本发明涉及铸造技术领域，涉及一种铸造用无机粘结剂砂冷芯盒制型芯方法。
背景技术：
co2硬化水玻璃早在20世纪50年代初就应用于铸造生产，此法具有设备简单，成本低廉，型芯无需进窑烘干，硬化速度快，生产周期短，劳动条件好，型芯在硬化后起模，使铸件尺寸精度、轮廓清晰、表面粗糙度低等优点。然而，水玻璃砂吹co2硬化制型芯工艺在应用中存在下述问题：易过吹，砂芯力学性能低，为保证水玻璃砂型芯具有足够的工艺性能，不得不增加水玻璃加入量，水玻璃加入量高达5％-8％，导致水玻璃砂溃散性极差而影响其在铸造中的应用和发展。
cn106925717a公开了一种铸造材料用无机粘结剂，粘结剂主要成分包括：水玻璃、聚丙烯酰胺溶液、四硼酸钠和硬脂酸钠。合成工艺为将80千克水玻璃加入yt22高速分散机中开始搅拌，缓慢加入10千克聚丙烯酰胺溶液，4千克四硼酸钠，3千克硬脂酸钠，混合两小时后得到粘结剂。本产品具有良好的存放性，长时间存放不析出沉淀，保持为透明均匀的溶液。在生产中实现废砂零排放，提高旧砂再生效率，提高清理效率。改善工人工作环境，减少环境及大气污染，提高铸件质量。但是，用该水玻璃造型制芯，具有发气量大，溃散性差的技术缺陷。
cn103521709a公开了一种co2气硬自硬耦合硬化水玻璃砂型芯制芯方法，其在不改变现有co2水玻璃砂型芯工艺装备、混砂工艺、制芯工艺，实现水玻璃砂型芯制芯生产，工艺步骤为：原材料秤量-制水玻璃砂-型砂性能检测-模具芯盒充填砂紧实-吹co2气体型芯初步硬化成型-脱模-自硬完全硬化-成品型芯。该方法的吹气时间比普通的co2气硬方法缩短2/3，吹气效率比co2气硬方法提高2～3倍；生产成本比co2气硬方法降低15％，降低劳动强度1/3，并提高了生产效率。但是，该专利所述硬化方法容易引起过吹，导致型芯强度低，易导致断芯、夹砂、粘砂等铸造缺陷。
cn101985157a公开了一种co2气体硬化的“双相”砂型芯制芯方法，将co2气硬水玻璃砂相作为型芯内部本体、将co2气硬水溶性树脂砂相作为型芯的表面填充到芯盒内，砂型芯表面的co2树脂砂相厚度在15mm～25mm，填砂完毕后，向芯盒内通入co2气体，通入co2气体的压力控制在0.3mpa～0.5mpa，直至水玻璃砂相完全硬化为止，使型芯砂整体硬化成型为一体。该方法不仅解决了co2气硬水玻璃砂生产存在着的溃散性差、型芯砂不好清理、浇注后铸件表面粘砂等问题；以及co2气硬碱性酚醛树脂砂存在吹气不好控制且对co2气体的压力和流量要求苛刻，强度低、成本高、气味大，铸件浇注后苯酚、甲醛扩散，造成环境污染等问题，并兼有co2水玻璃砂的快速固化效果和co2树脂砂溃散性好的优点，在制芯、浇注全部生产过程不产生任何有害气体，使用方便。但是，根据该专利所述，造型工艺复杂，两种型砂接触面易形成隔断，不能紧密的结合，在起模和合箱过程中容易产生塌箱和断芯等缺陷。
因此，有必要提供一种新型的铸造用无机粘结剂，以解决现有技术中铸造用水玻璃砂吹co2硬化制型、芯工艺存在的易过吹、粘结剂加入量高、砂型强度低等问题。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提出一种铸造用无机粘结剂、及砂冷芯盒制型芯方法。能够解决现有技术中铸造用水玻璃砂吹co2硬化制型、芯工艺存在的易过吹、粘结剂加入量高、砂型强度低等问题。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的在于提供一种铸造用无机粘结剂砂冷芯盒制型芯方法，所述方法包括以下步骤：
将铸造用无机粘结剂、可选的添加剂和原砂的混合物填入模具，通过吹气硬化制型芯，吹气工艺为方式一或方式二中的任意一种，
方式一为：通过co2的气体和压缩气体先后吹气的方式；
方式二为：通过压缩气体、co2气体和压缩气体的先后吹气方式。
其中，所述co2气体和压缩气体都具有一定的压力。
本发明的方法采用上述三种不同系列的水玻璃和改性水玻璃形成的铸造用无机粘结剂，结合二氧化碳和空气复合硬化工艺制芯工艺，可以有效避免co2在型芯中停留，压缩气体可以有效避免co2产生的过吹缺陷，保证了型芯强度。本发明解决了co2法制型、芯工艺中过吹的问题，使无机粘结剂加入量低，制型、芯速度快，型芯强度高，发气量低，无毒环保，改善了铸造的工作环境。
所述“可选的添加剂”指：制型芯砂混合物的原料组成中可以包含添加剂，也可以不包含添加剂。
本发明的混合物在填入模具之前可以先混合均匀，添加剂可以是粉末状态或者液态的形式在混砂过程中加入。
本发明对填入模具的方法不作限定，例如可以是：通过射芯机或人工方法填入模具。
