CN1921969A - 铸件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用易于破坏的铸模制造铸件的方法，该方法包含有将粒子状骨料、至少一种水溶性粘结剂与水混合形成骨料混合物，并将该骨料混合物搅拌并发泡的过程。此种骨料混合物可以抑制在铸模的造型和浇注时产生不希望产生的气体。本发明还包括有将发泡后的骨料混合物填充至铸模的造型空间中，并将填充后的骨料混合物中的水分蒸发使骨料混合物固化、铸模制造过程、铸模和其他铸模组装并形成完成铸模的过程、向完成铸模内浇注熔融金属的过程、熔融金属凝固后的铸件冷却期间中将铸模从铸件中除去的过程以及将铸件进行热处理的过程。

Description

铸件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种铸件的制造方法，特别涉及一种替代现有的焦耳蒙特方法，并容易将铸模除去的铸件制造方法。
背景技术
焦耳蒙特方法作为现有的轻合金铸件的制造方法，例如日本特许厅公开的No.5-261478号专利所记载的制造方法，已为公众所知。该焦耳蒙特方法的粘结剂采用的是酚醛树脂。将被该粘结剂所覆的型砂吹入并充填于造型用的金属模具内，覆盖型砂的粘结剂通过金属模具的热度而硬化。
然而在此种焦耳蒙特方法中，浇注后的型芯铸模比较硬，要破坏该型芯铸模使之从铸件上除去，需要一个将一大冲击力施加于型芯铸模上的脱模过程。为了进行该脱模过程，在对铸件进行热处理前需要对铸件进行充分的冷却。并且即使是给以10Hz以上、10sec以上的1Mpa以上的较大的冲击力，也只有70％-80％程度的落砂。热处理期间以及其后，破坏后的型芯铸模仍有残留，如型芯砂粒残渣和型芯碎块。因此必须要对其进行再次去除。甚至为了从铸件中去除型芯碎块并进行再生，通常要进行焙烧。
并且焦耳蒙特方法中，利用金属模具的热度使粘结剂硬化的时候，伴随产生有挥发性气体。此种挥发性气体伴随有令人不快的气味，特别是酚、醛、氨等对人体有害。
因此，需要提供一种较佳的取代现有焦耳蒙特法，并容易将铸模取下，抑制挥发性气体生成的铸件制造方法。
发明内容
本说明书中所述的“粒子状骨料”为硅砂、锆砂、橄榄石矿砂、铬铁砂、铝砂、莫来石砂、人工砂中的一种或两种以上所构成的。
本说明书中的“熔融金属凝固后”，所指的是熔融金属凝固并硬化后。该温度以过程和熔融金属的材质不同而不同。
本说明书中的“铸件冷却期间”指的是将铸件冷却到比将其从完成铸模中取出而不会变形程度时的温度更加低的温度的期间。例如说，对铝合金进行T6处理的时候，“铸件冷却期间”为大约低于520℃却高于通常的冷却温度70℃甚至111℃的温度，例如说将铸件冷却到300℃的期间内。
根据本发明一种情况下所提供的一种铸件的造方法，其包括：
至少含有一种类型的粒子状骨料，至少含有一种类型的水溶性粘结剂，以及通过加水混合形成骨料混合物，将该骨料混合物搅拌并使之发泡的过程；
将发泡后的骨料混合物填充至铸模造型空间中，将填充后的骨料混合物中的水分蒸发使骨料固化，使用上述骨料混合物对铸模进行造型的过程；
将使用该粒子状骨料造型出的至少一对的铸模安装至配对的铸模上的制作完成铸模的过程；
向上述完成铸模内浇注熔融金属的过程；
上述熔融金属凝固以后的铸件冷却期间中，将上述铸模从上述铸件中除去的过程；
对上述铸件进行热处理的过程。
使用粒子状骨料造型的铸模以型芯铸模为佳。在这种情况下，配对的铸模(主铸模)可以是金属模具也可以是砂型。
本说明书中的“完成铸模”由主铸模与由粒子状骨料造型出的至少一个铸模(型芯铸模)组合而成，是可向其内浇注熔融金属的铸模。并且完成铸模的构成部件除主铸模和型芯铸模外，还可以包含其他浇注时需要的部件。
在本发明的制造方法中，可以包含粒子状骨料的回收过程，以及将回收的粒子状骨料进行再生的过程。回收并再生的粒子状骨料再次使用于铸模的造型为佳。
