專利名稱：鑄造用砂模和型芯的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)鑄造用砂模和型芯的生產(chǎn)方法，在此方法中，砂?；蛐托竞幸环N依靠二氧化碳?xì)怏w通過(guò)該砂模和型芯而固化或硬化的粘結(jié)劑。該方法可用于生產(chǎn)砂模，但它特別適用于生產(chǎn)砂芯，本文將描述這種方法。在下文中，術(shù)語(yǔ)“型芯”的含義也包括模型在內(nèi)。
多年以來(lái)，在鑄造業(yè)方面的常用方法是以由砂子和作為粘結(jié)劑的含水硅酸鈉組成的混合物來(lái)制造鑄造用型芯，并依靠將二氧化碳通過(guò)該型芯而使硅酸鈉固化或硬化。
近年以來(lái)，如在美國(guó)專利US4977209和US4，985，489中所述，已經(jīng)研究出一種用于制造鑄造用型芯的方法，在此方法中，用砂子與一種粘結(jié)劑的混合物來(lái)制造型芯，該粘結(jié)劑含有一種酚醛樹(shù)脂的堿性水溶液以及一種能與該樹(shù)脂形成穩(wěn)定配合物的含氧陰離子。該粘結(jié)劑含有足夠的堿以穩(wěn)定該樹(shù)脂并防止在樹(shù)脂與含氧陰離子之間形成穩(wěn)定的配合物，并含有足夠的含氧陰離子，以便在一旦允許形成穩(wěn)定配合物時(shí)能使該樹(shù)脂固化。將二氧化碳通過(guò)用砂子與粘結(jié)劑制成的型芯以降低粘結(jié)劑的堿性，并借此使含氧陰離子與樹(shù)脂形成穩(wěn)定的配合物，因此使樹(shù)脂固化，這樣就制得了最后成品的型芯。
在上述兩種使用二氧化碳?xì)獾姆椒ㄖ?，常用的步驟是將二氧化碳?xì)夂?jiǎn)單地通過(guò)可透氣的型芯。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，如果在充氣操作中不讓二氧化碳?xì)庵苯拥赝ㄟ^(guò)該型芯而是使它在型芯中停留一小段時(shí)間，那么就可以獲得較好的效果。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于制造鑄造用砂芯的方法，該方法包含下列步驟(1)提供一個(gè)用于裝型芯的型芯盒，(2)往型芯盒中注入由砂子與一種借助二氧化碳?xì)鈦?lái)固化的粘結(jié)劑所組成的混合物以形成型芯，(3)在加壓下將二氧化碳?xì)獬淙胄托竞幸猿錆M該型芯盒，(4)使型芯與二氧化碳?xì)獗３纸佑|以固化該粘結(jié)劑，(5)釋放壓力并讓二氧化碳?xì)鈴男托竞兄信懦?，以?6)從型芯盒中取出已固化的型芯。
該方法適合于用一種由砂子與含水硅酸鈉粘結(jié)劑組成的混合物來(lái)生產(chǎn)型芯，但它特別適合于用砂子與這樣一種粘結(jié)劑的混合物來(lái)生產(chǎn)型芯，該粘合劑由一種酚醛樹(shù)脂的堿性水溶液和一種能與該樹(shù)脂形成穩(wěn)定配合物的含氧陰離子(如硼酸根)所組成，這種組成在美國(guó)專利US4，977，209和US4，985，489中有所記載。
根據(jù)一種用來(lái)將砂子/粘結(jié)劑注入型芯盒中的方法和設(shè)備，可能必要在注入步驟之后以振動(dòng)或錘擊的方法將該混合物搗實(shí)，然后再進(jìn)行充氣操作。
在實(shí)施本發(fā)明的方法時(shí)，最好將二氧化碳?xì)庖砸环N較低的輸入流量充入該型芯盒。當(dāng)將該方法以較大的規(guī)模應(yīng)用于鑄造產(chǎn)生實(shí)踐時(shí)，二氧化碳?xì)獾牧髁客ǔ＜s為85-570L/min。但當(dāng)將該方法以較小的規(guī)模來(lái)實(shí)施時(shí)，例如在實(shí)驗(yàn)室中生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)用的砂芯時(shí)，須用低得多的流量，例如約5-15L/min。二氧化碳?xì)馔ǔＲ?-1.75kg/cm的壓強(qiáng)充入型芯盒，充氣時(shí)間5-15秒。最好使型芯與二氧化碳?xì)獾慕佑|在0.8-1.25kg/cm的靜壓下保持約相當(dāng)于充氣時(shí)間3倍的一小段時(shí)間。
