鑄件成型方法與金屬鑄造用型芯的製作方法
2023-05-26 21:05:51 2
專利名稱：鑄件成型方法與金屬鑄造用型芯的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鑄件成型方法以及該方法製造的金屬鑄造用型芯，其中，含有粘結劑的鑄件成型材料在成型過程中，以及使用由含有粘結劑的鑄件成型材料成型的鑄造用型芯進行熔融物澆鑄時，儘管粘結劑受到加熱，也不會發生異味和對人體有害的氣體。本發明還進一步涉及到本發明方法中使用的鑄件成型用骨料混合物。
背景技術：
如日本特許廳No.5-32148專利公報所揭示的成型方法，其實施例1中，採用的粘結劑為酚醛樹脂，當成型模具的熱量使粘結劑硬化時，將散發出甲醛、苯酚和氨氣等揮發性氣體。這些揮發性氣體，一方面產生一種令人不愉快的味道，另一方面對人體也有害。其實施例2中採用水玻璃，因此鑄造後的鑄件難於再生利用，只好廢棄，這一結果也是我們所不希望的。
如日本特許廳No.10-193033專利公報所公開的薄殼模成型方法，其為將被覆上粘結劑的砂子吹填到加熱後的成型用模具中，由模具的熱量使充填進的砂子上被覆的粘結劑硬化。
上述專利所述的成型方法中，由模具的熱量使粘結劑硬化時，將散發出甲醛、苯酚和氨氣等揮發性氣體。產生的氣體將散發難聞的異味，並且還對人體產生不良的影響。而且，當採用這種鑄件時，在注入的熔融物溫度為700℃左右時，例如鋁合金的鑄造，樹脂型粘結劑不能充分地分解及揮發。其結果是，注入的熔融物在冷卻後不容易從型芯裡取出。特別是，用於製造汽車發動機中的鋁鑄件的水夾套型芯，其形狀十分複雜且壁厚很薄，因此，如果由所注入的熔融物的熱傳導不能使型芯中的粘結劑完全燒結分解的話，從鑄件中去除型芯沙粒將會十分困難。這一成型方法由於僅靠熔融物的熱量不能完全將型芯中的粘結劑燒結分解，所以在澆鑄後，還必須對澆鑄物以及型芯進行再加熱，才能除去型芯沙粒。
並且，正如日本特許廳No.59-47043所揭示的那樣，將含有以多官能團的醛、乙二醛、尿素等成分作為交聯劑的粘結劑組合物，用於鑄造時將產生不希望有的甲醛等有害氣體。
日本特許廳No.55-8328專利中公開的成型方法是，將以水和水溶性粘結劑為主的粘結劑與鑄造用沙混合後，進行冷凍；然後將這些冷凍混合物吹填進模具中。為了獲得更好的效果，一般需經過二次以上的吹填，但此時灌注頭內的矽沙單粒會相互聚集變得粗大，使得灌注頭內的混合物很難連續向模具中進行灌注。因此，這一鑄造成型方法一直沒有投入應用。
當使用水溶性粘結劑的鑄造型芯放置於高溼度環境下時，由於通常水溶性粘結劑的吸水性，結合力會變弱，從而使得型芯變型，因此無法保持其原有形狀。即使該型芯勉強可以用於澆鑄，也會因為溶液灌進模具時，水分被加熱，產生水蒸氣，使得澆鑄物產生空洞。
發明內容
鑑於以上問題，本發明的目的之一是提供一種鑄件成型方法以及該方法製造的型芯，其中，利用含有粘結劑的鑄件成型材料進行成型時，或者利用含有粘結劑的鑄件成型材料成型的鑄造用型芯進行澆鑄時，儘管粘結劑被加熱也不會發出難聞的氣味和對人體有害氣體。
本發明的目的之二是提供一種鑄件成型方法以及用該方法製造的型芯，運用本發明的方法可使含有粘結劑與沙的骨料混合物充分填充鑄件成型空間的細微部分。
本發明的目的之三是提供一種金屬鑄造用型芯，其中，當澆鑄物冷卻後能輕易地將型芯剝離，當非鐵合金如鋁合金的鑄造用型芯時，儘管注入模具的熔融物溫度為700℃左右，比鐵系材料的澆鑄溫度約1400℃更低，也可以利用注入熔融物的溫度使粘結劑揮發分解，當澆鑄物冷卻後能輕易地將型芯剝離。
本發明的目的之四是提供一種鑄件成型方法及用該方法製造的型芯，通過本發明的方法，使用含有沙和粘結劑的骨料混合物製造的型芯，儘管置於高溼度環境下也能維持其原有形狀。
本發明的目的之五是提供一種用於比鋁合金具有更高澆鑄溫度的鐵、銅合金類的金屬用型芯。
