專利名稱：鑄造用潰散性砂芯的制造方法及該砂芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用壓鑄法等進行壓力鑄造時所用的鑄造用潰散性砂芯的制造方法及該砂芯。
背景技術(shù)：
以往，例如在鋁合金等的鑄造中，廣泛使用壓鑄法等將熱熔液以高速高壓注入金屬模型的壓力鑄造法。在利用該壓鑄法制造諸如具有圓柱狀冒口和冒口管等中空部分的產(chǎn)品時，必須使用具有耐高速高壓的強度、且潰散性好的砂芯。因此，出現(xiàn)了多項著眼于上述課題的壓力鑄造用砂芯的制造方法，例如，日本專利公開公報昭58-128245號和日本專利公開公報平8-300102號等。
日本專利公開公報昭58-128245號揭示了以下砂芯的制造方法，即，使用有機粘接劑來進行砂芯造型，在此砂芯表面涂敷摻有耐火材料的漿料，經(jīng)干燥后形成第一涂覆層。然后在第一涂覆層表面涂敷云母水溶液，經(jīng)干燥后形成第二涂覆層。該方法中，為了保護砂芯，在第一涂覆層上再用耐火材料和硅膠等無機物溶液進行涂膜處理。為了防止熱熔液進入第一涂覆層上的微小裂紋中，同時為了使砂芯更容易從鑄件表面除去而形成第二涂覆層。但是，由于必須形成兩層、且每層還要放干燥爐內(nèi)干燥10～15分鐘，這樣僅僅進行干燥就得花20分鐘以上，所以作業(yè)時間長，批量生產(chǎn)效率低。此外，因為必須使用干燥爐，所以還得增加設(shè)備成本和電力成本，增加干燥工序的工序管理，其結(jié)果是大大增加了制造成本。
另一方面，圖3所示為日本專利公開公報平8-300102號中的壓力鑄造用砂芯的制造工藝流程圖。如圖3所示，該方法中，燒制砂芯后在砂芯具有溶液熱固化所需要的足夠熱量時，將酚醛樹脂乙醇溶液涂敷在砂芯表面。然后，待砂芯溫度達到60～100℃后涂敷耐火材料漿液，再置干燥爐內(nèi)干燥。采用此方法時，為了防止耐火材料和砂芯結(jié)合，造成鑄造后砂芯的潰散性變差，必須在砂芯表面涂敷酚醛樹脂。但是，在由耐火材料漿料形成涂覆層前，由于要在砂芯上涂敷酚醛樹脂乙醇溶液，所以氣化熱的作用會使砂芯的溫度急劇下降，為了干燥后續(xù)工序中涂敷的耐火材料漿液，還必須通過干燥爐額外進行強制干燥。另外，因為粘度高達500～2000cP，所以如果砂芯溫度高，則涂覆層的膜厚變厚，砂芯的尺寸精度不能維持。同時，為了形成平滑的涂覆層表面，并防止因砂芯熱的作用而在涂覆層產(chǎn)生氣泡，防止鑄件制品產(chǎn)生缺陷，還必須將砂芯溫度控制在60～100℃，這樣就必須在砂芯上涂敷耐火材料漿液。因此，為了干燥耐火材料漿液，還必須通過干燥爐進行強制干燥，這樣就增加了干燥爐的設(shè)備成本和電力成本，還必須有干燥工序的管理。另外，因為干燥要花10～20分鐘，所以導(dǎo)致作業(yè)時間變長，作業(yè)效率下降。如圖3所示，此方法必須包括砂芯燒制工序、在砂芯上涂敷樹脂的工序、涂敷耐火材料漿液的工序和在120℃干燥爐內(nèi)進行干燥的工序等四道工序，這樣制造成本也就增加了。
本發(fā)明就是基于上述課題而完成的發(fā)明，其目的是提供一種鑄造用潰散性砂芯的制造方法及該砂芯，所述制造方法的特征是具有抵抗熱熔液流入時的高速高壓的足夠強度，能防止熱熔液進入砂芯表面，鑄造后的潰散性良好，不需要干燥爐等干燥用特殊設(shè)備，能大幅度縮短作業(yè)工序和作業(yè)時間，并能夠保持高效率的批量生產(chǎn)，生產(chǎn)成本有所下降。
