiO 2 having a particle size B has a particle size of 0.01 to 0.05 μm. SiO 2 (hereinafter referred to as nano-SiO 2 ) having a particle size, and the volume ratio of particles having the particle size A and particles having the particle size B is 0.8:1.2 to 1.0:1.0. Disclosed is a mold material mixture characterized in that:

国際公開第2005/023457号International Publication No. 2005/023457 特開2008-307604号公報Japanese Patent Application Publication No. 2008-307604

しかしながら、特許文献1では、粘結剤が水分を吸湿することで強度低下を引き起こす可能性があった。また、粘結剤が金型や成型品の表面に張り付くことで中子が割れ、中子の砂が金型や成型品に付着することがあった。 However, in Patent Document 1, there is a possibility that the binder absorbs moisture and causes a decrease in strength. In addition, the core may crack because the binder sticks to the surface of the mold or the molded product, and sand from the core may adhere to the mold or the molded product.

さらに、特許文献2では、2種類の粒径を有するSiO並びに微粒子の凝集防止及び分散促進のためのpH調整用の水酸化ナトリウムが必要であり、中子製造の手順が多く、準備する材料が多いため、材料費が高くなり、また、調整のための時間がかかり、生産性が低かった。 Furthermore, Patent Document 2 requires SiO 2 having two types of particle sizes and sodium hydroxide for pH adjustment to prevent agglomeration and promote dispersion of fine particles, and requires many core manufacturing steps and materials to be prepared. As a result, material costs were high and adjustments took time, resulting in low productivity.

したがって、本発明は中子砂の流動性及び中子の金型からの離型を向上させた、耐吸湿性が高く、鋳物への砂付着を防止する中子の製造方法を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention aims to provide a method for manufacturing a core that improves the fluidity of core sand and the release of the core from the mold, has high moisture absorption resistance, and prevents sand from adhering to the casting. Take it as a challenge.

本発明者は、前記課題を解決するための手段を種々検討した結果、粒子状骨材と、水ガラスと、界面活性剤とを混練して、得られた混練物を成型することで中子を製造する方法において、粒子状骨材と、水ガラスと、界面活性剤とに加えて、平均粒径が0.01μm~0.05μmである非晶質SiOを、粒子状骨材の重量に対して、0.10重量%~0.35重量%添加し、その後、得られた混合物をホイップ状になるまで混練することによって、ホイップ状の混練物が流動性を向上させ、非晶質SiOが中子の耐吸湿性を向上させると共に離型抵抗を低下させることができ、できた中子を鋳造に用いると鋳物に砂がつきにくくなることを見出し、本発明を完成した。 As a result of studying various means for solving the above problems, the present inventors have found that by kneading particulate aggregate, water glass, and a surfactant, and molding the resulting kneaded product, a core is formed. In the method for producing granular aggregate, in addition to granular aggregate, water glass, and surfactant, amorphous SiO 2 having an average particle size of 0.01 μm to 0.05 μm is added to By adding 0.10% to 0.35% by weight to the mixture and then kneading the resulting mixture until it becomes whipped, the whipped kneaded product improves fluidity and becomes amorphous. The present invention was completed based on the discovery that SiO 2 can improve the moisture absorption resistance of the core and reduce the mold release resistance, and that when the resulting core is used in casting, sand is less likely to adhere to the casting.

すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
(1)(i)粒子状骨材と、水ガラスと、界面活性剤と、平均粒径が0.01μm~0.05μmである非晶質SiOとを混合して、混合物を調製する工程であって、
非晶質SiOが、粒子状骨材の重量に対して、0.10重量%~0.35重量%である
工程、
(ii)(i)の工程で調製した混合物をホイップ状になるまで混練して、混練物を調製する工程、及び
(iii)(ii)の工程で調製した混練物を成型して、中子を調製する工程
を含む、中子の製造方法。
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) (i) A step of preparing a mixture by mixing particulate aggregate, water glass, surfactant, and amorphous SiO 2 having an average particle size of 0.01 μm to 0.05 μm. And,
a step in which the amorphous SiO 2 is 0.10% to 0.35% by weight based on the weight of the particulate aggregate;
(ii) A step of kneading the mixture prepared in step (i) until it becomes whipped to prepare a kneaded material, and (iii) molding the kneaded material prepared in step (ii) to form a core. A method for manufacturing a core, the method comprising the step of preparing a core.

本発明により、中子砂の流動性及び中子の金型からの離型を向上させた、耐吸湿性が高く、鋳物への砂付着を防止する中子の製造方法が提供される。 The present invention provides a method for manufacturing a core that improves the fluidity of core sand and the release of the core from a mold, has high moisture absorption resistance, and prevents sand from adhering to castings.

