一种砂型铸造用砂芯的制备方法及制得的砂芯

技术领域

本发明涉及一种砂型铸造用砂芯的制备方法及制得的砂芯。

背景技术

如图1和图2所示，砂型铸造是使用粘结剂将耐火材料砂粒粘结硬化成 型，形成与铸件产品相对应的型腔4，将液态金属通过浇口5浇注到型腔4 里，液态金属凝固后即为铸件。如果铸件是空心结构，则使用与之对应的砂 芯2来实现，砂芯2嵌设于相互叠合的上型1和下型3之间，以实现自身的 固定和定位，也就是说所需要的空心结构的铸件的内径通道是使用砂芯来实 现的。

但是，金属铸件在成型前，液态的金属液在凝固降温的过程中，会产生 收缩，砂芯则阻碍铸件的收缩，当铸件尺寸较大或壁厚较薄时，铸件就会因 砂芯的阻力过大而形成裂纹，这种铸件的裂纹问题是铸造行业一直以来难以 解决的技术问题。对于大口径、薄壁件、低泵级、高合金含量阀门铸钢件的 铸造产品，内腔及法兰根部、阀座周边等区域裂纹几乎无法避免，主要原因 为机械阻碍应力和铸件结构造成的热应力等因素影响，致使返修、报废量非 常高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中砂芯的退让性差，铸件 易产生裂纹的缺陷，而提供了一种砂型铸造用砂芯的制备方法及制得的砂 芯。本发明提供的砂芯退让性好，不再因为铸件壁薄，几何形状尺寸大，收 缩总量大而产生贯穿性裂纹或分散性密集型裂纹，甚至局部小裂纹也很少， 阀门、泵壳铸件因裂纹产生的报废减少或不再发生，铸件因裂纹返修、打磨、 焊补、拍片的费用减少，制造成本下降；且砂芯的制备工艺简单，适合大规 模工业化生产。

本发明提供了一种砂型铸造用砂芯的制备方法，其包括如下步骤：

(1)在芯盒与砂芯构成的空白区域内填满型砂A，以形成砂壳；

(2)待型砂A未完全固化时，在砂芯的区域内填满型砂B，同时刮平；

(3)完全固化后取出砂芯，即可；

其中，所述的型砂A包括以下成分：铸钢用40～100目的硅砂、碱性酚 醛树脂和有机酯固化剂；其中，碱性酚醛树脂的含量为铸钢用40～100目的 硅砂的质量的2～2.5％，有机酯固化剂的含量为型砂A中碱性酚醛树脂的质 量的20～25％；

所述的型砂B包括以下成分：基料X、碱性酚醛树脂和有机酯固化剂； 碱性酚醛树脂的含量为与所述的基料X等体积的硅砂的重量的2～2.5％，有 机酯固化剂的含量为型砂B中碱性酚醛树脂的质量的20～25％；所述的基料 X包括膨胀珍珠岩和铸钢用40～100目的硅砂，其中膨胀珍珠岩和铸钢用 40～100目的硅砂的体积比为(3：7)～(1：1)。

本发明中，所述的型砂A的制备方法较佳地为：取铸钢用40～100目的 硅砂，向其中加入占硅砂的重量2～2.5％的碱性酚醛树脂，再加入占碱性酚 醛树脂的重量20～25％的有机酯固化剂，混合均匀，即可。

本发明中，所述的型砂B的制备方法较佳地为：取基料X，向其中加入 占与所述的基料X等体积的硅砂的重量的2～2.5％的碱性酚醛树脂，再加入 占碱性酚醛树脂的重量20～25％的有机酯固化剂，混合均匀，即可。

其中，所述的型砂B中，膨胀珍珠岩和铸钢用40～100目的硅砂的体积 比较佳地为4：6；和/或，有机酯固化剂的含量较佳地为碱性酚醛树脂的质 量的20％。

本发明中，所述的型砂B中，所述的膨胀珍珠岩为本领域常规的膨胀珍 珠岩，其主要成分为：70％以上的SiO₂、10％以上的Al₂O₃以及少量的TiO₂、 Fe₂O₃和MgO，所述百分比为质量百分比。所述的型砂B中，所述的膨胀珍 珠岩的粒径较佳地为10-20目，更佳地为20目。

本发明中，所述的硅砂可为本领域常规用于铸钢的硅砂，较佳地为水洗 砂和/或擦洗砂。本领域技术人员均理解：所述的水洗砂为铸造用原砂，由天 然硅砂经水洗和分级处理后得到，其含泥量(质量百分数)≤1.0％。所述的 擦洗砂为一种铸造用原砂，是天然硅砂经擦洗、水洗、分级和烘干后得到， 其含泥量(质量百分数)＜0.5％。

