專利名稱：熔模鑄造用樹(shù)脂砂芯的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬鑄造材料技術(shù)范疇，涉及適用于熔模鑄造的樹(shù)脂砂芯的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
熔模鑄造工藝流程大致為①模具設(shè)計(jì)制造與加工；②制蠟?zāi)?，蠟?zāi)Ｐ拚?，將蠟?zāi)：冈谀０羯?；③蠟?zāi)Ｄ＝M涂掛涂料及撒砂，涂層固化與干燥，反復(fù)多遍涂掛涂料與撒砂，直至模殼層厚達(dá)工藝要求(約8mm)；④將模組放入脫蠟室進(jìn)行熱水或蒸汽脫蠟，形成模殼；⑤將模殼放入焙燒爐內(nèi)(一般為燃?xì)饣蛉加停瑴囟燃s1000℃)焙燒1h左右，使模殼燒結(jié)，建立強(qiáng)度，使之能經(jīng)受高溫金屬液沖刷而不開(kāi)裂或潰散；⑥進(jìn)行澆注；⑦鑄件清理與檢驗(yàn)。
根據(jù)熔模鑄造的特點(diǎn)，對(duì)含有變截面、尺寸較窄小(截面積≤80mm2)、形狀彎曲等內(nèi)腔的鑄件，無(wú)法直接抽芯，必須采用型芯來(lái)形成鑄件的內(nèi)腔。熔模鑄造工藝對(duì)型芯的特殊要求在于①制蠟?zāi)r(shí)，能經(jīng)受射蠟壓力的沖擊；②脫蠟時(shí)，能經(jīng)受熱水的煮泡而不損壞、表面不掉砂③模殼焙燒時(shí)型芯能具有一定的高溫強(qiáng)度，經(jīng)1000℃約一小時(shí)的焙燒后不發(fā)生斷芯、型芯表面不開(kāi)裂；④澆注時(shí)型芯能承受鐵水的沖刷和靜壓力而不損壞或不掉砂；⑤清理時(shí)能經(jīng)過(guò)震動(dòng)、拋丸等方式去除砂芯、確保內(nèi)腔光潔。
目前熔模鑄造型芯的生產(chǎn)工藝有熱壓注陶瓷型芯、傳遞成形陶瓷型芯、灌漿成形陶瓷型芯、水溶性型芯、水玻璃砂型芯以及細(xì)管型芯、過(guò)渡性型芯等工藝。對(duì)于汽車及其它普通機(jī)械行業(yè)的鑄造生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，由于鑄件成本的限制，難以使用高成本的制芯工藝，必須尋求低成本的制芯方法。因此在這些行業(yè)中，CO2水玻璃砂芯和尿素芯應(yīng)用較為普遍，但這些型芯有其不足之處和應(yīng)用的局限性水玻璃砂型芯以石英砂和水玻璃為原料制芯，采用CO2氣體固化，砂芯表面需浸水玻璃強(qiáng)化，該法生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低，但脫芯困難(必須采用堿煮方法脫芯)、砂芯強(qiáng)度低，難以滿足大批量生產(chǎn)的要求；過(guò)渡性型芯一般是指尿素芯，用于無(wú)法直接抽芯成形的內(nèi)腔，該工藝將尿素芯置于壓型中壓制蠟?zāi)?，然后蠟?zāi)７湃胨袑⒛蛩匦救鄣粢孕纬设T件內(nèi)腔，往后的工序與其它工藝的一樣；該工藝僅適用能順利涂掛涂料和撒砂的內(nèi)腔，而且也難以保證鑄件的尺寸精度，生產(chǎn)成本較高，此法目前應(yīng)用較為廣泛。