実施例の中子の表面を示すSEM写真(×2000)である。It is a SEM photograph (x2000) showing the surface of the core of the example. 実施例の中子を使用して作製したアルミ鋳物(A)及び比較例の中子を使用して作製したアルミ鋳物(B)を示す写真である。It is a photograph showing an aluminum casting (A) produced using a core of an example and an aluminum casting produced using a core of a comparative example (B). 実施例群及び比較例群の中子における吸湿時間と抗折強度の関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the moisture absorption time and the bending strength in the cores of the example group and the comparative example group. 中子造型時の離型抵抗評価に使用する、中子のテストピース形状を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the shape of a test piece of a core used for evaluation of mold release resistance during core molding. 中子におけるコロイダルシリカの添加量と離型抵抗の関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the amount of colloidal silica added to the core and mold release resistance.

以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
本明細書では、適宜図面を参照して本発明の特徴を説明する。図面では、明確化のために各部の寸法及び形状を誇張しており、実際の寸法及び形状を正確に描写してはいない。それ故、本発明の技術的範囲は、これら図面に表された各部の寸法及び形状に限定されるものではない。なお、本発明の中子の製造方法は、下記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者がおこない得る変更、改良などを施した種々の形態にて実施することができる。
Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below.
In this specification, features of the present invention will be explained with reference to the drawings as appropriate. In the drawings, the dimensions and shapes of various parts are exaggerated for clarity and do not accurately depict actual dimensions and shapes. Therefore, the technical scope of the present invention is not limited to the dimensions and shapes of the parts shown in these drawings. The core manufacturing method of the present invention is not limited to the following embodiments, and may be modified in various forms with modifications and improvements that can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention. It can be implemented.

本発明は、(i)粒子状骨材と、水ガラスと、界面活性剤と、特定量の非晶質SiOとを混合して、混合物を調製する工程、(ii)(i)の工程で調製した混合物をホイップ状になるまで混練して、混練物を調製する工程、及び(iii)(ii)の工程で調製した混練物を成型して、中子を調製する工程を含む、中子の製造方法に関する。 The present invention includes (i) a step of preparing a mixture by mixing particulate aggregate, water glass, a surfactant, and a specific amount of amorphous SiO 2 , (ii) the step of (i) A step of preparing a kneaded product by kneading the mixture prepared in step (ii) until it becomes whipped; and (iii) a step of molding the kneaded product prepared in step (ii) to prepare a core. Concerning a method for producing children.

以下に(i)~(iii)の各工程について説明する。 Each step (i) to (iii) will be explained below.

(i)粒子状骨材と、水ガラスと、界面活性剤と、特定量の非晶質SiOとを混合して、混合物を調製する工程
(i)の工程では、粒子状骨材と、水ガラスと、界面活性剤と、非晶質SiOとを混合して、混合物を調製する。
(i) A step of preparing a mixture by mixing particulate aggregate, water glass, surfactant, and a specific amount of amorphous SiO 2 In the step (i), particulate aggregate, A mixture is prepared by mixing water glass, surfactant, and amorphous SiO2 .

ここで、粒子状骨材は、当技術分野において公知の中子を構成する砂などの物質である。粒子状骨材としては、限定されないが、珪砂、アルミナ砂、オリビン砂、クロマイト砂、ジルコン砂、ムライト砂、各種の人工骨材、これらの2種以上の混合物などが挙げられる。 Here, particulate aggregate is a material such as sand that constitutes a core known in the art. Particulate aggregates include, but are not limited to, silica sand, alumina sand, olivine sand, chromite sand, zircon sand, mullite sand, various artificial aggregates, and mixtures of two or more of these.

水ガラスは、当技術分野において公知のケイ酸ナトリウムであり、SiO(無水ケイ酸)とNaO(酸化ナトリウム)とが様々な比率で混合している液体(NaO・nSiO)である。水ガラスとしては、SiOとNaOのモル比(SiO/NaO)が、通常1.2~3.8、好ましくは2.0~3.3である。 Water glass is a sodium silicate known in the art and is a liquid (Na 2 O.nSiO 2 ) that is a mixture of SiO 2 ( anhydrous silicic acid) and Na 2 O (sodium oxide) in various ratios. It is. As water glass, the molar ratio of SiO 2 to Na 2 O (SiO 2 /Na 2 O) is usually 1.2 to 3.8, preferably 2.0 to 3.3.

水ガラスの量は、粒子状骨材の重量に対して、通常0.2重量%~1.2重量%、好ましくは0.5重量%~0.9重量%である。 The amount of water glass is usually 0.2% to 1.2% by weight, preferably 0.5% to 0.9% by weight, based on the weight of the particulate aggregate.

水ガラスを前記量で添加することで、水ガラスが臭気や煙を発生することなく粒子状骨材同士を凝集させる粘結剤として働くことができる。 By adding the water glass in the above amount, the water glass can act as a binder to coagulate the particulate aggregates without producing odor or smoke.

