专利名称：环保节能砂型铸造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种环保节能砂型铸造工艺，属于机械铸造技术领域。
背景技术：
现代机械工业中，无论汽车、矿山、冶金、航天航空、农业机械等众多领域还是日常生活中都离不开铸造。其中，砂型铸造是目前应用十分广泛的铸造工艺，具有适应性广、成本低、工艺成熟等特点。目前，砂型铸造工艺可分为:粘土湿砂型铸造、粘土干砂型铸造、水玻璃砂型铸造、水玻璃自硬砂型铸造、树脂砂型铸造等。但是，砂型铸造主要存在以下问题:(I)需要使用大量的石英砂、石灰石砂、锆英砂、铬铁矿砂等矿物砂，在获取这些矿产资源时会不可避免地对自然环境造成破坏，同时铸造过程会产生大量的废砂和粉尘，会造成环境污染。(2)由于使用很多复杂的铸造机械设备，不仅消耗大量电能，还会产生高分贝噪声，恶化生产现场环境。(3)砂型导热系数小，散热条件差，容易造成铸件晶粒粗大、组织疏松、砂孔、气孔等等众多缺陷，使铸件的机械性能较低。此外，在工艺过程中，湿砂型起模、合箱时容易产生错箱，同时由于湿型强度较低，金属液进入铸型后容易造成涨箱、粘砂，使铸件尺寸误差较大，表面粗糙；干砂型铸造、水玻璃砂型铸造等则由于砂型残留强度较高，铸件清理时劳动强度大，粉尘浓度高，会严重损害操作人员的身体健康。此外，据申请人了解，在消失模铸造工艺的发展过程中，曾出现过一种采用铁丸或钢丸的磁型铸造工艺，然而 该工艺需要非常强的电磁场才能固定铁丸或钢丸，无疑会产生较大的电磁污染；由于磁型铸造对铸件形状要求严苛，从而使得这一工艺的适应性受到很大限制；同时，该工艺仅适合消失模铸造工艺，无法直接套用于其它铸造工艺。此外，由于泡沫塑料模样的存在而引起的浇不足、皱皮、渗碳、表面碳孔和内部黑点黑线、因磁场强度控制不当而造成的瘪塌、击穿和膨胀等铸造缺陷也时有发生。同时，消失模铸造的泡沫塑料模样只能使用一次，且泡沫塑料密度小、强度低，模样易变形，影响铸件尺寸精度，浇铸时模样汽化产生的气体会污染环境。目前，掌握消失模铸造工艺的各厂家往往将消失模铸造工艺的关键点作为商业保密保护起来，相互之间合作较少。对于其他厂家来说，向已有厂家获取成熟的消失模铸造工艺代价太高，而独立研发又耗时较长，如能对应用广泛、成熟度高的砂型铸造工艺做出改进，使之克服现有缺陷，则大大有利于提升该厂家的市场竞争力，对厂家发展起到助推作用。
发明内容
本发明的主要目的在于:克服现有技术存在的问题，提供一种环保节能砂型铸造工艺，无需消耗矿物砂，生产过程中不会产生矿物砂粉尘，避免对环境产生污染。本发明的技术构思如下:申请人经反复实践研究，在现有砂型铸造的基础上，借鉴磁型铸造工艺，研发出采用金属型砂的砂型铸造工艺，从而避免出现采用矿物砂带来的矿产资源消耗和产生有害粉尘的问题。本发明实现上述主要目的的技术方案如下:一种环保节能砂型铸造工艺，其特征是，包括以下步骤:第一步、将100重量份的金属砂、0.26-1.5重量份的粘结剂混匀制得金属型砂；所述金属砂由磁性金属材料制成；所述金属砂在使用前过筛，筛网目数为20-140目；第二步、先将砂箱与模型组装好，再充入金属型砂至满箱；所述砂箱、模型分别由非磁性材料制成；第三步、所述砂箱外部设有电磁铁和振动器，且砂箱位于电磁铁的两磁极之间；先开启振动器振动砂箱至少5秒，然后关闭振动器并向电磁铁通电产生电磁力，同时金属型砂进行硬化处理制得砂型；待硬化结束后移除电磁铁或使电磁铁断电；起出砂型，并在砂型表面涂覆耐高温涂料，即制得铸型；第四步、将铸型安置于电磁铁两磁极之间，将电磁铁通电后，向铸型中注入金属液，待金属液凝固形成铸件后移除电磁铁或使电磁铁断电；待铸件冷却至少15分钟后，对铸件进行落砂和抛丸处理。