CN110170614B - 一种覆膜砂壳型铸造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种覆膜砂壳型铸造工艺，涉及铸造工艺，其技术方案要点包括如下步骤：S1制壳：S2装箱：将壳型放入箱体内，再往壳型外部和箱体内壁之间填充钢丸并振实；S3浇铸：将熔融铁液浇入壳型内腔，浇注后冷却，铸件成型；S4出料：将箱体内的铸件、废砂、钢丸一同倒出，分离出铸件，对铸件表面进行清理、检验，合格后入库；S5回收：分离废砂和钢丸，回收钢丸以重复利用；所述覆膜砂包括如下重量份的组分：原砂100‑110份；耐热酚醛树脂3‑5份；固化剂1.2‑1.5份；润滑剂0.1‑0.3份；偶联剂0.03‑0.06份。壳型与高温铁液接触后覆膜砂不易分解而产生大量气体，发气量低，一方面不易对铸件产生不利影响，另一方面降低对工人健康的危害。
Description
技术领域
本发明涉及铸造工艺，特别涉及一种覆膜砂壳型铸造工艺。
背景技术
铸造是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯的方法。壳型铸造便是一种铸造方式，利用薄壳铸型生产铸件，具有生产方便、效率高、用砂量少、尺寸精度高等优点。薄壳铸型由覆膜砂覆盖在加热到180-280℃的金属模板上硬化而成，覆膜砂是指砂粒表面在造型前覆有一层固体树脂膜的型砂。覆膜砂壳型铸造工艺尤其适用于各种金属中小型逐渐的成批和大量生产，近年广泛应用于汽车部件的铸造上。
公告号为CN107321919B的中国专利公开了一种半挂车制动鼓的新型铸造工艺，包括如下步骤：内型壳及浇口杯制作，铁型调温与覆砂造型，翻箱检查，壳型组装，填充铁丸，浇注冷却，翻箱出件及组件回收，磁选筛分，除尘清洁。
上述壳型铸造工艺采用铁丸进行填充，相对传统型砂填充的方法，具有钢丸回收率高、减少粉尘污染、冷却快等优点。但是仍存在以下技术缺陷：覆膜砂中含有酚醛树脂和乌洛托品，高温作用下容易分解产生氨气、甲醛、一氧化碳等有害气体，对工人的身体健康造成危害，有待改进。
发明内容
针对上述技术缺陷，本发明的目的是提供一种覆膜砂壳型铸造工艺，减少有害气体的释放量，降低对工人健康的影响。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种覆膜砂壳型铸造工艺，包括如下步骤：
S1制壳：配置覆膜砂，再将覆膜砂覆盖在金属模板上，加热金属模板至180-280℃，制得上壳型和下壳型，将上壳型和下壳型粘结在一起，形成完整的壳型；
S2装箱：将壳型放入箱体内，再往壳型外部和箱体内壁之间填充钢丸并振实；
S3浇铸：将熔融铁液浇入壳型内腔，浇注后冷却，铸件成型；
S4出料：将箱体内的铸件、废砂、钢丸一同倒出，分离出铸件，对铸件表面进行清理、检验，合格后入库；
S5回收：分离废砂和钢丸，回收钢丸以重复利用；
所述覆膜砂包括如下重量份的组分：
原砂 100-110份
耐热酚醛树脂 3-5份
固化剂 1.2-1.5份
润滑剂 0.1-0.3份
偶联剂 0.03-0.06份。
通过采用上述技术方案，采用钢丸填充的方法，减少粉尘产生，保证员工职业健康，并可以回收重复利用，节省资源。
壳型制造所采用的覆膜砂使用耐热酚醛树脂，壳型与高温铁液接触后覆膜砂不易分解而产生大量气体，发气量低，一方面不易对铸件产生不利影响，另一方面降低对工人健康的危害。
本发明进一步设置为：所述耐热酚醛树脂的制备过程如下：
第一步，按重量份计，将20-24份苯酚和10-12份水混合，加热至65-70℃至苯酚完全溶解；
