專利名稱：一種真空置換造型法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鑄造技術(shù)，特別提供了一種環(huán)境污染程度低，造型效率高的真空置換造型(芯)方法。
五十年以前在鑄造生產(chǎn)中，造型(芯)主要采用天然粘結(jié)劑。如高嶺土、膨潤土、植物油、糊精類天然物質(zhì)。這些粘結(jié)劑大多效需要烘烤實現(xiàn)硬化。生產(chǎn)效率低、能耗高，勞動條件惡劣。隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，人工合成粘結(jié)劑獲得飛速發(fā)展。1950年水玻璃CO2法開始應(yīng)用；1958年起酸固化酚醛樹脂和酸固化呋喃樹脂相繼大量應(yīng)用于生產(chǎn)；1962年熱芯盒工藝問世；1968年酚醛脲烷吹胺冷芯盒法投入使用；從此開始了冷芯盒與熱芯盒的競爭發(fā)展。1968年水玻璃有機(jī)酯自硬砂開始推廣使用；1970年脲烷樹脂自硬砂問世；1977年SO2冷芯盒法問世；1984年酯固化堿性酚醛樹脂自硬砂和VRH法用于生產(chǎn)；1985年低毒、低氣味的堿性酚醛樹脂吹氣冷芯盒工藝引入生產(chǎn)。
以上這些造型(芯)技術(shù)推動了鑄造技術(shù)的進(jìn)步，其中許多工藝在目前鑄造生產(chǎn)中占較大的應(yīng)用此例。保證了鑄造生產(chǎn)的繁榮和發(fā)展。隨著環(huán)境科學(xué)的發(fā)展，人們對工業(yè)生產(chǎn)中造成的環(huán)境污染越來越重視，而鑄造生產(chǎn)是工業(yè)污染較重的行業(yè)之一。造型(芯)用人工合成粘結(jié)劑在鑄造生產(chǎn)過程中排出的有害氣體、粉塵、廢砂含有的主要毒物有SO2、甲醛、苯酚、胺氣、苯、異氰化合物等。這些有害物對環(huán)境的污染越來越引起人們的關(guān)注。
水玻璃是目前造型(芯)用粘結(jié)劑中對環(huán)境污染最小的原材料之一。但以往的水玻璃造型(芯)工藝中存在許多技術(shù)難點。在水玻璃CO2工藝中，水玻璃加入量高，強(qiáng)度低，潰散性不好，鑄件質(zhì)量低，清理困難。水玻璃VRH法彌補(bǔ)了水玻璃CO2法的缺點，但對真空設(shè)備要求嚴(yán)格，一般真空度要求在1.33～2.67×103Pa(以絕對氣壓計算，以下同)之間，設(shè)備安裝初期，生產(chǎn)工藝較穩(wěn)定，但設(shè)備使用一段時間后，因設(shè)備磨損和維修等方面的問題，使設(shè)備達(dá)不到工藝要求，造成造型(芯)周期長，起模強(qiáng)度低，24h強(qiáng)度低，鑄件廢品率高，有時導(dǎo)致無法開動。因此VRH法的推廣受到一定限制。
本發(fā)明的目的在于提供一種真空置換造型法，其對設(shè)備要求較低，環(huán)境的污染程度大為降低，且能保證較高的生產(chǎn)效率。
本發(fā)明提供了一種真空置換造型(芯)法，包括混砂、成型、抽真空、充氣、起模步驟，其特征在于(1)將100份鑄造用砂與0.5～10份水玻璃、0.05～1.5份有機(jī)酯(以質(zhì)量計)混合均勻，充入砂箱(芯盒)成型；(2)抽出砂箱(芯盒)內(nèi)空氣，真空度達(dá)0.01～0.09MPa；(3)充入濃度為5～100％(以體積計)甲酸甲酯與空氣或氮氣的混合氣，使砂箱內(nèi)氣壓上升到0.05～0.098MPa，保壓20～240秒；(4)卸壓起模。
本發(fā)明涉及的鑄造用砂通常為鑄造用硅砂、鋯砂、鉻鐵礦砂、鎂橄欖石砂、礦渣砂和各種人造砂，其中最常用的為水洗天然硅砂、擦洗天然硅砂。
本發(fā)明使用的水玻璃為普通鑄造用水玻璃或各種改性水玻璃，水玻璃模數(shù)(含SiO2和Na2O的摩爾比)為1.5～3.0。其中最常用的水玻璃模數(shù)為2.2～2.6。每100份鑄造用砂最好加入1～5份水玻璃。