该工艺采用金属型砂，无需矿物砂，从而避免对矿物资源的过度消耗；金属型砂机械强度高，不易破碎，生产过程中不会产生矿物砂粉尘，避免对生产环境造成污染；此外，由于金属型砂中的金属砂自重大、外形圆整，造型时无需较大外力即可形成清晰稳定的型腔，因此仅需简单设备即可组线生产，从而节约大量电力，并降低造型、清理设备运转时的噪声，改善生产现场工作环境；同时，利用电磁力强化铸型，既可减少粘结剂用量，便于对铸件进行落砂和抛丸处理，又提高了铸型刚度和硬度，使铸件尺寸精度得到提高。需要着重说明的是，申 请人在采用该工艺后，出乎意料地发现铸件的机械性能有显著性提高，如铸铁件或铸钢件机械性能提高了 1-2个级别，铸铝件机械性能可与金属型铸造制得产品相媲美；同时，铸件尺寸精度也有显著提升，提高了 1-2个等级。申请人经进一步研究后认为，一方面可能是由于本工艺采用的金属型砂具有较矿物砂更高的导热率，能有效改善铸件结晶过程中的热力学条件，另一方面可能是由于本工艺采用的电磁力不仅强化铸型，还对铸件结晶过程产生了有利影响，在这两方面综合影响下显著提高了铸件的内在质量和尺寸精度。本发明进一步完善的技术方案如下:优选地，第一步中，所述粘结剂为水玻璃粘结剂、磷酸盐粘结剂、冷硬树脂粘结剂。优选地,第一步中，所述金属砂为铁磁性金属丸。更优选地，所述金属砂为ZGlCrl3丸、铸钢丸或高铬铸铁丸。优选地，第三步中，所述电磁铁通电后产生电磁力的磁感应强度为200-400高斯；第四步中，所述电磁铁通电后产生电磁力的磁感应强度为160-250高斯。优选地，第一步中，混匀的具体过程如下:先将金属砂放入叶片式混合机或转子式混合机内，启动混合机后放入粘结剂，搅拌至少1.5分钟后，将混合物放出即得所述金属型砂。更优选地，第一步的混匀具体过程中，搅拌时间为1.5-5分钟；第三步中，振动砂箱时间为5-10秒；第四步中，铸件冷却时间为15-30分钟。优选地，第三步中，所述耐高温涂料由以下组分构成:
270目石英粉100重量份、活化膨润土 3重量份、糖浆5重量份、CMC4重量份、及水
适量；或者,石墨粉100重量份、钠基膨润土 6.5重量份、聚醋酸乙烯乳液35重量份、水适量；或者,招帆土粉60重量份、水玻璃28重量份、三乙酸甘油酯1.6重量份、水适量；或者，270目电熔陶粒粉100重量份、水玻璃95重量份、活化剂0.03重量份、消泡剂0.006重量份、水适量；或者，180目电熔陶粒100重量份、酚醛树脂2重量份、硬脂酸钙0.12重量份、乌洛托品0.1重量份、水适量。优选地，还包括:第五步、将第四步落砂处理得到的旧砂进行碾压、筛分、冷却后，直接用于第四步的抛丸处理，使旧砂表面的粘结剂被磨去，获得重新用于第一步的金属砂。更优选地，第五步中，筛分所用筛网的目数为20-140目。采用本发明工艺后，可避免对生产环境造成污染，并避免对矿物资源的消耗，减少使用机械设备，简化生产操作流程，节省电力，降低生产现场噪音，同时可显著提高铸件机械性能和尺寸精度；与传统砂型铸造相比，生产成本降低5-20%。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。