在一較佳實施例中，本發明提供一種鑄件成型方法，其包括如下工藝將含有粒子狀骨料、水溶性的粘結劑以及水的骨料混合物進行攪拌，使該骨料混合物發泡後填充到鑄件成型空間，將填充進的骨料混合物中的水分蒸發掉，讓骨料混合物硬化，然後將成型後的鑄件從鑄件成型用空間裡取出。
在另一較佳實施例中，本發明提供一種鑄件成型方法，包括如下工藝將含有粒子狀骨料、水溶性的粘結劑、能與水溶性粘結劑起交聯反應的交聯劑以及水的骨料混合物進行攪拌，使該骨料混合物發泡後填充到鑄件成型空間，然後將填充進的骨料混合物中的水分蒸發掉，同時使水溶性粘結劑與交聯劑進行交聯反應，最後將成型後的鑄件從鑄件成型用空間裡取出。
在又一較佳實施例中，本發明提供一種鑄件成型方法，包括如下工藝將含有粒子狀骨料、水溶性的粘結劑、能與水溶性粘結劑起交聯反應的交聯劑以及水的骨料混合物進行攪拌，使該骨料混合物發泡後填充到鑄件成型空間，然後將填充進的骨料混合物中的水分蒸發掉，將成型後的鑄件從鑄件成型用空間裡取出，取出後的鑄件中的水溶性粘結劑與交聯劑進行充分的交聯反應。
本發明的又一目的是提供一種由本發明的鑄件成型方法製造的金屬鑄造用型芯。
本發明還提供一種適合於本發明的鑄件成型方法使用的鑄件成型用骨料混合物，該鑄件成型用骨料混合物必須一直發泡到其中的粒子狀骨料被均勻分散形成漿狀發泡物為止。
圖1為對骨料混合物進行攪拌，使其發泡後的照片；圖2為實施本發明的鑄件成型裝置的正剖面示意圖；圖中，1是混合物，2是缸體，3是鑄件成型用模具，4是腔體；圖3為對本發明中的粘結劑產出的氣體成分進行質量分析得到的結果。
具體實施例方式
本發明的鑄件成型方法，包括如下工藝將含有粒子狀骨料、一種或一種以上的水溶性的粘結劑(根據情況也可以加入交聯劑)以及水的骨料混合物進行混合的工藝；進行攪拌使該骨料混合物發泡的工藝；將發泡後的骨料混合物填充到鑄件成型空間的填充工藝；將填充進的骨料混合物中的水分蒸發掉，讓骨料混合物硬化，使鑄件成型的工藝；將成型後的鑄件從鑄件成型用空間裡取出的工藝；根據情況在取出工藝前後使上交聯劑進行反應的工藝。
在本發明中，所述的粒子狀骨料包括下列的一種或多種成分矽砂、鋁砂、橄欖石礦砂、鉻鐵礦砂、鋯砂、莫來石砂及各種人造骨料等。
在本發明中，一種或多種水溶性的粘結劑含有糖類、樹脂等，當其中的水分被蒸發掉後就會凝固。
最好是使用在常溫下具有水溶性的物質，在常溫下具有水溶性的水溶性粘結劑，加水製造骨料混合物時，水溶性粘結劑與水不需要加熱就可混合，常溫下不溶於水的水溶性粘結劑則必須加熱才能混合。
但是，這種必須加熱才能與水混合的水溶性粘結劑，在通過加熱與水混合後，冷卻到常溫時，如果有水溶性粘結劑溶解在水中，仍然是可以使用的。
本發明中由於採用了水溶性粘結劑，用本發明的鑄件成型方法製造的型芯進行熔融物澆鑄時，粘結劑很容易揮發分解，從而可以輕易地將澆鑄物從型芯中取出。
本發明中使用的水溶性粘結劑較佳地是皂化度為80～95mol％的聚乙烯醇或其衍生物、澱粉或其衍生物、皂角苷、或者一種或多種糖類，也可使用皂化度在95mol～99mol％的可溶於開水的糖類。這裡，皂化度為80～95mol％的聚乙烯醇或其衍生物，或者是α-澱粉、糊精或其衍生物、皂角苷、砂糖在常溫下都具有水溶性。聚乙烯醇衍生物的具體例子有，含有醋酸基、羧酸基、乳酸基、矽烷醇基的聚乙烯醇。澱粉的具體例子有，馬鈴薯、紅薯、玉米及小麥等製造的α-澱粉、糊精。澱粉衍生物的具體例子有，醚化澱粉、酯化澱粉及交聯澱粉。本發明中使用的水溶性粘結劑容易獲得，例如，α-澱粉、糊精都十分便宜。上面所說的糖類包含多糖、二糖和單糖。在本說明書中，「多糖」指的是在常溫下可溶於水的任何一種植物性的多糖(但不包括纖維素)。
在本發明中，骨料重量以100份計，水溶性粘結劑的重量較佳在0.1～5.0份。如果水溶性粘結劑的量沒有達到0.1重量份就得不到具有較好強度的成型鑄件，水溶性粘結劑的量超過5.0重量份得到的鑄件將具有過高的強度。在本發明中水溶性粘結劑從易發泡的角度看聚乙烯醇與皂角苷是較佳的，從不發生臭氣的角度看，澱粉與糖類是較佳的，所以實際的鑄件成型過程中都使用按一定比例進行調配的上述物質。
