CN100391649C

CN100391649C - 铸件制造用部件

Info

Publication number: CN100391649C
Application number: CNB2003801031933A
Authority: CN
Inventors: 津浦德雄; 小林洋昭; 高城荣政; 仲井茂夫; 惣野时人
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2002-11-13
Filing date: 2003-11-11
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2023-11-11
Also published as: CN1711143A; JP2009195991A; JP5036762B2

Abstract

本发明涉及一种将纸管用原纸成形为管状而制成的铸件制造用部件，其含有有机纤维、无机纤维和粘合剂。优选卷绕前述纸管用原纸而成形为管状。有机纤维的含量优选为10～70重量份，前述无机纤维的含量优选为1～80重量份，前述粘合剂的含量优选为10～85重量份。前述有机纤维优选为纸浆纤维。

Description

铸件制造用部件

技术领域

本发明涉及将纸管用原纸成形为管状而制成的铸件制造用部件及其制造方法，以及使用该铸件制造用部件制造铸件的方法。

背景技术

在制造铸件时，通常使用铸造用砂形成具有模腔的铸模(根据需要具有砂芯)，同时形成向该模腔供给熔融金属的注入口、浇口、流道和内浇口(以下，将它们称作浇注系统)，并进一步形成排气孔、冒口、出气口。这样的浇注系统、排气孔、冒口、出气口通常用铸造用砂与铸模一起一体地形成，或者使用由陶器、砖等耐火材料构成的浇注系统构成部件来形成浇注系统。

在将上述浇注系统等与铸模一体地形成的情况下，难以使浇注系统的配置复杂化，易于向熔融金属混入铸造用砂。另一方面，在使用由前述耐火材料构成的浇注系统等的情况下，在熔融金属接触前述浇注系统等时，容易降低熔融金属的温度。另外，在形成浇注系统等时，必须用金刚石切割器等高速切割器切断耐火材料，并用胶带缠绕切断的耐火材料以将它们连接在一起，操作很麻烦。另外，浇注后，具有下列的问题：由于热冲击等导致浇注系统等破损，产生大量的工业废弃物，其废弃处理时费事。这样，由耐火材料构成的浇注系统操作总之是不方便的。

作为解决这种课题的技术，已知有例如日本专利申请实开平1-60742号公报记载的技术。该技术是使用由有机或无机纤维和有机或无机粘合剂混合形成的浆料成形得到的绝热材料代替前述浇注系统的构成部件所使用的耐火材料。

然而，组合了有机纤维和有机粘合剂的浇注系统等在供给熔融金属时，具有下列的问题：由于热分解而产生较大的收缩，从该浇注系统等漏出熔融金属。另外，组合无机纤维和无机粘合剂的前述绝热材料，由于难以成形为中空等立体状态，所以使用该绝热材料不能形成对应于各种模腔形状的浇注系统等。

另一方面，已知一种铸造用纸砂芯，其是在纤维素纤维中混合无机粉末和/或无机纤维，以使纤维素纤维的用量降低。一般认为，该铸造用纸砂芯可以降低干燥时的收缩，抑制铸造时由纤维素纤维产生的气体和焦油状的高分子化合物的产生量，其结果是，铸造缺陷被防止，且铸造操作性得以提高(例如参照日本专利申请特开平9-253792号公报)。

然而，由于上述文献所记载的铸造用纸砂芯不含粘合剂，所以不能适用于与各种模腔形状相对应的浇注系统。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种铸件制造用部件及其制造方法，以及使用该铸件制造用部件制造铸件的方法，该铸造用部件可以抑制由于热分解而产生的热收缩、操作性优异，且可以形成与各种模腔形状相对应的浇注系统等。

本发明通过提供下列的铸件制造用部件，从而实现前述目的，该铸件制造用部件是将纸管用原纸成形为管状而制成的铸件制造用部件，其含有有机纤维、碳纤维和粘合剂，且相对于所述有机纤维、所述碳纤维和所述粘合剂的含量总计100重量份，含有7～80重量份碳纤维。

另外，本发明提供一种使用了含有有机纤维、碳纤维和粘合剂的铸件制造用部件的铸件的制造方法，其中，将前述铸件制造用部件配置在铸造用砂中。

另外，本发明提供一种前述本发明的铸件制造用部件的制造方法，其具有以下工序：由至少含有前述有机纤维和前述碳纤维的原料浆料造纸为前述纸管用原纸的工序；由造纸得到的前述纸管用原纸成形为纸管的工序；和使成形得到的前述纸管含有前述粘合剂的工序。