發(fā)明的內(nèi)容為了解決上述課題，本發(fā)明提供了以下鑄造用潰散性砂芯的制造方法，該方法的特征是，燒制用粘接劑覆蓋的鑄造砂形成砂芯后，在具有表面溫度為120～160℃的余熱的砂芯表面涂敷由微粉耐火材料和熱固性樹脂組成的涂料溶液，然后利用砂芯的余熱干燥涂料溶液，形成涂覆層。
干燥手段采用自然干燥。
鑄造砂的粒度在AFS70以上。
微粉耐火材料的平均粒徑在1μm以下。
將具有余熱的砂芯放在粘度為20～55cP的涂料溶液中浸漬2～5秒，使涂料溶液涂敷在砂芯表面。
本發(fā)明還包括權(quán)利要求1～5中任一項所述的鑄造用潰散性砂芯的制造方法制得的鑄造用潰散性砂芯。


圖1為本發(fā)明的鑄造用潰散性砂芯的制造方法的實施方式中的制造工藝流程圖。
圖2是按照圖1的制造工藝制得的鑄造用潰散性砂芯表面部分的局部截面放大圖。
圖3為以往的鑄造用砂芯的制造工藝流程圖。
圖中符號說明10為砂芯燒制工序，12為涂料溶液涂敷工序，14為涂料溶液干燥工序，16為鑄造砂，18為砂芯，20為微粉耐火材料，22為涂覆層。
具體實施例方式
以下參照

本發(fā)明的實施方式。圖1表示本發(fā)明的鑄造用潰散性砂芯的制造方法的實施方式1中的主要制造工序。本發(fā)明的鑄造用潰散性砂芯的制造方法是一種具有耐高速高壓強度、且潰散性良好的砂芯的制造方法，其主要工序是燒制砂芯后，在砂芯還保持余熱時涂敷涂料溶液，利用砂芯的余熱使涂料溶液干燥形成涂覆層，該方法不需要干燥爐。
本實施方式的鑄造用潰散性砂芯的制造方法如圖1所示，由砂芯燒制工序10、涂料溶液涂敷工序12和涂料溶液干燥工序14組成。
在砂芯燒制工序10中，燒制用粘接劑覆蓋的鑄造砂形成規(guī)定形狀的砂芯。鑄造砂可采用硅砂、鋯英砂或氧化鋁等鑄造砂。在本實施方式中，鑄造砂以使用粒度在AFS70以上的硅砂為佳，更好的是使用粒徑小、材料成本低的阿魯巴尼(商品名)。如果使用AFS70以下的鑄造砂，則很難形成設(shè)定了膜厚的涂覆層。如果使用AFS70以上的鑄造砂，則在砂芯表面涂敷后述的涂料溶液時，在砂芯內(nèi)部不會不必要地過量浸透涂料溶液，依靠涂覆層可以防止砂芯的潰散性變差，同時還可能形成設(shè)定了膜厚的涂覆層。此外，還可以防止鑄造時高速高壓熱熔液造成的砂芯收縮，控制尺寸精度的誤差。另外，使用少量的粘接劑就能確保砂芯的強度，降低制造成本。
粘接劑可以使用酚醛樹脂、丙烯酸樹脂和其他熱固性樹脂。鑄造砂中摻入熱固性樹脂，制成樹脂涂料砂，燒制該樹脂涂料砂，經(jīng)造型即制得砂芯。鑄造后，采用壓碎機等設(shè)備能夠容易地使之潰散，形成潰散性良好的砂芯。另外，為了改善鑄造后砂芯的潰散性，在形成樹脂涂料砂時，也可以添加潰散劑。在本實施方式中，砂芯的燒制方法可以采用吹氣造型法等，將樹脂涂料砂和空氣一起送入砂芯金屬模中，在300℃下燒制約60秒鐘，造型形成砂芯。
砂芯表面涂敷涂料溶液的工序12中，在燒制后的砂芯還具有表面溫度為120～160℃的余熱時，將涂料溶液涂敷在砂芯表面。所用涂料溶液是由微粉耐火材料和熱固性樹脂混合而成的溶液，干燥后覆蓋在砂芯表面，可防止熱熔液進入砂芯內(nèi)，同時還可以在鑄造后使砂芯潰散時形成剝離性良好的涂覆層。
微粉耐火材料可使用耐火度較高的鋯英砂粉和氧化鋁粉，但并不僅限于鋯英砂粉和氧化鋁粉，也可使用其他耐火度較高的材料。微粉耐火材料的平均粒徑以1μm為佳。在涂敷工序中，砂芯浸漬于槽內(nèi)耐火材料漿液中時，隨著時間的變化，漿液中的耐火材料沉淀，可不進行頻繁的攪拌作業(yè)，而是連續(xù)不斷地進行涂敷作業(yè)，確保砂芯的批量生產(chǎn)。另外，因為耐火材料均勻分布在整個涂覆層上，所以不容易產(chǎn)生裂紋，同時還可防止熱熔液浸透涂覆層表面，能在鑄造的最終工序中保持良好的潰散性和剝離性。而且，因為在形成涂覆層時，表面容易平滑化，所以可以制造表面平滑度高的鑄造制品。