界面活性剤は、当技術分野において公知の分子内に親水性部位と親油性部位とを有する物質である。界面活性剤としては、限定されないが、陰イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、両性界面活性剤などが挙げられる。陰イオン界面活性剤としては、脂肪酸ナトリウム、モノアルキル硫酸塩、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、エーテル硫酸ナトリウムなどが挙げられる。非イオン界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、脂肪酸ソルビタンエステル、アルキルポリグルコシドなどが挙げられる。両性界面活性剤としては、コカミドプロピルベタイン、コカミドプロピルヒドロキシスルタイン、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタインなどが挙げられる。 Surfactants are substances known in the art that have a hydrophilic site and a lipophilic site within the molecule. Surfactants include, but are not limited to, anionic surfactants, nonionic surfactants, amphoteric surfactants, and the like. Examples of anionic surfactants include sodium fatty acids, monoalkyl sulfates, sodium linear alkylbenzenesulfonates, sodium lauryl sulfates, sodium ether sulfates, and the like. Examples of the nonionic surfactant include polyoxyethylene alkyl ether, fatty acid sorbitan ester, alkyl polyglucoside, and the like. Examples of the amphoteric surfactant include cocamidopropyl betaine, cocamidopropyl hydroxysultaine, lauryldimethylaminoacetic acid betaine, and the like.

界面活性剤を添加することで、(ii)の工程で、混合物を効率よく発泡させてホイップ状にすることができる。 By adding a surfactant, the mixture can be efficiently foamed into a whipped form in step (ii).

非晶質SiO(非晶質シリカ)は、当技術分野において公知の非晶質の二酸化ケイ素である。非晶質SiOとしては、シリカゲル、沈降シリカ、コロイダルシリカなどが挙げられる。非晶質SiOの形状は、球状が好ましい。 Amorphous SiO 2 (amorphous silica) is amorphous silicon dioxide known in the art. Examples of amorphous SiO 2 include silica gel, precipitated silica, and colloidal silica. The shape of amorphous SiO 2 is preferably spherical.

非晶質SiOの平均粒径は、0.005μm~0.09μm、好ましくは0.01μm~0.05μmである。非晶質SiOの平均粒径は、BET法、シアーズ法、レーザー回折法で測定することができる。 The average particle size of amorphous SiO 2 is 0.005 μm to 0.09 μm, preferably 0.01 μm to 0.05 μm. The average particle size of amorphous SiO 2 can be measured by the BET method, the Sears method, or the laser diffraction method.

非晶質SiOの量は、粒子状骨材の重量に対して、0.10重量%~0.35重量%、好ましくは0.20重量%~0.30重量%である。 The amount of amorphous SiO 2 is between 0.10% and 0.35% by weight, preferably between 0.20% and 0.30% by weight, based on the weight of the particulate aggregate.

前記平均粒径を有する非晶質SiOを前記量で添加することで、非晶質SiOが(ii)の工程における混練時に凝集し、当該凝集した非晶質SiOが(iii)の工程で調製された中子表面で凸凹を形成してハスの葉効果を引き起こし、その結果、離型抵抗が減少し、中子砂の金型への張り付きを低減させることができる。 By adding the amorphous SiO 2 having the above average particle size in the above amount, the amorphous SiO 2 aggregates during kneading in the step (ii), and the aggregated amorphous SiO 2 becomes the amorphous SiO 2 in the step (iii). Roughness is formed on the surface of the core prepared in the process to cause a lotus leaf effect, which results in a decrease in demolding resistance and a reduction in the sticking of core sand to the mold.

さらに、非晶質SiOは、(iii)の工程で調製された中子においても、凝集に関わらず大きな比表面積を確保し、水ガラスの代わりに水分を吸収(吸湿)することができ、中子の耐吸湿性を向上することができる。 Furthermore, even in the core prepared in step (iii), amorphous SiO2 can secure a large specific surface area regardless of agglomeration, and can absorb moisture (moisture absorption) instead of water glass. The moisture absorption resistance of the core can be improved.

(i)の工程では、混合物中に粒子状骨材、水ガラス、界面活性剤、及び非晶質SiO以外の当技術分野において公知の他の添加剤を添加することができる。 In step (i), particulate aggregate, water glass, surfactants, and other additives known in the art other than amorphous SiO 2 can be added to the mixture.

他の添加剤としては、限定されないが、無機化合物粒子、例えば炭酸塩(例えば、炭酸カルシウム又はマグネシウム)及び水酸化物(例えば、水酸化マグネシウム又はアルミニウム)、合成樹脂(例えば、フェノールレジン、フランレジン、ウレタン系レジン)、セメント(例えば、ポルトランドセメント)、ベントナイト、粘土、澱粉、糖類(例えば、多糖類としてのセルロース、フルクトースなど、四糖類としてのアカルボースなど、三糖類としてのラフィノース、マルトトリオースなど、二糖類としてのマルトース、スクラトース、トレハロースなど、単糖類としてブドウ糖、果糖、その他オリゴ糖など)、その誘導体(例えば、サポニン)、架橋剤、触媒、酸化促進剤、これらの2種以上の混合物などが挙げられる。 Other additives include, but are not limited to, inorganic compound particles, such as carbonates (e.g., calcium or magnesium carbonate) and hydroxides (e.g., magnesium or aluminum hydroxide), synthetic resins (e.g., phenol resin, furan resin, etc.). , urethane resins), cement (e.g. Portland cement), bentonite, clay, starch, sugars (e.g. polysaccharides such as cellulose and fructose, tetrasaccharides such as acarbose, trisaccharides such as raffinose and maltotriose) , disaccharides such as maltose, sucratose, trehalose, monosaccharides such as glucose, fructose, and other oligosaccharides), derivatives thereof (e.g., saponin), crosslinking agents, catalysts, oxidation promoters, mixtures of two or more of these, etc. can be mentioned.

