专利名称：水玻璃砂型或砂芯的微波硬化方法
技术领域：
本发明属于铸造行业中砂型硬化方法，具体涉及一种水玻璃砂型或 砂芯的微波硬化方法。
背景技术：
绿色清洁生产是21世纪铸造工业的发展趋势，国内外的许多专家认为水玻璃砂是最有可能实现绿色铸造生产的型砂。实现水玻璃砂绿色 清洁铸造生产的关键是彻底解决水玻璃砂工艺的两大难题溃散性差、 旧砂再生困难，最根本的办法是降低水玻璃的加入量。目前，水玻璃砂 型或砂芯的硬化工艺有加热硬化水玻璃砂、C02吹气硬化水玻璃砂、粉 末硬化剂自硬水玻璃砂和液态有机酯自硬水玻璃砂等。普通加热硬化水玻璃砂强度高，3% 4%的水玻璃加入量即可获得足 够的强度，但它生产率低、能耗大、劳动强度大，普通传导式加热，型 (芯)表层通常先受热失水硬化、结成硬壳，使热空气不易渗入型(芯) 内部，型(芯)内部的水蒸气不易扩散出来，故厚大型(芯)的内部烘 不透，而其表层又易受过度烘烤。 'co2吹气硬化水玻璃砂在铸造业中被广泛采用，但是水玻璃加入量较 多， 一般为6.0%~8.0%，溃散性差，旧砂再生困难；硬化过程不太稳定， 会使铸型(.芯)产生"过吹"现象，导致铸型(芯)强度的下降；对于 大型铸件的型(芯)表面易分化，而内部又难以硬透，使铸件形成缺陷。 粉末硬化水玻璃砂操作简便、成本低，能生产尺寸精度高、铸造缺陷少 的铸件，但是粉末状硬化剂的加入量一般都偏大(如硅铁粉的加入量 为水玻璃加入量的20% 30%)，水玻璃的加入量也比较高， 一般需要 5%~6%，溃散性不比C02吹气硬化水玻璃砂好，而且粉尘污染加剧。液态有机酯硬化水玻璃砂的特点类似于自硬树脂砂，普通水玻璃加 入量为3%~4%、改性水玻璃加入量为2.5% 3.5%，其旧砂的溃散性及可 再生性较大提高，但受环境湿度、温度的影响较大，其操控性能较差， 再生砂循环使用后的溃散性有恶化趋势。微波加热具有加热速度快、均匀加热、节能高效、清洁卫生等优点。 微波加热水玻璃砂时，水分从型(芯)的内部向外迁移挥发，所以型(芯) 砂能够充分烘透、整体得到烘干硬化。微波加热硬化水玻璃砂能够充分 发挥水玻璃的粘结潜力，水玻璃的加入量可降至1.0%~2.5%,大大改善 水玻璃砂的溃散性和再生回用性。但目前普通微波加热硬化水玻璃砂的 难点是模具材料要求高、硬化后水玻璃砂型(芯)的吸湿性大。木材、 塑料和金属都不能用作模具材料，木材和塑料易受热变形，金属会反射 微波。硬化后的砂型(芯)在空气环境中存放一天，水玻璃砂型(芯) 的强度会损失殆尽。发明内容本发明提出一种水玻璃砂型或砂芯的微波硬化方法，解决现有微波 加热硬化水玻璃砂对模具材料要求高、砂型或砂芯容易吸湿的问题，提 高微波加热硬化水玻璃砂的效率。本发明的一种水玻璃砂型或砂芯的微波硬化方法，包括(1) 造型制芯步骤在铸造原砂中加入1.0% 2.5%水玻璃，混合均匀， 采用木模、塑料模或者有机玻璃模造型或制芯；(2) 加热步骤将砂型或砂芯连同模具放入微波炉中加热，微波炉功率 为500W 20KW，加热时间5秒 60秒，使其抗压强度大于15KPa;(3) 脱模步骤将加热后的砂型或砂芯连同模具从微波炉中取出，脱模;(4) 二次加热步骤将脱模后的砂型或砂芯再次放入微波炉进行二次加
热，微波炉功率为500W 20KW,加热时间20秒 600秒，使之完全硬 化，得到硬化后的砂型或砂芯，抗压强度大于0.7MPa，直接用于浇注。所述的微波硬化方法，其特征在于所述二次加热步骤得到的硬化后的砂型或砂芯，不立即用于浇注时， 则其表面进行防湿处理，再放入干燥环境中贮存待用。所述的微波硬化方法，其特征在于所述铸造原砂为石英砂或者其它低微波吸收率的铸造原砂；所述水 玻璃为铸造用水玻璃或者加入增强剂、抗湿剂的铸造用改性水玻璃；所 述微波炉为家用或者工业用微波炉。