实施例1采用本发明工艺铸造铸件本实施例的环保节能砂型铸造工艺包括以下步骤:第一步、将100重量份的金属砂、0.26-1.5重量份的粘结剂混匀制得金属型砂；金属砂由磁性金属材料制成；金属砂在使用前过筛，筛网目数为20-140目。其中，粘结剂为水玻璃粘结剂、磷酸盐粘结剂、冷硬树脂粘结剂。金属砂为铁磁性金属丸(优选ZGlCrl3丸、铸钢丸或高铬铸铁丸)。混匀的具体过程如下:先将金属砂放入叶片式混合机或转子式混合机内，启动混合机后放入粘结剂，搅拌至少1.5分钟(优选1.5-5分钟)后，将混合物放出即得所述金属型砂。第二步、先将砂箱与模型组装好，再充入金属型砂至满箱；砂箱、模型分别由非磁性材料制成。第三步、砂箱外部设有电磁铁和振动器，且砂箱位于电磁铁的两磁极之间；先开启振动器振动砂箱至少5秒(优选5-10秒)，然后关闭振动器并向电磁铁通电产生电磁力，同时金属型砂进行硬化处理制得砂型；待硬化结束后移除电磁铁或使电磁铁断电；起出砂型，并在砂型表面涂覆耐高温涂料，即制得铸型。其中，电磁铁通电后产生电磁力的磁感应强度为200-400高斯。耐高温涂料由以下组分构成:270目石英粉100重量份、活化膨润土 3重量份、糖浆5重量份、CMC4重量份、及水
适量；或者,石墨粉100重量份、钠基膨润土 6.5重量份、聚醋酸乙烯乳液35重量份、水适量；或者,招帆土粉60重量份、水玻璃28重量份、三乙酸甘油酯1.6重量份、水适量；
或者，270目电熔陶粒粉100重量份、水玻璃95重量份、活化剂0.03重量份、消泡剂0.006重量份、水适量；或者，180目电熔陶粒100重量份、酚醛树脂2重量份、硬脂酸钙0.12重量份、乌洛托品0.1重量份、水适量。第四步、将铸型安置于电磁铁两磁极之间，将电磁铁通电后，向铸型中注入金属液，待金属液凝固形成铸件后移除电磁铁或使电磁铁断电；待铸件冷却至少15分钟(优选15-30分钟)后，对铸件进行落砂和抛丸处理。其中，电磁铁通电后产生电磁力的磁感应强度为160-250高斯。第五步、将第四步落砂处理得到的旧砂进行碾压、筛分、冷却后，直接用于第四步的抛丸处理，使旧砂表面的粘结剂被磨去，获得重新用于第一步的金属砂。其中，筛分所用筛网的目数为20-140目。具体应用案例的参数如下表所示:表I应用案例参数
s 实施例2铸件机械性能和尺寸精度检测对比案例:采用传统砂型铸造工艺，利用与实施例1相同的砂箱和模型制作铸型，然后分别浇铸出材质与实施例1对应案例相同的铸铁件、铸钢件、铸铝件。按已有检测方法测定实施例1各案例和对比案例制得铸件的机械性能和尺寸精度，结果如下表所示。表2机械性能、尺寸精度检测结果
权利要求
1.一种环保节能砂型铸造工艺，其特征是，包括以下步骤: 第一步、将100重量份的金属砂、0.26-1.5重量份的粘结剂混匀制得金属型砂；所述金属砂由磁性金属材料制成；所述金属砂在使用前过筛，筛网目数为20-140目； 第二步、先将砂箱与模型组装好，再充入金属型砂至满箱；所述砂箱、模型分别由非磁性材料制成； 第三步、所述砂箱外部设有电磁铁和振动器，且砂箱位于电磁铁的两磁极之间；先开启振动器振动砂箱至少5秒，然后关闭振动器并向电磁铁通电产生电磁力，同时金属型砂进行硬化处理制得砂型；待硬化结束后移除电磁铁或使电磁铁断电；起出砂型，并在砂型表面涂覆耐高温涂料，即制得铸型； 第四步、将铸型安置于电磁铁两磁极之间，将电磁铁通电后，向铸型中注入金属液，待金属液凝固形成铸件后移除电磁铁或使电磁铁断电；待铸件冷却至少15分钟后，对铸件进行落砂和抛丸处理。