本發明中根據情況有時還會加入交聯劑，在骨料混合物中加入交聯劑，交聯劑與水溶性粘結劑進行交聯反應的方法，由對交聯劑進行加熱可以促進交聯反應。因此，可以強化水溶性粘結劑的粒子狀骨料顆粒間的結合，使得水溶性粘結劑不易與水分子反應，由這種骨料混合物成型的鑄件在高溼度環境下也能非常好的保持其特性。
本發明中使用的交聯劑是通過酯結合進行交聯的具有羧基的化合物如草酸、馬來酸、琥珀酸、檸檬酸、丁烷四羧酸等，以及在水溶液中可具有羧基的化合物如甲基乙烯基醚-無水馬來酸共聚物、異丁烯-無水馬來酸共聚物。在本發明中使用的交聯劑較佳地是在鑄件成型時以及澆鑄時很少產生有害氣體的由酯結合的交聯劑，即具有羧基的交聯劑。
本發明中使用的交聯劑的量對於水溶性粘結劑而言至少為5重量％，較佳在5～300重量％之間。交聯劑的量如果沒有達到水溶性粘結劑的5重量％，就沒有有效的交聯反應的效果，當成型鑄件處於高溼度環境時，就不能保證需要的強度。交聯劑的量如果超過水溶性粘結劑的300重量％，當成型鑄件處於高溼度環境時，雖然能夠保證需要的強度，但其效果與300重量％時的效果一樣，添加超過300重量％的交聯劑是不經濟的。
本發明中使用的交聯劑是以水溶液形式使用的，例如，使用丁烷四羧酸、檸檬酸和甲基乙烯基醚-無水馬來酸共聚物時，較佳地是使用5重量％以上濃度的水溶液。
本發明中的交聯反應，在成型鑄件從鑄件成型空間取出前或取出後的階段進行。當成型鑄件從鑄件成型空間取出後，當溫度高時，取更短的時間，如，220℃的環境下進行20分鐘左右，或250℃的環境下進行10分鐘左右。
本發明中在將含有粒子狀骨料、一種或多種水溶性粘結劑(根據情況有時添加交聯劑)以及水的骨料混合物進行混合的工藝中，例如，採用攪拌機進行。
在本發明的鑄件成型方法中，對骨料混合物進行攪拌使其發泡的工藝包括經過對骨料混合物進行攪拌，較佳地產生50％～80％的氣泡率，並使氣泡均勻分散。氣泡率不到50％時，成型性不好；超過80％時，強度將減弱。因為骨料中含有氣泡，當將骨料混合物加壓填充到鑄件成型空間時，骨料混合物具有流動效果(見圖1)。由於有這些氣泡，粒子狀骨料混合物將向漿狀發泡物一樣均勻分散存在。本發明中所述的氣泡是指當攪拌操作停止後10秒鐘以上，較佳地是15秒以上，骨料混合物中的氣泡率達到50％～80％。
這裡，氣泡率(％)＝[(混合物的體積)-(粒子狀骨料、水溶性粘結劑與水的體積)/(混合物的體積)]×100來計算。
為了發泡進行的攪拌，可以使用混合時使用的攪拌機，也可以用別的攪拌機。由於攪拌的作用可使產生的氣泡在混合物中均勻分散。
本發明中，發泡後的骨料混合物填充到鑄件成型空間裡的方法是將發泡後的骨料混合物裝入缸體中直接加壓，同時，也可以用空氣進行加壓。
這裡，在缸體中直接加壓是指對缸體(容納混合物的容器)中的混合物的由壓入的活塞施加壓力使其注入模具。用空氣加壓是指對上述容納混合物的容器內的混合物由壓入的活塞施加壓力的方法中，用在容納混合物的容器的上端開口處安裝密閉的端蓋，並與壓縮空氣源相連接，在缸體的下端設置開關，當需要將混合物注入模具時，在容納混合物的容器的上端提供壓縮空氣的方法。
本發明的鑄件成型方法中，將填充後的骨料混合物中的水分蒸發掉，使骨料混合物固化的鑄件成型工藝中使水分蒸發的方法包括，利用形成鑄造成型空間的高溫模具使水分蒸發，加熱水蒸氣，微波的照射和置於真空環境下，必要時可以向鑄件成型空間內通氣等。
利用鑄件成型空間的高溫模具使骨料混合物中的水分蒸發時，由於攪拌在骨料混合物中分散的氣泡和粘結劑中的水分由於模具的加熱將向鑄件中心部分聚集，使得中心部分的骨料充填密度降低。在鑄造中，採用這樣的鑄件時，由於中心部分的填充密度低，使得粘結劑的量變少，並且鑄件的空孔部位增多，使得粘結劑分解的氣體更容易排出。
