一种铸造用水玻璃砂酯硬化复合吹气硬化的造型制芯方法
阅读说明：本技术 一种铸造用水玻璃砂酯硬化复合吹气硬化的造型制芯方法 (Molding and core making method for hardening sodium silicate sand ester for casting and compounding with air blowing hardening ) 是由 魏甲 金广明 殷行 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及铸造技术领域,具体涉及一种铸造用水玻璃砂酯硬化复合吹气硬化的造型制芯方法。将砂混合料填入砂箱或芯盒制成砂型,而后吹气、硬化、起模即得到砂型或砂芯；砂混合料由以下质量含量的原料组成：2-3％铸造用水玻璃、0.1-0.3％有机酯、0.2-0.3％非结晶二氧化硅、余量为原砂；吹气为先吹CO2或CO2和空气的混合气体5-60s,再吹压缩空气20-120s。本发明复合硬化法,吹气后即可起模,省去了酯硬化工艺造型芯后的等待时间,提高了生产效率。(The invention relates to the technical field of casting, in particular to a molding and core-making method for hardening sodium silicate sand ester for casting and compounding with air blowing hardening. Filling the sand mixture into a sand box or a core box to prepare a sand mold, and then blowing, hardening and stripping to obtain the sand mold or the sand core; the sand mixture is composed of the following raw materials by mass: 2-3% of water glass for casting, 0.1-0.3% of organic ester, 0.2-0.3% of non-crystalline silicon dioxide and the balance of raw sand; the blowing is to blow CO2 or the mixed gas of CO2 and air for 5-60s and then blow compressed air for 20-120 s. The composite hardening method can be used for drawing the mold after air blowing, thereby saving the waiting time after the mold core is manufactured by the ester hardening process and improving the production efficiency.)
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，具体涉及一种铸造用水玻璃砂酯硬化复合吹气硬化的造型制芯方法。
背景技术