實(shí)際上本發(fā)明的方法可以很容易地應(yīng)用于大多數(shù)由型芯噴砂器和型芯盒所組成的常規(guī)型芯制造設(shè)備，并且可等效地用于垂直打開(kāi)式與水平打開(kāi)式兩種型芯盒。在型芯盒的兩個(gè)半部的排氣方向一側(cè)，需要安裝一個(gè)排氣充氣箱，以便在充氣步驟中提供一種正壓密封。在制造型芯的工藝中，當(dāng)所用的粘結(jié)劑需要依靠二氧化硫氣或胺蒸氣來(lái)固化時(shí)，用于制造這類型芯的型芯制造裝置就特別適合使用這類充氣箱來(lái)充氣。在每一個(gè)充氣箱上要接上一根或多根排氣管，而在每一根排氣管上需裝上一種用于打開(kāi)和關(guān)閉該排氣管的裝置，例如電磁閥或氣動(dòng)閥等，以便在噴入砂子/粘結(jié)劑混合物時(shí)能打開(kāi)閥門(mén)以使排氣管與大氣連通，而在需要將二氧化碳充入型芯盒以及將其保持于型芯盒中時(shí)關(guān)閉閥門(mén)，并且在最后需要釋放二氧化碳?xì)夂腿〕鲂托緯r(shí)打開(kāi)閥門(mén)。在充氣過(guò)程結(jié)束時(shí)可以簡(jiǎn)單地讓二氧化碳從排氣管排入大氣中。
在垂直打開(kāi)式的型芯盒的情況下，二氧化碳?xì)饪赏ㄟ^(guò)型芯盒的頂部或底部，或從上方或下方，以較低的流量和壓力充入型芯盒中。在水平打開(kāi)式的型芯盒的情況下，需要做一些小改動(dòng)。
通常，二氧化碳充入型芯盒的時(shí)間約為5-12秒，而用于使氣體與型芯接觸所需的保持時(shí)間或稱停留時(shí)間約等于充氣時(shí)間的3倍。
與過(guò)去的將二氧化碳直接通過(guò)型芯的方法相比，本發(fā)明的方法具有很多優(yōu)點(diǎn)，特別是在使用美國(guó)專利US4，977，209和US4，985，489中所記載的粘結(jié)劑來(lái)生產(chǎn)型芯的情況下更能顯出這些優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的方法可以提高“剛結(jié)束充氣”時(shí)的型芯強(qiáng)度，也就是剛剛從型芯盒中取出該型芯時(shí)的型芯強(qiáng)度，甚至在減少粘結(jié)劑的情況下也是如此。
本發(fā)明的方法還能使整個(gè)型芯中的粘結(jié)劑均勻地固化并能以較低的二氧化碳?xì)饬髁繉?duì)一些大型的或復(fù)雜的型芯進(jìn)行固化處理，這樣就避免了可能發(fā)生于高氣體流量情況下的粘結(jié)劑脫水現(xiàn)象。
在固化型芯時(shí)消耗的二氧化碳量可以顯著地降低。
由于這種方法可使粘結(jié)劑的含量降低，因此可以提高砂子/粘結(jié)劑的可流動(dòng)性，所以很容易地將型芯打碎并從金屬鑄造件上除去。
這種型芯的生產(chǎn)方法是有效的和迅速的，并且要比那些使用需依靠噴入氣體來(lái)固化的有機(jī)粘合劑的其他方法更為有利。
現(xiàn)在參考附圖
來(lái)解釋本發(fā)明，該附圖是表示在實(shí)施該方法時(shí)所用設(shè)備的示意圖。
在此附圖中，可垂直地打開(kāi)成2，3兩個(gè)半部的型芯盒1具有一個(gè)用于裝載型芯5的腔室4。該腔室4與一組穿過(guò)型芯盒半部2，3而通向排氣充氣箱8的通氣管6相連接。該腔室4還與一條通向型芯盒1頂部并通到用于充入二氧化碳?xì)獾某錃忸^10處的通道9相連接。每一個(gè)排氣充氣箱皆具有一根配備有電磁閥12的排氣管11。