目前，在生產(chǎn)內(nèi)腔表面質(zhì)量和尺寸精度要求不很嚴(yán)格的鑄件時(shí)，很多情況下，希望使用低成本型芯。在國(guó)外，最為典型的是日本學(xué)者提出的“Convert”法，它代表了近年來(lái)低成本型芯的新近發(fā)展。該“Convert”法，根據(jù)芯子的形狀、數(shù)量和質(zhì)量情況，選金屬或木質(zhì)或塑料芯盒，生產(chǎn)樹(shù)脂砂芯。然后將砂芯浸入硅酸鹽或堿金屬成分為基的混合粘結(jié)劑中幾分鐘，取出后在空氣中干燥。將空干后的砂芯放入壓型中，壓制蠟?zāi)；蚯度胂災(zāi)Ｖ校院罂砂凑５姆椒ㄖ菩蜌?、脫蠟、焙燒和澆注，生產(chǎn)熔模鑄件。砂芯易于清除，可用傳統(tǒng)的噴砂或噴水法去除殘余的砂芯。在國(guó)內(nèi)，經(jīng)查新有相關(guān)文獻(xiàn)兩篇一是太原礦山機(jī)械廠陳晉公等人申請(qǐng)的熔模鑄造用砂芯的生產(chǎn)方法(申請(qǐng)?zhí)柗謩e為88109008)，其開(kāi)發(fā)出了水玻璃-CO2法生產(chǎn)熔模鑄造用型芯的生產(chǎn)技術(shù)，該技術(shù)的要點(diǎn)為在石英砂及鋁礬土中加入一定量的改性水玻璃、聚氯乙烯、鄰苯二甲酸二丁酯，然后通CO2硬化，在200℃溫度下烘干，再涂鋯英粉耐火涂料，以聚氯乙烯加熱固化提供常溫強(qiáng)度，改性水玻璃通CO2硬化提供高溫強(qiáng)度，涂鋯英粉耐火涂料提高型芯的表面質(zhì)量，該法的缺點(diǎn)是砂芯常溫強(qiáng)度低而且易變形、脫芯較困難，芯砂、砂芯的存放性差，難以組織大批量生產(chǎn)。二是中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利代理部代理的由日本神奈川縣佐佐木信義申請(qǐng)的用于熔模鑄造的型芯，制備這種型芯的方法，以及制備內(nèi)部包含所述型芯的熔模鑄造鑄型的方法(申請(qǐng)?zhí)枮?7105530)，其開(kāi)發(fā)出了水玻璃加熱固化法生產(chǎn)熔模鑄造用型芯的生產(chǎn)技術(shù)，該技術(shù)的要點(diǎn)是在石英砂中加入一定量的水玻璃，然后通熱空氣(約150℃)硬化，硬化后的砂芯在硅酸乙酯溶液中浸泡，烘干，再涂掛硅酸乙酯鋯英粉涂料，該法的缺點(diǎn)也是砂芯常溫強(qiáng)度低而且易變形、脫芯較困難，芯砂、砂芯的存放性差，難以組織大批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明結(jié)合熔模鑄造工藝的特點(diǎn)，為了解決低成本砂芯常溫強(qiáng)度低、鑄件脫砂及芯砂、砂芯存放性差、不適應(yīng)大批量流水生產(chǎn)的問(wèn)題，提出一種熔模鑄造用樹(shù)脂砂芯的生產(chǎn)方法即按重量百分比，在65～85份SiO2含量不小于90％的石英砂中加入助熔劑15～35份，然后加入占骨料重量百分比2％～8％的液態(tài)鑄造樹(shù)脂與占樹(shù)脂量15％～60％的樹(shù)脂固化劑，混勻后加入占粉料重量3％～10％的高溫粘結(jié)劑再混勻，制芯，然后涂掛石英粉耐水燒結(jié)型涂料。該方法在硅砂中加入適宜比例的低熔點(diǎn)助熔劑，有效地提高高溫粘結(jié)劑在1000℃溫度下的燒結(jié)性能，從而保證砂芯澆注時(shí)的強(qiáng)度要求。