造型材料技术与铸件生产成本、材料消耗、能源消耗、三废排放密切相关。树脂自硬砂的大量应用，高成本、高碳、高污染的问题引发广大铸造工作者的焦虑。目前水玻璃是对环境污染最小的无机黏结剂，特别是酯硬化水玻璃砂,水玻璃加入量低、强度高、溃散性好、旧砂可热干法再生、再生砂回用率高、使硅砂资源得到充分利用，水玻璃砂可避免铸件产生气孔、裂纹缺欠,生产铸钢件质量好，该工艺尤其在铸钢件的生产中，得到了广泛的推广应用，获得了明显的经济效益和社会效益。但是,酯硬化水玻璃砂的硬化速度和硬化强度等指标与环境温度和湿度相关，在生产过程中，需要根据环境温度、湿度条件及时调整水玻璃和固化剂的型号及配比，尤其是在冬季低温(15℃以下)条件下，气温、砂温比较低，硬化速度比较慢，即使选择硬化最快的固化剂和水玻璃型号，也无法保证正常的生产节拍内起模，起模等待时间长成为生产线上关键环节，导致生产效率低，影响铸件日产量。因此急需一种能够提高生产效率的工艺技术，缩短起模时间，提高生产效率。酯硬化水玻璃砂在高温、高湿季节常发生蠕变缺欠，为防止蠕变不得不采用延长起模时间和增加酯的加入量等应急措施，酯的加入量高达22％ (占水玻璃量)，不仅影响生产效率，而且增加生产成本。因此，降低酯硬化的起模时间、降低酯的加入量一直是铸造
技术领域
的研究课题。
发明内容
本发明的目的在于一种铸造用水玻璃砂酯硬化复合吹气硬化的造型制芯方法，解决了酯硬化水玻璃砂气温低的季节，型、芯紧实后，硬化慢，等待起模时间长，不能及时起模，生产效率低，高温、高湿季节，型、芯起模后常发生蠕变，使型芯报废，增加酯的加入量增加了生产成本，同时不得不延长起模时间的问题。
为实现上述目的，本发明采用技术方案为：
一种铸造用水玻璃砂酯硬化复合吹气硬化的造型制芯方法：将砂混合料填入砂箱或芯盒制成砂型，而后吹气、硬化、起模即得到砂型或砂芯；
所述砂混合料由以下质量含量的原料组成：2-3％铸造用水玻璃、0.1-0.3％有机酯、0.2-0.3％非结晶二氧化硅、余量为原砂；
所述吹气为先吹CO2或CO2和空气的混合气体5-60s,再吹压缩空气 20-120s。
优选的吹气压力为0.05-0.4Mpa，先吹CO2和空气混合气体5-35s，再吹干燥的压缩空气20-60s。
CO2和空气混合气体中CO2体积占50-90％，余量为压缩空气；
所述压缩空气为经除湿的干燥压缩空气，露点低于5℃。
优选的CO2和空气混合气体中CO2体积占50-60％。
铸造用水玻璃模数为1.85-2.35。
所述有机酯为甘油单乙酸酯、甘油二乙酸酯、甘油三乙酸酯、丙烯碳酸酯、乙二醇单乙酸酯、乙二醇二乙酸酯中的一种或多种混合酯。
所述非结晶二氧化硅为硅灰或生产氧化锆的副产品锆质氧化硅。
进一步的砂混合料可采用射芯机制芯、或砂混合料填满砂箱后用震实台紧实、或手工紧实，紧实之后在室温下，用吹气板吹气或插管吹气，吹气后机械或人工操作起模。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
1.本发明复合硬化法，吹气后即可起模，省去了酯硬化工艺造型芯后的等待时间，提高了生产效率。
2.本发明的酯硬化加复合吹气硬化水玻璃砂吹气结束后，立即起模，型芯尺寸和形状稳定，不发生蠕变。
3.本发明的酯硬化复合吹气硬化的造型制芯方法，解决了酯硬化水玻璃砂气温低的季节，型、芯紧实后，硬化慢，等待起模时间长，不能及时起模，生产效率低，高温、高湿季节，型、芯起模后常发生蠕变，使型芯报废，增加酯的加入量增加了生产成本，同时不得不延长起模时间的问题。
4.本发明的复合吹气先吹CO2，再吹干燥的压缩空气，保证型芯砂粒间隙残存的CO2清洗干净，防止砂粒间隙残存的CO2继续与水玻璃反应，导致“过吹”，同时，干燥的压缩空气携水能力强，在清除CO2的同时，使水玻璃失水固化，在不增加水玻璃加入量的情况下，提高了型芯的性能。
具体实施方式
在砂混合料中加入2-3％的铸造用水玻璃、0.1-0.3％的有机酯、0.2-0.3％的非结晶二氧化硅、余量为硅砂。造型制芯时采用间歇式混砂机或连续式混砂机，最好选用连续式混砂机,混好的砂混合料直接流入砂箱，填满后停止混砂，经振动紧实，刮平，采用插管吹气或吹气板吹气，先吹CO2和/空气5-35s，再吹干燥的压缩空气20-60s，保证型芯砂粒间隙残存的CO2清洗干净，输送小车将造好型的模具及砂箱送入翻转起模机，立即起模，砂型与模具分开,输送小车将砂型送入表面烘干窑，烘干后喷或刷醇基涂料，点燃后自干，一组上、下型做好后，分别用输送小车将砂型送入合箱机，下芯，合箱，送浇注工部等待浇注。模具返回造型工位，造下一个砂型。