2.根据权利要求1所述的环保节能砂型铸造工艺，其特征是，第一步中，所述粘结剂为水玻璃粘结剂、磷酸盐粘结剂、冷硬树脂粘结剂。
3.根据权利要求2所述的环保节能砂型铸造工艺，其特征是，第一步中，所述金属砂为铁磁性金属丸。
4.根据权利要求3所述的环保节能砂型铸造工艺，其特征是，第一步中，所述金属砂为ZGlCrl3丸、铸钢丸或高铬铸铁丸。
5.根据权利要求3所述的环保节能砂型铸造工艺，其特征是，第三步中，所述电磁铁通电后产生电磁力的磁感应强度为200-400高斯；第四步中，所述电磁铁通电后产生电磁力的磁感应强度为160-250高斯。
6.根据权利要求1至5任一项所述的环保节能砂型铸造工艺，其特征是，第一步中，混匀的具体过程如下:先将金属砂放入叶片式混合机或转子式混合机内，启动混合机后放入粘结剂，搅拌至少1.5分钟后，将混合物放出即得所述金属型砂。
7.根据权利要求6所述的环保节能砂型铸造工艺，其特征是，第一步的混匀具体过程中，搅拌时间为1.5-5分钟；第三步中，振动砂箱时间为5-10秒；第四步中，铸件冷却时间为15-30分钟。
8.根据权利要求1至5任一项所述的环保节能砂型铸造工艺，其特征是，第三步中，所述耐高温涂料由以下组分构成: 270目石英粉100重量份、活化膨润土 3重量份、糖浆5重量份、CMC4重量份、及水适量; 或者，石墨粉100重量份、钠基膨润土 6.5重量份、聚醋酸乙烯乳液35重量份、水适量； 或者,招帆土粉60重量份、水玻璃28重量份、三乙酸甘油酯1.6重量份、水适量； 或者，270目电熔陶粒粉100重量份、水玻璃95重量份、活化剂0.03重量份、消泡剂0.006重量份、水适量； 或者，180目电熔陶粒100重量份、酹醒树脂2重量份、硬脂酸韩0.12重量份、乌洛托品0.1重量份、水适量 。
9.根据权利要求1至5任一项所述的环保节能砂型铸造工艺，其特征是，还包括:第五步、将第四步落砂处理得到的旧砂进行碾压、筛分、冷却后，直接用于第四步的抛丸处理，使旧砂表面的粘结剂被磨去，获得重新用于第一步的金属砂。
10.根据权利要求9所述的环保节能砂型铸造工艺，其特征是，第五步中，筛分所用筛网的目数为 20-140目。
全文摘要
本发明涉及环保节能砂型铸造工艺，包括以下步骤第一步、将金属砂、粘结剂混匀制得金属型砂；第二步、先将砂箱与模型组装好，再充入金属型砂至满箱；第三步、砂箱外部设有电磁铁和振动器；先开启振动器振动砂箱然后关闭振动器并向电磁铁通电产生电磁力，同时金属型砂进行硬化处理制得砂型；待硬化结束后移除电磁铁或使电磁铁断电；起出砂型并在砂型表面涂覆耐高温涂料，即制得铸型；第四步、将铸型安置于电磁铁两磁极之间，将电磁铁通电后，向铸型中注入金属液，金属液凝固形成铸件；待铸件冷却后对铸件进行落砂和抛丸处理。采用本发明工艺后，可避免对生产环境造成污染，并避免对矿物资源的消耗，同时可显著提高铸件机械性能和尺寸精度。
文档编号B22D27/02GK103223463SQ201310136649
公开日2013年7月31日 申请日期2013年4月19日 优先权日2013年4月19日
发明者卜基山, 卜诗宇 申请人:天长市天曾机械配件厂, 卜基山, 卜诗宇