同時(shí)采用液態(tài)樹(shù)脂作為粘結(jié)劑，能極大地提高砂芯的常溫強(qiáng)度、尺寸精度及生產(chǎn)效率，砂芯表面質(zhì)量好，芯砂和砂芯的存放性能好，能滿足大批量生產(chǎn)的需要。在芯砂配方中加入高溫粘結(jié)劑，與鑄造樹(shù)脂混合均勻，確保高溫粘結(jié)劑在砂芯中均勻分布，保證砂芯的高溫強(qiáng)度。使用石英粉耐水燒結(jié)型涂料，有效地提高涂料的燒結(jié)性能，從而提高砂芯的高溫強(qiáng)度，保證砂芯澆注時(shí)不發(fā)生斷芯；石英粉涂料中加有耐水型粘結(jié)劑，可以保證砂芯在脫蠟過(guò)程中有效地抵御熱水及蒸汽對(duì)砂芯的煮泡而不損壞、表面不掉砂。


圖1，實(shí)施實(shí)例一的鑄件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2，實(shí)施實(shí)例二的鑄件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本熔模鑄造用樹(shù)脂砂芯的生產(chǎn)方法，是按重量百分比，在65～85份石英砂中加入助溶劑15～35份，干混均勻后，加入占骨料重量百分比2％～8％的液態(tài)鑄造樹(shù)脂與占樹(shù)脂量15％～60％的液態(tài)固化劑，混勻后加入占粉料重量3％～10％的高溫粘結(jié)劑再混1min，制得樹(shù)脂芯砂后，用此芯砂在射芯機(jī)上進(jìn)行機(jī)器制芯或采用手工在芯盒中制芯，砂芯經(jīng)去毛刺修整后，涂掛石英粉耐水燒結(jié)型涂料，并在105℃～110℃溫度下烘干，待用。其中石英砂中的SiO2含量不小于90％；助熔劑是100目～320目的含SiO2≥95％石英粉，200目吸藍(lán)量≥30mL/100g土的膨潤(rùn)土。液態(tài)鑄造樹(shù)脂為鑄造用熱芯盒樹(shù)脂、冷芯盒樹(shù)脂和自硬砂樹(shù)脂，包括無(wú)氮呋喃樹(shù)脂(含氮量≤0.5％)、低氮呋喃樹(shù)脂(含氮量≤3.5％)、中氮呋喃樹(shù)脂(含氮量為6.5％～8.5％)和呋喃I(xiàn)型樹(shù)脂(含氮量為11％～13％)以及液態(tài)酚醛樹(shù)脂、Pep-Set酚醛樹(shù)脂、胺催化冷芯盒樹(shù)脂、SO2固化的呋喃樹(shù)脂等。液態(tài)固化劑是有機(jī)酸(鹽)、無(wú)機(jī)酸(鹽)，包括對(duì)甲苯磺酸水溶液、苯磺酸水溶液、NH4Cl水溶液、磺酸銅水溶液、CuCl2水溶液、60％～90％的磷酸溶液。高溫粘結(jié)劑是工業(yè)用一級(jí)硅溶膠、硅酸乙酯水解液及兩者的混合液。砂芯的制芯機(jī)器是熱芯盒射芯機(jī)、冷芯盒制芯機(jī)，手工制芯包括自硬砂工藝和手工制芯并進(jìn)行烘烤的工藝。耐水燒結(jié)型涂料的配方如下200目～320目石英粉 100％硅溶膠(工業(yè)一級(jí)品) 5～10％(占石英粉重量)膨潤(rùn)土(鑄造級(jí)，人工鈉基) 2～3％ (占石英粉重量)白乳膠(工業(yè)一級(jí)品) 4～6％ (占石英粉重量)CMC0.2～0.3％ (占石英粉重量)水 80％～100％(占石英粉重量)表面活性劑 0.1％ (占石英粉重量)正辛醇 0.1％ (占石英粉重量)實(shí)施實(shí)例一(1)鑄件基本情況鑄件名稱單向管接頭鑄件材質(zhì)YZG25鑄件重量70g
