TWI586456B - 可潰式砂心之製備方法 - Google Patents

Description

可潰式砂心製備方法

本發明係關於一種砂心製備方法，特別是一種只需簡單振動或水沖即可去除的砂心製備方法。

傳統精密零組件中，常因間隙過小之關係而無法使用加工機具加工，且在鑄件澆鑄時易產生有害氣體，清理時會產生振動與噪音，更進一步，採用傳統砂芯不僅於製造上會大幅增加成本，還有嚴重汙染環境的問題，更詳言之，傳統砂芯於製造上，要將砂心從鑄件中移除，除非在鑄件上開缺口將砂心取出，不然就是需以鹼煮的方式，在500℃~900℃煮48小時以上，才能分解砂心。

一般來說，傳統砂心為模砂(二氧化矽)加上黏結劑或是黏土製造而成，在澆鑄過後會因為澆鑄液體所產生的熱形成熱硬化。要將砂心從鑄件中移除，除非在鑄件上開缺口將砂心取出，不然就是需以鹼煮的方式，在500℃~900℃煮48小時以上，才能分解砂心，因此傳統砂心會產生一些問題，包含不易分解、強度不均、砂心取出困難、鑄件的表面狀態都較為不良，大多經過後續加工才能順利完成，例如研磨、 修毛邊、噴砂等等才可改進表面的粗糙度；以及鑄件的內部組織通常不均勻，而且容易出現缺陷狀態，都需經過檢驗的步驟確保品質狀況，有些甚至要用以熱處理後，鑄件才能使用。

本發明目的係以提供一種砂心製備方法，主要藉由石墨、氧化鎂、膨潤土、碳纖維及磷酸鈉攪拌混合後，經由烘烤後形成砂心。藉此，利用本發明所述之方法，其可免除一般需要以500℃~900℃鹼煮的流程，且製成後的砂心只需簡單振動或水沖即可去除，能有效降低製程成本，及有效避免汙染環境。

本發明可潰式砂心製備方法，步驟包括：提供包括石墨、氧化鎂、膨潤土、碳纖維及磷酸鈉混合的基材；攪拌該些基材使其均勻混合；填滿並壓實該基材於一模具中使該基材成為一定形基材；烘烤該模具，使該定形基材乾燥；取出該模具中的該定形基材，置於烘箱並且持續烘烤燒結該定形基材形成砂心。

步驟S100~步驟S140‧‧‧可潰式砂心製備方法

圖1係根據本發明之可潰式砂心製備方法的流程圖。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點 能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下：請參閱圖1，圖1係根據本發明之圖1係根據本發明之可潰式砂心製備方法的流程圖。本發明可潰式砂心製備方法，步驟包括：首先步驟S100，先提供包括石墨、氧化鎂、膨潤土、碳纖維及磷酸鈉混合的基材，本實施例中，石墨之比例為30%至40%、氧化鎂之比例為22%至26%、膨潤土之比例為7%至13%、碳纖維之比例為0.5%至1.5%、磷酸鈉溶液之比例為25%至35%，利用上述比例混合為一基材。

如上述，選用石墨是因石墨為一種碳質添加劑， 也同時具有良好的導熱性，即耐火溫度約為攝氏2100度，石墨能在砂粒表面形成氣體薄膜，可以防止鐵水和砂模之間的反應，故可以改善鑄件表面光潔度、尺寸精準度、表面粗糙度以及防止剝砂現象產生，只要當鑄件冷卻時，碳質添加劑在鑄砂內，會因受熱力燒損，亦可改善鑄件之清砂性，也是一種優良的固體潤滑劑，能在室溫至攝氏550度時均具有良好的減磨性。

而石墨缺點會因透氣性差、單薄易斷等各種缺陷 問題產生，甚至會使鑄件內部表面轉角處嚴重表面縮鬆、表面縮孔等，我們為了解決添加石墨產生缺點的，故添加膨潤土來改善此問題的現象，膨潤土是具有普通黏土2至3倍的黏結力強度也比普通黏土高，膨潤土的透氣性高、發氣量少，主要用於砂心的黏結劑和塗料的懸浮劑，而在溼態強度時很 高，能使得鑄件中不容易產生砂眼和氣孔等缺陷，由此可見膨潤土的使用能大大減少石墨的缺點所在之處。