本發明的金屬鑄造用型芯採用本發明的鑄件成型方法製造而得，本發明中採用的水溶性粘結劑在鑄造非鐵合金如鋁合金或鎂合金的製造過程中，儘管模具的澆鑄溫度大約700℃左右，比鐵系材料的澆鑄溫度大約1400℃低，水溶性粘結劑經過其熱量揮發、分解後的澆鑄物再冷卻後可以很容易從型芯中取出。
在鐵系金屬的鑄造過程中使用本發明的鑄造用型芯時，經過對型芯的表面進行塗布可以進行正常的鐵系金屬的鑄造，鑄件也可以很容易從型芯中取出。
本發明的金屬鑄造用型芯在其製造以及使用過程中發生的氣體，並非令人不愉快的臭氣，而是像焙燒陶器一樣的氣味。
當使用交聯劑時，粘結劑溶液的保存，較佳地是將聚乙烯醇及其衍生物(液體)與其它的粘結劑分開放置，使用時再將兩者混合。
實施例以下對本發明的鑄件成型方法進行具體說明。
混合攪拌工藝1粒子狀骨料的重量以100份計，添加相對於這一粒子狀骨料重量為0.1～5.0份的粘結劑水溶液，使添加的水溶性粘結劑水溶液的水與添加的水的總量達到1～20重量份，利用攪拌機進行攪拌，使發泡後的骨料混合物中的氣泡率為50％～80％。
混合攪拌工藝2粒子狀骨料的重量以100份計，添加相對於這一粒子狀骨料重量為0.1～5.0份的粘結劑水溶液，10重量％的相對於水溶性粘結劑5～100重量％的交聯劑水溶液以及使添加的水溶性粘結劑水溶液的水、交聯劑水溶液的水分與添加的水的總量達到1～20重量份，利用攪拌機進行攪拌，使發泡後的骨料混合物中的氣泡率為50％～80％。
成型工藝下面根據圖2對成型工藝進行說明。將上述混合攪拌工藝2得到的混合物1注入缸體2內，缸體2將會延伸，骨料混合物1配置在缸體2的上部，隨後填充到溫度保持為200℃～280℃的鑄件成型用模具3的腔體4內，填充進的骨料混合物經過水分蒸發、固化和交聯反應，最後從鑄件成型模具3的腔體4內取出成型鑄件。當鑄件成型模具3內的交聯反應沒有充分進行時，再將取出後的成型鑄件置於保持能夠產生交聯反應的溫度，較佳地是200℃～300℃的恆溫槽內，經過水溶性粘結劑能夠與交聯劑進行充分反應的時間，較佳地是10～40分鐘，等交聯反應充分後將成型鑄件從恆溫槽中取出。
實施例1取矽砂(Fluttery Sand)100重量份，聚乙烯醇(JP-05Nihon Sakubi-Poval)0.2重量份、澱粉(糊精NSD-LNisshi)0.8重量份、檸檬酸(扶桑化學生產，Fuso Kagaku)0.2重量份和水5重量份放入混合機(愛工生產，AikoushaDesktop Mixer)用約200rpm的轉速經過3分鐘的攪拌混合使其發泡，骨料混合物中的氣泡率的測定結果及其它條件下得到的結果見表1。對其中No.1的骨料混合物拍攝照片見圖1。
表1
正像圖1所示，骨料混合物中的氣泡十分均勻地分布在其中。按照表1中的實驗條件1～7得到的骨料混合物(以下的說明參照圖2)放入缸體2內，缸體的表面壓力為0.5MPa，鑄件成型用模具3的電加熱器使其保持250℃，然後將80g骨料混合物加壓填充到容量約為70cm3的腔體4裡，保持2分鐘使骨料混合物中的水分蒸發，鑄件固化後，從鑄件成型用模具3的腔體4內將成型鑄件取出時得到了非常好的成型鑄件。
實施例2取矽砂(Fluttery Sand)100重量份，聚乙烯醇(JP-05Nihon Sakubi-Poval)0.2重量份、澱粉(糊精NSD-SNichiden kagaku)0.8重量份、丁烷四羧酸(Rikacid BT-W新日本理化製造)0.2重量份和水5重量份放入混合機(愛工生產，Aikousha Desktop Mixer)用約200rpm的轉速經過3分鐘的攪拌混合使其發泡(以下的說明參照圖2)，然後將其放入缸體2內，缸體的表面壓力為0.5MPa，鑄件成型用模具3的電加熱器使其保持220℃，然後將80g骨料混合物加壓充填到容量約為70cm3的腔體4裡，保持3分鐘使骨料混合物中的水分蒸發、鑄件固化後，從鑄件成型用模具3的腔體4內將成型鑄件取出。隨後，將成型鑄件置入保持220℃的恆溫箱中，經過40分鐘的交聯反應後，從恆溫箱中取出將這一成型鑄件作為鑄件用模具的型芯進行了試驗。將鋁合金(AC4C)用710℃的溫度進行澆鑄時，沒有發生鑄造缺陷。當澆鑄溫度為710℃的熔融物注入時，其熱量使粘結劑揮發分解，澆鑄冷卻後很容易地取出了型芯。澆鑄過程中，沒有發生令人不快的臭氣，只有焙燒陶器的氣味。