鑄件結(jié)構(gòu)特征見(jiàn)圖1，1為砂芯。
(2)芯砂配比21Q擦洗石英砂(SiO2含量為93％) 1000g200目石英粉(SiO2含量為99％) 200g熱芯盒低氮呋喃樹(shù)脂(含氮量3.0％)36g對(duì)甲苯磺酸水溶液(PTSA∶H2O＝6.5∶3.5) 9g硅溶膠(工業(yè)一級(jí)品) 48g(3)混砂工藝在容量為5000g的碾輪式混砂機(jī)中加入1000g石英砂與200g石英粉干混1min，加入9g甲苯磺酸水溶液混1min，再加入36g低氮呋喃樹(shù)脂混1min，最后加入48g硅溶膠混1min，出砂，盛放在容器中待用。
(4)制芯工藝采用Z861型熱芯盒射芯機(jī)制芯，將預(yù)制好的符合砂芯形狀的金屬芯盒安裝在制芯機(jī)上，芯盒溫度控制在230℃±10℃，射砂壓力0.5～0.7MPa，固化時(shí)間60s～80s，制取所需形狀和尺寸的砂芯。
(5)砂芯性能砂芯性能見(jiàn)表1。
表1砂芯性能測(cè)試結(jié)果

(6)砂芯涂料砂芯冷卻至室溫后，經(jīng)修整即可進(jìn)行涂料，涂料配比見(jiàn)表2。
表2熔模鑄造砂芯涂料基本配方

涂料性能見(jiàn)表3。
表3涂料基本理化性能

(7)砂芯使用制好的砂芯經(jīng)涂料及烘干、修整與檢驗(yàn)合格后，即可用于鑄造生產(chǎn)。制蠟?zāi)r(shí)，將砂芯置于壓型內(nèi)，按常規(guī)方法進(jìn)行壓蠟?zāi)?、脫模、修模、組裝模組，以及進(jìn)行制殼、脫蠟，形成帶有砂芯的型殼，然后按常規(guī)方法進(jìn)行焙燒后，將溫度為1550℃～1600℃的中碳鋼液澆入溫度為500℃～600℃的型殼內(nèi)。鑄件凝固、冷卻后，去除模殼、澆冒口，將鑄件放入拋丸清理滾筒內(nèi)清理30min，取出鑄件，進(jìn)行修整，檢驗(yàn)合格后即成為鑄件成品。
實(shí)施實(shí)例二(1)鑄件基本情況
鑄件名稱管接頭組鑄件材質(zhì)YZG35鑄件重量2.10Kg鑄件結(jié)構(gòu)特征見(jiàn)圖2，2為砂芯。
(2)芯砂配比21Q擦洗石英砂(SiO2含量為93％) 2000g200目石英粉(SiO2含量為99％) 300g熱芯盒低氮呋喃樹(shù)脂(含氮量3.0％) 92g磷酸溶液(濃度為80％) 18g硅溶膠(工業(yè)一級(jí)品) 92g(3)混砂工藝在容量為5000g的碾輪式混砂機(jī)中加入2000g石英砂與300g石英粉干混1min，加入18g磷酸溶液混1min，再加入92g低氮呋喃樹(shù)脂混min，最后加入92g硅溶膠混1min，出砂，盛放在容器中待用。
(4)制芯工藝采用手工制芯，在溫度為180℃±10℃的烘箱內(nèi)烘烤20分鐘。
(5)砂芯性能砂芯性能見(jiàn)表4。
表4砂芯性能測(cè)試結(jié)果

(6)砂芯涂料砂芯冷卻至室溫后，經(jīng)修整即可進(jìn)行涂料，涂料配比見(jiàn)表5。
表5熔模鑄造砂芯涂料基本配方

涂料性能見(jiàn)表6。
表6涂料基本理化性能