如上述，當水分適當時，隨著膨潤土含量的增 加，會使溼砂心溼壓強度也增高，但用於過多膨潤土可能會使攪拌困難、容易結塊等問題產生，同時也會隨著透氣性降低、發氣量變大等現象，前面現象是因為阻塞了氣孔通道，使得溼砂心的透氣性下降，而後面現象會因膨潤土含量高時，砂心的發氣量變大，且型砂水分含量相對就高，因此鑄件容易產生氣孔，膨潤土含量低時反之，故膨潤土的添加量需要控制在一定的合理範圍內，如上述比例才能使效用發揮到理想狀態。

另外所添加的材料為氧化鎂，氧化鎂是一種耐火 材料，最高熔點高達攝氏2800度，以它為基材製成出砂心後，展現具有夠高的強度，優異的高溫性能，並能避免金屬液汁化學反應而產生燒結之現象發生，而其氧化鎂關鍵因素在於燒結溫度將是決定燒結強度、高溫性能及水溶性等，故控制溫度將是取決於砂心強度的指標。

另外為了確保砂心強度，故添加碳纖維於砂心 中，碳纖維是指纖維中碳含量在95%左右的碳纖維和碳含量在99%左右的石墨纖維，能增加高比強度、高比模量、耐疲勞、質輕耐腐蝕、耐高溫、耐摩擦、導電性能好、熱膨脹係數小等一系列優異性能的纖維材料等，最主要是能防止鑄件 結疤、改善鑄件之清箱性。

最後所添加入磷酸鈉，因上述耐火材料無法自行凝結成固態物體形狀，因此，必須藉由其他黏結材料的加入幫忙成形，增力加強度具有抵抗鑄造的壓力。

接著步驟S110，攪拌該些基材使其均勻混合，並呈現黏性之泥狀；其中該攪拌轉速為4500rpm至5500rpm，攪拌時間為45分鐘至50分鐘。

接著步驟S120，將攪拌後基材填滿並壓實於一模具中使該基材在模具中成為一定形基材，壓實該基材的壓力為250ksi，壓實時間為3秒至5秒，該模具可為鋁合金模具或是中碳鋼模具材質。

接著步驟S130，烘烤該模具，先將烘箱預熱至攝氏200度，接著放入該模具，使該定形基材乾燥，其中烘烤溫度定為攝氏180度至攝氏220度，烘烤時間可依模具導熱材質選用，例如模具為鋁合金模具時，烘烤時間為300秒，若模具為中碳鋼模具時，烘烤時間450秒。

最後步驟S140，烘烤完畢後，取出該模具中的該定形基材，置於烘箱並且持續烘烤燒結該定形基材形成砂心。

利用上述之方法，所形成的砂心其可免除一般需要以500℃~900℃鹼煮的流程，且製成後的砂心只需簡單振動或水沖即可去除，能有效降低製程成本，及有效避免汙染環境。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

步驟S100~步驟S140‧‧‧可潰式砂心製備方法

Claims (3)

1. 一種可潰式砂心製備方法，步驟包括：提供包括石墨、氧化鎂、膨潤土、碳纖維及磷酸鈉所混合的一基材；攪拌該基材使其均勻混合；填滿並壓實該基材於一模具中使該基材成為一定形基材；烘烤該模具，使該定形基材乾燥；取出該模具中的該定形基材，並且燒結該定形基材形成一砂心；該烘烤溫度為攝氏180度至攝氏220度，碳纖維是指纖維中碳含量在95%左右的碳纖維和碳含量在99%左右的石墨纖維，其中提供包括石墨、氧化鎂、膨潤土、碳纖維及磷酸鈉的該基材的步驟中，其中石墨之比例為30%至40%、氧化鎂之比例為22%至26%、膨潤土之比例為7%至13%、碳纖維之比例為0.5%至1.5%、磷酸鈉溶液之比例為25%至35%。
2. 如申請專利範圍第1項之可潰式砂心製備方法，其中攪拌該基材使其均勻混合的步驟中，該攪拌轉速為4500rpm至5500rpm，攪拌時間為45分鐘至50分鐘。
3. 如申請專利範圍第1項之可潰式砂心製備方法，其中填滿並壓實該基材於一模具中使該基材成為一定形基材的步驟中，壓實該基材的壓力為250ksi，壓實時間為3秒至5秒。