本发明涉及铁路铸造钩体技术领域，尤其涉及一种铸造钩体用型砂的制备方法。
背景技术：
目前，美国铁路钩缓装置用铸造钩体在国内采购数量比较多，而型砂是生产这种钩体必须的材料，但目前国内生产厂家一般都采用传统工艺与型砂材料制备铸造钩体用的模具。
传统工艺采用的型砂材料
另外，传统工艺中，制备铸造钩体用制备型砂材料的方法为：石英砂+粘土(干混2-3分钟)，再加7～8％的水玻璃混5-7分钟，然而，这种型砂材料和制备工艺存在的问题是：(1)铸造之后石英砂不能回收，浪费严重，成本很高。(2)如果铸造之后的水玻璃砂随着雨水、河水等介质进入地下，会对地下水造成严重污染。(3)模具的生产周期长，并不能充分满足对铸造钩体对生产需求，现急需既能够批量生产又生产周期较短对供应商，因此，有必要研发一种新的铸造钩体用的型砂配方及其制备工艺。
技术实现要素：
针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种铸造钩体用型砂的制备方法。本发明通过一种无机黏结剂、增强剂，并使用二氧化碳加速的工艺制造了一种用于铸造美国铁路钩缓装置用钩体的型砂，本发明的方法不仅效率高，而且制备的产品的气孔缺陷明显减少，质量得到了大幅度提高。
本发明的目的之一是提供一种铸造钩体用型砂的制备方法。
本发明的目的之二是提供上述铸造钩体用型砂的制备方法的应用。
为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：
首先，本发明公开一种铸造钩体用型砂的制备方法，包括如下步骤：
(i)砂型配比：石英砂100％(质量)、无机粘结剂、增强剂；所述无机粘结剂的添量为石英砂质量的2.8-3.4％，所述增强剂的添加量为无机粘结剂质量的18-24％；所述无机粘结剂由质量比为1-3：0.8-1.5的水泥和粘土组成，其中水泥为促硬剂，粘土的主要作用是更好地吸收吹入砂型中的二氧化碳，保证二氧化碳和无机粘结剂、增强剂之间的充分接触和反应，促进砂型的硬化效率和二氧化碳的利用率，因为粘土具有致密富含微孔的特点，可吸附和封存大量的二氧化碳。
(ii)混石英砂：具体步骤如下：
①加石英砂和水：搅拌均匀；
②加增强剂，盖上塑料布混合石英砂；
③加无机粘结剂，混合石英砂，取出石英砂；
④混好的石英砂用塑料布覆盖。
(iii)扎气眼：1)在塑料布上表面上扎五个气眼，其中，中间一个，四边各一个，五个气眼深度尽量接近模具，特别是模具上加排气塞的部分，中间气眼用湿石英砂抹平；2)然后在塑料布的边上斜扎四个气眼；边上四个气眼插入吹气管，插管时防止吹气管前端进石英砂；3)插管处压实。
(iv)吹气硬化工艺：
(1)吹气控制仪带阀侧接co2气源；
(2)压缩空气使用前需将风包内水排净；
(3)打开吹气控制仪出气阀门中的五个，其中四个与步骤(iii)中插入石英砂中的吹气管对应，剩余一个出气阀门由吹气操作者在吹气过程中判断气体流量的大小；
(4)打开吹co2管道上的侧球阀，打开闸板阀，向石英砂中吹入co2；
(5)关co2侧球阀，同时打开压缩空气侧球阀，开至行程的三分之一，吹压缩空气；
(6)关压缩空气球阀，关co2侧闸板阀。
(v)起模：拔出气管，即得铸造钩体用型砂。
步骤(i)中，所述增强剂为硅烷偶联剂。硅烷偶联剂中的有机官能基能和石英砂、无机粘结剂中的水泥、粘土之间产生界面反应，形成无机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结构，使石英砂、水泥和粘土之间形成相互连接、缠结的网状结构，从而起到提高型砂的强度、硬化效率等作用。进一步地，所述硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷等。
步骤①中，所述水的加入量为石英砂质量的5-8％。
步骤②中，所述混石英砂时间为30-40s。
步骤③中，所述混石英砂时间为90-100s。
步骤(1)中，所述co2的气压设定为0.30-0.35mpa。