實施例3在用與實施例1同樣的成型方法得到的鑄件上塗布乙醇類塗料(Threecoat MTS-720AMikawa Kousan Co.Ltd.)，將其作為鑄造用的型芯進行了澆鑄試驗。鑄鐵(FCD450)在1370℃下進行澆鑄，得到了沒有惡臭、鑄造缺陷和變形良好的澆鑄物。並且，從澆鑄物中很容易地取出了型芯。
實施例4取矽砂(Fluttery Sand)100重量份，聚乙烯醇(JP-05Nihon Sakubi-Poval)0.2重量份、澱粉(糊精NSD-LNisshi)0.8重量份、檸檬酸(扶桑化學製造Fuso Kagaku)0.2重量份和水5重量份放入混合機(愛工生產，AikoushaDesktop Mixer)用約200rpm的轉速經過3分鐘的攪拌混合使其發泡(以下的說明參照圖2)，然後將其放入缸體2內，缸體的表面壓力為0.5MPa，鑄件成型用模具3的電加熱器使其保持220℃～270℃，然後將90g骨料混合物加壓填充到容量約為80cm3的腔體4裡，保持1～3分鐘使骨料混合物中的水分蒸發、鑄件固化、交聯反應後，從鑄件成型用模具3的腔體4內將成型鑄件取出。將這一成型鑄件作為彎曲實驗的試驗片(10×10×L60)，放入溼度分別為30％、98％的恆溫箱內保持24小時，然後測量了試驗片的填充密度和彎曲強度，其結果見表2。
表2
由表2可知，置於溼度為30％的恆溫箱內24小時後，從表2的所有條件可知，對於彎曲強度來說，鑄件都保持了很好的強度。但是，當模具溫度為220℃，在模具內的保持時間為3分鐘，然後置於溼度98％的環境24小時後的鑄件強度變低了。由此可知，在模具中交聯反應沒有充分進行，由模具中取出後，還必須再在220℃的環境中保持20分鐘左右，或者是250℃的環境中保持10分鐘進行交聯反應。
模具溫度為250℃～270℃範圍時，在模具中保持時間為1分鐘，取出後置於溼度為98％的環境24小時後，發現鑄件具有很好的強度，從模具中取出後沒有必要再進行交聯反應有關的處理。
實施例5取矽砂(Fluttery Sand)100重量份，聚乙烯醇(JP-05Nihon Sakubi-Poval)0.3重量份、砂糖(富士日本精糖生產，Fuji Nihon Seito)1.0～2.0重量份、檸檬酸(扶桑化學製造Fuso Kagaku)0.4～1.2重量份和水5重量份放入混合機(愛工生產，Aikousha Desktop Mixer)用約200rpm的轉速經過3分鐘的攪拌混合使其發泡(以下的說明參照圖1)，然後將其放入缸體2內，缸體的表面壓力為0.5MPa，鑄件成型用模具3的電加熱器使其保持250℃，然後將90g骨料混合物加壓填充到容量約為80cm3的腔體4裡，保持1～3分鐘使骨料混合物中的水分蒸發、鑄件固化、交聯反應後，從鑄件成型用模具3的腔體4內將成型鑄件取出。將這一成型鑄件作為彎曲實驗的試驗片(10×10×L60)，放入溼度為30％的恆溫箱內保持24小時，然後測量了試驗片的填充密度和彎曲強度，其結果見表3。
表3
實施例6取矽砂(Fluttery Sand)100重量份，聚乙烯醇(JP-05Nihon Sakubi-Poval)0.2重量份、澱粉(糊精NSD-100Nissi)0.8重量份和水5重量份放入混合機(愛工生產，Aikousha Desktop Mixer)用約200rpm的轉速經過3分鐘的攪拌混合使其發泡(以下的說明參照圖2)，然後將其放入缸體2內，缸體的表面壓力為0.5MPa，鑄件成型用模具3的電加熱器使其保持220℃，然後將90g骨料混合物加壓充填到容量約為80cm3的腔體4裡，保持3分鐘使骨料混合物中的水分蒸發、鑄件固化、交聯反應後，從鑄件成型用模具3的腔體4內將成型鑄件取出。放入溫度為220℃的恆溫箱內，保持40分鐘，進行交聯反應，隨後由恆溫箱取出。將這一成型鑄件作為彎曲實驗的試驗片(10×10×L60)，放入溼度分別為30％、98％的恆溫箱內保持24小時，然後測量了試驗片的填充密度和彎曲強度，其結果與其他條件下測試的結果見表4。