对于较大批量生产的砂芯，可以采用射芯机制芯，上述砂混合料通过射芯机射芯，砂芯射实后，通过吹气板吹气，先吹CO2 5-35s，再吹干燥的压缩空气 20-60s，吹气板退出，开盒顶出砂芯，输送小车将砂芯送入表面烘干窑，烘干后喷或刷醇基涂料，点燃后自干。
实施例1-实施例5的条件：室温15℃，相对湿度55％，原砂温度15℃，压缩空气经除湿处理，空气露点为5℃以下，温度15℃，CO2为工业二氧化碳，温度为室温。
实施例6的条件：室温15℃，相对湿度55％，原砂温度15℃，压缩空气经除湿处理，空气露点为5℃以下，温度15℃，吹入气体为工业二氧化碳和空气的混合气体，其中工业二氧化碳体积占60％，空气体积占40％，温度为室温。
实施例7-8的条件：室温30℃，相对湿度90％，原砂温度30℃，压缩空气经除湿处理，空气露点为5℃以下，温度30℃，CO2为工业二氧化碳，温度为室温。蠕变性根据“ZL20102061919.7”技术,制造的蠕变性测定仪测试本专利申请的试样。
实施例1
用电子称称量铸造用标准砂1000g，沈阳汇亚通HYT s-106水玻璃30g，丙烯碳酸酯1.5g，锆质氧化硅3g，依次放入SHY叶片式芯砂混砂机，混90s放出砂混合料。开动实验室用冷芯盒射芯机，射砂压力为0.3-0.4Mpa,吹气压力为 0.05-0.08Mpa。将砂混合料装入射砂筒，把射砂筒放入标准“8”形模具和压板之间，压紧压板，使射砂系统密封，开动射砂阀门射砂，放松压板，取下射砂筒。开动吹气阀门，先吹CO2 20s,再吹压缩空气20s,打开模具，取出“8”字试样。按上述程序操作，连续制作15只“8”字试样。起模后30s内用XQY-Ⅱ智能型砂强度机检测砂样起模强度，即时抗拉强度：0.097、0.101、0.099、0.095、0.098 (Mpa)，去掉一个最低值和一个最高值，做中间3只试样的平均值，平均即时抗拉强度为：0.098Mpa；5只试样做室内存放50min后的抗拉强度：0.332、0.324、 0.321、0.329、0.334(Mpa)，中间3只试样的平均为：0.328Mpa；5只试样做室内存放24h后的抗拉强度：1.135、1.128、1.139、1.128、1.140(Mpa)，中间3只试样的平均值为：1.134Mpa。强度值列入表1。
实施例2
用电子称称量铸造用标准砂1000g，沈阳汇亚通HYT s-106水玻璃30g，丙烯碳酸酯2.4g，锆质氧化硅3g，依次放入SHY叶片式芯砂混砂机，混90s放出砂混合料。开动实验室用冷芯盒射芯机，射砂压力为0.3-0.4Mpa,吹气压力为 0.05-0.08Mpa。将砂混合料装入射砂筒，把射砂筒放入标准“8”字形模具和压板之间，压紧压板，使射砂系统密封，开动射砂阀门射砂，放松压板，取下射砂筒。开动吹气阀门，先吹CO2 30s,再吹压缩空气30s,打开模具，取出“8”字试样。按上述程序操作，连续制作15只“8”字试样。起模后30s内用XQY-Ⅱ智能型砂强度机检测起模强度，做5只试样的即时抗拉强度：0.102、0.110、0.112、 0.101、0.107(Mpa)，去掉一个最低值和一个最高值，做中间3只试样的平均值，平均抗拉强度：0.106Mpa。5只试样做室内存放50min后的抗拉强度：0.323、 0.327、0.325、0.329、0.321(Mpa)，中间3只试样的平均抗拉强度：0.325Mpa。 5只试样做室内存放24h后的抗拉强度:1.098、1.095、1.089、1.088、1.100(Mpa)，中间3只试样的平均值为：1.094Mpa。强度值列入表1。
实施例3