步骤(4)中，所述吹入co2的方法为：先以5-10m3/h吹8-10s，再以12-15m3/h吹40-45s。
步骤(5)中，所述吹压缩空气的时间为25-28s，气压为0.30-0.35mpa。
步骤5中，还包括清理出气管中已硬化的石英砂的步骤，具体方法为：模具光滑面上撒上干石英砂，芯盒(芯盒：制作砂芯的模具)翻转于其上，打开芯盒卡子，两个操作者同时敲击芯盒合适部位起模。
最后，本发明公开了铸造钩体用型砂的制备方法在制备铁路钩缓装置中的应用。
与现有技术相比，本发明提取得了以下有益效果：
(1)本发明的制备方法速度快，加快了工序流转；制备的产品的气孔缺陷明显减少，产品质量得到了大幅度提高。
(2)本发明的制备铸造钩体的原料可以在二氧化碳的作用下硬化，不需要使用水玻璃，不仅提高生产效率，而且避免了污染环境。同时，石英砂可以循环使用，大大降低了生产成本；试验证明，本发明的原料和方法相对原有工艺，铸造钩体用型砂的制备总体成本原先工艺每吨产品成本5000元降低到3000元，生产效率由原来每天制作钩体30-40件提高到更改后每天制作钩体60-70件，因气孔缺陷返修报废率由原来15-20％降低到5-10％，增效明显。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，目前，美国铁路钩缓装置用铸造钩体在国内采购数量比较多，国内生产厂家都采用传统工艺与材料，生产周期长，成本高，并且传统材料对环境污染比较严重，不符合国家目前绿色铸造主题的要求，不能充分满足对铸造钩体对生产需求；为了解决上述问题，本发明提供一种铸造钩体用型砂的制备方法，下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种铸造钩体用型砂的制备方法，包括如下步骤：
1、砂型配比：石英砂100％(质量)、无机粘结剂、增强剂；所述：无机粘结剂的添加量为石英砂质量的3.0％，所述无机粘结剂由质量比为1.8：1.5的水泥和粘土组成；所述增强剂为乙烯基三乙氧基硅烷，其添加量为无机粘结剂质量的20％。
2、混石英砂：具体步骤如下：
①加入石英砂，加入石英砂质量8％的水：开动刮板电机，搅拌25圈停机；
②将增强剂手工埋入石英砂中，盖塑料布，搅拌32s，停机；
③加无机粘结剂，混石英砂90s后出石英砂；
④混好的石英砂使用塑料布覆盖。
3、扎气眼：1)在塑料布上表面上扎五个气眼，其中，中间一个，四边各一个，五个气眼深度尽量接近模具，特别是模具上加排气塞的部分，中间气眼用湿石英砂抹平；2)然后在塑料布的边上斜扎四个气眼；边上四个气眼插入吹气管，插管时防止吹气管前端进石英砂；3)插管处手工压实，以减少吹气时气体从该处溢出。
4、吹气硬化工艺：
(1)吹气控制仪带阀侧接co2气源，所述co2的气压设定为0.30mpa。
(2)压缩空气使用前需将风包内水排净；
(3)打开吹气控制仪出气阀门中的五个，其中四个与步骤3中插入石英砂中的吹气管对应，剩余一根吹气管由吹气操作者在吹气过程中判断气体流量的大小；
(4)打开吹co2的管上的co2侧球阀(用于开关co2的吹送)，打开闸板阀，先以5m3/h吹10s，再以13m3/h吹45s；
(5)关co2侧球阀，同时打开压缩空气侧球阀，开至行程的三分之一，吹压缩空气26s，气压为0.30mpa；
(6)关压缩空气球阀，关co2侧闸板阀。
5、起模：拔出气管，即得铸造钩体用型砂。
实施例2
一种铸造钩体用型砂的制备方法，包括如下步骤：
1、砂型配比：石英砂100％(质量)、无机粘结剂、增强剂；所述：无机粘结剂的添加量为石英砂质量的2.8％，所述无机粘结剂由质量比为1.0：1.2的水泥和粘土组成；所述增强剂为乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷，其添加量为无机粘结剂质量的24％。
2、混石英砂：具体步骤如下：
①加石英砂，加入石英砂质量5％的水：开动刮板电机，搅拌30圈停机；
②将增强剂手工埋入石英砂中，盖塑料布，搅拌30s，停机；
③加无机粘结剂，混石英砂96s后出石英砂；