附图说明

图1表示将本发明的铸件制造用部件应用于浇口用流道的一个实施方案的示意图。

图2示意地表示将与上述图1相同的实施方案的流道与铸模等其它铸件制造用部件一起配置的状态的立体图。

具体实施方式

以下，基于本发明优选的实施方案，对本发明进行说明。

本发明的铸件制造用部件是将纸管用原纸成形为管状而制成的铸件制造用部件，其含有有机纤维、无机纤维和粘合剂。本发明的铸件制造用部件优选通过卷绕纸管用原纸而成形。在卷绕时，该纸管用原纸的一部分可以重叠，也可以不重叠。另外，也可以将多张该纸管用原纸重叠地进行卷绕。在制造长筒状的铸件制造用品时，优选将带状的纸管用原纸卷绕为螺旋状。本发明的铸件制造用品也可以不卷绕纸管用原纸而成形，而是例如将长方形的纸管用原纸卷成圆筒状、并将相对的2条边接合而成形。如果考虑到作为铸件制造用部件的强度，前述纸管用原纸的厚度优选为0.4～2mm，特别优选为0.7～1.5mm。

前述有机纤维主要成为铸件制造用部件的骨架，在铸造时，熔融金属会使有机纤维的部分或全部热分解，在铸件制造后，热分解的部分成为空隙。

作为前述有机纤维，除了纸纤维以外，还可以列举出原纤维化的合成纤维、再生纤维(例如，人造丝纤维)等，这些纤维可以单独使用或者混合使用二种或更多种。而且，其中，特别是从可以容易且稳定地获得、降低制造费用以及在脱水后和干燥后得到足够的强度的观点出发，优选使用纸纤维。

对于前述纸纤维，除了使用木材纸浆以外，还可以使用棉浆、棉绒浆、竹子和稻草等其它的非木材纸浆，而且可以将原浆或废纸纸浆(回收品)单独使用或者混合使用二种或更多种。而且，从获得的容易性、稳定性、环境保护、降低制造费用等观点出发，特别优选废纸纸浆。

如果考虑到成形的铸件制造用部件的表面平滑性、冲击强度、壁厚的均匀性等，前述有机纤维的平均纤维长度优选为0.8～2.0mm，更优选为0.9～1.8mm。

从作为铸件制造用部件的成形容易性、确保强度、降低气体产生量等观点出发，本发明的铸件制造用部件中的前述有机纤维的含量优选为10～70重量份，更优选为20～60重量份。另外，在本说明书中，在称作重量份时，是指相对有机纤维、无机纤维和粘合剂的总量合计为100重量份的值。

前述无机纤维与前述有机纤维一样，主要成为铸件制造用部件的骨架，但是在铸造时，即使受到熔融金属的热量也不会分解或燃烧，起到保持铸件制造用部件的原状的作用。

对于前述无机纤维，可以列举出碳纤维、石棉等人造矿物纤维、陶瓷纤维、天然矿物纤维等，这些纤维可以单独使用或者混合使用二种或更多种。而且，其中，特别是从在粘合剂中使用有机粘合剂时由于该有机粘合剂的碳化而使收缩降低的观点出发，优选使用即使在高温下也可以保持高强度的碳纤维，而从降低制造费用的观点出发，优选使用石棉。

如果考虑到确保纸管用原纸的造纸时的滤水性、纸管用原纸的加工容易性等，前述无机纤维的平均纤维长优选为0.2～10mm，更优选为0.5～8mm。

从确保作为铸件制造用部件的强度、造纸得到的纸管用原纸的加工容易性等观点出发，前述无机纤维的含量优选为1～80重量份，更优选为7～40重量份。

从作为铸件制造用部件的成形容易性、确保强度等观点出发，相对于前述有机纤维，前述无机纤维的比例(无机纤维的含量/有机纤维含量)以重量比计，例如在无机纤维为碳纤维时，优选为1～60，更优选为2～30。使用石棉作为无机纤维时，所述比例优选为10～90，更优选为20～80。

作为前述粘合剂，可以列举出后述的有机粘合剂和无机粘合剂。它们可以单独使用或混合使用。

对于前述有机粘合剂，其是起到使本发明的铸件制造用部件中的前述有机纤维和前述无机纤维结合的作用的物质，或者是起到提高本发明的铸件制造用部件的强度、在浇铸时通过熔融金属的热发生碳化而保持铸件制造用部件的强度的作用的物质等。

作为前述有机粘合剂，可以列举出酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂等热固化性树脂。而且，其中，特别是从可燃气体的产生量较少、难以燃烧、热分解(碳化)后的残炭率高等观点出发，优选酚醛树脂。此外，在该酚醛树脂中，优选不需要固化剂、且可含浸在本发明的铸件制造用部件中的可溶型酚醛树脂。

