CN1061911C - 一种真空置换造型法 - Google Patents

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一种真空置换造型(芯)法，包括混砂、成型、抽真空、充气、起模步骤，其特征在于：将100份铸造用砂与0.5～10份水玻璃、0.05～1.5份有机酯(以质量计)混合均匀，充入砂箱(芯盒)成型；抽出砂箱内空气，真空度达0.01～0.09MPa；充入浓度为5～100%(以体积计)甲酸甲酯与空气或氮气的混合气，使砂箱内气压上升到0.05～0.098MPa，保压20～240秒；卸压起模。本发明对设备要求较低，环境的污染程度大为降低，且能保证较高的生产效率。

Description

一种真空置换造型法
本发明涉及铸造技术，特别提供了一种环境污染程度低，造型效率高的真空置换造型(芯)方法。
五十年以前在铸造生产中，造型(芯)主要采用天然粘结剂。如：高岭土、膨润土、植物油、糊精类天然物质。这些粘结剂大多数需要烘烤实现硬化。生产效率低、能耗高，劳动条件恶劣。随着化学工业的发展，人工合成粘结剂获得飞速发展。1950年水玻璃CO2法开始应用；1958年起酸固化酚醛树脂和酸固化呋喃树脂相继大量应用于生产；1962年热芯盒工艺问世；1968年酚醛脲烷吹胺冷芯盒法投入使用；从此开始了冷芯盒与热芯盒的竞争发展。1968年水玻璃有机酯自硬砂开始推广使用；1970年脲烷树脂自硬砂问世；1977年SO2冷芯盒法问世；1984年酯固化碱性酚醛树脂自硬砂和VRH法用于生产；1985年低毒、低气味的碱性酚醛树脂吹气冷芯盒工艺引入生产。
以上这些造型(芯)技术推动了铸造技术的进步，其中许多工艺在目前铸造生产中占较大的应用此例。保证了铸造生产的繁荣和发展。随着环境科学的发展，人们对工业生产中造成的环境污染越来越重视，而铸造生产是工业污染较重的行业之一。造型(芯)用人工合成粘结剂在铸造生产过程中排出的有害气体、粉尘、废砂含有的主要毒物有：SO2、甲醛、苯酚、胺气、苯、异氰化合物等。这些有害物对环境的污染越来越引起人们的关注。
水玻璃是目前造型(芯)用粘结剂中对环境污染最小的原材料之一。但以往的水玻璃造型(芯)工艺中存在许多技术难点。在水玻璃CO2工艺中，水玻璃加入量高，强度低，溃散性不好，铸件质量低，清理困难。水玻璃VRH法弥补了水玻璃CO2法的缺点，但对真空设备要求严格，一般真空度要求在1.33～2.67×103Pa(以绝对气压计算，以下同)之间，设备安装初期，生产工艺较稳定，但设备使用一段时间后，因设备磨损和维修等方面的问题，使设备达不到工艺要求，造成造型(芯)周期长，起模强度低，24h强度低，铸件废品率高，有时导致无法开动。因此VRH法的推广受到一定限制。
本发明的目的在于提供一种真空置换造型法，其对设备要求较低，环境的污染程度大为降低，且能保证较高的生产效率。
本发明提供了一种真空置换造型(芯)法，包括混砂、成型、抽真空、充气、起模步骤，其特征在于：
(1)将100份铸造用砂与0.5～10份水玻璃、0.05～1.5份有机酯(以质量计)混合均匀，充入砂箱(芯盒)成型；
(2)抽出砂箱(芯盒)内空气，真空度达0.01～0.09MPa；
(3)充入浓度为5～100％(以体积计)甲酸甲酯与空气或氮气的混合气，使砂箱内气压上升到0.05～0.098MPa，保压20～240秒；
(4)卸压起模。
本发明涉及的铸造用砂通常为铸造用硅砂、锆砂、铬铁矿砂、镁橄榄石砂、矿渣砂和各种人造砂，其中最常用的为水洗天然硅砂、擦洗天然硅砂。
本发明使用的水玻璃为普通铸造用水玻璃或各种改性水玻璃，水玻璃模数(含SiO2和Na2O的摩尔比)为1.5～3.0。其中最常用的水玻璃模数为2.2～2.6。每100份铸造用砂最好加入1～5份水玻璃。
本发明涉及的有机酯包括：多元醇的脂肪酸酯、内酯、碳酸酯，脂肪酸碳链长度可为1～10；可为单一酸酯，也可为几种酸的混合酯。其中最常用的为甘油醋酸酯、甘油二醋酸酯、甘油三醋酸酯、乙二醇二醋酸酯、丙二醇醋酸酯、二甘醇醋酸酯等多元醇醋酸酯。每100份铸造用砂最好加入0.1～0.75份有机酯。
上述酯可以单独采用，也可用几种酯的混合物。
本发明用的甲酸甲酯混合气体是甲酸甲酯与空气或氮气的混合气体，甲酸甲酯浓度为5～100％(以体积计)，最适宜浓度为40～65％。
本发明使用的混砂设备可以采用通常自硬砂用连续式或间歇式高效混砂机，最适宜的为碗形混砂机。
本发明采用的真空气体置换装置可采用现行的VRH设备，或配备有真空置换***的冷芯盒射芯机，或专门设计具有上述功能的设备。
本发明甲酸甲酯的混合气体的供气装置可采用现行的各种规格的冷芯盒用甲酸甲酯发气器。如单机用甲酸甲酯发气器式多机用甲酸甲酯供气***。
本发明与VRH法的区别在于使用低毒、低味的甲酸甲酯混合气，对水玻璃进行快速硬化，提高起模强度，从而保证了造型(芯)效率，在起模之后，有机酯可以使型(芯)强度继续增长，最终得到理想的型(芯)。
总之，本发明具有下述优点：
1．真空置换装置与VRH法相似，但对真空度要求不严格，用甲酸甲酯代替CO2实现快速硬化起模，配合常规有机酯，可以提高型(芯)的存放强度及硬透性。
2．水玻璃粘结剂来源广，价格便宜，无毒无味，有利于保护环境，改善劳动条件。
3．置换用气体低毒低味(空气中极限含量为100ppm)，可不用处理直接排入车间，节省尾气处理设备投资及相关设备维护费用。
4．与VRH工艺比较，加入量低，强度高，溃散性好，可以满足一般型(芯)的工艺要求。
5．粘结剂***中不含N、P、S元素，可以保证各种合金铸件的质量。
6．粘结剂可以与各种原砂相适应，如：硅砂、锆砂、铬铁矿砂、镁橄榄石砂。
7．型(芯)浇注初期有热塑性，可以防止铸件产生热裂。