本发明中，所述的硅砂较佳地包括96％以上的SiO₂，所述百分比为占硅 砂的质量百分比。

本发明中，所述的硅砂的颗粒较佳地为40-70或50-100目。

本发明中，所述的硅砂可以分离、回收和再生后重复利用，所述的再生 一般为除去硅砂粉末的灰尘和表层树脂膜；所述的硅砂的再生率一般为 95％～97％，所述的百分比为质量百分比。所述的型砂B中的硅砂较佳地为 再生砂。

本发明还提供了由上述制备方法制得的砂芯。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发 明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

本发明提供的砂芯退让性好，不再因为铸件壁薄，几何形状尺寸大，收 缩总量大而产生贯穿性裂纹或分散性密集型裂纹，甚至局部小裂纹也很少， 阀门、泵壳铸件因裂纹产生的报废减少或不再发生，铸件因裂纹返修、打磨、 焊补、拍片的费用减少，制造成本下降；且砂芯的制备工艺简单，适合大规 模工业化生产。

附图说明

图1为砂型的结构示意图。

图2为图1的砂型沿A-A面的剖面示意图。

图3为实施例1的砂芯的结构示意图。

图4为实施例1制得的砂芯制备得到的16寸300磅级薄壁铸件。

图5为对比实施例1制得的砂芯制备得到的20寸150磅阀体薄壁铸件。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在 所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常 规方法和条件，或按照商品说明书选择。

下述实施例中，型砂A的制备方法为：取铸钢用40～100目的硅砂，加 入碱性酚醛树脂，加入有机酯固化剂，混合均匀，即可。

下述实施例中，型砂B的制备方法为：取基料X，基料X包括膨胀珍 珠岩、铸钢用40～100目的硅砂，加入碱性酚醛树脂，加入有机酯固化剂， 混合均匀，即可。

下述实施例中，原料的购买厂家和型号如表1所示。

表1 实施例中原料的购买厂家和型号

实施例1

本实施例中，型砂A的原料包括铸钢用40～100目的硅砂、碱性酚醛树 脂和有机酯固化剂，具体配比如表2所示：

表2 实施例1的型砂A的原料配比

本实施例中，型砂B包括以下成分：基料X、碱性酚醛树脂和有机酯固 化剂；该基料X包括膨胀珍珠岩(粒径20目)、铸钢用40～100目的硅砂(包 括96％以上的SiO₂，质量百分比)，该膨胀珍珠岩和铸钢用40～100目的硅砂 的体积百分比为4：6；该碱性酚醛树脂的含量为与基料X相等体积的硅砂 的重量的2.3％，该有机酯固化剂的含量为该碱性酚醛树脂的质量的20％。

用制备的型砂B和型砂A来制备砂芯，如图3所示，砂芯2的制备方 法包括如下步骤：

(1)在芯盒7与砂芯2构成的空白区域内填满型砂A，以形成砂壳6；

(2)待型砂A未完全固化时，在砂芯2的区域内填满型砂B，同时刮 平；

(3)完全固化后取出砂芯2，即可。

将该砂芯用于生产16寸300磅级的薄壁铸件时，发现薄壁铸件没有裂 纹产生，如图4所示。

实施例2

本实施例中，型砂A、型砂B、砂芯的制备方法均同实施例1，不同之 处在于：

型砂A的原料包括铸钢用40～100目的硅砂、碱性酚醛树脂和有机酯固 化剂，具体配比如表3所示：

表3 实施例2的型砂A的原料配比

型砂B包括以下成分：基料X、碱性酚醛树脂和有机酯固化剂；该基料 X包括膨胀珍珠岩(粒径20目)、铸钢用40～100目的硅砂(包括96％以上 的SiO₂，质量百分比)，该膨胀珍珠岩和铸钢用40～100目的硅砂的体积百分 比为4.5：5.5；该碱性酚醛树脂的含量为与基料X相等体积的硅砂的重量的 2.5％，该有机酯固化剂的含量为该碱性酚醛树脂的质量的25％。

实施例3

本实施例中，型砂A、型砂B、砂芯的制备方法同实施例1，不同之处 在于：

型砂B包括以下成分：基料X、碱性酚醛树脂和有机酯固化剂；该基料 X包括膨胀珍珠岩(粒径20目)、铸钢用40～100目的硅砂(包括96％以上 的SiO₂，质量百分比)，该膨胀珍珠岩和铸钢用40～100目的硅砂的体积百分 比为3：7；该碱性酚醛树脂的含量为与基料X相等体积的硅砂的重量的 2.1％，该有机酯固化剂的含量为该碱性酚醛树脂的质量的22％。

对比实施例1

本对比实施例中，型砂A、砂芯的制备方法均同实施例1，不同之处在 于：用实施例1制得的型砂A代替型砂B，即单一使用型砂A制备砂芯。

该对比实施例制备的型砂A制作的砂芯生产20寸150磅阀体薄壁铸件， 发现薄壁铸件上出现了多处裂纹，如图5所示(图中用黑框表示)。

效果实施例1

本效果实施例是利用砂型强度试验仪来测定砂芯的抗压强度，并以此表 征砂芯的退让性，结果如表4所示。

表4 砂芯的退让性结果比较