(7)砂芯使用制好的砂芯經(jīng)涂料及烘干、修整與檢驗(yàn)合格后，即可用于鑄造生產(chǎn)。制蠟?zāi)r(shí)，將砂芯置于壓型內(nèi)，按常規(guī)方法進(jìn)行壓蠟?zāi)?、脫模、修模、組裝模組，以及進(jìn)行制殼、脫蠟，形成帶有砂芯的型殼，然后按常規(guī)方法進(jìn)行焙燒后，將溫度為1550℃～1600℃的鋼液澆入溫度為500℃～600℃的型殼內(nèi)。鑄件凝固、冷卻后，去除模殼、澆冒口，將鑄件放入拋丸清理滾筒內(nèi)清理30min，取出鑄件，進(jìn)行修整，檢驗(yàn)合格后即成為鑄件成品。
權(quán)利要求
1.一種熔模鑄造用樹(shù)脂砂芯的生產(chǎn)方法即按重量百分比，在65～85份SiO2含量不小于90％的石英砂中加入助熔劑15～35份，然后加入占骨料重量百分比2％～8％的液態(tài)鑄造樹(shù)脂與占樹(shù)脂量15％～60％的液態(tài)固化劑，混勻后加入占粉料重量3％～10％的高溫粘結(jié)劑再混勻，制芯，然后涂掛石英粉耐水燒結(jié)型涂料。
2.如權(quán)利要求1所述的熔模鑄造用樹(shù)脂砂芯的生產(chǎn)方法，其特征在于所述助溶劑是100目～320目的SiO2含量不小于95％石英粉、200目的吸藍(lán)量不小于30mL/100g土的膨潤(rùn)土。
3.如權(quán)利要求1所述的熔模鑄造用樹(shù)脂砂芯的生產(chǎn)方法，其特征在于所述液態(tài)鑄造樹(shù)脂為鑄造用熱芯盒樹(shù)脂、冷芯盒樹(shù)脂和自硬砂樹(shù)脂，包括無(wú)氮呋喃樹(shù)脂、低氮呋喃樹(shù)脂、中氮呋喃樹(shù)脂和呋喃I(xiàn)型樹(shù)脂以及液態(tài)酚醛樹(shù)脂、Pep-Set酚醛樹(shù)脂、胺催化冷芯盒樹(shù)脂、SO2固化的呋喃樹(shù)脂。
4.如權(quán)利要求1所述的熔模鑄造用樹(shù)脂砂芯的生產(chǎn)方法，其特征在于所述液態(tài)固化劑是有機(jī)酸或有機(jī)酸鹽、無(wú)機(jī)酸或無(wú)機(jī)酸鹽，包括對(duì)甲苯磺酸水溶液、苯磺酸水溶液、NH4Cl水溶液、磺酸銅水溶液、CuCl2水溶液、60％～90％的磷酸溶液。
5.如權(quán)利要求1所述的熔模鑄造用樹(shù)脂砂芯的生產(chǎn)方法，其特征在于所述高溫粘結(jié)劑是硅溶膠、硅酸乙酯水解液及兩者的混合液。
6.如權(quán)利要求1所述的熔模鑄造用樹(shù)脂砂芯的生產(chǎn)方法，其特征在于所述耐水燒結(jié)型涂料的配方如下200目～320目石英粉 100％硅溶膠(工業(yè)一級(jí)品) 5～10％(占石英粉重量)膨潤(rùn)土(鑄造級(jí)，人工鈉基)2～3％ (占石英粉重量)白乳膠(工業(yè)一級(jí)品) 4～6％ (占石英粉重量)CMC 0.2～0.3％ (占石英粉重量)水 80％～100％(占石英粉重量)表面活性劑 0.1％ (占石英粉重量)正辛醇 0.1％ (占石英粉重量)
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熔模鑄造用樹(shù)脂砂芯的生產(chǎn)方法即按重量百分比，在65～85份SiO
文檔編號(hào)B22C9/10GK1394705SQ0213871
公開(kāi)日2003年2月5日 申請(qǐng)日期2002年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月23日
發(fā)明者盧定全, 肖冬 申請(qǐng)人:東風(fēng)汽車公司