第二步，往苯酚溶液中加入木薯淀粉并搅拌均匀，木薯淀粉和苯酚摩尔比为1：(1.2-1.4)，利用盐酸调节PH至1.2-1.8，升温至100-110℃，保温50-60min，接着升温至140-150℃，回流反应40-60min；
第三步，加入1.6-2份3-氟邻苯二甲酸，升温至180-185℃，保温反应60-70min；
第四步，降温至150-160℃，抽真空脱水干燥6-10min，加入2.4-2.8份纳米二氧化硅，搅拌均匀后趁热出料，冷却至室温得到耐热酚醛树脂。
通过采用上述技术方案，木薯淀粉的水解产物作为甲醛的替代物，原料无污染且价格低廉，且覆膜砂甲醛释放量大大减少。3-氟邻苯二甲酸的加入，一方面可以与多余的苯酚结合，减少苯酚的释放量，另一方面与酚醛树脂的羟基结合，引入键能较高的苯环和氟原子，提高酚醛树脂的耐热性能，进而减少因高温分解而产生一氧化碳、二氧化碳气体并降低热膨胀系数，同时提高酚醛树脂的疏水性，进而有效避免覆膜砂吸湿造成强度降低以及发气量增大的麻烦。纳米二氧化硅的加入对酚醛树脂的耐热性和强度有所改善。
本发明进一步设置为：所述固化剂为乌洛托品。
通过采用上述技术方案，酚醛树脂的固化效果好。
本发明进一步设置为：所述覆膜砂还包括0.6-0.8份氧化钙。
通过采用上述技术方案，一方面中和多余的酸，另一方面促进固化反应。
本发明进一步设置为：所述原砂为硅砂。
通过采用上述技术方案，硅砂耐高温、热膨胀系数小。
本发明进一步设置为：所述润滑剂为硬脂酸钙。
通过采用上述技术方案，硬脂酸钙能防止覆膜砂结块，增加流动性，改善脱模性。
本发明进一步设置为：所述偶联剂为KH550。
通过采用上述技术方案，KH550可提高覆膜砂的强度。
本发明进一步设置为：所述覆膜砂的制备方法如下：
步骤一，先将原砂加热至900-1100℃，持续30-40min；
步骤二，原砂取出后降温至130-140℃，加入耐热酚醛树脂，混砂50-60s；
步骤三，降温至105-115℃，加入固化剂，搅拌20-25s；
步骤四，加入润滑剂、偶联剂，搅拌30-40s，得到覆膜砂。
通过采用上述技术方案，原砂经过高温焙烧后热膨胀率和发气量降低。
综上所述，本发明具有以下有益效果：覆膜砂的配方经过优化改进，具有优良的耐热性，热膨胀率低，发气量低，有利于保障铸件质量并减轻有害气体对工人健康的不利影响。
附图说明
图1是实施例一至三的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
S1制壳：配置覆膜砂并制作对应铸件所需的金属模板，再利用射砂机将覆膜砂覆盖在金属模板上，加热金属模板至180℃，覆膜砂硬化制得上壳型和下壳型，将上壳型和下壳型粘结在一起，形成完整的壳型；
S2装箱：将壳型放入箱体内，再往壳型外部和箱体内壁之间填充钢丸并振实；
S3浇铸：将熔融铁液浇入壳型内腔，浇注完成后吹风冷却，铸件成型；
S4出料：将箱体内的铸件、废砂、钢丸一同倒出，利用落砂机分离出铸件，对铸件表面进行清理、检验，合格后入库；
S5回收：磁选分离废砂和钢丸，回收钢丸以重复利用。
实施例二：
S1制壳：配置覆膜砂并制作对应铸件所需的金属模板，再利用射砂机将覆膜砂覆盖在金属模板上，加热金属模板至280℃，覆膜砂硬化制得上壳型和下壳型，将上壳型和下壳型粘结在一起，形成完整的壳型；
S2装箱：将壳型放入箱体内，再往壳型外部和箱体内壁之间填充钢丸并振实；
S3浇铸：将熔融铁液浇入壳型内腔，浇注完成后吹风冷却，铸件成型；
S4出料：将箱体内的铸件、废砂、钢丸一同倒出，利用落砂机分离出铸件，对铸件表面进行清理、检验，合格后入库；
S5回收：磁选分离废砂和钢丸，回收钢丸以重复利用。
实施例三：
S1制壳：配置覆膜砂并制作对应铸件所需的金属模板，再利用射砂机将覆膜砂覆盖在金属模板上，加热金属模板至230℃，覆膜砂硬化制得上壳型和下壳型，将上壳型和下壳型粘结在一起，形成完整的壳型；