根据本发明的一实施例，粒子状骨料的回收和再生过程是机械式的再生。
铸件可以为铝合金铸件、镁合金铸件也可以为铜合金铸件等。
热处理为T6或T7处理都可。
本发明的一实施例，铸模除去过程为向上述铸模施以振动的过程。例如，向上述铸模施以振动的过程为在浇注后5分钟乃至20分钟以内的时间内向上述铸模施加以1Mpa以下、不到30Hz、不到30sec的冲击力的过程。
本发明另外一种情况下的铸件制造方法，其包括：
至少含有一种类型的粒子状骨料，至少含有一种类型的水溶性粘结剂，以及通过加水混合形成骨料混合物，将该骨料混合物搅拌并使之发泡的过程；
将该骨料混合物搅拌并使之发泡，将发泡后的骨料混合物填充至铸模造型空间中，并将填充后的骨料混合物中的水分蒸发使骨料固化，使用上述粒子状骨料对型芯铸模进行造型的过程；
将至少一个上述型芯铸模和金属铸模进行组装成完成铸模的过程；
向上述完成铸模中浇注熔融的铝合金的过程；
上述熔融金属凝固后的铸件冷却期间中，从上述铸件中将上述型芯铸模除去的过程；
对上述铝合金铸件进行T6或T7热处理的过程。
上述的至少一种类型的水溶性粘结剂为聚乙烯醇或其衍生物中的至少一种，或者为淀粉或其衍生物中的至少一种。
附图说明
图1为本发明中铸件的制造方法的流程图。
图2为使用焦耳蒙特方法的现有铸件的制造方法的流程图。
图3为显示本实施例中除去铸模以及热处理过程中，铸件的温度和时间关系的图表。
图4为与图3相同的图表，其显示与图3相对应的使用焦耳蒙特方法的
现有技术中的过程。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
流程图图1中概略表示了本发明相关的铸件的制造方法中的各过程。
首先根据本流程图介绍本发明的铸件制造方法的原理。
在图1中，第一步过程中将至少一种粒子状骨料，至少一种水溶性粘结剂以及水相混合，形成骨料混合物，通过搅拌使其发泡(第一(调制)过程1)。
在第二步中，使用上一过程中发泡好的骨料混合物填充铸模造型空间并使之固化，对由粒子状骨料构成的铸模进行造型(第二(造型)过程2)。
在第三步中，将造型好的至少一个以上的造型铸模(型芯铸模)组装到配对铸模(主铸模)上，制作完成铸模(第三(组装)过程3)。
在第四步中，向该完成铸模内浇注熔融金属(第四(浇注)过程4)。
在第五步中，熔融金属凝固后的铸件冷却过程中，从该铸件中将型芯铸模从铸件上拆下并拔模(第五(拔模)过程5)。
在第六步中，通过对该铸件进行热处理(第六(热处理)过程6)，制造出铸件的完成品。
对图1的各个过程进行更加详细的描述。
第一(调制)过程1中的粒子状骨料，使用硅砂、锆砂、橄榄石矿砂、铬铁砂、铝砂、莫来石砂、人工砂等中的至少一种。
水溶性粘结剂以在常温下可溶于水的材料为佳。在常温下可溶于水的水溶性粘结剂，无须加热即可形成骨料混合物。节省了用于加热粘结剂以及粒子状骨料的时间和能量。这点和现有的焦耳蒙特方法中的覆膜砂制造相比是一个优点。虽然本发明中使用的水溶性粘结剂以聚乙烯醇或其衍生物，淀粉或其衍生物中的任意一种，或者这两种都作为水溶性粘结剂为佳，但也不仅限于此。由于该水溶性粘结剂容易挥发且可以溶解，在其后的过程第五(拨模)过程5中，易于从熔融金属凝固的铸件中将型芯铸模除去。并且向粒子状骨料中加入重量份为0.1-0.5的水溶性粘结剂以为佳。
此种至少一种的水溶性粘结剂、至少一种的粒子状骨料与水混合形成的骨料混合物。通过对其搅拌使其发泡，该骨料混合物呈生奶油状。
在第二(造型)过程2中，将填充至造型空间的骨料混合物中的水分蒸发，使骨料混合物固化，通过上一过程的发泡过程，由粒子状骨料构成的中空的型芯铸模(型芯铸模)被造型。该中空铸模的孔隙率为3％-60％。并且，例如说该中空铸模的厚度为约40mm的情况下，水溶性粘结剂的50％以上聚集于铸模表面以及距铸模表面10mm深处之间的铸模表面层上。也就是说，由发泡的骨料混合物构成的中空铸模中，由于骨料混合物中分散的气泡和粘结剂中含有的水分聚集在铸模中心部，通过该水分的蒸发，铸模中心部的骨料的充填密度降低。