在使用時(shí)，將型芯盒的兩個(gè)半部2，3結(jié)合在一起，并且將電磁閥12向大氣打開(kāi)。用一個(gè)型芯噴砂器把一種由砂子與一種含有酚醛樹(shù)脂的堿性水溶液和含氧陰離子鹽(例如硼酸鹽)的粘結(jié)劑所組成的混合物噴入型芯盒1中以形成型芯5，噴射壓力可為，例如3.5-4.2kg/cm2，噴射時(shí)間1-2S。然后關(guān)閉電磁閥12，并卸下噴砂器(未示出)的接頭，再在通道9的上方位置裝上充氣頭10以密封該型芯盒1。將來(lái)自氣源(未示出)的二氧化碳?xì)庖岳?5-570L/min的流量和1-1.75kg/cm2的壓強(qiáng)通過(guò)充氣頭10而充入型芯5中，以使其充滿腔室4、通氣管6和每一個(gè)排氣充氣箱8。充氣時(shí)間是短的，通常為5-10S，但充氣時(shí)間可以變化，這要取決于型芯的體積。在此時(shí)，“靜態(tài)的”型芯盒壓強(qiáng)約為0.8-1.25kg/cm2。然后在電磁閥12仍處于關(guān)閉和充氣頭10仍處于原位的狀態(tài)下切斷二氧化碳?xì)饬鳎⑹剐托九c二氧化碳的接觸保持一段所需的停留時(shí)間，此段時(shí)間約等于充氣時(shí)間的3倍。
最后打開(kāi)電磁閥12以允許二氧化碳?xì)馀懦?，卸下充氣頭10，將型芯盒1打開(kāi)并將型芯取出。
在停留時(shí)間內(nèi)，可能有少量二氧化碳?xì)饴┏觯缤ㄟ^(guò)兩個(gè)半部2和3之間的接縫處以及充氣頭10和型芯盒1頂部之間的接縫處漏出。這種泄漏是可以接受的，條件是在停留時(shí)間結(jié)束時(shí)，在型芯盒內(nèi)的靜壓仍能保持約0.3-0.6kg/cm2。
本發(fā)明還將通過(guò)下面的實(shí)施例來(lái)解釋，此實(shí)施例把一種借助CO2充氣處理來(lái)生產(chǎn)型芯的常規(guī)方法與本發(fā)明的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的方法進(jìn)行對(duì)比。
用一種Wedron510石英砂與ECOLOTEC2000(這是從市面上購(gòu)得的一種含有硼酸根離子的酚醛樹(shù)脂堿性水溶液)的混合物作為原料，在一個(gè)金屬管中以標(biāo)準(zhǔn)的三次錘出技術(shù)(threeramtechnique)生產(chǎn)出一種標(biāo)準(zhǔn)的AFSφ50mm×150mm圓柱狀實(shí)驗(yàn)用砂芯。
準(zhǔn)備兩種用于進(jìn)行二氧化碳?xì)獬錃馓幚淼男托?，其中一種的粘結(jié)劑含量為3.0%(重量，以砂子的重量為基準(zhǔn))，將該型芯按常規(guī)的方法充氣以使二氧化碳?xì)庵苯油ㄟ^(guò)型芯;另一種的粘結(jié)劑含量為2.5%(重量，以砂子的重量為基準(zhǔn))，將該型芯按本發(fā)明的方法來(lái)處理。
為了對(duì)這些型芯進(jìn)行充氣操作，在所說(shuō)管子的一端，用一個(gè)蓋子密封起來(lái)，該蓋子帶有一根與進(jìn)氣閥和二氧化碳供氣源相連接的進(jìn)氣管，而在另一端也用一個(gè)蓋子密封起來(lái)，該蓋子帶有一根與壓力表和排氣閥相連接的排氣管。
用兩種方法來(lái)處理這些型芯，一種方法是在打開(kāi)排氣閥的狀態(tài)下將二氧化碳直接通過(guò)型芯(“常規(guī)”)，另一種方法是首先將二氧化碳充入型芯及管子中，接著在關(guān)閉排氣閥的狀態(tài)下使型芯與二氧化碳?xì)獗３纸佑|，然后將排氣閥打開(kāi)以便讓二氧化碳排出(“本發(fā)明”)。最后測(cè)定這兩種經(jīng)過(guò)充氣處理的型芯的抗壓強(qiáng)度。