作为本发明所述方法的优选技术方案，所述压力在0.1mpa-0.8mpa范围内，例如0.1mpa、0.2mpa、0.3mpa、0.4mpa、0.5mpa、0.6mpa、0.7mpa或0.8mpa等。若压力小于0.1mpa，会导致硬化不均匀、硬不透现象，降低砂芯强度；若压力大于0.8mpa，会导砂子紧实过度，影响硬化质量，进而降低砂芯强度。
优选地，所述co2气体为纯co2气体。
优选地，方式二中，所述压缩气体包括氮气、氩气、空气、氦气、氖气、氪气、氙气或氡气中的任意一种或几种。
本发明的方法适用于多种铸造用无机粘结剂，例如可以是钠水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃及改性水玻璃中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述钠水玻璃、钾水玻璃和锂水玻璃的模数独立地在1-3范围内，例如1、1.5、1.8、2、2.5、2.7或3等。
本发明所述改性水玻璃例如可以是：以硅酸钠、硅酸钾或硅酸锂为主要成分，经过电磁处理或磁场处理得到的改性水玻璃，或者经过无机盐和有机物化学改性处理得到的硅酸盐溶液。
优选地，所述添加剂包括二氧化硅、表面活性剂或改善水玻璃砂性能的添加剂中的任意一种或至少两种的组合。所述二氧化硅可以是不同工艺生产的二氧化硅中的一种或多种。
优选地，所述原砂包括铸造用硅砂、球形砂、锆砂、镁橄榄石砂、铬铁矿砂中的任意一种或至少两种的组合。
本发明对所述原砂的形貌不作限定，例如可以是球形砂。
作为本发明所述方法的优选技术方案，所述制型芯砂混合物的原料组成包括2.0-4.0wt％所述的铸造用无机粘结剂、0-2.0wt％添加剂和余量的原砂。所述铸造用无机粘结剂的含量例如2.0wt％、2.3wt％、2.5wt％、2.6wt％、2.8wt％、3.0wt％、3.5wt％或4.0wt％等；所述添加剂的含量例如0、0.02wt％、0.05wt％、0.1wt％、0.3wt％、0.5wt％、0.8wt％、1.0wt％、1.5wt％或2.0wt％等。原砂的含量例如94.0wt％、95.0wt％、96.0wt％、97.0wt％或98.0wt％等。
优选地，所述方式一为：通过吹气板先吹co2，吹气时间t1＝5-150s，例如5s、10s、20s、30s、45s、55s、70s、80s、100s、110s、125s、135s或150s等，结束后再吹压缩气体，吹气时间t2＝5-200s，例如5s、10s、20s、30s、40s、45s、55s、70s、80s、90s、100s、110s、120s、130s、140s或150s等。
优选地，所述方式二为：通过吹气板先将压缩气体吹入模具型腔，吹气时间t3＝5-100s，接着吹co2，吹气时间t4＝5-150s；吹co2气体结束后，再吹压缩气体，吹气时间t5＝5-200s实现硬化。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明提供了一种砂冷芯盒制型芯方法，具体是一种铸造用无机粘结剂砂吹气硬化的制型、芯方法，能够解决无机粘结剂砂吹co2法过吹问题，使无机粘结剂加入量可降低到2.0％-4.0％；本发明提供的方法与普通吹co2法比，能够使制得的型、芯强度得到明显提高，旧砂可再生回用。另外，在制型、芯过程无毒且无刺激性气味产生，可改善铸造生产环境，利于实现铸造行业的环保化生产。
(2)本发明的方法在制型、芯过程无毒且无刺激性气味产生，可改善铸造生产环境，利于实现铸造行业的环保化生产。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为了避免环境变化(温度和湿度变化)的影响，保持环境温度为30℃，湿度为40％rh。另外，实际生产中可根据砂芯的薄厚、复杂程度以及芯盒模具的结构设计进行气体流量及吹气时间进行调节。
实施例1
采用标准“8”字试样模具制芯。制芯混合料配比：大林擦洗砂1kg，模数为2.0的铸造用水玻璃(硅酸钠水溶液，1.4g/cm3)20g、二氧化硅3g，通过混砂机混匀，将制芯砂混合物装入模具中，再锤击三下紧实，启动吹气控制柜，依次通入二氧化碳和压缩空气，具体地，co2气体压力为0.2mpa保持吹气20s，压缩空气在压力为0.2mpa保持吹气25s，硬化结束。
取出试样用液压试验机测试试样抗拉强度，5s内测即时强度，取3个试样的平均值；室内放置4h后，测试样的4h抗拉强度，室内放置24h后测试样的终强度。具体结果如下：即时抗拉强度为0.22mpa，4h抗拉强度为0.98mpa，24h抗拉强度为1.14mpa。
