CN1255234C - 一种吹气硬化冷芯盒制芯的方法 - Google Patents

Abstract

一种吹气硬化冷芯盒制芯的方法，将原砂与粘接剂混合、射砂与手工成型、吹气硬化，以水玻璃作粘接剂，其特征在于：所用气体为C2～C4的有机酯与空气或氮气的混合气，有机酯占混合气体总量的45～65%，吹(混合)气时间10～15s。本发明制芯粘结剂来源广，价格便宜，无毒无味，制芯成本低，有利于改善劳动卫生条件和保护环境。

Description

一种吹气硬化冷芯盒制芯的方法

技术领域：

本发明涉及铸造技术，特别提供了一种用水玻璃做粘结剂吹入雾化有机酯及干燥空气的冷芯盒制芯方法。

背景技术：

在铸造生产中，过去采用植物油、合脂类热固物质做制芯粘结剂。砂芯紧实后需在炉窑内烘几小时才能硬化，能耗高，生产周期长，而且生产过程中易出现砂芯变形、损坏、影响铸件质量。五、六十年代先后出现了壳芯，热芯盒制芯技术。壳芯和热芯盒采用合成树脂做粘结剂，砂芯在加热的芯盒内几分钟即可硬化，实现了制芯的大批量机械化生产。逐步取代了烘烤的油砂工艺。1968年美国Ashland公司发明了三乙胺冷芯盒法，采用粘结剂的组分I为酚醛树脂，组分II为多芳香基异氰酸酯。用三乙胺(或二甲基乙胺、三甲胺等)气雾吹入芯盒中、实现砂芯常温硬化。冷芯盒与热法制芯相比，芯盒无须加热，模具设计时不用考虑模具热变形对砂芯尺寸的影响，模具不仅可用金属制做，也可用塑料、木材制做。砂芯生产效率高、尺寸偏差小，节约能耗，劳动条件相对改善，以后各国又相继开发了呋喃树脂SO₂法，碱性酚醛树脂甲酸甲酯法(β-set法)、酚醛树脂混入酸性物质吹气硬化缩醛红硬冷芯盒法、(Red-Set法)丙烯酸盐吹CO₂法、碱性酚醛树脂吹CO₂法。这些冷芯盒法弥补了吹胺冷芯盒法的不足、拓宽了冷芯盒工艺的应用范围。使冷芯盒工艺成为目前铸造生产中最主要的制芯工艺之一，但是这些工艺均应用人工合成树脂做粘结剂，价格昂贵，增加铸件的生产成本。这些粘结剂不同程度含有芳香族物质、游离酚、游离醛、异氰根等有害物质，而影响劳动卫生条件，产生的废砂、烟气对环境也造成污染。在吹芯气体中、三乙胺(二甲基乙胺、三甲胺)、SO₂均有毒，有刺激性气味。严重恶化生产条件，损害现场工作人员的身体健康。随着社会的发展，人们愈来愈认识到环境污染的危害，环境保护引起全球重视，冷芯盒制芯粘结剂及吹芯用气体对环境的危害，一直是广大铸造工艺者关注的问题，开发无污染的冷芯盒制芯工艺是铸造技术发展方向之一。为此，本发明发明人曾经在1997年1月15日向中国专利局提交了一份有关“无毒吹空气硬化制芯方法”，该方法中使用无毒、无味的空气作吹气，无毒的水玻璃作粘接剂，可有效地防止铸件产生气孔、热裂、毛刺和脉纹缺陷，但是硬化时间较长，一般需2分钟，从而降低了劳动生产力率。

发明内容：

本发明提供了一种用水玻璃做制芯粘结剂，并且可以实现砂芯快速硬化的冷芯盒制芯法。具体为将原砂与粘接剂混合、射砂或手工成型、吹气硬化，以水玻璃作粘接剂，其特征在于：所用气体为C2～C4的有机酯与空气或氮气的混合气，有机酯占混合气体总量的45～65％体积，吹气时间10～15s。

本发明吹气硬化冷芯盒制芯的方法中，可以在吹气后，间歇5～20s，再吹入空气或氮气，时间5-15s。

本发明吹气硬化冷芯盒制芯的方法中，所用的有机酯最好占混合气体总量的45～65％体积，可以为甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯的任何一种或多种。最常用的酯为甲酯甲酯。

本发明吹气硬化冷芯盒制芯的方法中，所述空气或氮气为露点低于-20℃以下的干燥空气或氮气，可以经冷冻或吸附除湿处理。

本发明吹气硬化冷芯盒制芯的方法中，所述水玻璃为铸造用水玻璃，组成为：

M₂O·mSiO₂      30-60％质量

H₂O             40-70％质量

其中M⁺为Na⁺、K⁺、Li⁺、Rb⁺中的一种或多种，m为1.6～3.5。

所述铸造用水玻璃还可以加入改性剂，改性剂选自糊精、糖、糖蜜、木糖醇、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、三聚磷酸钠、纤维素、腐植酸、腐植酸钠、树脂、氢化葡萄糖中一种或多种，组成为：