現(xiàn)將實(shí)驗(yàn)條件與所獲結(jié)果列表如下充氣方法常規(guī)本發(fā)明型芯重(平均)172g172g砂子溫度70°F70FCO2溫度 70°F 70FCO2進(jìn)口壓強(qiáng) 1kg/cm21kg/cm2CO2流量 15L/min 5L/minCO2流通時(shí)間 30S 4S停留時(shí)間012SCO2消耗(以砂重為基準(zhǔn))8%0.35%剛結(jié)束充氣時(shí)的抗壓強(qiáng)度 18.3kg/cm224.6kg/cm權(quán)利要求
1.一種用于制造鑄造用砂芯的方法，在此方法中，將一種由砂子與粘結(jié)劑組成的混合物注入型芯盒中，用二氧化碳?xì)馐乖撜辰Y(jié)劑固化以形成型芯，然后從型芯盒中取出已固化的型芯，其特征在于，在加壓下將二氧化碳?xì)獬淙胄托竞幸允蛊涑錆M該型芯盒，然后使該型芯保持與二氧化碳接觸的狀態(tài)以使粘結(jié)劑固化，最后釋放壓力并借此使二氧化碳從型芯盒中排出。
2.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，粘結(jié)劑由酚醛樹(shù)脂的堿性水溶液與一種能與該樹(shù)脂形成穩(wěn)定配合物的含氧陰離子所組成。
3.如權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，二氧化碳?xì)庖?5-570L/min的流量充入型芯盒。
4.如權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，二氧化碳?xì)庖?-15L/min的流量充入型芯盒。
5.如權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于，二氧化碳?xì)庖?-1.75kg/cm2的壓強(qiáng)充入型芯盒。
6.如權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于，二氧化碳?xì)獬淙胄托竞兄械臅r(shí)間為5-15S。
7.如權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于，將型芯保持與二氧化碳接觸一段時(shí)間，該段時(shí)間約3倍于二氧化碳?xì)獬淙胄托竞兄械臅r(shí)間。
8.如權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于，型芯盒可打開(kāi)成兩個(gè)半部，每一個(gè)半部皆在其排氣一側(cè)具有一個(gè)排氣充氣箱。
9.如權(quán)利要求8的方法，其特征在于，型芯盒具有一個(gè)依靠排氣管而與每一個(gè)排氣充氣箱連通的腔室。
10.如權(quán)利要求8的方法，其特征在于，每一個(gè)排氣充氣箱皆具有一根裝備有閥門(mén)的排氣管。
全文摘要
一種生產(chǎn)鑄造用砂芯的方法該方法可用來(lái)生產(chǎn)模型，但它特別適合于用砂子與這樣一種粘合劑的混合物來(lái)生產(chǎn)型芯或模型，該粘結(jié)劑由酚醛樹(shù)脂的堿性水溶液和一種能與該樹(shù)脂形成穩(wěn)定配合物的含氧陰離子(如硼酸根)所組成。
文檔編號(hào)B22C1/22GK1084789SQ92112048
公開(kāi)日1994年4月6日 申請(qǐng)日期1992年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月25日
發(fā)明者J·S·格里芬, T·A·彭科 申請(qǐng)人:福塞科國(guó)際有限公司