第三(组装)过程3中，由粒子状骨料构成的至少一个型芯铸模被组装在主铸模(配对铸模)上而构成完成铸模。主铸模可以是金属模具，也可以是例如由粒子状骨料组成的型砂。在本实施例中，主铸模使用金属模具，采用低压铸造。然而在使用金属模具时，本发明的方法中并不只限于低压铸造，也可以采用背压铸造、压铸、金属模具的重力浇注等处理方式。
第四(浇注)过程4中，向完成铸模中浇注的熔融金属材质在本实施例中为铝合金，但是也不仅限于此，其他的轻金属合金或非铁合金(例如说镁合金或铜合金)也是可以的。使用铸铁、铸钢或铁系金属合金也是可以的。但是使用铁系金属的情况下，型芯铸模上最好涂布一层铸模涂料。
第五(拔模)过程5中将处于冷却期间(冷却铸件的时间，使得铸件达到比使铸件被冷却到即使将铸件从完成铸模中取出也不会变形的程度时的温度更加低的温度)的型芯铸模从铸件中取出。在此处，第四过程4中熔融金属材质为铝合金的情况下的“冷却期间”，是指将铸件冷却到比处理铝合金T6的固溶处理温度约520℃还要低，但是比通常的冷却温度70-111℃要高的温度，例如说300℃的期间。
第六(热处理)过程6中，熔融金属为铝合金的情况下，热处理为T6处理、T7处理等热处理。
作为水溶性的粘结剂，通过使用聚乙烯醇或其衍生物，或者淀粉或其衍生物，即使是在对含有粘结剂的粒子状骨料混合物进行捏合并调节的第(调制)过程1和对型芯铸模进行造型的第二(造型)过程2中，也不会产生、散发令人不快气味的气体。
并且在向型芯铸模中浇注熔融金属的第四(浇注)过程4时，即使熔融金属对粘结剂进行加热也不会从型芯铸模中散发出令人不快气味的气体和不希望产生的挥发性气体。
图1所示的本发明的铸件制造方法中，第六(热处理)过程6后，根据需要也可以增加以下过程。即对型芯铸模的粒子状骨料(型芯砂粒)和型芯碎块进行回收的第七(回收)过程7，对型芯碎块进行粉碎的第八(粉碎)过程8，以及回收粒子状骨料进行机械式再生的第九(再生)过程9。回收后再生的粒子状骨料可以再次使用于型芯铸模的造型。
参考图1的流程图，对本发明的铸件制造方法中特定的实施例进行说明。但是在此所示的材料仅起到示例的作用，而不是为了对本发明作限定。
本实施例中的第一(调制)过程1得到以下所示的两种骨料混合物A和B。
                    表1骨料混合物A
粒子状骨料：硅砂(flattery sand)100重量份
水溶性粘结剂：聚乙烯醇(JP-05)(由日本VAM&Poval公司制造)0.8重量份
交联剂：丁烷四羧酸(BT-W日本新理化制造)0.2重量份
将表1所示组分组成的骨料混合物100重量份和水6重量份混合、搅拌并捏合，使之发泡，可以得到生奶油状的骨料混合物A。
                    表2骨料混合物B
粒子状骨料：硅砂(flattery sand)100重量份
水溶性粘结剂：聚乙烯醇(JL-05)(由日本VAM&Poval公司制造)0.2重量份，淀粉(日淀化学制造)1.0重量份以及柠檬酸(扶桑化学制造)0.4重量份
将表2所示组分组成的干燥后的骨料混合物100重量份，水6重量份混合、搅拌并捏合，可以得到生奶油状的骨料混合物B。
然而在本实施例中的第一(调制)过程1中，现有的焦耳蒙特法的树脂复膜砂生产过程中必须的加热装置，以及除去由于加热树脂而生成的有害气体的除臭装置也变得没有必要了。
接着，向保持为250℃的金属模具(图未示)的空腔(图未示)内，分别加压填充第一(调制)过程1得到的两种生奶油状的骨料混合物A和B，保持1分钟的时间，骨料混合物中的水分气化，骨料混合物固化后，从金属模具的空腔内将型芯铸模取出(第二(造型)过程2)。