在本實施方式中，所用涂料溶液的熱固性樹脂是水溶性堿性酚醛樹脂，將其添加于耐火材料與水的混合溶液中，即制成涂料溶液。另外，涂料溶液的熱固性樹脂并不僅限于水溶性堿性酚醛樹脂，還可采用其他任何樹脂。水溶性堿性酚醛樹脂具有粘接劑的作用，它受熱固化，能把鋯英石粉砂等耐火材料粘著在砂芯表面。這樣可生成能抵抗?jié)沧r的高速高壓的表面強度較高的砂芯。另外，水溶性堿性酚醛樹脂也可以作為涂料溶液的粘度調(diào)節(jié)劑。為了維持耐壓性和尺寸精度，涂覆層的層厚最好在0.1～0.4mm的范圍內(nèi)，為了形成該厚度的涂覆層，涂料溶液的粘度最好設(shè)定在20～55cP(0.02～0.055P.s)的范圍內(nèi)。因為涂料溶液在pH為9～12的范圍內(nèi)時可達此粘度，所以在耐火材料和水的混合溶液中添加0.5～4.0重量％的水溶性堿性酚醛樹脂以調(diào)節(jié)粘度。涂料溶液的粘度如果高于55cP，則在有余熱的砂芯上進行涂敷時，在余熱的作用下會產(chǎn)生氣泡，另外溶液不均勻，導(dǎo)致涂層的不均勻性增加，結(jié)果造成鑄造時熱熔液滲入和鑄件表面變粗糙等現(xiàn)象，制得質(zhì)量不佳的鑄件制品。另外，為了使溶液易于混合，可在涂料溶液中添加表面活性劑。為了防止因涂料溶液攪拌引起的發(fā)泡現(xiàn)象，也可以添加消泡劑。
如前所述，砂芯的余熱以砂芯的表面溫度保持在120～160℃的范圍內(nèi)為佳。在砂芯的表面溫度低于120℃的情況下，光靠砂芯的余熱不能完全干燥涂料溶液、酚醛樹脂也固化不了，所以，已剝離的涂覆層因水分和壓力被卷入鑄造時以高速高壓注入的熱熔液中，導(dǎo)致鑄件制品出現(xiàn)缺陷。為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，最終還得使用干燥爐等設(shè)備。另一方面，在砂芯的表面溫度高于160℃的情況下，涂敷涂料溶液時，由于砂芯的余熱會使涂料溶液內(nèi)產(chǎn)生氣泡，損壞砂芯表面的平滑度，所以熱熔液會進入砂芯中，使剝離性變差，砂子粘在鑄件表面，導(dǎo)致鑄件制品出現(xiàn)缺陷。砂芯的表面溫度在120～160℃的情況下，砂芯的溫度不會使涂覆層產(chǎn)生氣泡，涂敷涂料溶液后，只要設(shè)置在常溫下就可利用砂芯的余熱進行干燥，使涂覆層固化。
在本實施方式中，將具有120～160℃表面溫度的余熱的砂芯置于上述粘度調(diào)整為20～55cP的涂料溶液中浸漬2～5秒完成涂敷。在上述粘度條件下，浸漬時間如果少于2秒，則涂料溶液不能充分涂敷在砂芯表面，而浸漬時間如果多于5秒，則涂覆層太厚，尺寸精度不理想，或者使涂料溶液不必要地在砂芯內(nèi)部過分浸透，從而導(dǎo)致鑄造后的潰散性變差，所以浸漬時間以2～5秒為佳。此外，往砂芯表面涂敷涂料溶液時，不限于浸漬，還可以采用噴涂、毛刷涂抹等方法來涂敷。
在涂料溶液的干燥工序14中，所用干燥手段是自然干燥，只利用砂芯的余熱來干燥涂料溶液形成涂覆層。在本實施方式中，涂敷涂料溶液后，只需在常溫下放置約5分鐘即可干燥完全。因此，既可免去干燥爐等設(shè)備，又能縮短作業(yè)時間。另外，因為砂芯表面的涂覆層只有一層，所以作業(yè)效率較高。
