型芯材料混合物、制造铸造用型芯的方法以及由该方法制造的型芯

摘要

本发明提供一种铸造用型芯材料混合物，其防止强度下降并改善除芯性能。型芯材料混合物优选地包括型砂、以及由硅酸钠基粘合剂和氧化膜抑制剂组成的型芯粘合剂。本发明还提供一种制造铸造用型芯的方法以及由该方法制造的铸造用型芯。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请依据35U.S.C.§119(a)要求于2009年10月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2009-0103914号的优先权，该申请的全部公开内容引入本文以供参考。

技术领域

本发明大体上涉及一种铸造用型芯材料混合物，并且更具体地，涉及一种可适当地防止强度突然下降并改善除芯(de-coring)性能的型芯材料混合物。在某些优选的实施方式中，本发明涉及一种制造铸造用型芯的方法、以及由该方法制造的铸造用型芯。

背景技术

通常，当具有腔的铸件，诸如环状管，通过铸造工艺制造时，具有与该腔对应的形状的模具通常称为型芯。在铸造中空铸件的示例性方法中，在型芯被适当地布置在模具中后，将熔融金属倒入至模具中。在铸件凝固后，将铸件和型芯从模具中取出，然后将型芯与铸件分离。

根据制造型芯的方法，将型砂和成形粘合剂适当地混合，并且成形粘合剂固化并以所需的形状成形。优选地，型砂是普通砂，并且成形粘合剂优选地包括无机粘合剂和有机粘合剂的任意一种。由于有机粘合剂具有快速的固化速度，因此被广泛使用。然而，当使用有机粘合剂时，产生有害气体和冷凝物，它们对铸造环境和铸造模具的寿命具有负面作用。

因此，已经进行了使用无机粘合剂的研究，特别是使用硅酸钠基粘合剂的研究。现有技术中已知硅酸钠基粘合剂在挠曲强度方面比有机粘合剂弱，并且由于硅酸钠固有的吸水性，在大气下随着保留时间(leaving time)的流逝粘合力突然变弱，使得其强度大幅度下降。

此外，硅酸钠基粘合剂在大约540℃或更高的高温下玻璃化，并且当砂在铸造后被移除时模具粘附在铸件的表面上，因此很难进行后处理。

因此，本领域中需要改良的型芯混合物材料。

在此背景技术部分公开的上述信息仅仅为了加强对本发明的背景技术的理解，并且因此，它可能包含不形成已经为本国本领域普通技术人员所公知的现有技术的信息。

发明内容

在一个方面，本发明提供一种可适当地防止强度大幅度下降的铸造用型芯材料混合物、一种制造铸造用型芯的方法、以及由该方法制造的型芯。

在优选的实施方式中，本发明还提供一种铸造用型芯材料组合物，可通过当其暴露于高温时大幅度地降低挠曲强度而适当地提高除芯性能，本发明还提供一种制造铸造用型芯的方法、以及由该方法制造的型芯。

在其他优选的实施方式中，本发明提供一种铸造用型芯材料混合物，包括型砂，以及与型砂混合、并由硅酸钠基粘合剂和氧化膜抑制剂制成的型芯粘合剂。

根据本发明进一步优选的实施方式，提供一种铸造用型芯材料混合物，包括型砂、以及硅酸钠基粘合剂和除芯用添加剂。

本发明还提供一种制造铸件型芯的方法，包括将型砂、由硅酸钠基粘合剂和氧化膜抑制剂组成的型芯粘合剂、由具有1至100nm的粒子的硅胶和具有1至20μm的粒子的硅粉组成的除芯用添加剂形成混合物；将该混合物供应至型芯模具；以及通过将该型芯模具加热以使型芯粘合剂水合而使型芯成形。

根据本发明的其他优选的实施方式，提供一种由上述方法制造的型芯。

根据如本文中所述的本发明的优选实施方式，当由上述任一种方法制造的型芯在大气下长时间放置时，有可能适当地防止挠曲强度大幅度下降。

在进一步优选的实施方式中，在适当地暴露于高温后，挠曲强度大幅度下降，使得可适当地提高除芯性能。

要理解的是本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语通常包括机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种艇和船的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式(plug-in)混合电动车、氢燃料车和其他代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。