为了做进一步的说明，该铸模组装于其他铸模上，形成完成铸模(第三(组装)过程3)。在本实施例中的第三(组装)过程3中，将型芯铸模组装于低压铸造装置的主金属模具上，形成完成铸模，做好浇注的准备。
向该完成铸模内浇注熔融金属(第四(浇注)过程4)。在本实施例中，使用铝合金AC4C的熔融金属(温度720℃)从低压铸造装置(图未示)的下方进行浇注。熔融金属的720℃的温度，粘结剂可以挥发或溶解，下一过程的型芯铸模除去过程更加容易进行。
熔融金属凝固后的铸件的冷却期间中，将型芯铸模从该铸件中除去(第五(拔模)过程5)。现有的焦耳蒙特方法中，为了将型芯铸模破坏并从铸件中除去，要在铸件充分冷却后，对铸模给予一大的冲击力。在本发明使用的方法中，使用破坏性高的型芯铸模，使得冷却以及其后的大冲击力都变得没有必要了。型芯铸模使用简单的方法，通过如以下说明的轻微振动的方式就可以除去。本实施例中的第五(拔模)过程5中，浇注大约10分钟后，凝固的熔融金属的铸件从完成铸模中取出。之后，对350℃温度下的铸件上施以20Hz、20sec不到，1Mpa以下的冲击力，即可实现落砂，从而将型芯铸模完全去除。通过实验，在第五(拔模)过程5中，浇注后5分钟到10分钟以内的时间中，以30Hz、30sec不到，1Mpa以下的冲击力也可实现落砂从而将型芯铸模完全去除。
将此种铸件的浇口、铸件飞边除去后，对该铸件进行热处理第六(热处理)过程6。在本实施例中，铸件的浇口和铸件飞边的除去可以在铸件的热处理前进行，也可以在铸件的热处理后进行。即使是在本实施例中，第六(热处理)过程6后，增加如图1所示的型芯砂粒回收过程七7、粉碎过程八8以及机械式再生过程110也可以。
使用金属模具的铸造方法中，仅从型芯铸模中回收粒子状骨料和型芯碎块，回收并再生的粒子状骨料可以容易地再次使用于铸模的造型。
为了便于比较，所示的图2(现有技术)为使用上述日本特许厅公开的No.5-261478号专利记载的焦耳蒙特方法制造铸件的流程图。
图2所示的现有方法中，使用了树脂复膜砂。通常，树脂复膜砂为铸件制造者从其他厂家购买而来，树脂复膜砂的制造过程11是在铸件的制造场地以外的场地进行的。因此，即使对树脂复膜砂回收和再生，与本发明相对照地再次使用于铸模造型也是很困难的。
通过图2所示的方法，铸件制造者将从市场上买来的树脂复膜砂进行加热，造型出型芯铸模12，造型好的型芯铸模与其他铸模组装，制造完成铸模13，向该完成铸模内浇注14。之后通过落砂炉将型芯铸模拔模15，待铸件充分冷却后16，通过脱模将型砂完全除去17，对该铸件进行热处理18。脱模过程17、热处理过程18以及从其后的过程中回收内含型芯碎块的型芯砂粒的过程19。回收后的型芯砂粒中，在不同于该回收过程19的场地上，对型芯碎块进行粉碎20、焙烧21和机械式再生22。
如图1所示的本发明的铸件制造方法与图2所示的现有方法相比很明显制造过程的数量减少了。例如本发明的方法(图1)中的第五(铸模除去)过程5，铸模的破坏很容易进行，通过简单的过程，例如轻微的振动即可以实现落砂的目的。然而难以对铸模进行破坏的现有方法(图2)中，为了除去铸模，必须要经过通过落砂炉除去15、铸件的充分冷却16、脱模17几个过程。并且本发明的方法中，现有方法的回收再生中无进行焙烧21的必要。图3为显示本发明实施例中第五(铸模除去)过程5和第六(热处理)过程6中温度和时间的关系图表。为了比较，设有与图3相似的图4(现有技术)，其显示与本发明方法中铸模除去以及热处理过程相对的现有技术的图表。
在现有技术中，将上述的铸件充分冷却(图2的过程16)之后，通过脱模实现落砂(图2的过程17)，之后为了进行T6处理，再次升温。因此，不仅需要图4所示的冷却时间，为了进行热处理，加热时间和能量也是必须的。