表4
由表4可知，置於溼度為30％的恆溫箱內24小時後，從表1所有條件可知，對於彎曲強度來說，鑄件都保持了很好的強度。在溼度為98％的環境裡放置24小時後，由於增加了交聯劑，鑄件仍然保持了很好的強度。
實施例7取矽砂(Fluttery Sand)100重量份，皂角苷(Kishida Kagaku)0.2重量份、澱粉(糊精NSD-LNissi)0.8重量份、檸檬酸(扶桑化學製造Fuso Kagaku)0.4重量份和水6重量份放入混合機(愛工生產，Aikousha Desktop Mixer)用約200rpm的轉速經過3分鐘的攪拌混合使其發泡(以下的說明參照圖2)，然後將其放入缸體2內，缸體的表面壓力為0.5MPa，鑄件成型用模具3的電加熱器使其保持250℃，然後將90g骨料混合物加壓填充到容量約為80cm3的腔體4裡，保持2分鐘使骨料混合物中的水分蒸發、鑄件固化、交聯反應後，從鑄件成型用模具3的腔體4內將成型鑄件取出。將這一成型鑄件作為彎曲實驗的試驗片(10×10×L60)，放入溼度分別為30％、98％的恆溫箱內保持24小時，然後測量了試驗片的填充密度和彎曲強度，其結果與其他條件下測試的結果見表5。
表5
由表5可知，用皂角苷作水溶性粘結劑並置於溼度為30％的恆溫箱內經24小時處理後的成型鑄件，在試驗條件2～5下的結果，對於彎曲強度來說，鑄件都保持了很好的強度。但是，在試驗條件1時，僅用皂角苷，彎曲強度在1.0MPa以下。在試驗條件2～5下除皂角苷以外，添加了交聯劑，得到了交聯效果，在溼度為98％的環境裡放置24小時後，鑄件仍然保持了很好的強度。
實施例8將聚乙烯醇(JP-05Nihon Sakubi-Poval)、澱粉(糊精ND-SNisshi)與檸檬酸(扶桑化學製造Fuso Kagaku)按照1∶4∶2的比例配合得到的混合物放入250℃的恆溫箱裡10分鐘，然後將取出的混合物放入熱分解爐，在590℃的氦氣環境中，處理5秒鐘，由熱分解產生的氣體收集在塔柱裡(50℃保持10分鐘後，以10℃/min的升溫速度升至240℃，再保持15分鐘)，用質量分析器對氣體的種類進行了分析。圖3表示了用質量分析器對本發明中的粘結劑產生的氣體進行分析的結果，檢測到了二氧化碳、醋酸、糠醛。
實施例9
取矽砂(Fluttery Sand)100重量份，聚乙烯醇(JP-05Nihon Sakubi-Poval)0.2重量份、澱粉(糊精NSD-LNissi)0.8重量份、檸檬酸(扶桑化學製造Fuso Kagaku)0.4重量份和水5重量份放入混合機(愛工生產，AikoushaDesktop Mixer)用約200rpm的轉速經過3分鐘的攪拌混合使其發泡(以下的說明參照圖2)，然後將其放入缸體2內，缸體的表面壓力為0.5MPa，鑄件成型用模具3的電加熱器使其保持250℃，然後將90g骨料混合物加壓填充到容量約為80cm3的腔體4裡，保持2分鐘使骨料混合物中的水分蒸發、鑄件固化、交聯反應後，從鑄件成型用模具3的腔體4內將成型鑄件取出。將這一成型鑄件作為彎曲實驗的試驗片(10×10×L60)，然後測量了試驗片上各部分的密度和粘結劑的量，其結果見表6。
表6
鑄件的中心部分(表面向裡4～5mm)比表面部分(表面向裡0～1mm)的密度低、粘結劑的量也較少。
工業實用性採用本發明的乾燥骨料混合物進行鑄件成型方法，在成型以及鑄造工藝裡的澆鑄過程中不會產生異味及有毒氣體，從澆鑄成型後的鑄件中也很容易將型芯取出，對成型時採用的鑄造成型模具也有很好的填充效果。利用水溶性粘結劑和交聯劑的交聯，得到了很好的鑄造模型耐溼性。