S2装箱：将壳型放入箱体内，再往壳型外部和箱体内壁之间填充钢丸并振实；
S3浇铸：将熔融铁液浇入壳型内腔，浇注完成后吹风冷却，铸件成型；
S4出料：将箱体内的铸件、废砂、钢丸一同倒出，利用落砂机分离出铸件，对铸件表面进行清理、检验，合格后入库；
S5回收：磁选分离废砂和钢丸，回收钢丸以重复利用。
实施例四：
实施例一至三中的覆膜砂包括如下重量份的组分：
硅砂 100份，粒度100目；
耐热酚醛树脂 3份；
乌洛托品 1.2份；
氧化钙 0.6份；
硬脂酸钙 0.1份；
KH550 0.03份。
耐热酚醛树脂的制备过程如下：
第一步，按重量份计，将20份苯酚和10份水混合，加热至65℃至苯酚完全溶解；
第二步，往苯酚溶液中加入木薯淀粉并搅拌均匀，木薯淀粉和苯酚摩尔比为1：1.2，利用盐酸调节PH至1.2，升温至100℃，保温50min，接着升温至140℃，回流反应40min；
第三步，加入1.6份3-氟邻苯二甲酸，升温至180℃，保温反应60min；
第四步，降温至150℃，抽真空脱水干燥6min，加入2.4份纳米二氧化硅，搅拌均匀后趁热出料，冷却至室温得到耐热酚醛树脂。
覆膜砂的制备方法如下：
步骤一，按上述配方所需重量份，先将硅砂加热至900℃，持续30min；
步骤二，硅砂取出后降温至130℃，加入耐热酚醛树脂，混砂50s；
步骤三，降温至105℃，加入乌洛托品、氧化钙，搅拌20s；
步骤四，加入硬脂酸钙、KH550，搅拌30s，得到覆膜砂。
实施例五：
实施例一至三中的覆膜砂包括如下重量份的组分：
硅砂 110份，粒度100目；
耐热酚醛树脂 5份；
乌洛托品 1.5份；
氧化钙 0.8份；
硬脂酸钙 0.3份；
KH550 0.06份。
耐热酚醛树脂的制备过程如下：
第一步，按重量份计，将24份苯酚和12份水混合，加热至70℃至苯酚完全溶解；
第二步，往苯酚溶液中加入木薯淀粉并搅拌均匀，木薯淀粉和苯酚摩尔比为1：1.4，利用盐酸调节PH至1.8，升温至110℃，保温60min，接着升温至150℃，回流反应60min；
第三步，加入2份3-氟邻苯二甲酸，升温至185℃，保温反应70min；
第四步，降温至160℃，抽真空脱水干燥10min，加入2.8份纳米二氧化硅，搅拌均匀后趁热出料，冷却至室温得到耐热酚醛树脂。
覆膜砂的制备方法如下：
步骤一，按上述配方所需重量份，先将硅砂加热至1100℃，持续40min；
步骤二，硅砂取出后降温至140℃，加入耐热酚醛树脂，混砂60s；
步骤三，降温至115℃，加入乌洛托品、氧化钙，搅拌25s；
步骤四，加入硬脂酸钙、KH550，搅拌40s，得到覆膜砂。
实施例六：
实施例一至三中的覆膜砂包括如下重量份的组分：
硅砂 105份，粒度100目；
耐热酚醛树脂 4份；
乌洛托品 1.4份；
氧化钙 0.7份；
硬脂酸钙 0.2份；
KH550 0.04份。
耐热酚醛树脂的制备过程如下：
第一步，按重量份计，将22份苯酚和11份水混合，加热至68℃至苯酚完全溶解；
第二步，往苯酚溶液中加入木薯淀粉并搅拌均匀，木薯淀粉和苯酚摩尔比为1：1.3，利用盐酸调节PH至1.5，升温至105℃，保温55min，接着升温至145℃，回流反应50min；
第三步，加入1.8份3-氟邻苯二甲酸，升温至183℃，保温反应65min；
第四步，降温至155℃，抽真空脱水干燥8min，加入2.6份纳米二氧化硅，搅拌均匀后趁热出料，冷却至室温得到耐热酚醛树脂。
覆膜砂的制备方法如下：
步骤一，按上述配方所需重量份，先将硅砂加热至1000℃，持续35min；