(i)の工程では、混合物は、粒子状骨材、水ガラス、界面活性剤、及び非晶質SiOからなることが好ましい。 In step (i), the mixture preferably consists of particulate aggregate, water glass, surfactant, and amorphous SiO2 .

(i)の工程において、混合物が他の添加剤を含まないことで、中子製造の手順や、準備する材料を少なくすることができ、材料費及び工程数の低減につながり、生産性を上げることができる。 In step (i), since the mixture does not contain other additives, the steps for manufacturing the core and the materials to be prepared can be reduced, leading to reductions in material costs and the number of steps, increasing productivity. be able to.

各材料の混合順序、混合方法は、限定されず、当技術分野において公知の混合手段を使用して混合することができる。各材料の混合方法としては、例えば、ホモジナイザー、超音波分散装置、ビーズミルなどが挙げられる。以下で説明する通り、(i)の工程と(ii)の工程を同時に実施する場合、各材料の混合に、(ii)の工程における混練装置を使用してもよい。 The mixing order and mixing method of each material are not limited, and mixing means known in the art can be used. Examples of methods for mixing each material include a homogenizer, an ultrasonic dispersion device, and a bead mill. As explained below, when the steps (i) and (ii) are performed simultaneously, the kneading device in the step (ii) may be used to mix each material.

(ii)(i)の工程で調製した混合物をホイップ状になるまで混練して、混練物を調製する工程
(ii)の工程では、(i)の工程で調製した混合物をホイップ状になるまで混練して、混練物を調製する。
(ii) A step of preparing a kneaded product by kneading the mixture prepared in step (i) until it becomes whipped. In step (ii), the mixture prepared in step (i) is kneaded until it becomes whipped. Knead to prepare a kneaded product.

混練とは、(i)の工程で調製した混合物を、均一になるように、例えばせん断力を加えつつ混ぜ合わせることである。混練には、例えば自転・公転ミキサー、アイリッヒ・インテンシブ・ミキサー、新東シンプソン・ミックスマラーなどの混練装置を使用することができる。 Kneading means mixing the mixture prepared in step (i) so that it becomes uniform, for example while applying shearing force. For kneading, a kneading device such as a rotation/revolution mixer, an Eirich intensive mixer, a Shinto-Simpson Mix Muller, etc. can be used.

(i)の工程で調製した混合物を混練することより、混合物、特に混合物中に含まれる界面活性剤が空気を効率的に巻き込み(包含させ)ながら、ホイップ状の混練物になる。 By kneading the mixture prepared in step (i), the mixture, especially the surfactant contained in the mixture, efficiently entrains (incorporates) air, resulting in a whip-like kneaded product.

ホイップ状とは、例えば、(i)の工程で調製した混合物の粘度が、混練により、通常0.5Pa・s~10Pa・s、好ましくは0.8Pa・s~2.0Pa・sになる、すなわち混練物になることである。 Whipped shape means, for example, that the viscosity of the mixture prepared in step (i) becomes usually 0.5 Pa·s to 10 Pa·s, preferably 0.8 Pa·s to 2.0 Pa·s, by kneading. In other words, it becomes a kneaded product.

なお、混合物(混練物)の粘度の測定は以下のようにして行われる。
・粘度測定方法
底部に直径6mmの細孔を有する内径42mmの円筒容器に混合物を投入し、重量1kg、直径40mmの円柱状おもりにて、おもりの自重で加圧することで細孔より混合物が排出される。この時、おもりが50mm移動するのに要した時間を計測し、下記数式にて粘度を求める。
式 μ=πDt/128L
μ:粘度[Pa・s]
D:底部細孔の直径[m]
:おもりの加圧力[Pa]
t:おもりが50mm移動するのに要した時間[s]
:おもりの移動距離(=50mm)
:底部細孔の板厚[m]
S:円柱状おもりの底部の面積と円筒の内部の中空領域(つまり内径部分)の断面積との平均値[m
The viscosity of the mixture (kneaded material) is measured as follows.
-Viscosity measurement method: Pour the mixture into a cylindrical container with an inner diameter of 42 mm and a pore with a diameter of 6 mm at the bottom, and use a cylindrical weight weighing 1 kg and a diameter of 40 mm to pressurize it with the weight of the weight, and the mixture will be discharged from the pore. be done. At this time, the time required for the weight to move 50 mm is measured, and the viscosity is determined using the following formula.
Formula μ=πD 4 P p t/128L 1 L 2 S
μ: Viscosity [Pa・s]
D: Diameter of bottom pore [m]
P p : Pressure force of weight [Pa]
t: Time required for the weight to move 50mm [s]
L 1 : Weight movement distance (=50mm)
L 2 : Thickness of bottom pore [m]
S: Average value of the area of the bottom of the cylindrical weight and the cross-sectional area of the hollow area inside the cylinder (in other words, the inner diameter part) [m 2 ]

混練物は、混練物調製直後に、造型性及び強度の観点から、通常50%~80%の気泡率を有する。 Immediately after preparation of the kneaded material, the kneaded material usually has a cell content of 50% to 80% from the viewpoint of formability and strength.