權利要求
1.一種鑄件成型方法，其包括如下工藝(a)將含有粒子狀骨料、一種以上具有水溶性的粘結劑以及水的骨料混合物進行攪拌，使該骨料混合物發泡的工藝；(b)將發泡後的骨料混合物填充到鑄件成型空間的填充工藝；(c)將填充進的骨料混合物中的水分蒸發掉，讓骨料混合物硬化，使鑄件成型的工藝；以及(d)將成型後的鑄件從鑄件成型空間裡取出的工藝。
2.一種鑄件成型方法，其包括如下工藝(a)將含有粒子狀骨料、一種以上具有水溶性的粘結劑、能與上述水溶性粘結劑起交聯反應的交聯劑以及水的骨料混合物進行攪拌，使該骨料混合物發泡的工藝；(b)將發泡後的骨料混合物填充到鑄件成型空間的填充工藝；(c)將填充進的骨料混合物中的水分蒸發掉，讓骨料混合物硬化，使鑄件成型，同時使上述水溶性粘結劑與交聯劑進行交聯反應的工藝；以及(d)將成型後的鑄件從鑄件成型空間裡取出的工藝。
3.一種鑄件成型方法，其包括如下工藝(a)將含有粒子狀骨料、一種以上具有水溶性的粘結劑、能與上述水溶性粘結劑起交聯反應的交聯劑以及水的骨料混合物進行攪拌，使該骨料混合物發泡的工藝；(b)將發泡後的骨料混合物填充到鑄件成型空間的填充工藝；(c)將填充進的骨料混合物中的水分蒸發掉，讓骨料混合物硬化，使鑄件成型的工藝；(d)將成型後的鑄件從鑄件成型空間裡取出的工藝；以及(e)使上述水溶性粘結劑與交聯劑進行交聯反應的工藝。
4.如權利要求1～3任一項所述的鑄件成型方法，其特徵在於，所述的被發泡的骨料混合物一直發泡到其中的粒子狀骨料被均勻分散形成漿狀發泡物為止。
5.如權利要求1～4任一項所述的鑄件成型方法，其特徵在於，所述的被發泡的骨料混合物中氣泡率為50％～80％。
6.如權利要求1～5任一項所述的鑄件成型方法，其特徵在於，在所述的工藝(b)中，通過向缸體內壓入的活塞直接施壓，所述的被發泡的骨料混合物被填充到鑄件成型空間。
7.如權利要求1～5任一項所述的鑄件成型方法，其特徵在於，在所述的工藝(b)中，通過向缸體內充入壓縮空氣，所述的被發泡的骨料混合物被填充到鑄件成型空間。
8.如權利要求1～7任一項所述的鑄件成型方法，其特徵在於，在所述的工藝(c)中，被加熱的模具散發的熱量使所述的被發泡的骨料混合物中的水分蒸發。
9.如權利要求1～8任一項所述的鑄件成型方法，其特徵在於，在所述的工藝(c)中，由於所述的被填充的骨料混合物中的水分的蒸發，骨料混合物中分散的氣泡和粘結劑中的水分向鑄件中心聚集，形成中心部位骨料填充密度低的鑄件。
10.如權利要求1～9任一項所述的鑄件成型方法，其特徵在於，所述的水溶性粘結劑在常溫下具有水溶性。
11.如權利要求1～10任一項所述的鑄件成型方法，其特徵在於，所述的水溶性粘結劑中至少一種具有可發泡性。
12.如權利要求1～10任一項所述的鑄件成型方法，其特徵在於，所述的水溶性粘結劑中至少一種選自聚乙烯醇或其衍生物、皂角苷、澱粉或其衍生物、以及其它糖類。
13.如權利要求1～10任一項所述的鑄件成型方法，其特徵在於，所述的水溶性粘結劑選自下列組合聚乙烯醇或其衍生物與澱粉或其衍生物的組合、皂角苷與澱粉或其衍生物的組合、以及聚乙烯醇或其衍生物與其它糖類的組合。
14.如權利要求12或13所述的鑄件成型方法，其特徵在於，所述的糖類選自多糖、二糖以及單糖。
15.如權利要求1～14任一項所述的鑄件成型方法，其特徵在於，所述的水溶性粘結劑佔粒子狀骨料的0.1～5.0重量百分比。
16.如權利要求2～15任一項所述的鑄件成型方法，其特徵在於，所述的交聯劑選自羧酸化合物。
17.如權利要求16所述的鑄件成型方法，其特徵在於，所述的羧酸化合物選自草酸、馬來酸、琥珀酸、檸檬酸、丁烷四羧酸、甲基乙烯基醚-無水馬來酸共聚物和異丁烯-無水馬來酸共聚物。
18.如權利要求16或17所述的鑄件成型方法，其特徵在於，所述的交聯劑的添加量相對於水溶性粘結劑，至少佔5.0重量％。