本發(fā)明涉及的有機(jī)酯包括多元醇的脂肪酸酯、內(nèi)酯、碳酸酯，脂肪酸碳鏈長度可為1～10；可為單一酸酯，也可為幾種酸的混合酯。其中最常用的為甘油醋酸酯、甘油二醋酸酯、甘油三醋酸酯、乙二醇二醋酸酯、丙二醇醋酸酯、二甘醇醋酸酯等多元醇醋酸酯。每100份鑄造用砂最好加入0.1～0.75份有機(jī)酯。
上述酯可以單獨采用，也可用幾種酯的混合物。
本發(fā)明用的甲酸甲酯混合氣體是甲酸甲酯與空氣或氮氣的混合氣體，甲酸甲酯濃度為5～100％(以體積計)，最適宜濃度為40～65％。
本發(fā)明使用的混砂設(shè)備可以采用通常自硬砂用連續(xù)式或間歇式高效混砂機(jī)，最適宜的為碗形混砂機(jī)。
本發(fā)明采用的真空氣體置換裝置可采用現(xiàn)行的VRH設(shè)備，或配備有真空置換系統(tǒng)的冷芯盒射芯機(jī)，或?qū)ｉT設(shè)計具有上述功能的設(shè)備。
本發(fā)明甲酸甲酯的混合氣體的供氣裝置可采用現(xiàn)行的各種規(guī)格的冷芯盒用甲酸甲酯發(fā)氣器。如單機(jī)用甲酸甲酯發(fā)氣器式多機(jī)用甲酸甲酯供氣系統(tǒng)。
本發(fā)明與VRH法的區(qū)別在于使用低毒、低味的甲酸甲酯混合氣，對水玻璃進(jìn)行快速硬化，提高起模強(qiáng)度，從而保證了造型(芯)效率，在起模之后，有機(jī)酯可以使型(芯)強(qiáng)度繼續(xù)增長，最終得到理想的型(芯)。
總之，本發(fā)明具有下述優(yōu)點1．真空置換裝置與VRH法相似，但對真空度要求不嚴(yán)格，用甲酸甲酯代替CO2實現(xiàn)快速硬化起模，配合常規(guī)有機(jī)酯，可以提高型(芯)的存放強(qiáng)度及硬透性。
2．水玻璃粘結(jié)劑來源廣，價格便宜，無毒無味，有利于保護(hù)環(huán)境，改善勞動條件。
3．置換用氣體低毒低味(空氣中極限含量為100ppm)，可不用處理直接排入車間，節(jié)省尾氣處理設(shè)備投資及相關(guān)設(shè)備維護(hù)費用。
4．與VRH工藝比較，加入量低，強(qiáng)度高，潰散性好，可以滿足一般型(芯)的工藝要求。
5．粘結(jié)劑系統(tǒng)中不含N、P、S元素，可以保證各種合金鑄件的質(zhì)量。
6．粘結(jié)劑可以與各種原砂相適應(yīng)，如硅砂、鋯砂、鉻鐵礦砂、鎂橄欖石砂。
7．型(芯)澆注初期有熱塑性，可以防止鑄件產(chǎn)生熱裂。
8．粘結(jié)劑中有機(jī)物少，發(fā)氣量低，可以防止鑄件產(chǎn)生氣孔。
下面通過實施例及對比例詳述本發(fā)明。
實施例1將1000g檢驗粘結(jié)劑用標(biāo)準(zhǔn)砂(以質(zhì)量計，以下同)加入SHY型葉片式混砂機(jī)，再加入三醋酸甘油酯2g混1min，再加入模數(shù)為2.4水玻璃25g，混1min出砂，將砂混合料打制成標(biāo)準(zhǔn)″8″形試樣(試樣脖徑尺寸為51/2×51/2mm)。將試樣連同模具一起送入VRH法用真空室，抽真空，使真空室氣壓達(dá)到0.05MPa，關(guān)閉真空氣閥、打開吹氣閥，使溫度為50℃、濃度為60％甲酸甲酯空氣混合氣體充入真空室，使真空室內(nèi)氣壓為0.09MPa，關(guān)閉吹氣閥，靜置保壓120S，解除真空、打開真空室，取出模具試樣，起模測即時抗拉強(qiáng)度和放置不同時間的抗拉強(qiáng)度，見表1。
實施例2將1000g大林水洗硅砂加入SHY型混砂機(jī)，加入甘油醋酸酯和二甘醇醋酸酯共2g混1min，再加入模數(shù)為2.45的水玻璃20g混1min，出砂，將砂混合料加入射砂筒，氣壓在0.6MPa下用Z861射芯機(jī)，將砂射入冷芯盒用標(biāo)準(zhǔn)″8″試樣模具，密封射砂口和排氣口，打開抽氣閥，使模具內(nèi)氣壓降到0.06MPa，關(guān)閉真空系統(tǒng)，打開吹氣閥，使溫度50℃、60％甲酸甲酯與氮氣混合氣體充入芯盒，盒內(nèi)氣壓升至0.09MPa，關(guān)閉吹氣閥，靜置保壓120S，開盒取出″8″型試樣，測出盒抗拉強(qiáng)度和放置不同時間的抗拉強(qiáng)度，見表1。