本发明造型(制芯)的模具材料包括木材、塑料和有机玻璃等非金 属低微波吸收率的材料；脱模后的砂型进行二次加热完全硬化后，如果 不立即用于浇注，而停放在湿度较大的空气环境下时，需要对砂型表面 进行防湿处理，如在砂型表面刷涂防潮涂料等。本发明的特点为如下几方面 (1)微波加热硬化水玻璃砂工艺水玻璃的加入量可以由C02吹气硬 化水玻璃砂工艺的6.0%~8.0%和液态有机酯硬化水玻璃砂工艺的 2.5%~4.0%降低至1.0°/。 2.5%，使水玻璃砂型(芯)在具有高强度的同时， 溃散性得到很大的改善，同时也提高了旧砂的再生回用性能。水玻璃砂型是将水玻璃、硬化剂和砂子混匀、造型或制芯，完全硬 化后浇注，冷却后落砂清理，旧砂回用。为了保证铸件的质量、避免出 现缺陷，砂型或砂芯要有足够的强度。水玻璃加入量越大，砂型或砂芯 常温强度越高，高温残留强度越大，溃散性越差，再生回用越困难。微 波加热硬化水玻璃砂工艺中，不需要硬化剂，微波加热使水玻璃硬化，
水玻璃的粘结潜力较其它硬化工艺中得到更充分的发挥，因此，在保证 砂型或砂芯常温强度的前提下，水玻璃的加入量可以由C02吹气硬化水玻璃砂工艺的6.0%~8.0%和液态有机酯硬化水玻璃砂工艺的2.5%~4.0% 降低至1.0%~2.5%，极大的改善了旧砂的溃散性和再生回用性。(2) 本发明大大降低了微波硬化水玻璃砂工艺对模具材料的要求， 使用普通的木模和塑料模可作微波硬化水玻璃砂。普通微波加热硬化水玻璃砂，砂型或砂芯要连同模具一起放入微波 炉，因此模具材料要求高，要求材料微波穿透性好、微波吸收性小、耐 热性好、强度高、耐磨性好。木材、塑料和金属都不能用作模具材料， 木材和塑料易受热变形，金属会反射微波。本发明解决了上述问题，第 一次短时间微波加热，可以使用普通的木模和塑料模具，大大降低了微 波加热时对模具材料的要求；第二次脱模加热，有利于砂型或砂芯对微 波的吸收，降低能源消耗，提高硬化效率。(3) 本发明解决了微波硬化水玻璃砂型吸湿性大的问题。 普通微波加热硬化水玻璃砂硬化后的水玻璃砂型或砂芯吸湿性很大。硬化后的砂型或砂芯在空气环境中存放4小时，水玻璃砂型或砂芯 的强度降低30%以上；存放一天，水玻璃砂型或砂芯的强度会损失殆尽。 本发明较好地解决了上述难题。硬化后的水玻璃砂型或砂芯即时浇注， 尽量减少硬化后的水玻璃砂型或砂芯在环境湿度下的停留时间；对硬化 后的水玻璃砂型或砂芯表面进行防湿处理(如在砂型表面刷涂防潮涂 料等)可以屏蔽环境中的水汽。(4) 微波硬化水玻璃砂工艺工作环境友好，硬化速度快，能源利用 率高，有利于实现清洁高效、节能生产。微波加热具有加热速度快、均匀加热、节能高效、清洁卫生等优点。 微波加热水玻璃砂时，水分从砂型或砂芯的内部向外迁移挥发，所以型 砂或芯砂能够充分烘透、整体得到烘干硬化，短时间内即可达到很高的
强度，并可以立即用于浇注，提高了效率，节省了能源。本发明工艺简单、成本低、操控性好，可以使用普通的木模和塑料模具，大大降低了微波加热时对模具材料的要求；可以降低水玻璃砂型 铸造中水玻璃的加入量，大大改善水玻璃旧砂的溃散性和再生回用性； 脱模后继续加热有利于砂型或砂芯对微波的吸收，降低了能源消耗，提 高了硬化效率；即时浇注，可尽量减少硬化后的水玻璃砂型或砂芯在环 境湿度下的停留时间；对砂型表面进行防湿处理(如在砂型表面刷涂 防潮涂料等)可以屏蔽环境中的水汽。
图l为本发明的工艺过程框图。
具体实施方式