19.如權利要求2或3所述的鑄件成型方法，其特徵在於，所述的水溶性粘結劑分為聚乙烯醇或其衍生物和其它粘結劑兩類來保存，攪拌時才將兩者混合。
20.一種如權利要求1～19任一項所述的鑄件成型方法製造的金屬鑄造用型芯。
21.如權利要求20所述的金屬鑄造用型芯，其特徵在於，其中心部分的密度比表面部分的密度低。
22.如權利要求20或21所述的金屬鑄造用型芯，其特徵在於，其中心部分的水溶性粘結劑的量比表面部分的水溶性粘結劑的量少。
23.如權利要求20或21所述的金屬鑄造用型芯，其特徵在於，其適用於非鐵合金的鑄造。
24.如權利要求23所述的金屬鑄造用型芯，其特徵在於，所述的非鐵合金為鋁合金或鎂合金。
25.如權利要求20或21所述的金屬鑄造用型芯，其特徵在於，其表面進行了塗布。
26.如權利要求20～25任一項所述的金屬鑄造用型芯，其特徵在於，由所述的金屬鑄造用型芯的熱分解產生的氣體並非一種難聞的臭氣，而是一種培燒陶器的氣味。
27.如權利要求20～26任一項所述的金屬鑄造用型芯，其特徵在於，由所述的金屬鑄造用型芯的熱分解產生的氣體含有二氧化碳、醋酸和糠醛有效成分。
28.一種鑄件成型用骨料混合物，其含有粒子狀骨料與一種以上的水溶性粘結劑，其中，其一直發泡到其中的粒子狀骨料被均勻分散形成漿狀發泡物。
29.如權利要求28所述的鑄件成型用骨料混合物，其特徵在於，其氣泡率為50％～80％。
30.如權利要求28或29所述的鑄件成型用骨料混合物，其特徵在於，所述的水溶性粘結劑在常溫下具有水溶性。
31.如權利要求28～30任一項所述的鑄件成型用骨料混合物，其特徵在於，所述的水溶性粘結劑中至少一種具有可發泡性。
32.如權利要求28～31任一項所述的鑄件成型用骨料混合物，其特徵在於，所述的水溶性粘結劑中至少一種選自聚乙烯醇或其衍生物、皂角苷、澱粉或其衍生物、以及其它糖類。
33.如權利要求28～32任一項所述的鑄件成型用骨料混合物，其特徵在於，所述的水溶性粘結劑選自下列組合聚乙烯醇或其衍生物與澱粉或其衍生物的組合、皂角苷與澱粉或其衍生物的組合、以及聚乙烯醇或其衍生物與其它糖類的組合。
34.如權利要求32或33所述的鑄件成型用骨料混合物，其特徵在於，所述的糖類選自多糖、二糖以及單糖。
35.如權利要求28～34任一項所述的鑄件成型用骨料混合物，其特徵在於，所述的水溶性粘結劑佔粒子狀骨料的0.1～5.0重量百分比。
36.如權利要求28～35任一項所述的鑄件成型用骨料混合物，其特徵在於，其還含有與水溶性粘結劑起交聯反應的交聯劑。
37.如權利要求36所述的鑄件成型用骨料混合物，其特徵在於，所述的交聯劑選自羧酸化合物。
38.如權利要求37所述的鑄件成型用骨料混合物，其特徵在於，所述的羧酸化合物選自草酸、馬來酸、琥珀酸、檸檬酸、丁烷四羧酸、甲基乙烯基醚-無水馬來酸共聚物和異丁烯-無水馬來酸共聚物。
39.如權利要求36～38任一項所述的鑄件成型用骨料混合物，其特徵在於，所述的交聯劑的添加量相對於水溶性粘結劑，佔5.0～300重量％。
全文摘要
本發明涉及一種在加熱過程中其中的粘結劑不會發出對人體有害氣體的鑄件成型方法和一種金屬鑄造用型芯，尤其涉及一種通過對在粒子狀骨料中加入水溶性粘結劑和水形成的骨料混合物進行攪拌，使其發泡，再將這種發泡後的骨料混合物填充到鑄件成型空間裡，將其中的水分蒸發掉，使其固化的鑄件成型方法和一種金屬鑄造用型芯。在一具體實施例中，還可以在鑄件從鑄件成型空間取出前後添加交聯劑，使其進一步固化。本發明還進一步涉及到本發明方法中使用的鑄件成型用骨料混合物。
文檔編號B22C1/26GK1878628SQ200480032780
公開日2006年12月13日 申請日期2004年8月31日 優先權日2003年9月2日
發明者善甫敏彥, 加藤裕介, 淺野憲啟, 長坂政彥, 西川和之 申請人:新東工業株式會社