混練物の気泡率は、以下の通り計算することができる。
気泡率(%)={(混練物全体の体積-混合物全体の体積(すなわち、発泡させる前の混合物の体積))/(混練物全体の体積)}×100
The bubble rate of the kneaded material can be calculated as follows.
Foam rate (%) = {(Volume of the entire kneaded product - Volume of the entire mixture (i.e., volume of the mixture before foaming))/(Volume of the entire kneaded material)} x 100

混練物が、前記粘度及び気泡率を有することで、流動性が向上し、混練物中の各種材料が均一に混合される。したがって、各種粒子が球状であることにより得られ得るベアリング効果が得られなくてもよく、すなわち、各種粒子が凝集してもよく、その結果、混練物のpHをpH調整剤、例えば水酸化ナトリウムなどにより調整する必要がない。 When the kneaded material has the above-mentioned viscosity and bubble rate, fluidity is improved and various materials in the kneaded material are uniformly mixed. Therefore, the bearing effect that can be obtained due to the spherical shape of the various particles may not be obtained, that is, the various particles may aggregate, and as a result, the pH of the kneaded material may be lowered by using a pH adjusting agent, such as sodium hydroxide. There is no need to make any adjustments.

さらに、前記の通り、非晶質SiOが混練時に凝集することで、当該凝集した非晶質SiOが(iii)の工程で調製された中子表面で凸凹を形成してハスの葉効果を引き起こし、その結果、離型抵抗が減少し、中子砂の金型への張り付きを低減させることができる。 Furthermore, as mentioned above, when the amorphous SiO 2 aggregates during kneading, the aggregated amorphous SiO 2 forms unevenness on the surface of the core prepared in step (iii), resulting in a lotus leaf effect. As a result, the mold release resistance is reduced, and the sticking of the core sand to the mold can be reduced.

また、混練物が、前記粘度及び気泡率を有することで、(iii)の工程における混練物の成型時、混練物を加熱された金型に入れた場合に内部が空洞で表層部が密になる現象、すなわち、バインダーマイグレーションが生じ、様々な粒径の粒子が存在することで生じ得るフィラー効果が得られなくても、(iii)の工程で調製される中子の強度を確保することができる。 In addition, since the kneaded material has the above-mentioned viscosity and bubble rate, when the kneaded material is molded in the step (iii), when the kneaded material is put into a heated mold, the inside is hollow and the surface layer is dense. In other words, even if binder migration occurs and the filler effect that can occur due to the presence of particles of various particle sizes cannot be obtained, it is possible to ensure the strength of the core prepared in step (iii). can.

本発明では、(i)の工程と(ii)の工程は、同時に実施しても、別々に実施してもよい。 In the present invention, step (i) and step (ii) may be performed simultaneously or separately.

(i)の工程と(ii)の工程を同時に実施する場合、例えば、混練物を構成する材料、すなわち、粒子状骨材、水ガラス、界面活性剤、及び非晶質SiOを、混練装置中に、順に添加していくことにより実施することができる。なお、添加する順序は限定されない。 When carrying out the steps (i) and (ii) at the same time, for example, the materials constituting the kneaded material, i.e., particulate aggregate, water glass, surfactant, and amorphous SiO 2 , are mixed in a kneading device. This can be carried out by sequentially adding the components to the solution. Note that the order of addition is not limited.

(iii)(ii)の工程で調製した混練物を成型して、中子を調製する工程
(iii)の工程では、(ii)の工程で調製した混練物を成型して、中子を調製する。
(iii) A step of molding the kneaded material prepared in step (ii) to prepare a core. In step (iii), molding the kneaded material prepared in step (ii) to prepare a core. do.

(iii)の工程における混練物の成型は、当技術分野で公知の成型であってよい。混練物の成型は、造型機による造型であっても、また手込めによる造型であってもよい。 The molding of the kneaded product in step (iii) may be any molding known in the art. The kneaded product may be molded by a molding machine or by manual molding.

造型機としては、限定されず、当技術分野で公知の造型機が挙げられ、例えばジョルト造型機、スクイズ造型機、ジョルトスクイズ造型機、高圧造型機、ブロースクイズ造型機、サンドストリンガ造型機、ブロー造型機、プランジャー圧入造型機、三次元造型機などが挙げられる。 The molding machine includes, but is not limited to, molding machines known in the art, such as a jolt molding machine, a squeeze molding machine, a jolt squeeze molding machine, a high pressure molding machine, a blow squeeze molding machine, a sand stringer molding machine, and a blow molding machine. Examples include molding machines, plunger press-fit molding machines, and three-dimensional molding machines.