圖2是用上述制造方法制得的鑄造用潰散性砂芯的一部分的表面部分的截面放大圖。對以酚醛樹脂等15為粘接劑的鑄造砂16進行燒制造型后的砂芯18表面，形成由鋯英砂粉等微粉耐火材料20和水溶性堿性酚醛樹脂所組成的涂覆層22。另外，圖2中只部分顯現(xiàn)了鑄造砂16用酚醛樹脂等15粘接的狀態(tài)，實際上砂粒之間是用酚醛樹脂等粘接的。
以下說明本發(fā)明的鑄造用潰散性砂芯的制造方法的實施例1。鑄造砂采用AFS70以上的阿魯巴尼(商品名)，將以水溶性堿性酚醛樹脂為粘接劑的樹脂涂料砂置于300℃的金屬模型中燒制60秒鐘，形成砂芯。然后，在燒制后的砂芯的表面溫度為120～160℃的狀態(tài)下，將該砂芯置于由表1所示材料混合、充分?jǐn)嚢瓒纬傻恼扯葹?0～55cP、pH為9～12的涂料溶液中，浸漬2～5秒鐘。接著，取出砂芯，于常溫干燥。從涂料溶液涂敷后約300秒之后，在砂芯表面形成涂覆層。將該砂芯置于金屬模型中，在鑄造壓力為800kg/cm2、提拉速度為2.1m/s的條件下，通過壓鑄法對溫度為690℃的鋁合金熱熔液進行鑄造。鑄造后用翻轉(zhuǎn)機進行脫砂，約60秒鐘后砂子完全除去，鑄件表面的砂子和粘在涂覆層的殘砂幾乎除凈，得到鑄件表面平滑、質(zhì)量很好的鋁金屬表層制品。
表1

以下說明本發(fā)明的鑄造用潰散性砂芯的制造方法的實施例2。與實施例1同樣，造型形成砂芯。將表面溫度為120～160℃的砂芯置于由表1所示材料混合、充分?jǐn)嚢瓒玫恼扯葹?0～55cP、pH為9～12的涂料溶液中，浸漬2～5秒鐘后，取出砂芯。然后，于常溫下自然干燥。從涂料溶液涂敷后約300秒之后，在砂芯表面形成涂覆層。將該砂芯置于金屬模型中，在鑄造壓力為800kg/cm2、提拉速度為2.1m/s的條件下通過壓力鑄造方法對溫度為690℃的鋁合金熱熔液進行鑄造。鑄造后用翻轉(zhuǎn)機進行脫砂，約60秒鐘后砂子完全除去，鑄件表面的砂子和粘在涂覆層的殘砂幾乎除凈，得到鑄件表面平滑、質(zhì)量很好的鋁金屬表層制品。
表2

本發(fā)明的鑄造用潰散性砂芯的制造方法及該砂芯并不僅限于上述實施例，在不超出權(quán)利要求書要求保護的范圍的情況下可任意加以變換。
如上所述，按照本發(fā)明的鑄造用潰散性砂芯的制造方法，燒制用粘接劑覆蓋的鑄造砂，形成砂芯，在具有表面溫度為120～160℃的余熱的砂芯表面，涂敷由微粉耐火材料和熱固性樹脂組成的涂料溶液，然后通過該砂芯的余熱干燥該涂料溶液，形成涂敷層。因為有這種結(jié)構(gòu)，所以在用壓鑄法等進行壓力鑄造時，具有抵抗?jié)沧r高速高壓的強度，且可使熱熔液不進入砂芯表面，制造出鑄造后的潰散性良好的砂芯。與此同時，因為砂芯的制造工藝只有燒制砂芯工序、涂敷涂料溶液工序和干燥工序等很少的幾個工序，而且形成的涂覆層只有一層，所以可大大減輕操作強度，用較低的成本就可以制得砂芯。另外，利用燒制后的120～160℃的砂芯表面溫度的余熱干燥涂料溶液，所以不需要干燥爐等干燥用設(shè)備，并能夠在非常短的時間內(nèi)即可干燥完全，這樣就縮短了作業(yè)時間，提高了制造效率，用較低的成本就可以制得砂芯。
因為干燥所用的干燥手段是自然干燥，所以不需要設(shè)置干燥爐等干燥用設(shè)備，故可削減運轉(zhuǎn)成本，包括設(shè)備成本、電力成本或設(shè)備管理中的人員工資成本等。