實施例3、4、5、6均采用例1用裝置及標(biāo)準(zhǔn)砂，水玻璃和有機(jī)酯加入量見表1，操作工藝同例1，其工藝參數(shù)見表1。表1
實施例7、8、9、10采用例1用裝置，采用不同原砂，操作工藝同例1，其工藝參數(shù)見表2。表2
實施例11將1000g檢驗粘結(jié)劑用標(biāo)準(zhǔn)砂加入SHY型葉片式混砂機(jī)，再加入混合酯2.4g混1min，再加入模數(shù)為2.2水玻璃30g，混1min出砂，將砂混合料打制成標(biāo)準(zhǔn)″8″型試樣(同例1)。將試樣連同模具一起送入VRH法用真空室，抽真空，使真空氣壓達(dá)到0.02MPa，關(guān)閉真空氣閥，打開吹氣閥，使溫度為65℃，濃度為90％的甲酯甲酯與空氣的混合氣體充入真空室，使真空室內(nèi)氣壓升至0.08MPa。靜置保壓后取出″8″型試樣，測出盒抗拉強(qiáng)度和放置不同時間的抗拉強(qiáng)度，各有關(guān)工藝參數(shù)見表3。
表3
對比例1、例2、例3、例4、例5將1000g檢驗粘結(jié)劑用標(biāo)準(zhǔn)砂加入SHY型葉片式混砂機(jī)，再加入模數(shù)為2.5的水玻璃，加入量參見表4，混2min出砂，將水玻璃砂混合料打制成標(biāo)準(zhǔn)″8″形試樣。將試樣連同模具一起送入真空室，開動真空泵，使真空室內(nèi)氣壓達(dá)到0.01～0.002MPa，保壓10s，充入CO2氣體，使真空室內(nèi)氣壓上升至0.06MPa，保壓40s，卸壓，起模，各有關(guān)參數(shù)見表4。
權(quán)利要求
1．一種真空置換造型(芯)法，包括混砂、成型、抽真空、充氣、起模步驟，其特征在于(1)將100份鑄造用砂與0.5～10份水玻璃、0.05～1.5份有機(jī)酯(以質(zhì)量計)混合均勻，充入砂箱(芯盒)成型；(2)抽出砂箱內(nèi)空氣，真空度達(dá)0.01～0.09MPa；(3)充入濃度為5～100％(以體積計)甲酸甲酯與空氣或氮氣的混合氣，使砂箱內(nèi)氣壓上升到0.05～0.098MPa，保壓20～240秒；(4)卸壓起模。
2．按照權(quán)利要求1所述真空置換造型法，其特征在于所述鑄造用砂為鑄造用硅砂、鋯砂、鉻鐵礦砂、鎂橄欖砂、礦渣砂或各種人造砂。
3．按照權(quán)利要求1所述真空置換造型法，其特征在于將100份鑄造用砂與1～5份水玻璃、0.1～0.75份有機(jī)酯混合均勻。
4．按照權(quán)利要求1所述真空置換造型法，其特征在于所用水玻璃模數(shù)為1.5～3.0。
5．按照權(quán)利要求4所述真空置換造型法，其特征在于水玻璃模數(shù)為2.2～2.6。
6．按照權(quán)利要求1所述真空置換造型法，其特征在于有機(jī)酯為多元醇的脂肪酸酯、內(nèi)酯、碳酸酯，脂肪酸碳鏈長度為1～10。
7．按照權(quán)利要求6所述真空置換造型法，其特征在于有機(jī)酯為甘油醋酸酯、甘油二醋酸酯、甘油三醋酸酯、乙二醇二醋酸酯、丙二醇醋酸酯、二甘醇醋酸酯。
8．按照權(quán)利要求1所述真空置換造型法，其特征在于充入甲酸甲酯與空氣或氮氣的混合氣體的濃度為40％～65％。
全文摘要
一種真空置換造型(芯)法,包括混砂、成型、抽真空、充氣、起模步驟,其特征在于:將100份鑄造用砂與0.5～10份水玻璃、0.05～1.5份有機(jī)酯(以質(zhì)量計)混合均勻,充入砂箱(芯盒)成型;抽出砂箱內(nèi)空氣,真空度達(dá)0.01～0.09MPa;充入濃度為5～100%(以體積計)甲酸甲酯與空氣或氮氣的混合氣,使砂箱內(nèi)氣壓上升到0.05～0.098MPa,保壓20～240秒;卸壓起模。本發(fā)明對設(shè)備要求較低,環(huán)境的污染程度大為降低,且能保證較高的生產(chǎn)效率。
文檔編號B22C9/11GK1212913SQ98114348
公開日1999年4月7日 申請日期1998年9月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月28日
發(fā)明者余明偉 申請人:沈陽市鑄造材料研究所