步骤二，硅砂取出后降温至135℃，加入耐热酚醛树脂，混砂55s；
步骤三，降温至110℃，加入乌洛托品、氧化钙，搅拌23s；
步骤四，加入硬脂酸钙、KH550，搅拌35s，得到覆膜砂。
实施例七：
与实施例六不同的是，覆膜砂不包括氧化钙。
对比例一：
与实施例六不同的是，耐热酚醛树脂制备过程中不加入3-氟邻苯二甲酸。
对比例二：
与实施例六不同的是，耐热酚醛树脂制备过程中不加入纳米二氧化硅。
对比例三：
与实施例六不同的是，耐热酚醛树脂换为市售2123酚醛树脂。
覆膜砂性能测试：
按《JB/T 13037-2017》覆膜砂高温性能试验方法中记载的方法，对覆膜砂的热膨胀率进行测试，所得结果记录在表1。
按《JB/T 8583-2008》铸造用覆膜砂中加载的方法，对覆膜砂的发气量进行测试，所得结果记录表1。
表1 覆膜砂性能测试结果记录表
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (7)
1.一种覆膜砂壳型铸造工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1制壳：配置覆膜砂，再将覆膜砂覆盖在金属模板上，加热金属模板至180-280℃，制得上壳型和下壳型，将上壳型和下壳型粘结在一起，形成完整的壳型；
S2装箱：将壳型放入箱体内，再往壳型外部和箱体内壁之间填充钢丸并振实；
S3浇铸：将熔融铁液浇入壳型内腔，浇注后冷却，铸件成型；
S4出料：将箱体内的铸件、废砂、钢丸一同倒出，分离出铸件，对铸件表面进行清理、检验，合格后入库；
S5回收：分离废砂和钢丸，回收钢丸以重复利用；
所述覆膜砂包括如下重量份的组分：
原砂 100-110份
耐热酚醛树脂 3-5份
固化剂 1.2-1.5份
润滑剂 0.1-0.3份
偶联剂 0.03-0.06份；
所述耐热酚醛树脂的制备过程如下：
第一步，按重量份计，将20-24份苯酚和10-12份水混合，加热至65-70℃至苯酚完全溶解；
第二步，往苯酚溶液中加入木薯淀粉并搅拌均匀，木薯淀粉和苯酚摩尔比为1：(1.2-1.4)，利用盐酸调节PH至1.2-1.8，升温至100-110℃，保温50-60min，接着升温至140-150℃，回流反应40-60min；
第三步，加入1.6-2份3-氟邻苯二甲酸，升温至180-185℃，保温反应60-70min；
第四步，降温至150-160℃，抽真空脱水干燥6-10min，加入2.4-2.8份纳米二氧化硅，搅拌均匀后趁热出料，冷却至室温得到耐热酚醛树脂。
2.根据权利要求1所述的一种覆膜砂壳型铸造工艺，其特征在于：所述固化剂为乌洛托品。
3.根据权利要求2所述的一种覆膜砂壳型铸造工艺，其特征在于：所述覆膜砂还包括0.6-0.8份氧化钙。
4.根据权利要求1所述的一种覆膜砂壳型铸造工艺，其特征在于：所述原砂为硅砂。
5.根据权利要求1所述的一种覆膜砂壳型铸造工艺，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸钙。
6.根据权利要求1所述的一种覆膜砂壳型铸造工艺，其特征在于：所述偶联剂为KH550。
7.根据权利要求6所述的一种覆膜砂壳型铸造工艺，其特征在于：所述覆膜砂的制备方法如下：
步骤一，先将原砂加热至900-1100℃，持续30-40min；
步骤二，原砂取出后降温至130-140℃，加入耐热酚醛树脂，混砂50-60s；
步骤三，降温至105-115℃，加入固化剂，搅拌20-25s；
步骤四，加入润滑剂、偶联剂，搅拌30-40s，得到覆膜砂。
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