8．粘结剂中有机物少，发气量低，可以防止铸件产生气孔。
下面通过实施例及对比例详述本发明。
实施例1
将1000g检验粘结剂用标准砂(以质量计，以下同)加入SHY型叶片式混砂机，再加入三醋酸甘油酯2g混1min，再加入模数为2.4水玻璃25g，混1min出砂，将砂混合料打制成标准″8″形试样(试样脖径尺寸为51/2×51/2mm)。将试样连同模具一起送入VRH法用真空室，抽真空，使真空室气压达到0.05MPa，关闭真空气阀、打开吹气阀，使温度为50℃、浓度为60％甲酸甲酯空气混合气体充入真空室，使真空室内气压为0.09MPa，关闭吹气阀，静置保压120S，解除真空、打开真空室，取出模具试样，起模测即对抗拉强度和放置不同时间的抗拉强度，见表1。
实施例2
将1000g大林水洗硅砂加入SHY型混砂机，加入甘油醋酸酯和二甘醇醋酸酯共2g混1min，再加入模数为2.45的水玻璃20g混1min，出砂，将砂混合料加入射砂筒，气压在0.6MPa下用Z861射芯机，将砂射入冷芯盒用标准″8″试样模具，密封射砂口和排气口，打开抽气阀，使模具内气压降到0.06MPa，关闭真空***，打开吹气阀，使温度50℃、60％甲酸甲酯与氮气混合气体充入芯盒，盒内气压升至0.09MPa，关闭吹气阀，静置保压120S，开盒取出″8″型试样，测出盒抗拉强度和放置不同时间的抗拉强度，见表1。
实施例3、4、5、6均采用例1用装置及标准砂，水玻璃和有机酯加入量见表1，操作工艺同例1，其工艺参数见表1。
                        表1
序号     原    砂 水玻璃 有机酯加入量(g) 真空压力MPa 吹气后压力MPa 保压时间S 抗拉强度MPa
类别 加入量(g) 模数 加入量(g) 起模 24 h
例1 标准砂 1000  2.4     25  2.0  0.05  0.09  120  0.35     0.7
例2 大林水洗砂 1000  2.45     20  2.0  0.06  0.09  120  0.41     0.6
例3 标准砂 1000  2.5     15  1.5  0.08  0.09  120  0.2     0.5
例4 标准砂 1000  2.5     20  2.0  0.06  0.09  120  0.28     0.62
例5 标准砂 1000  2.5     25  2.5  0.05  0.09  120  0.4     0.85
例6 标准砂 1000  2.5     30  3.0  0.01  0.098  120  0.5     1.15
实施例7、8、9、10呆用例1用装置，采用不同原砂，操作工艺同例1，其工艺参数见表2。
                      表2
序号 原 砂 水玻璃 有机酯加入量(g) 真空压力MPa 吹气后压力MPa 保压时间S 抗拉强度MPa
类 别 加入量(g) 模数 加入量(g) 起模 24h
例7 海 域 砂 1000 2.4 25 2.5 0.04 0.08 90 0.3 0.6
例8 铬 铁 矿 砂 1000 2.4 16 2.0 0.04 0.08 90 0.3 0.7
例9 镁橄榄石砂 1000 2.4 30 3.0 0.04 0.08 90 0.25 0.65
例10 东山砂 1000 2.4 25 2.5 0.04 0.08 90 0.4 0.78
实施例11
将1000g检验粘结剂用标准砂加入SHY型叶片式混砂机，再加入混合酯2.4g混min，再加入模数为2.2水玻璃30g，混1min出砂，将砂混合料打制成标准″8″型试样(同例1)。将试样连同模具一起送入VRH法用真空室，抽真空，使真空气压达到0.02MPa，关闭真空气阀，打开吹气阀，使温度为65℃，浓度为90％的甲酯甲酯与空气的混合气体充入真空室，使真空室内气压升至0.08MPa。静置保压后取出″8″型试样，测出盒抗拉强度和放置不同时间的抗拉强度，各有关工艺参数见表3。
                      表3
序号 标准砂 水玻璃 有机酯加入量 甲酸甲酯浓度 混合气体温度 真空压力 吹气后压力MPa 保压时间S 抗拉强度MPa
g g (g) ％ ℃ MPa 起模 24h
例11 1000 30 2.4 90 65 0.02 0.08 20 0.35 0.8
30 0.40 0.78
60 0.45 0.75
对比例1、例2、例3、例4、例5：
将1000g检验粘结剂用标准砂加入SHY型叶片式混砂机，再加入模数为2.5的水玻璃，加入量参见表4，混2min出砂，将水玻璃砂混合料打制成标准″8″形试样。将试样连同模具一起送入真空室，开动真空泵，使真空室内气压达到0.01～0.002MPa，保压10s，充入CO2。气体，使真空室内气压上升至0.06MPa，保压40s，卸压，起模，各有关参数见表4。
表4
对比例号     原    砂     水玻璃 真空压力MPa 吹CO2后压力MPa 保压时间S 抗拉强度MPa
类别 加入量(g) 模数 加入量(g) 起模 24h
对1 标准砂     1000 2.5 25 0.01  0.06 40 0.20 0.31
对2 标准砂     1000 2.5 30  0.01  0.06 40  0.22 0.32
对3 标准砂     1000 2.5 35  0.01  0.06 40  0.25 0.38
对4 标准砂     1000 2.5 40  0.01  0.06 40  0.32 0.41
对5 标准砂     1000 2.5 25  0.002  0.06 40  0.21 0.65

