专利名称：铸造用砂模和型芯的生产方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生产铸造用砂模和型芯的生产方法，在此方法中，砂模或型芯含有一种依靠二氧化碳气体通过该砂模和型芯而固化或硬化的粘结剂。该方法可用于生产砂模，但它特别适用于生产砂芯，本文将描述这种方法。在下文中，术语“型芯”的含义也包括模型在内。
多年以来，在铸造业方面的常用方法是以由砂子和作为粘结剂的含水硅酸钠组成的混合物来制造铸造用型芯，并依靠将二氧化碳通过该型芯而使硅酸钠固化或硬化。
近年以来，如在美国专利US4977209和US4，985，489中所述，已经研究出一种用于制造铸造用型芯的方法，在此方法中，用砂子与一种粘结剂的混合物来制造型芯，该粘结剂含有一种酚醛树脂的碱性水溶液以及一种能与该树脂形成稳定配合物的含氧阴离子。该粘结剂含有足够的碱以稳定该树脂并防止在树脂与含氧阴离子之间形成稳定的配合物，并含有足够的含氧阴离子，以便在一旦允许形成稳定配合物时能使该树脂固化。将二氧化碳通过用砂子与粘结剂制成的型芯以降低粘结剂的碱性，并借此使含氧阴离子与树脂形成稳定的配合物，因此使树脂固化，这样就制得了最后成品的型芯。
在上述两种使用二氧化碳气的方法中，常用的步骤是将二氧化碳气简单地通过可透气的型芯。
现已发现，如果在充气操作中不让二氧化碳气直接地通过该型芯而是使它在型芯中停留一小段时间，那么就可以获得较好的效果。
根据本发明，提供了一种用于制造铸造用砂芯的方法，该方法包含下列步骤(1)提供一个用于装型芯的型芯盒，(2)往型芯盒中注入由砂子与一种借助二氧化碳气来固化的粘结剂所组成的混合物以形成型芯，(3)在加压下将二氧化碳气充入型芯盒以充满该型芯盒，(4)使型芯与二氧化碳气保持接触以固化该粘结剂，(5)释放压力并让二氧化碳气从型芯盒中排出，以及(6)从型芯盒中取出已固化的型芯。
该方法适合于用一种由砂子与含水硅酸钠粘结剂组成的混合物来生产型芯，但它特别适合于用砂子与这样一种粘结剂的混合物来生产型芯，该粘合剂由一种酚醛树脂的碱性水溶液和一种能与该树脂形成稳定配合物的含氧阴离子(如硼酸根)所组成，这种组成在美国专利US4，977，209和US4，985，489中有所记载。
根据一种用来将砂子/粘结剂注入型芯盒中的方法和设备，可能必要在注入步骤之后以振动或锤击的方法将该混合物捣实，然后再进行充气操作。
在实施本发明的方法时，最好将二氧化碳气以一种较低的输入流量充入该型芯盒。当将该方法以较大的规模应用于铸造产生实践时，二氧化碳气的流量通常约为85-570L/min。但当将该方法以较小的规模来实施时，例如在实验室中生产实验用的砂芯时，须用低得多的流量，例如约5-15L/min。二氧化碳气通常以1-1.75kg/cm的压强充入型芯盒，充气时间5-15秒。最好使型芯与二氧化碳气的接触在0.8-1.25kg/cm的静压下保持约相当于充气时间3倍的一小段时间。
实际上本发明的方法可以很容易地应用于大多数由型芯喷砂器和型芯盒所组成的常规型芯制造设备，并且可等效地用于垂直打开式与水平打开式两种型芯盒。在型芯盒的两个半部的排气方向一侧，需要安装一个排气充气箱，以便在充气步骤中提供一种正压密封。在制造型芯的工艺中，当所用的粘结剂需要依靠二氧化硫气或胺蒸气来固化时，用于制造这类型芯的型芯制造装置就特别适合使用这类充气箱来充气。在每一个充气箱上要接上一根或多根排气管，而在每一根排气管上需装上一种用于打开和关闭该排气管的装置，例如电磁阀或气动阀等，以便在喷入砂子/粘结剂混合物时能打开阀门以使排气管与大气连通，而在需要将二氧化碳充入型芯盒以及将其保持于型芯盒中时关闭阀门，并且在最后需要释放二氧化碳气和取出型芯时打开阀门。在充气过程结束时可以简单地让二氧化碳从排气管排入大气中。