用电子称称量铸造用标准砂1000g，沈阳汇亚通HYT s-106水玻璃30g，丙烯碳酸酯2.0g，硅灰3g，依次放入SHY叶片式芯砂混砂机，混90s放出砂混合料。开动实验室用冷芯盒射芯机，射砂压力为0.3-0.4Mpa,吹气压力为 0.05-0.08Mpa。将砂混合料装入射砂筒，把射砂筒放入标准“8”字形模具和压板之间，压紧压板，使射砂系统密封，开动射砂阀门射砂，放松压板，取下射砂筒。开动吹气阀门，先吹CO2 35s,再吹压缩空气40s,打开模具，取出“8”字试样。按上述程序操作，连续制作15只“8”字试样。起模后30s内用XQY-Ⅱ智能型砂强度机检测起模强度，做5只试样的即时抗拉强度：0.094、0.100、0.091、 0.098、0.102(Mpa)，去掉一个最低值和一个最高值，平均即时抗拉强度为：0.097 Mpa。5只试样做室内存放50min后的抗拉强度:0.360、0.364、0.354、0.369、0.363(Mpa)，中间3只试样的平均为：0.362Mpa，5只试样做室内存放24h 后的抗拉强度：1.028、1.030、1.034、1.038、1.026(Mpa)，中间3只试样的平均值为：1.032Mpa。强度值列入表1。
实施例4
用电子称称量酯硬化水玻璃砂旧砂再生砂1000g，沈阳汇亚通HYT s-106水玻璃30g，丙烯碳酸酯1.5g，锆质氧化硅3g，依次放入SHY叶片式芯砂混砂机，混90s放出砂混合料。开动实验室用冷芯盒射芯机，射砂压力为0.3-0.4Mpa,吹气压力为0.05-0.08Mpa。将砂混合料装入射砂筒，把射砂筒放入标准“8”字形模具和压板之间，压紧压板，使射砂系统密封，开动射砂阀门射砂，放松压板，取下射砂筒。开动吹气阀门，先吹CO2 35s,再吹压缩空气20s,打开模具，取出“8”字试样。按上述程序操作，连续制作15只“8”字试样。起模后30s内用XQY-Ⅱ智能型砂强度机检测起模强度，做5只试样的即时抗拉强度：0.094、 0.084、0.092、0.087、0.093(Mpa)，去掉一个最低值和一个最高值，平均即时抗拉强度为：0.090Mpa。5只试样做室内存放:45min后的抗拉强度：0.18、0.22、 0.23、0.19、0.18(Mpa)，中间3只试样的平均为：0.20Mpa；5只试样做室内存放24h后的抗拉强度：1.726、1.733、1.737、1.725、1.739(Mpa),中间3 只试样的平均值为：1.732Mpa。强度值列入表2。
实施例5
用电子称称量酯硬化水玻璃砂旧砂再生砂1000g，沈阳汇亚通HYT s-106水玻璃30g，丙烯碳酸酯1.5g，锆质氧化硅3g，依次放入SHY叶片式芯砂混砂机，混90s放出砂混合料。开动实验室用冷芯盒射芯机，射砂压力为0.3-0.4Mpa,吹气压力为0.05-0.08Mpa。将砂混合料装入射砂筒，把射砂筒放入标准“8”字形模具和压板之间，压紧压板，使射砂系统密封，开动射砂阀门射砂，放松压板，取下射砂筒。开动吹气阀门，先吹CO2 30s,再吹压缩空气20s,打开模具，取出“8”字试样。按上述程序操作，连续制作15只“8”字试样。起模后30s内用XQY-Ⅱ智能型砂强度机检测起模强度，做5只试样的起模抗拉强度为：0.088、 0.095、0.099、0.091、0.097(Mpa)，去掉一个最低值和一个最高值，平均抗拉强度为：0.094Mpa。5只试样做室内存放50min后的抗拉强度:0.27、0.20、0.25、 0.22、0.26(Mpa)，中间3只试样的平均值为：0.24Mpa；5只试样做室内存放24h后的抗拉强度：1.792、1.800、1.802、1.810、1.786(Mpa)，中间3只试样的平均值为1.798Mpa。强度值列入表2。占60％
实施例6