(iii)の工程では、(ii)の工程で調製した混練物を中子造型用の金型における加熱、例えば通常120℃~300℃に加熱した中子造型用空間に圧入、例えば通常0.10MPa~0.50MPaの圧力で圧入して造型することが好ましい。 In the step (iii), the kneaded material prepared in the step (ii) is heated in a mold for forming a core, for example, press-fitted into a space for forming a core heated to usually 120°C to 300°C, for example, usually at a temperature of 0°C. It is preferable to mold by press-fitting at a pressure of 10 MPa to 0.50 MPa.

(iii)の工程が、中子造型用空間を画定する高温に加熱された金型に圧入され充填されることで中子に造型する工程であることで、前記のバインダーマイグレーション、具体的には、混練により混練物中に分散した気泡と、加熱された金型の熱により混練物中の水分から発生する水蒸気とが、中子(砂鋳型)の中心部に集まる現象が起きる。そのため、中心部においては砂、水ガラス及び非晶質SiOの充填密度(つまり固形分の密度)が低い中子となり、逆に表面は砂、水ガラス及び非晶質SiOの充填密度(固形分の密度)が高い中子となる。 Since the step (iii) is a step of forming a core by press-fitting and filling a mold heated to a high temperature that defines a space for forming a core, the above-mentioned binder migration, specifically, A phenomenon occurs in which air bubbles dispersed in the kneaded material during kneading and water vapor generated from moisture in the kneaded material due to the heat of the heated mold gather in the center of the core (sand mold). Therefore, the packing density of sand, water glass, and amorphous SiO 2 (in other words, the density of solid content) is low in the center, and conversely, the packing density of sand, water glass, and amorphous SiO 2 (solid content) is low in the center part. The core has a high density (solid content).

また、前記の通り、(iii)の工程で調製された中子において、中子表面に存在する非晶質SiOは、大きな比表面積を確保し、水ガラスの代わりに水分を吸収(吸湿)することができ、中子の耐吸湿性を向上させることができる。 In addition, as mentioned above, in the core prepared in step (iii), the amorphous SiO2 present on the core surface has a large specific surface area and absorbs moisture (moisture absorption) instead of water glass. The moisture absorption resistance of the core can be improved.

本発明により製造された中子は各種金属又は合金の鋳造に用いられる。鋳造に用いられる溶湯の材料としては例えば以下のものが挙げられる。なお、以下の注湯温度とは、以下の材料が注湯するのに適当な程度に溶解する温度を表す。
アルミニウム又はアルミニウム合金(注湯温度:670℃~700℃)
鉄又は鉄合金(注湯温度:1300℃~1400℃)
青銅(注湯温度:1100℃~1250℃)
黄銅(注湯温度:950℃~1100℃)
Cores manufactured according to the present invention are used for casting various metals or alloys. Examples of the materials for the molten metal used in casting include the following. Note that the following pouring temperature refers to the temperature at which the following materials melt to an appropriate degree for pouring.
Aluminum or aluminum alloy (pouring temperature: 670°C to 700°C)
Iron or iron alloy (pouring temperature: 1300℃~1400℃)
Bronze (pouring temperature: 1100℃~1250℃)
Brass (pouring temperature: 950℃~1100℃)

鋳造は、前記に列挙するような材料による溶湯を中子及び金型中の空間に注湯し、その後冷却して中子を除去することにより行われる。 Casting is performed by pouring molten metal made of the materials listed above into a core and a space in a mold, and then cooling and removing the core.

なお、本発明により製造された中子は、中子表面の非晶質SiOにより、鋳物からの除去が容易である。そのため、振動や流気といった低コストで簡便な設備によって中子の除去を行うことができ、また、たとえ振動や流気といった簡便な設備のみでは除去しきれない場合であっても、従来から用いられていた解砕処理、熱処理、ブラスト処理、洗浄といった煩雑な除去方法の度合いを低減し得るため、鋳造プロセスの省エネ化及びコストダウンを実現することができる。 Note that the core manufactured according to the present invention can be easily removed from the casting due to the amorphous SiO 2 on the surface of the core. Therefore, cores can be removed using low-cost and simple equipment such as vibration and air flow, and even if cores cannot be removed with simple equipment such as vibration and air flow, conventional Since it is possible to reduce the degree of complicated removal methods such as crushing treatment, heat treatment, blasting treatment, and cleaning, it is possible to realize energy saving and cost reduction in the casting process.