对于前述无机粘合剂，其是起到使本发明的铸件制造用部件中的前述有机纤维和前述无机纤维结合的作用的物质，起到即使铸造时也不会热分解而抑制燃烧气体和火焰的产生的效果的物质，或者是起到防止铸造时的渗碳的效果的物质等。

作为前述无机粘合剂，可以列举出胶体氧化硅、黑曜石、莫来石、珍珠岩、硅酸乙酯和水玻璃等以SiO₂为主要成分的化合物。而且，其中特别是从可以单独使用和容易涂布等观点出发，优选使用胶体氧化硅。另外，从防止渗碳的观点出发，特别优选使用黑曜石。前述无机粘合剂也可以单独使用或者混合使用二种或更多种。

如果考虑到作为铸件制造用部件的强度的确保、成形容易性等，前述粘合剂(固态成分)的含量优选为10～85重量份，更优选为20～80重量份。

在使用黑曜石以外的粘合剂作为前述粘合剂时，本发明的铸件制造用部件中的该粘合剂的含量优选为10～70重量份，更优选为20～50重量份。

另外，在使用黑曜石作为前述粘合剂时，优选在全部粘合剂中至少含有20重量份黑曜石。还可以仅使用黑曜石作为前述粘合剂。

另外，可以将熔点不同的二种或二种以上的粘合剂组合使用。特别是，从确保由常温(铸造前)到高温(铸造时)的铸件制造用部件的保形性、和制造时防止浸碳等观点出发，优选将低熔点的粘合剂和高熔点的粘合剂组合使用。在这种情况下，作为低熔点的粘合剂，可以列举出粘土、水玻璃、黑曜石等，作为高熔点的粘合剂，可以列举出上述以SiO₂为主要成分的化合物、莫来石、硅灰石、Al₂O₃等。

在本发明的铸件制造用部件中，可以添加纸张强度强化材料。通过添加纸张强度强化材料，可以降低粘合剂对纸管含浸时的该纸管的溶胀。

纸张强度强化材料的添加量优选为前述有机纤维的重量的1～20％，特别优选为2～10％。

作为纸张强度强化材料，可以列举出聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、海绵(聚酰胺型胺环氧氯丙烷树脂)等。

在本发明的铸件制造用部件中，可以进一步添加凝集剂、染色剂等其它成分。

前述铸件制造用部件的厚度可以根据其使用的场所而适当地设定，但是如果考虑到作为铸件制造用部件的强度的确保、通气性的确保、制造费用的降低等，例如，与熔融金属接触的部分的厚度优选为0.2～2mm，更优选为0.4～1.5mm。

从确保强度方面考虑，前述铸件制造用部件在被用于铸造前的状态下的压缩强度优选为10N或以上，更优选为30N或以上。

从极力抑制由于有机粘合剂的热分解而产生的气体的观点出发，前述铸件制造用部件在被用于铸造前的状态下的含水率(重量含水率)优选为10％或以下，更优选为8％或以下。

从确保强度、轻质性、加工容易性等观点出发，前述铸件制造用部件的密度优选为0.5g/cm³或以上，更优选为0.6～1.2g/cm³。

下面，对前述铸件制造用部件的制造方法进行说明。

首先，通过使前述有机纤维、前述无机纤维和前述粘合剂分散到规定的分散剂中，从而制备原料浆料。另外，由于对纸管用原纸进行造纸，并使其脱水、干燥后，或者进一步将纸管用原纸成形为纸管后，通过将粘合剂含浸到该纸管中，可以使该纸管含有粘合剂，所以根据需要也可以省略向原料浆料中添加粘合剂。

作为前述分散剂，除了水、白水以外，可以列举出乙醇、甲醇等溶剂等。而且，其中从造纸和脱水成形的稳定性、品质的稳定性、降低费用、操作简单等观点出发，优选水。

如果考虑到所制造的纸管用原纸的表面平滑性、壁厚的均匀性等，在前述原料浆料中，前述有机纤维相对于前述分散剂的用量优选为0.1～3重量％，更优选为0.5～2重量％。

在前述原料浆料中可以添加凝集剂、防腐剂等添加剂。

接着，使用前述原料浆料，造纸为纸管用原纸。

对于纸管用原纸的造纸方法，例如，可以采用使用作为连续造纸方式的圆网造纸机、长网造纸机、短网造纸机、双网造纸机等造纸方法，以及作为分批式造纸方法的手抄法等造纸方法。