用电子称称量酯硬化水玻璃砂旧砂再生砂1000g，沈阳汇亚通HYT s-106水玻璃30g，丙烯碳酸酯1.5g，锆质氧化硅3g，依次放入SHY叶片式芯砂混砂机，混90s放出砂混合料。开动实验室用冷芯盒射芯机，射砂压力为0.3-0.4Mpa,吹气压力为0.05-0.08Mpa。将砂混合料装入射砂筒，把射砂筒放入标准“8”字形模具和压板之间，压紧压板，使射砂系统密封，开动射砂阀门射砂，放松压板，取下射砂筒。开动吹气阀门，先吹CO2和空气混合气体30s,再吹压缩空气30s, 打开模具，取出“8”字试样。按上述程序操作，连续制作15只“8”字试样。起模后30s内用XQY-Ⅱ智能型砂强度机检测起模强度，做5只试样的即时抗拉强度为：0.091、0.096、0.098、0.091、0.099(Mpa)，去掉一个最低值和一个最高值，平均即时抗拉强度：0.095Mpa。5只试样做室内存放45min后的抗拉强度:0.29、0.30、0.27、0.29、0.25(Mpa)，中间3只试样的平均为：0.28Mpa； 5只试样做室内存放24h后的抗拉强度；1.847、1.854、1.857、1.860、1.844(Mpa)，中间3只试样的平均值为：1.852Mpa。强度值列入表2。
实施例7
用电子称称量铸造用标准砂1500g，沈阳汇亚通HYT s-106水玻璃45g，甘油三乙酸酯2.3g，锆质氧化硅4.5g，依次放入SHY叶片式芯砂混砂机，混90s 放出砂混合料。将砂混合料装入蠕变仪标准模样筒(Φ50×300mm)，手工紧实，刮平，插入吹气管，吹气压力为0.05-0.08Mpa，先吹CO2 30s,再吹压缩空气30s, 打开模具，取出试样，将试样准确的放在蠕变性测定仪的底板中心，放下压板，两个人配合操作，均匀的调整左右弹簧的压力，分别为1.25kg,两只弹簧的总压力为2.5kg(相当于1000mm高的砂芯自重力产生的蠕变)。静置观察试样的变形值(mm)，24h无变形。变形值列入表3。
实施例8
用电子称称量酯硬化水玻璃旧砂干法再生砂1500g，沈阳汇亚通HYT s-106 水玻璃45g，甘油三乙酸酯2.3g，锆质氧化硅4.5g，依次放入SHY叶片式芯砂混砂机，混90s放出砂混合料。将砂混合料装入蠕变仪标准模样筒(Φ50× 300mm)，手工紧实，刮平，插入吹气管，吹气压力为0.05-0.08Mpa,先吹CO2 30s, 再吹压缩空气30s,打开模具，取出试样，将试样准确的放在蠕变性测定仪的底板中心，放下压板，两个人配合操作，均匀的调整左右弹簧的压力，分别为1.25kg, 两只弹簧的总压力为2.5kg(相当于1000mm高的砂芯自重力产生的蠕变)。静置观察试样的变形值(mm)，24h无变形。将变形值列入表3。
对比例1
用电子称称量铸造用标准砂1000g，沈阳汇亚通HYT s-106水玻璃30g，丙烯碳酸酯4.5g，依次放入SHY叶片式芯砂混砂机，混90s放出砂混合料。将砂混合料放入标准“8”字形手工模具，填满，紧实，刮平，一次打15只试样。剩余砂混合料用来检测可使用时间和起模时间，检测后得可使用时间为20min,起模时间为50min。打完“8”字试样50min后起模，立即用XQY-Ⅱ智能型砂强度机检测起模强度，做5只试样的起模强度为：0.099、0.093、0.092、0.101、0.097 (Mpa)，去掉一个最低值和一个最高值，平均抗拉强度为：0.096Mpa，5只试样做室内存放24h的抗拉强度：1.028、1.026、1.030、1.038、1.034(Mpa)，中间3只试样的平均值为：1.032Mpa。强度值列入表1。
对比例2
用电子称称量铸造用标准砂1000g，沈阳汇亚通HYT s-106水玻璃45g，丙烯碳酸酯4.5g，硅灰4.5g，依次放入SHY叶片式芯砂混砂机，混90s放出砂混合料。开动实验室用冷芯盒射芯机，射砂压力为0.3-0.4Mpa,吹气压力为 0.05-0.08Mpa。将砂混合料装入射砂筒，把射砂筒放入标准“8”字形模具和压板之间，压紧压板，使射砂系统密封，开动射砂阀门射砂，放松压板，取下射砂筒。开动吹气阀门，吹CO2 35s,打开模具，取出“8”字试样。按上述程序操作，连续制作15只“8”字试样。起模后30s内用XQY-Ⅱ智能型砂强度机检测起模强度，做5只试样的即时抗拉强度：0.096、0.102、0.095、0.097、0.103(Mpa)，去掉一个最低值和一个最高值，平均即时抗拉强度为：0.099Mpa。5只试样做室内存放50min后的抗拉强度:0.360、0.364、0.363、0.369、0.365(Mpa)，中间3只试样的平均为：0.364Mpa，5只试样做室内存放24h后的抗拉强度：0.810、0.822、0.829、0.865、0.870(Mpa)，中间3只试样的平均值为：0.839Mpa。强度值列入表1。