铸造用水玻璃  90.9％质量

改性剂        9.1％质量。

本发明吹气硬化冷芯盒制芯的方法中，水玻璃的模数，m最好为为2-3。

本发明吹气硬化冷芯盒制芯的方法中，制芯用原砂可以选用天然硅砂、水洗硅砂、精选硅砂、锆砂、镁砂、硅线石砂、兰晶石砂、镁橄榄石砂等各种铸造用原砂，最常用的为水洗硅砂，混合料配比为：

原砂    97.09-98.04％质量

粘接剂  1.96-2.91％质量。

常用的配比为：水洗硅砂97-98.5％，水玻璃1.5-3.0％。

本发明中砂混合料的混制可采用间歇式高效混砂机：如碗形混砂机，也可用普通冷芯盒制芯机专用混砂机。

制芯可采用普通冷芯盒制芯机，气体发生器可采用甲酸甲酯通用气体发生器，空气除湿可采用吹胺冷芯盒工艺通用空气除湿装置。对于小批量制芯也可用于工紧实，配备手工控制冷芯盒气体发生器。

本发明制芯方法具有如下优点：

1.制芯粘结剂来源广，价格便宜，无毒无味，制芯成本低，有利于改善劳动卫生条件和保护环境。

2.与吹胺冷芯盒和SO₂冷芯盒相比，吹硬气体相对无毒。改善了生产条件。

3.粘结剂***中不含N、P、S等有害元素，有利于保证铸造质量，尤其适于生产碳钢、不锈钢、合金钢铸件，球墨铸铁件。

4.该方法制取的砂芯在浇注初期有相当热塑性，可以防止铸件产生热裂、毛刺、脉纹缺陷，尤其适用于生产泵体、阀体铸件。

5.吹芯气体尾气不用特殊处理，不需安装尾气处理设备。

6.制芯模具可用金属、塑料或木材制做、制造周期短，费用低。

7.模具不需加热，因此尺寸变动小，制造砂芯尺寸偏差小，从而可以提高铸件尺寸精度。

8.制芯效率高，应用灵活，可用于大批量砂芯生产，也可用于单件小批量砂芯制做。

9.制芯能耗低。

具体实施方式：

实施例1：

制芯用压缩空气通入吸附除湿装置，除湿后通入制芯机进气阀。称取检定铸造粘结剂用标准砂2000g放入碗形混砂机，再加m＝2.5，M₂O·mSiO₂含量为39％质量的Na水玻璃50g，混20s出砂，将砂与粘接剂的混合物加入Z861射芯机射砂筒，用Z861射芯机在0.4-0.6Mpa下射实标准“8”形试样，取下射砂筒，密封射砂口。开启气体发生器电磁阀，使50～60％含量的甲酸甲酯空气混合气体通入芯盒10-15s。关闭气体发生器电磁阀，开启干燥空气电磁阀，使干燥空气经过气体发生器加热器使温度加热到30-100℃后通入芯盒5-15s，关闭干燥空气电磁阀，用气缸将芯盒打开，取出“8”形试样，用Swy型液压万能强度试验机测试试样抗拉强度。结果见表1。

                          表1

射砂压力MPa	甲酸甲酯		吹空气温度℃	吹空气压力MPa	抗拉强度MPa
							％	压力MPa	即时	24h
	0.55	45％			0.05	30					0.1	0.1～0.2	1.0～1.1
0.55			55％	0.05			30	0.1	0.2～0.3	1.1～1.4
	0.55	65％			0.05	30					0.1	0.2～0.35	1.2～1.6

实施例2.实施例3.实施例4

实施例2，实施例3，实施例4分别取m＝2.2铸造用水玻璃40g，50g，60g，吹硬气体采用含甲酸甲酯50％的空气混合气，其他工艺条件同实施例1，各工艺参数见表2。

                                表2

实施例别	标准砂(g)	水玻璃(g)	抗拉强度MPa
					即时	24h
			实施例2	2000			40	0.15-0.2	0.5-0.6
实施例3	2000	50			0.2-0.3	0.9-1.2
			实施例4	2000			60	0.25-0.35	1.0-1.5