如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。

本发明的上述特征和优点通过合并于本文并构成本说明书一部分的附图和下面的具体实施方式将变得显而易见或更为详细地阐述，附图和具体实施方式共同用于通过实施例解释本发明的原理。

附图说明

现在将参照附图所图示的其某些示例性的实施方式，详细描述本发明的上述和其它特征，下面给出的实施方式仅仅是出于举例说明的目的，并且因此不限制本发明，其中：

图1是图示说明常规型芯和本发明的型芯之间的挠曲强度与在大气下放置时间的关系的图，常规型芯使用其中材料不加入氧化膜抑制剂的铸造用型芯材料混合物制造，本发明的型芯通过使用其中材料加入氧化膜抑制剂的铸造用型芯材料混合物制造；

图2是图示说明挠曲强度与常规无机硅酸钠基粘合剂和有机粘合剂，以及用于根据本发明的型芯的粘合剂的关系的图；以及

图3是图示说明在通过使用其中材料不加入山梨醇的铸造用型芯材料混合物制造的型芯和通过使用其中材料加入山梨醇的铸造用型芯材料混合物制造的型芯之间，挠曲强度与在大气下放置时间的关系的图。

具体实施方式

如本文中所述，本发明的特征在于一种铸造用型芯材料混合物，包括型砂、以及与型砂混合的型芯粘合剂。

在一个实施方式中，型芯粘合剂由硅酸钠基粘合剂和氧化膜抑制剂制成。

在另一个方面，本发明的特征在于一种制造铸件型芯的方法，包括以下步骤：将型砂、由硅酸钠基粘合剂和氧化膜抑制剂组成的型芯粘合剂、由具有1至100nm的粒子的硅胶和具有1至20μm的粒子的硅粉组成的除芯用添加剂粘合形成混合物，将该混合物供应至型芯模具，以及通过将型芯模具加热使型芯粘合剂水合而使该型芯成形。

在一个实施方式中，氧化膜抑制剂包括聚乙二醇、香脂树脂(balsamresin)、油酸锌和硬脂酸铝中的至少一种，并且氧化膜抑制剂为0.1至0.5wt％。

在另一个实施方式中，型芯粘合剂包括选自山梨醇、例如糖的单糖、和多糖的至少一种。

本发明的特征还在于一种由本文中所述的方法制造的型芯。

现在将参考附图详细地说明本发明。

在某些优选的方面，根据本发明的铸造用型芯材料混合物优选地包括型砂、由硅酸钠基粘合剂和氧化膜抑制剂组成的型芯粘合剂、以及用于适当地提高除芯性能的添加剂。

优选地，型砂是砂，并且优选具有30至50AFS GFN(美国铸造学会颗粒细度指数(America Foundry Society Grain Fineness Number))的粒度。

根据本发明的某些优选的实施方式，型芯粘合剂是具有适当粘度的粘合材料的物质，并且优选地由钠硅基粘合剂和氧化膜抑制剂组成。在进一步优选的实施方式中，型芯粘合剂可包括山梨醇、诸如糖的单糖、和多糖中的至少一种。

在某些示例性的实施方式中，型芯粘合剂与型砂的优选的组成比为1至5wt％。

在其他某些示例性的实施方式中，硅酸钠基粘合剂优选由8至15wt％的Na₂O和27至34wt％的SiO₂组成，并且优选地，SiO₂∶Na₂O＝2.4至3.5。优选地，根据上述实施方式，表现出最佳挠曲强度。

根据本发明的进一步优选的实施方式，氧化膜抑制剂适当地防止粘合力由于硅酸钠基粘合剂固有的吸水性而丧失，并且适当地延长硅酸钠基粘合剂的可用时间以适当地防止挠曲强度大幅度地下降。