④混好的石英砂使用塑料布覆盖。
3、扎气眼：1)在塑料布上表面上扎五个气眼，其中，中间一个，四边各一个，五个气眼深度尽量接近模具，特别是模具上加排气塞的部分，中间气眼用湿石英砂抹平；2)然后在塑料布的边上斜扎四个气眼；边上四个气眼插入吹气管，插管时防止吹气管前端进石英砂；3)插管处手工压实，以减少吹气时气体从该处溢出。
4、吹气硬化工艺：
(1)吹气控制仪带阀侧接co2气源，所述co2的气压设定为0.32mpa。
(2)压缩空气使用前需将风包内水排净；
(3)打开吹气控制仪出气阀门中的五个，其中四个与步骤3中插入石英砂中的吹气管对应，剩余一根吹气管由吹气操作者在吹气过程中判断气体流量的大小；
(4)打开co2侧球阀，打开闸板阀，先以8m3/h吹9s，再以12m3/h吹40s；
(5)关co2侧球阀，同时打开压缩空气侧球阀，开至行程的三分之一，吹压缩空气25s，气压为0.32mpa；
(6)关压缩空气球阀，关co2侧闸板阀。
实施例3
一种铸造钩体用型砂的制备方法，包括如下步骤：
1、砂型配比：石英砂100％(质量)、无机粘结剂、增强剂；所述：无机粘结剂的添加量为石英砂质量的3.4％，所述无机粘结剂由质量比为3.0：0.8的水泥和粘土组成；所述增强剂为乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷，其添加量为无机粘结剂质量的18％。
2、混石英砂：具体步骤如下：
①加石英砂，加入石英砂质量6％的水：开动刮板电机，搅拌20圈停机；
②将增强剂手工埋入石英砂中，盖塑料布，搅拌40s，停机；
③加无机粘结剂，混石英砂100s后出石英砂；
④混好的石英砂使用塑料布覆盖。
3、扎气眼：1)在塑料布上表面上扎五个气眼，其中，中间一个，四边各一个，五个气眼深度尽量接近模具，特别是模具上加排气塞的部分，中间气眼用湿石英砂抹平；2)然后在塑料布的边上斜扎四个气眼；边上四个气眼插入吹气管，插管时防止吹气管前端进石英砂；3)插管处手工压实，以减少吹气时气体从该处溢出。
4、吹气硬化工艺：
(1)吹气控制仪带阀侧接co2气源，所述co2的气压设定为0.35mpa。
(2)压缩空气使用前需将风包内水排净；
(3)打开吹气控制仪出气阀门中的五个，其中四个与步骤3中插入石英砂中的吹气管对应，剩余一根吹气管由吹气操作者在吹气过程中判断气体流量的大小；
(4)打开co2侧球阀，打开闸板阀，先以10m3/h吹8s，再以15m3/h吹43s；
(5)关co2侧球阀，同时打开压缩空气侧球阀，开至行程的三分之一，吹压缩空气28s，气压为0.35mpa；
(6)关压缩空气球阀，关co2侧闸板阀。
5、起模：拔出气管，即得铸造钩体用型砂。另外，清理掉出气管中已硬化的石英砂，具体方法为：光滑面上撒上干石英砂，芯盒翻转于其上，打开芯盒卡子，两个操作者同时敲击芯盒合适部位起模，即得。
实施例试验结果显示，相对与改进前的工艺(背景技术部分的传统工艺)，本发明的方法使得铸造钩体用型砂的制备总体成本原工艺每吨产品成本5000元降低到3000元，钩体的生产效率由原来每天制作30-40件提高到60-70件，因气孔缺陷返修报废率由原来15-20％降低到5-10％，显著提高了企业的效率。
这是由于相对于原有的型砂原料和制备工艺，本发明采用二氧化碳和无机粘结剂、增强剂之间的相互作用实现了对型砂的硬化，在本发明的型砂配比中，加入少量的水泥作为为促硬剂，加入少量的粘土，利用其多孔的特性吸收和存储吹入砂型中的二氧化碳，保证型砂有充分的硬化时间，既能提高砂型的硬化效率，也能降低二氧化碳的损耗，控制型砂的制备成本；同时，本发明通过加入硅烷偶联剂，在搅拌后硬化过程中，硅烷偶联剂和石英砂、水泥、粘土之间产生界面反应，形成相互连接、缠结的网状结构，从而起到提高型砂的强度、质量和的作用，减少气孔缺陷，保证高的成品率。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、同替换、改进，均应包含在本申请的保护范围之内。