对比例3
用电子称称量酯硬化水玻璃砂旧砂再生砂1000g，沈阳汇亚通HYT s-106水玻璃30g，丙烯碳酸酯4.5g，依次放入SHY叶片式芯砂混砂机，混90s放出砂混合料。将砂混合料放入标准“8”字形手工模具，填满，紧实，刮平，一次打15 只试样。剩余砂混合料用来检测可使用时间和起模时间，检测后得可使用时间为 18min,起模时间为45min。打完“8”字试样45min后起模，立即用XQY-Ⅱ智能型砂强度机检测起模强度，做5只试样的起模强度：0.084、0.089、0.091、0.083、 0.092(Mpa)，去掉一个最低值和一个最高值，平均即时抗拉强度为：0.088Mpa， 5只试样做室内存放24h的抗拉强度:1.602、1.609、1.610、1.600、1.615(Mpa)，中间3只试样的平均强度为1.607Mpa。强度值列入表2。
对比例4
用电子称称量铸造用标准砂1500g，沈阳汇亚通HYT s-106水玻璃45g，甘油三乙酸酯6.75g，依次放入SHY叶片式芯对砂混砂机，混90s放出砂混合料。将砂混合料装入蠕变仪标准砂样筒(Φ50×300mm)，手工紧实，刮平；剩余砂混合料用来检测可使用时间和起模时间，检测后得可使用时间为24min,起模时间为50min。50min后起模，取出试样，将试样准确的放在蠕变性测定仪的底板中心，放下压板，两个人配合操作，均匀的调整左右弹簧的压力，分别为1.25kg, 两只弹簧的总压力为2.5kg(相当于1000mm高的砂芯自重力产生的蠕变)。静置观察试样的变形值(mm)，24h左边标尺降11mm，右边标尺降10mm。将变形值列入表3。
对比例5
用电子称称量旧砂再生砂1500g，沈阳汇亚通HYT s-106水玻璃45g，甘油三乙酸酯9.9g，依次放入SHY叶片式芯对砂混砂机，混90s放出砂混合料。将砂混合料装入蠕变仪标准砂样筒(Φ50×300mm)，手工紧实，刮平；剩余砂混合料用来检测可使用时间和起模时间，检测后得可使用时间为22min,可起模时间为45min。60min后起模，取出试样，将试样准确的放在蠕变性测定仪的底板中心，放下压板，两个人配合操作，均匀的调整左右弹簧的压力，分别为1.25kg, 两只弹簧的总压力为2.5kg(相当于1000mm高的砂芯自重力产生的蠕变)。静置观察试样的变形值(mm)，24h左边标尺降0.5mm，右边标尺降0mm。将变形值列入表3。
表1、采用新砂的性能对比
表2、采用再生砂的性能对比
表3、蠕变性能对比
由表1、表2可见，采用本发明复合硬化法，吹气后即可起模，省去了酯硬化工艺造型芯后的等待时间，提高了生产效率，在相同水玻璃加入量的情况下，即时强度、24h强度均有提高，酯的加入量比酯硬化工艺显著减少。由表3可见，采用本发明复合硬化法，吹气结束后立即起模，型芯尺寸和形状稳定，不发生蠕变。
对比例2与实施例3相比，由于吹CO2后没有吹压缩空气，水玻璃的用量多加50％，二者即时抗拉强度相当，24h抗拉强度对比例2低于实施例3，因此，本申请的酯硬化水玻璃砂吹CO2后，再吹压缩空气，可以取得防止“过吹”，力学性能提高的效果。
由表2可见，对比例3在高温、高湿季节抗蠕变性很差，对比例4有机酯的加入量是水玻璃加入量的22％，起模时间适当延长时，型芯蠕变量勉强不超标。
综上，本发明复合硬化法，吹气后即可起模，省去了酯硬化工艺造型芯后的等待时间，提高了生产效率。本发明的酯硬化加复合吹气硬化水玻璃砂吹气结束后，立即起模，型芯尺寸和形状稳定，不发生蠕变。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
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