实施例5实施例6实施例7

实施例5采用m＝2.1 Na⁺玻璃

实施例6采用m＝2.1 Na⁺95％K+5％水玻璃．

实施例7采用m＝2.1 Na⁺94.9％.K5％ Li⁺0.1％水玻璃吹硬气体采用含甲酸甲酯50％的空气混合气，其他实施条件同实施例1。各工艺参数见表3

                               表3

实施例别	M别	标准砂(g)	水玻璃(g)	抗拉强度MPa
						即时	24h
				实施例5	Na+			2000	50	0.2-0.3	1.2-1.4
实施例6	Na+K+	2000	50			0.2-0.4	1.2-1.3
				实施例7	Na+K+Li+			2000	50	0.2-0.4	1.2-1.3

实施例8、实施例9、实施例10、分别用水洗硅砂、铬铁矿砂，吹硬气体采用含甲酸甲酯50％的空气混合气，其他工艺条件同实施例1。各工艺参数见表4。

                                表4

实施例别	砂别	砂量(g)	水玻璃(g)	抗拉强度MPa
						即时	24h
				实施例8	水洗硅砂			2000	50	0.2-0.3	1.2-1.4
实施例9	铬铁矿砂	2000	50			0.2-0.4	1.3-1.9
				实施例10	锆砂			2000	50	0.2-0.4	1.3-2.0

实施例11、实施例12、实施例13，分别采用含50％甲酸甲酯，甲酸乙酯，乙酸甲酯的空气混合气做吹砂气体，其他条件同实施例1，各工艺参数见表5。

                                     表5

实施例别	硬化气体	标准砂(g)	水玻璃(g)	抗拉强度
						即时	24h
				实施例11	甲酸甲酯			2000	50	0.2-0.3	1.2-1.4
实施12	甲酸乙酯	2000	50			0.2-0.25	0.9-1.2
				实施例13	乙酸甲酯			2000	50	0.1-0.2	0.8-1.2

实施例14、实施例15、实施例16、

实施例14、15、16中加入改性水玻璃，改性剂分别为糖、氢化葡萄糖，木糖醇。吹硬气体采用含甲酸甲酯50％的空气混合气，其他工艺条件同实施例1。各工艺参数列于表6。

                                    表6

实施例别	改性剂		标准砂(g)	水玻璃(g)	抗拉强度MPa
							名称	加入量(g)	即时	24h
	实施例14	糖			5	2000					50	0.2-0.25	1.2-1.4
实施例15			氢化葡萄糖	5			2000	50	0.2-0.28	1.0-1.2
	实施例16	木糖醇			5	2000					50	0.2-0.3	1.2-1.5

Claims (10)

1、一种吹气硬化冷芯盒制芯的方法，将原砂与粘接剂混合、射砂与手工成型、吹气硬化，以水玻璃作粘接剂，其特征在于：所用气体为C2～C4的有机酯与空气或氮气的混合气，有机酯占混合气体总量的45～65％体积，吹气时间10～15s。

2、按照权利要求1所述吹气硬化冷芯盒制芯的方法，其特征在于：吹气后，间歇5～20s，再吹入空气或氮气，时间5-15s。

3、按照权利要求1或2所述吹气硬化冷芯盒制芯的方法，其特征在于：有机酯占混合气体总量的45～65％体积。

4、按权利要求1或2所述吹气硬化冷芯盒制芯的方法，其特征在于：所述空气或氮气为露点低于-20℃以下的干燥空气或氮气。

5、按权利要求1或2所述吹气硬化冷芯盒制芯的方法，其特征在于：所述有机酯为甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯的任何一种或多种。

6、按权利要求1或2所述吹气硬化冷芯盒制芯的方法，其特征在于：所述水玻璃为铸造用水玻璃，组成为：

M₂O·mSiO₂       30-60％质量

H₂O              40-70％质量

其中M⁺为Na⁺、K⁺、Li⁺、Rb⁺中的一种或多种，m为1.6～3.5。

7、按权利要求6所述吹气硬化冷芯盒制芯的方法，其特征在于：m为2-3。

8、按权利要求6所述吹气硬化冷芯盒制芯的方法，其特征在于：所述铸造用水玻璃加入改性剂，改性剂选自糊精、糖、糖蜜、木糖醇、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、三聚磷酸钠、纤维素、腐植酸、腐植酸钠、树脂、氢化葡萄糖中一种或多种，组成为：

铸造用水玻璃    90.9％质量

改性剂    9.1％质量。

9、按权利要求8所述吹气硬化冷芯盒制芯的方法，其特征在于：m为2-3。

10、按权利要求1或2所述吹气硬化冷芯盒制芯的方法，其特征在于：制芯用原砂选用天然硅砂、水洗硅砂、精选硅砂、锆砂、镁砂、硅线石砂、兰晶石砂、镁橄榄石砂，混合料配比为：

原砂        97.09-98.04％质量

粘接剂      1.96-2.91％质量。