在垂直打开式的型芯盒的情况下，二氧化碳气可通过型芯盒的顶部或底部，或从上方或下方，以较低的流量和压力充入型芯盒中。在水平打开式的型芯盒的情况下，需要做一些小改动。
通常，二氧化碳充入型芯盒的时间约为5-12秒，而用于使气体与型芯接触所需的保持时间或称停留时间约等于充气时间的3倍。
与过去的将二氧化碳直接通过型芯的方法相比，本发明的方法具有很多优点，特别是在使用美国专利US4，977，209和US4，985，489中所记载的粘结剂来生产型芯的情况下更能显出这些优点。
本发明的方法可以提高“刚结束充气”时的型芯强度，也就是刚刚从型芯盒中取出该型芯时的型芯强度，甚至在减少粘结剂的情况下也是如此。
本发明的方法还能使整个型芯中的粘结剂均匀地固化并能以较低的二氧化碳气流量对一些大型的或复杂的型芯进行固化处理，这样就避免了可能发生于高气体流量情况下的粘结剂脱水现象。
在固化型芯时消耗的二氧化碳量可以显著地降低。
由于这种方法可使粘结剂的含量降低，因此可以提高砂子/粘结剂的可流动性，所以很容易地将型芯打碎并从金属铸造件上除去。
这种型芯的生产方法是有效的和迅速的，并且要比那些使用需依靠喷入气体来固化的有机粘合剂的其他方法更为有利。
现在参考附图
来解释本发明，该附图是表示在实施该方法时所用设备的示意图。
在此附图中，可垂直地打开成2，3两个半部的型芯盒1具有一个用于装载型芯5的腔室4。该腔室4与一组穿过型芯盒半部2，3而通向排气充气箱8的通气管6相连接。该腔室4还与一条通向型芯盒1顶部并通到用于充入二氧化碳气的充气头10处的通道9相连接。每一个排气充气箱皆具有一根配备有电磁阀12的排气管11。
在使用时，将型芯盒的两个半部2，3结合在一起，并且将电磁阀12向大气打开。用一个型芯喷砂器把一种由砂子与一种含有酚醛树脂的碱性水溶液和含氧阴离子盐(例如硼酸盐)的粘结剂所组成的混合物喷入型芯盒1中以形成型芯5，喷射压力可为，例如3.5-4.2kg/cm2，喷射时间1-2S。然后关闭电磁阀12，并卸下喷砂器(未示出)的接头，再在通道9的上方位置装上充气头10以密封该型芯盒1。将来自气源(未示出)的二氧化碳气以例如85-570L/min的流量和1-1.75kg/cm2的压强通过充气头10而充入型芯5中，以使其充满腔室4、通气管6和每一个排气充气箱8。充气时间是短的，通常为5-10S，但充气时间可以变化，这要取决于型芯的体积。在此时，“静态的”型芯盒压强约为0.8-1.25kg/cm2。然后在电磁阀12仍处于关闭和充气头10仍处于原位的状态下切断二氧化碳气流，并使型芯与二氧化碳的接触保持一段所需的停留时间，此段时间约等于充气时间的3倍。
最后打开电磁阀12以允许二氧化碳气排出，卸下充气头10，将型芯盒1打开并将型芯取出。
在停留时间内，可能有少量二氧化碳气漏出，例如通过两个半部2和3之间的接缝处以及充气头10和型芯盒1顶部之间的接缝处漏出。这种泄漏是可以接受的，条件是在停留时间结束时，在型芯盒内的静压仍能保持约0.3-0.6kg/cm2。
本发明还将通过下面的实施例来解释，此实施例把一种借助CO2充气处理来生产型芯的常规方法与本发明的一个实验室规模的方法进行对比。