实施例2
采用标准“8”字试样模具制芯。制芯混合料配比：大林擦洗砂1kg，模数为2.5的铸造用水玻璃(硅酸钾，1.6g/cm3)20g、二氧化硅5g，通过混砂机混匀，将制芯砂混合物装入模具中，再锤击三下，启动吹气控制柜，依次通入二氧化碳和压缩空气，具体地，co2气体压力为0.3mpa保持吹气15s，压缩空气在压力为0.4mpa保持吹气45s，硬化结束。
取出试样用液压试验机测试试样抗拉强度，5s内测即时强度，取3个试样的平均值；室内放置4h后，测试样的4h抗拉强度，室内放置24h后测试样的终强度。具体结果如下：即时抗拉强度为0.47mpa，4h抗拉强度为1.05mpa，24h抗拉强度为1.31mpa。
实施例3
采用标准“8”字试样模具制芯。制芯混合料配比：大林擦洗砂1kg，模数为1.7的铸造用水玻璃(硅酸锂，1.4g/cm3)25g、二氧化硅4g，通过混砂机混匀，将制芯砂混合物装入射砂筒，再锤击三下，启动吹气控制柜，依次通入二氧化碳和压缩空气，具体地，co2气体压力为0.15mpa保持吹气25s，压缩空气在压力为0.4mpa保持吹气90s，硬化结束。
取出试样用液压试验机测试试样抗拉强度，5s内测即时强度，取3个试样的平均值；室内放置4h后，测试样的4h抗拉强度，室内放置24h后测试样的终强度。具体结果如下：即时抗拉强度为0.71mpa，4h抗拉强度为1.24mpa，24h抗拉强度为1.51mpa。
实施例4
本实施例中相比于实施例1-3，压缩空气经冷冻除湿，保证了压缩空气露点为2-4℃。
采用苏州明志科技有限公司mlwa1试样机制芯。制芯混合料配比：大林擦洗砂1kg，模数为2.5的铸造用改性水玻璃(所述铸造用改性水玻璃通过如下方法制备得到：加入硅酸钠水溶液质量3％的三聚磷酸钠，1％的葡萄糖，0.5％的氢氧化锂，0.5％的氧化铝和0.5％的氢化淀粉，升温至60℃后通过电磁搅拌至全部溶解)23g、二氧化硅5g，通过混砂机混匀，将制芯砂混合物装入射砂筒，在0.6mpa下，用压缩空气将制芯砂混合物射入标准模具中，启动吹气控制柜，依次通入二氧化碳和压缩空气，具体地，co2气体压力为0.5mpa保持吹气15s，压缩空气在压力为0.4mpa保持吹气80s，硬化结束。
取出试样用液压试验机测试试样抗拉强度，5s内测即时强度，取3个试样的平均值；室内放置4h后，测试样的4h抗拉强度，室内放置24h后测试样的终强度。具体结果如下：即时抗拉强度为0.67mpa，4h抗拉强度为1.18mpa，24h抗拉强度为1.63mpa。
实施例5
本实施例中相比于实施例1-3，压缩空气经冷冻除湿，保证了压缩空气露点为2-4℃。
采用苏州明志科技有限公司mlwa1试样机制芯。制芯混合料配比：大林擦洗砂1kg，模数为2.0的铸造用改性水玻璃(所述铸造用改性水玻璃通过如下方法制备得到：加入硅酸钠水溶液质量3％的三聚磷酸钠，1％的葡萄糖，0.5％的氢氧化锂，0.5％的氧化铝和0.5％的氢化淀粉，升温至60℃后通过电磁搅拌至全部溶解)25g、二氧化硅10g，通过混砂机混匀，将制芯砂混合物装入射砂筒，在0.6mpa下，用压缩空气将制芯砂混合物射入标准模具中，启动吹气控制柜，依次通入压缩空气、二氧化碳、压缩空气，具体地，压缩空气在压力为0.4mpa保持吹气10s，co2气体压力为0.5mpa保持吹气15s，压缩空气在压力为0.4mpa保持吹气60s，硬化结束。
取出试样用液压试验机测试试样抗拉强度，5s内测即时强度，取3个试样的平均值；室内放置4h后，测试样的4h抗拉强度，室内放置24h后测试样的终强度。具体结果如下：即时抗拉强度为0.57mpa，4h抗拉强度为1.25mpa，24h抗拉强度为1.49mpa。
对比例1
采用苏州明志科技有限公司mlwa1试样机制芯。制芯混合料配比：大林擦洗砂1kg，模数为2.3铸造用改性水玻璃60g，通过混砂机混匀，将制芯砂混合物装入射砂筒，在0.5mpa下，用压缩空气将制芯砂混合物射入标准模具中，启动吹气控制柜，通入二氧化碳，co2气体压力为0.5mpa保持吹气30s，硬化结束。
取出试样用液压试验机测试试样抗拉强度，5s内测即时强度，取3个试样的平均值；室内放置4h后，测试样的4h抗拉强度，室内放置24h后测试样的终强度。具体结果如下：即时抗拉强度为0.15mpa，4h抗拉强度为0.42mpa，24h抗拉强度为0.57mpa。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。