在某些优选的实施方式中，氧化膜抑制剂优选地包括聚乙二醇、香脂树脂、油酸锌和硬脂酸铝中的至少一种。根据进一步示例性的实施方式，优选地，氧化膜抑制剂的组成比为0.1至0.5wt％。在某些示例性的实施方式中，如果组成比偏离此范围，则挠曲强度大幅度下降。

根据本发明的示例性实施方式，在图1中比较了氧化膜抑制剂的作用，在通过使用其中材料不加入氧化膜抑制剂的铸造用型芯材料混合物制造的常规型芯的情况下，随着在大气下放置时间的推移，挠曲强度大幅度下降(线a)。在其他示例性的实施方式中，例如，在通过使用其中材料加入氧化膜抑制剂的铸造用型芯材料混合物适当地制造的型芯的情况下，即使经过了96小时，仍保持了60kg/cm²或更高的挠曲强度(线b)。

根据优选的实施方式，例如，如图2所示，通过使用根据本发明的铸造用型芯材料混合物制造的型芯的挠曲强度优选为60kg/cm²或更高，其显著地高于使用常规硅酸钠基粘合剂制造的型芯，并且类似于使用有机粘合剂制造的型芯。因此，在如本文中所述的本发明的优选实施方式中，可获得适当高的挠曲强度，并且进一步地，当不使用有机粘合剂时可获得适当高的挠曲强度。

在进一步优选的实施方式中，优选型芯粘合剂进一步包括山梨醇、诸如糖的单糖、和多糖中的至少一种。如果该型芯粘合剂暴露于700℃或更高的高温，粘合力丧失，并且结果挠曲强度大幅度下降，使得粘合剂很容易破碎，这对于除砂性能是有利的。

在比较添加山梨醇的作用的一个示例性实施方式中，例如，如图3所示，在使用其中不向材料中加入山梨醇而向材料中加入氧化膜抑制剂的铸造用型芯材料混合物制造的型芯的情况下，制造的型芯在暴露于高温后其挠曲强度适当地保持在15kg/cm²或更大。相反，在使用其中向材料中加入山梨醇和氧化膜抑制剂的铸造用型芯材料混合物制造的型芯的情况下，制造的型芯在暴露于高温后其挠曲强度大幅度地降低至5kg/cm²或更小。

在进一步优选的实施方式中，优选将除砂用添加剂加入至型芯材料混合物中，以便适当地提高除砂性能。

优选地，除砂用添加剂由硅胶、硅粉和水分组成，其中硅胶和硅粉的组成比为40至60％，并且剩余为水分。

优选地，硅胶和硅粉是无定形球形粒子，并且在pH 7至pH 13的范围内。

在进一步优选的实施方式中，硅胶的粒子为1至100nm，并且硅粉的粒子为1至20μm。硅胶与硅粉的体积比优选为0.8至1.2。

本发明的特征还在于一种制造型芯的方法。在本文中描述了通过使用根据某些示例性实施方式的铸造用型芯材料混合物制造型芯的方法。

在第一个实施方式中，型砂、型芯粘合剂和除芯用添加剂优选地加入至捏合机中混合。优选地，型芯粘合剂由钠硅基粘合剂和氧化膜抑制剂组成，并且氧化膜抑制剂适当地防止由于硅酸钠的吸水性所引起的挠曲强度下降。优选地，通过添加除芯用添加剂，型芯可很容易从铸件中去除。

在进一步示例性的实施方式中，在将该方法中共混的混合物适当地供应至型芯模具后，型芯模具被适当地加热以使型芯粘合剂水合，从而完成型芯的成形。

因此，即使通过上述方法制造的型芯长时间地放置在大气下，有可能适当地防止挠曲强度大幅度下降，并且在暴露于高温后，挠曲强度大幅度下降，使得可以提高除砂性能。

尽管为了说明目的已经描述了本发明的优选实施方式，但本领域技术人员应当理解的是，有可能做出各种修改、增加和替换，而不背离如所附权利要求所公开的本发明的范围和精神。