因為鑄造砂的粒度在AFS70以上，所以可防止涂料溶液不必要地過量浸透到砂芯內(nèi)部，防止鑄造后潰散性變差。此外，還可形成厚度適當(dāng)?shù)耐扛矊?，防止壓力鑄造時帶來的砂芯收縮，維持尺寸精度。另外，用少量粘接劑即能確保砂芯強度。
因為微粉耐火材料的平均粒徑在1μm以下，所以在涂敷工序中，將砂芯浸漬在槽內(nèi)的耐火材料漿液中時，隨著時間的變化，漿液中的耐火材料沉淀，不必頻繁地進行攪拌作業(yè)就可以連續(xù)不斷地進行涂敷作業(yè)，確保砂芯的批量生產(chǎn)。此外，在形成涂覆層時，表面難以生成裂紋，所以可防止熱熔液的進入。當(dāng)砂芯潰散后，可制得砂芯和涂覆層幾乎不粘結(jié)、能夠鑄造出表面平滑的鑄件制品的砂芯。
因為涂料溶液的粘度在20～55cP之間，通過將具有余熱的砂芯浸漬在涂料溶液中2～5秒鐘來對砂芯表面進行涂敷，所以帶有余熱的砂芯即便浸漬在涂料溶液中，涂料溶液也不會產(chǎn)生氣泡，能夠形成具有規(guī)定厚度的涂覆層。另外，涂料溶液不會過量地浸入砂芯內(nèi)部，所以可以維持制造后砂芯的良好潰散性。
因為本發(fā)明的砂芯是通過上述鑄造用潰散性砂芯的制造方法制得的鑄造用潰散性砂芯，所以它具有抵抗壓鑄法等壓力鑄造法中澆注熱熔液時產(chǎn)生的高速高壓的強度，可防止熱熔液進入砂芯表面，是一種鑄造后潰散性良好的砂芯，且制造成本低廉。
權(quán)利要求
1.鑄造用潰散性砂芯的制造方法，其特征在于，燒制用粘接劑覆蓋的鑄造砂形成砂芯后，在具有表面溫度為120～160℃的余熱的砂芯表面涂敷由微粉耐火材料和熱固性樹脂組成的涂料溶液，然后利用砂芯的余熱干燥涂料溶液，形成涂覆層。
2.如權(quán)利要求1所述的鑄造用潰散性砂芯的制造方法，其特征還在于，所用干燥手段為自然干燥。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鑄造用潰散性砂芯的制造方法，其特征還在于，鑄造砂的粒度在AFS70以上。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項所述的鑄造用潰散性砂芯的制造方法，其特征還在于，微粉耐火材料的平均粒徑在1μm以下。
5.如權(quán)利要求1～4中任一項所述的鑄造用潰散性砂芯的制造方法，其特征還在于，涂料溶液的粘度為20～55cP，將具有余熱的砂芯放在該涂料溶液中浸漬2～5秒，使涂料溶液涂覆在砂芯表面。
6.鑄造用潰散性砂芯，所述砂芯由權(quán)利要求1～5中任一項所述的鑄造用潰散性砂芯的制造方法制得。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種不需要干燥爐等設(shè)備，能保持高作業(yè)效率、低制造成本的鑄造用潰散性砂芯的制造方法及該砂芯。該方法是燒制砂芯，在具有表面溫度為120～160℃的余熱的砂芯表面涂敷由微粉耐火材料和熱固性樹脂組成的涂料溶液后，利用砂芯的余熱干燥涂料溶液，形成涂覆層。因為是利用燒制砂芯的余熱自然干燥涂料溶液，所以不必采用干燥爐等設(shè)備，而且可在短時間內(nèi)完成干燥。
文檔編號B22C9/00GK1443613SQ0212642
公開日2003年9月24日 申請日期2002年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月11日
發(fā)明者藤本軍八, 村上充德, 村田邦一, 川內(nèi)敦, 坂本晃久 申請人:九州柳河精機株式會社