Claims (8)

1．一种真空置换造型(芯)法，包括混砂、成型、抽真空、充气、起模步骤，其特征在于：
(1)将100份铸造用砂与0.5～10份水玻璃、0.05～1.5份有机酯(以质量计)混合均匀，充入砂箱(芯盒)成型；
(2)抽出砂箱内空气，真空度达0.01～0.09MPa；
(3)充入浓度为5～100％(以体积计)甲酸甲酯与空气或氮气的混合气，使砂箱内气压上升到0.05～0.098MPa，保压20～240秒；
(4)卸压起模。
2．按照权利要求1所述真空置换造型法，其特征在于：所述铸造用砂为铸造用硅砂、锆砂、铬铁矿砂、镁橄榄砂、矿渣砂或各种人造砂。
3．按照权利要求1所述真空置换造型法，其特征在于：将100份铸造用砂与1～5份水玻璃、0.1～0.75份有机酯混合均匀。
4．按照权利要求1所述真空置换造型法，其特征在于：所用水玻璃模数为1.5～3.0。
5．按照权利要求4所述真空置换造型法，其特征在于：水玻璃模数为2.2～2.6。
6．按照权利要求1所述真空置换造型法，其特征在于：有机酯为多元醇的脂肪酸酯、内酯、碳酸酯，脂肪酸碳链长度为1～10。
7．按照权利要求6所述真空置换造型法，其特征在于：有机酯为甘油醋酸酯、甘油二醋酸酯、甘油三醋酸酯、乙二醇二醋酸酯、丙二醇醋酸酯、二甘醇醋酸酯。
8．按照权利要求1所述真空置换造型法，其特征在于：充入甲酸甲酯与空气或氮气的混合气体的浓度为40％～65％。
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