また、従来においては注湯される溶湯の温度が低いほど中子の除去性が悪くなる傾向にあり、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金を用いたアルミ鋳物の場合には注湯温度が前記の通り比較的低いために、除去性がより悪くなる傾向にあった。しかしながら、本発明により製造された中子では、中子表面の非晶質SiOにより、アルミニウム又はアルミニウム合金の鋳造の場合であっても、鋳物からの中子の除去が容易に行われる。 Additionally, in the past, the lower the temperature of the molten metal being poured, the worse the core removability tended to be.For example, in the case of aluminum castings using aluminum or aluminum alloy, the pouring temperature was relatively low. Because of this, removability tended to be worse. However, in the core manufactured according to the present invention, the amorphous SiO 2 on the core surface allows the core to be easily removed from the casting even in the case of casting aluminum or aluminum alloy.

以下、本発明に関するいくつかの実施例につき説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。 Hereinafter, some examples relating to the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to what is shown in these examples.

1.中子の製造
実施例群
(i)粒子状骨材と、水ガラスと、界面活性剤と、非晶質SiOとを混合して、混合物を調製する工程
粒子状骨材としての溶融ムライト砂と、1号水ガラス(粒子状骨材の総重量に対して0.65重量%)と、界面活性剤としてのラウリル硫酸ナトリウム(粒子状骨材の総重量に対して0.03重量%)と、非晶質SiOとしてのコロイダルシリカ(粒子状骨材の総重量に対して0.35重量%、平均粒径(BET法により測定):0.020μm)とを、ホモジナイザーにて1分間混合して、混合物を調製した。
1. Manufacturing of core Example group (i) Process of preparing a mixture by mixing particulate aggregate, water glass, surfactant, and amorphous SiO 2 Molten mullite sand as particulate aggregate , No. 1 water glass (0.65% by weight based on the total weight of the granular aggregate), and sodium lauryl sulfate as a surfactant (0.03% by weight based on the total weight of the granular aggregate) and colloidal silica as amorphous SiO 2 (0.35% by weight based on the total weight of particulate aggregate, average particle size (measured by BET method): 0.020 μm) in a homogenizer for 1 minute. A mixture was prepared by mixing.

(ii)(i)の工程で調製した混合物をホイップ状になるまで混練して、混練物を調製する工程
(i)の工程で調製した混合物を、ホモジナイザーにて5分間混錬して、ホイップ状の混練物を調製した。
(ii) A step of preparing a kneaded product by kneading the mixture prepared in step (i) until it becomes whipped. The mixture prepared in step (i) is kneaded for 5 minutes in a homogenizer and whipped. A kneaded product was prepared.

(iii)(ii)の工程で調製した混練物を成型して、中子を調製する工程
(ii)の工程で調製した混練物を、250℃の金型中への射出充填により成型して、中子を調製した。
(iii) A step of molding the kneaded material prepared in step (ii) to prepare a core; molding the kneaded material prepared in step (ii) by injection filling into a mold at 250°C; , a core was prepared.

比較例群
実施例群の調製の(i)の工程において、非晶質SiOとしてのコロイダルシリカを添加しない以外は、実施例群と同様に調製した。
Comparative Example Group A sample was prepared in the same manner as the Example Group except that colloidal silica as amorphous SiO 2 was not added in step (i) of the preparation of the Example Group.

2.走査型電子顕微鏡(SEM)評価
実施例群における中子表面をSEMにより観察した。図1に、実施例群からの1つの実施例の中子の表面を示す。
2. Scanning Electron Microscope (SEM) Evaluation The core surface in the example group was observed using SEM. FIG. 1 shows the surface of the core of one example from the group of examples.

図1より、非晶質SiOとしてのコロイダルシリカが凝集して粒子状骨材としての砂粒子表面に分布していることがわかった。 From FIG. 1, it was found that colloidal silica as amorphous SiO 2 aggregated and was distributed on the surface of sand particles as particulate aggregate.

3.中子のアルミ鋳物への付着評価
実施例群からの中子と、比較例群からの中子を使用して、アルミ鋳物を作製した。アルミ鋳物の作製条件は以下の通りである。
・アルミ鋳物の作製条件
作製した中子の上に、φ30mmの鉄パイプを置き、パイプの上端から680℃のアルミ溶湯を注湯し、アルミ鋳物を作製した。
3. Evaluation of Adhesion of Cores to Aluminum Castings Aluminum castings were produced using the cores from the example group and the cores from the comparative example group. The conditions for producing aluminum castings are as follows.
- Conditions for producing aluminum castings A 30 mm diameter iron pipe was placed on top of the produced core, and molten aluminum at 680°C was poured from the top of the pipe to produce aluminum castings.

図2に、実施例の中子を使用して作製したアルミ鋳物(A)及び比較例の中子を使用して作製したアルミ鋳物(B)の写真を示す。図2において、中央円形部がアルミ鋳物であり、黒い部分がアルミ鋳物に付着した中子砂である。 FIG. 2 shows photographs of an aluminum casting (A) produced using the core of the example and an aluminum casting (B) produced using the core of the comparative example. In FIG. 2, the central circular part is the aluminum casting, and the black part is the core sand attached to the aluminum casting.