在图3所示的本发明的实施例中，720℃时进行浇注后，铸模除去过程五5过程中，熔融金属凝固后的铸件取出之后，将型芯铸模从铸件中取出。之后没有必要为了将型芯铸模除去，充分将铸件制品冷却后给予较大的冲击，直接进行固溶处理(热处理)即可。因此，不仅缩短了冷却时间，用于热处理的再加热时间，同时还节省了消耗的能量，减少了过程的数量。铸件不一定要冷却到100℃，冷却到300℃也有节省能量的效果。
上述实施例只是对本发明进行例示，而不是为了限定，本领域技术人员在不脱离权利要求中所记载的目的和要点的情况下，可以对其作各种改变和变形。

Claims (15)

1、一种铸件的制造方法，其特征在于，其包括：
至少含有一种类型的粒子状骨料，至少含有一种类型的水溶性粘结剂，以及通过加水混合形成骨料混合物，将该骨料混合物搅拌并使之发泡的过程；
将发泡后的骨料混合物填充至铸模造型空间中，将填充后的骨料混合物中的水分蒸发使骨料固化，使用上述粒子状骨料对铸模进行造型的过程；
将使用该粒子状骨料造型出的至少一个的铸模安装至配对的铸模上并制成完成铸模的过程；
向上述完成铸模内浇注熔融金属的过程；
在上述熔融金属凝固以后的铸件冷却期间中，将上述铸模从上述铸件中除去的过程；
对上述铸件进行热处理的过程。
2、根据权利要求1所述的铸件的制造方法，其特征在于，由上述粒子状骨料造型出的至少一个的铸模为型芯铸模，上述的配对铸模为主铸模。
3、根据权利要求2所述的铸件的制造方法，其特征在于，上述主铸模为金属铸模。
4、根据权利要求2所述的铸件的制造方法，其特征在于，上述主铸模为砂型。
5、根据权利要求1-4任意一项所述的铸件的制造方法，其特征在于，还包括有上述粒子状骨料回收的过程以及将该回收后的粒子状骨料进行再生的过程。
6、根据权利要求5所述的铸件的制造方法，其特征在于，上述回收并再生的粒子状骨料再次使用于铸模造型。
7、根据权利要求5或6所述的铸件的制造方法，其特征在于，上述粒子状骨料的回收再生过程为机械式的再生。
8、根据权利要求1-7任意一项所述的铸件的制造方法，其特征在于，上述的铸件为铝合金铸件或镁合金铸件。
9、根据权利要求8所述的铸件的制造方法，其特征在于，上述的热处理为T6处理或T7处理。
10、根据权利要求1-7任意一项所述的铸件的制造方法，其特征在于，上述的铸件为铸铁或铸钢或铁系金属合金的铸件。
11、根据权利要求1-7任意一项所述的铸件的制造方法，其特征在于，上述的铸件为铜合金铸件。
12、根据权利要求1-11任意一项所述的铸件的制造方法，其特征在于，上述的铸模除去过程为向上述铸模施以振动的过程。
13、根据权利要求12所述的铸件的制造方法，其特征在于，向上述铸模施以振动的过程为在浇注后5分钟乃至20分钟以内的时间内向上述铸模施加以1Mpa以下不到30Hz、不到30sec的冲击力的过程。
14、一种铸件的制造方法，其特征在于，其包括：
至少含有一种类型的粒子状骨料，至少含有一种类型的水溶性粘结剂，以及通过加水混合形成骨料混合物，将该骨料混合物搅拌并使之发泡的过程；
将该骨料混合物搅拌并使之发泡，将发泡后的骨料混合物填充至铸模造型空间中，并将填充后的骨料混合物中的水分蒸发使骨料固化，使用上述粒子状骨料对型芯铸模进行造型的过程；
将至少一个上述型芯铸模和金属铸模进行组装成完成铸模的过程；
向上述完成铸模中浇注铝合金的熔融金属的过程；
上述熔融金属凝固后的铸件冷却期间中，从上述铸件中将上述型芯铸模除去的过程；
对上述铝合金铸件进行T6或T7热处理的过程。
15、根据权利要求1-14任意一项所述的铸件的制造方法，其特征在于，上述的至少一种类型的水溶性粘结剂为聚乙烯醇或其衍生物中的至少一种，或者为淀粉或其衍生物中的至少一种。
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