-实施例1:(1) 造型制芯步骤在铸造石英砂中加入1.5%的铸造用水玻璃，混合 均匀，采用木模造型；(2) 加热步骤将砂型连同模具放入2KW工业用微波炉中加热，加热 时间20秒，其抗压强度达到28KPa;(3) 脱模步骤将加热后的砂型连同模具从微波炉中取出，脱模；(4) 二次加热步骤将脱模后的砂型再次放入2KW工业微波炉进行二 次加热，加热时间120秒，使之完全硬化，得到硬化后的砂型，抗压强 度为2.35MPa，直接用于浇注。实施例2:(1)造型制芯步骤在铸造石英砂中加入1.0%的加入了增强剂的铸造 用改性水玻璃，混合均匀，采用塑料模制芯；(2) 加热步骤将砂型连同模具放入10KW工业用微波炉中加热，加热 时间5秒，其抗压强度达到17KPa;(3) 脱模步骤将加热后的砂芯连同模具从微波炉中取出，脱模；(4) 二次加热步骤将脱模后的砂型再次放入10KW工业微波炉进行二 次加热，加热时间20秒，使之完全硬化，得到硬化后的砂芯，抗压强度 为0.75MPa，从微波炉中取出后刷涂防潮涂料、贮存待用。实施例3:(1) 造型制芯步骤在铸造石灰石砂中加入2.5%的铸造水玻璃，混合 均匀，采用有机玻璃模造型；(2) 加热步骤将砂型连同模具放入500W家用微波炉中加热，加热时 间60秒，其抗压强度达到36KPa;(3) 脱模步骤将加热后的砂型连同模具从微波炉中取出，脱模；(4) 二次加热步骤将脱模后的砂型再次放入500W家用微波炉进行二 次加热，加热时间600秒，使之完全硬化，得到硬化后的砂型，抗压强 度为2.85MPa，直接用于浇注。实施例4:(1) 造型制芯步骤在铸造石英砂中加入2.0%的加入了增强剂的铸造 用改性水玻璃，混合均匀，采用木模造型；(2) 加热步骤将砂型连同模具放入20KW工业用微波炉中加热，加热 时间10秒，其抗压强度达到63KPa;(3) 脱模步骤将加热后的砂型连同模具从微波炉中取出，脱模；(4) 二次加热步骤将脱模后的砂型再次放入20KW工业用微波炉进行 二次加热，加热时间30秒，使之完全硬化，得到硬化后的砂型，抗压强 度为2.20MPa，从微波炉中取出后刷涂防潮涂料、贮存待用。
权利要求
1. 一种水玻璃砂型或砂芯的微波硬化方法，包括(1)造型制芯步骤在铸造原砂中加入1.0％～2.5％水玻璃，混合均匀，采用木模、塑料模或者有机玻璃模造型或制芯；(2)加热步骤将砂型或砂芯连同模具放入微波炉中加热，微波炉功率为500W～20KW，加热时间5秒～60秒，使其抗压强度大于15KPa；(3)脱模步骤将加热后的砂型或砂芯连同模具从微波炉中取出，脱模；(4)二次加热步骤将脱模后的砂型或砂芯再次放入微波炉进行二次加热，微波炉功率为500W～20KW，加热时间20秒～600秒，使之完全硬化，得到硬化后的砂型或砂芯，抗压强度大于0.7MPa，直接用于浇注。
2. 如权利要求1所述的微波硬化方法，其特征在于 所述二次加热步骤得到的硬化后的砂型或砂芯，不立即用于浇注时，则其表面进行防湿处理，再放入干燥环境中贮存待用。
3. 如权利要求1或2所述的微波硬化方法，其特征在于 所述铸造原砂为石英砂或者其它低微波吸收率的铸造原砂；所述水玻璃为铸造用水玻璃或者加入增强剂、抗湿剂的铸造用改性水玻璃；所 述微波炉为家用或者工业用微波炉。
全文摘要
水玻璃砂型或砂芯的微波硬化方法，属于铸造行业中砂型硬化方法，解决现有微波加热硬化水玻璃砂对模具材料要求高、砂型或砂芯容易吸湿的问题，提高微波加热硬化水玻璃砂的效率。本发明包括造型制芯步骤，加热步骤，脱模步骤和二次加热步骤。本发明工艺简单、成本低、操控性好，可使用普通的木模和塑料模具，大大降低了微波加热对模具材料的要求；可降低水玻璃砂型铸造中水玻璃加入量，大大改善水玻璃旧砂的溃散性和再生回用性；脱模后继续加热有利于砂型或砂芯对微波的吸收，降低能源消耗，提高硬化效率；即时浇注，可尽量减少硬化后的砂型或砂芯在环境湿度下的停留时间；对砂型表面进行防湿处理可以屏蔽环境中的水汽。
文档编号B28B11/24GK101391453SQ20081019739
公开日2009年3月25日 申请日期2008年10月24日 优先权日2008年10月24日
发明者吴香清, 樊自田, 汪华方, 王继娜, 董选普, 魏必明, 威 龙 申请人:华中科技大学