図2より、実施例の中子を使用して作製したアルミ鋳物の方が、比較例の中子を使用して作製したアルミ鋳物よりも、中子による中子砂の付着が少ないことがわかった。実施例において、非晶質SiOとしてのコロイダルシリカを使用したことにより、中子表面に凹凸が形成され、ハスの葉効果により、アルミ鋳造実施時に、中子表面の砂がアルミ鋳物に付着しにくくなったと考えられる。 From Figure 2, it is clear that the aluminum castings made using the cores of the examples have less core sand adhesion due to the cores than the aluminum castings made using the cores of the comparative examples. Ta. In the examples, by using colloidal silica as amorphous SiO 2 , unevenness is formed on the surface of the core, and due to the lotus leaf effect, sand on the surface of the core adheres to the aluminum casting during aluminum casting. It is thought that it has become difficult.

4.中子の吸湿による抗折強度評価
実施例群及び比較例群の中子を、それぞれ40℃の温度及び70%の相対湿度で保存し、吸湿時間による抗折強度の変化を観察した。
4. Evaluation of bending strength by moisture absorption of cores The cores of the example group and the comparative example group were each stored at a temperature of 40° C. and a relative humidity of 70%, and changes in bending strength depending on moisture absorption time were observed.

図3に、実施例群及び比較例群の中子における吸湿時間と抗折強度の関係を示す。図3より、実施例群では、吸湿時間により抗折強度が緩やかに低下していくのに対して、比較例群では、吸湿時間により抗折強度が大きく変動し、24時間以降は、急速に低下することがわかった。したがって、非晶質SiOとしてのコロイダルシリカが吸湿することにより、水ガラスによる水分の吸着を防止し、その結果、中子の強度低下を防ぐことができる。 FIG. 3 shows the relationship between the moisture absorption time and the bending strength of the cores of the example group and the comparative example group. From Figure 3, in the example group, the bending strength gradually decreases with the moisture absorption time, whereas in the comparative example group, the bending strength fluctuates greatly depending on the moisture absorption time, and after 24 hours, it rapidly decreases. was found to decrease. Therefore, colloidal silica as amorphous SiO 2 absorbs moisture, which prevents water glass from adsorbing moisture, and as a result, decreases in strength of the core can be prevented.

5.中子造型時の離型抵抗評価
実施例群の製造方法において、非晶質SiOとしてのコロイダルシリカの添加量を、粒子状骨材の総重量に対して0.00重量%、0.10重量%、0.20重量%及び0.35重量%にして、中子をそれぞれ2つずつ調製した。中子は、図4に示すテストピース形状に成型した。
5. Evaluation of mold release resistance during core molding In the manufacturing method of the example group, the amount of colloidal silica as amorphous SiO 2 added was 0.00% by weight and 0.10% based on the total weight of the particulate aggregate. %, 0.20% by weight, and 0.35% by weight, and two cores each were prepared. The core was molded into the test piece shape shown in FIG.

図5に、中子におけるコロイダルシリカの添加量と離型抵抗の関係を示す。図5より、コロイダルシリカの添加量が増加するにしたがい、離型抵抗が低下することがわかった。したがって、ホイップ状での混練物が非晶質SiOとしてのコロイダルシリカを含まない場合は、混練物が強固に金型に張り付き、離型抵抗が高いので、中子が割れる不良が発生しやすい。混練物に非晶質SiOとしてのコロイダルシリカを添加することで、離型抵抗が下がり、強度の弱い細い形状も容易に作ることができる。
FIG. 5 shows the relationship between the amount of colloidal silica added to the core and the mold release resistance. From FIG. 5, it was found that as the amount of colloidal silica added increased, the mold release resistance decreased. Therefore, if the whipped kneaded material does not contain colloidal silica in the form of amorphous SiO 2 , the kneaded material will firmly stick to the mold and have high mold release resistance, making it easy for defects such as core cracking to occur. . By adding colloidal silica in the form of amorphous SiO 2 to the kneaded material, mold release resistance is reduced, and thin shapes with weak strength can be easily produced.

Claims (1)

(i)粒子状骨材と、水ガラスと、界面活性剤と、平均粒径が0.01μm~0.05μmである非晶質SiOとを混合して、混合物を調製する工程であって、
非晶質SiOが、粒子状骨材の重量に対して、0.10重量%~0.35重量%である
工程、
(ii)(i)の工程で調製した混合物をホイップ状になるまで混練して、混練物を調製する工程、及び
(iii)(ii)の工程で調製した混練物を成型して、中子を調製する工程
を含む、中子の製造方法。
(i) A step of preparing a mixture by mixing particulate aggregate, water glass, a surfactant, and amorphous SiO 2 having an average particle size of 0.01 μm to 0.05 μm, ,
a step in which the amorphous SiO 2 is 0.10% to 0.35% by weight based on the weight of the particulate aggregate;
(ii) A step of kneading the mixture prepared in step (i) until it becomes whipped to prepare a kneaded material, and (iii) molding the kneaded material prepared in step (ii) to form a core. A method for manufacturing a core, the method comprising the step of preparing a core.
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