用一种Wedron510石英砂与ECOLOTEC2000(这是从市面上购得的一种含有硼酸根离子的酚醛树脂碱性水溶液)的混合物作为原料，在一个金属管中以标准的三次锤出技术(threeramtechnique)生产出一种标准的AFSφ50mm×150mm圆柱状实验用砂芯。
准备两种用于进行二氧化碳气充气处理的型芯，其中一种的粘结剂含量为3.0%(重量，以砂子的重量为基准)，将该型芯按常规的方法充气以使二氧化碳气直接通过型芯;另一种的粘结剂含量为2.5%(重量，以砂子的重量为基准)，将该型芯按本发明的方法来处理。
为了对这些型芯进行充气操作，在所说管子的一端，用一个盖子密封起来，该盖子带有一根与进气阀和二氧化碳供气源相连接的进气管，而在另一端也用一个盖子密封起来，该盖子带有一根与压力表和排气阀相连接的排气管。
用两种方法来处理这些型芯，一种方法是在打开排气阀的状态下将二氧化碳直接通过型芯(“常规”)，另一种方法是首先将二氧化碳充入型芯及管子中，接着在关闭排气阀的状态下使型芯与二氧化碳气保持接触，然后将排气阀打开以便让二氧化碳排出(“本发明”)。最后测定这两种经过充气处理的型芯的抗压强度。
现将实验条件与所获结果列表如下充气方法常规本发明型芯重(平均)172g172g砂子温度70°F70FCO2温度 70°F 70FCO2进口压强 1kg/cm21kg/cm2CO2流量 15L/min 5L/minCO2流通时间 30S 4S停留时间012SCO2消耗(以砂重为基准)8%0.35%刚结束充气时的抗压强度 18.3kg/cm224.6kg/cm权利要求
1.一种用于制造铸造用砂芯的方法，在此方法中，将一种由砂子与粘结剂组成的混合物注入型芯盒中，用二氧化碳气使该粘结剂固化以形成型芯，然后从型芯盒中取出已固化的型芯，其特征在于，在加压下将二氧化碳气充入型芯盒以使其充满该型芯盒，然后使该型芯保持与二氧化碳接触的状态以使粘结剂固化，最后释放压力并借此使二氧化碳从型芯盒中排出。
2.如权利要求1的方法，其特征在于，粘结剂由酚醛树脂的碱性水溶液与一种能与该树脂形成稳定配合物的含氧阴离子所组成。
3.如权利要求1或2的方法，其特征在于，二氧化碳气以85-570L/min的流量充入型芯盒。
4.如权利要求1或2的方法，其特征在于，二氧化碳气以5-15L/min的流量充入型芯盒。
5.如权利要求1至4中的任一项的方法，其特征在于，二氧化碳气以1-1.75kg/cm2的压强充入型芯盒。
6.如权利要求1至5中的任一项的方法，其特征在于，二氧化碳气充入型芯盒中的时间为5-15S。
7.如权利要求1至6中的任一项的方法，其特征在于，将型芯保持与二氧化碳接触一段时间，该段时间约3倍于二氧化碳气充入型芯盒中的时间。
8.如权利要求1至7中的任一项的方法，其特征在于，型芯盒可打开成两个半部，每一个半部皆在其排气一侧具有一个排气充气箱。
9.如权利要求8的方法，其特征在于，型芯盒具有一个依靠排气管而与每一个排气充气箱连通的腔室。
10.如权利要求8的方法，其特征在于，每一个排气充气箱皆具有一根装备有阀门的排气管。
全文摘要
一种生产铸造用砂芯的方法该方法可用来生产模型，但它特别适合于用砂子与这样一种粘合剂的混合物来生产型芯或模型，该粘结剂由酚醛树脂的碱性水溶液和一种能与该树脂形成稳定配合物的含氧阴离子(如硼酸根)所组成。
文档编号B22C1/22GK1084789SQ92112048
公开日1994年4月6日 申请日期1992年9月30日 优先权日1991年4月25日
发明者J·S·格里芬, T·A·彭科 申请人:福塞科国际有限公司