为了在造纸后，前述纸管用原纸也可以保持保形性和机械强度，使该纸管用原纸脱水，优选脱水到含水率(重量含水率，以下相同)为70％或以下，更优选到60％或以下。在造纸后的纸管用原纸的脱水方法中，例如，除了通过抽吸脱水以外，可采用吹送加压空气脱水的方法、用加压辊和加压板加压脱水的方法等脱水方法。

使脱水的前述纸管用原纸体接着转移到干燥工序中，对于干燥，可以使用以往一直用于纸的干燥的方法。

接着，将所得到的纸管用原纸裁断而制造多个规定宽度的带状物，再将它们重叠卷绕为螺旋状，得到多层结构的纸管。

根据需要，可以使粘合剂部分或全部地含浸到所得的纸管中。作为含浸到该纸管中的该粘合剂，可以列举出可溶酚醛树脂、胶体氧化硅、硅酸乙酯、水玻璃等。

如此，通过在纸管成形后使粘合剂含浸，也可以省略向原料浆料中添加粘合剂。

接着，在规定温度下，加热干燥纸管，从而完成纸管的制造。可以在使前述粘合剂含浸到干燥后的纸管用原纸后，将该纸管用原纸加工为纸管。

本发明的铸件制造用部件，例如，可以如图1所示的实施方案那样，用作浇口用流道。在图1中，符号1表示浇口用流道。

接着，基于使用前述浇口用流道的铸件的制造方法，对本发明的铸件的制造方法进行说明。

首先，如图2所示，将由前述浇口用流道1，以及注入口2、流道(包括弯管(L型管))3、内浇口4等浇注系统用流道，排气孔用流道5，冒口(上部和侧部)用流道6、7，出气口用流道8和在内部具有与铸件制品的形状对应的模腔(未图示)的铸模9所构成的铸件制造用部件配置在规定的位置上。

然后，将这些铸件制造用部件埋设在铸造用砂(未图示)内，通过前述浇注系统将规定组成的熔融金属导入铸模9的前述模腔内。此时，在铸件制造用部件中含有前述有机粘合剂时，通过熔融金属的热将该粘合剂与前述有机纤维同时热分解而碳化，但不会损害作为铸件制造用部件的强度。另外，因为前述无机纤维可以抑制由于该热分解而产生的铸件制造用部件的热收缩，所以在前述铸件制造用部件中不会产生裂痕，它们也不会在熔融金属中流动，而且，熔融金属中也不会混入铸造用砂等。另外，由于有机纤维热分解，所以在将铸模拆开而取出铸件制品后，可以很容易地从铸模除去前述铸件制造用部件。

对于铸造用砂，没有特别的限定，可以使用一直以来在铸件的制造中使用的铸造用砂。

浇铸结束后，冷却到规定的温度并除去铸造用砂，再对铸造品施加喷砂处理。另外，除去浇注系统等无用部分。然后，根据需要进行修边处理等后处理，从而完成铸件的制造。

如上所述，根据本实施方案的铸件制造用部件和使用该部件的铸件的制造方法，一方面可以通过熔融金属的热量使有机纤维分解而在该铸件制造用部件的内部形成空隙，另一方面，通过无机纤维和粘合剂可以保持作为铸件制造用部件的强度，在铸模拆开后可以容易地进行该部件的分离除去。也就是，通过使用有机纤维、无机纤维和粘合剂，本发明的铸件制造用部件由于在铸模造型时和浇铸熔融金属时，保持作为铸件制造用部件的强度，在铸模拆开时，其强度降低，所以与使用耐火材料作为铸件制造用部件的以往的铸造方法相比，铸件制造用部件的废弃处理很容易，废弃物产生量也大幅地降低。

另外，由于在本发明的铸件制造用部件中含有有机纤维、无机纤维和粘合剂，所以与只由有机纤维构成的铸件制造用部件相比，浇注时的火焰量减少，可以防止有机纤维燃烧产生的铸件制造用部件的强度降低、以及由有机粘合剂的热分解(碳化)引起的热收缩而产生铸件制造用部件的裂痕等，还可以防止产生铸造用砂混入到熔融金属导致的制品不佳。

另外，由于本发明的铸件制造用部件具有通气性，所以在浇铸熔融金属时，不会由于产生的气体放散到铸砂侧而在铸件中产生所谓的气孔，可以防止产生不合格品。

此外，本发明的铸件制造用部件为轻质，能够用简单的装置容易地进行切断加工等，操作性也优异。

本发明并不限于上述实施方案，在不脱离本发明的宗旨的范围内，可以作适当地改变。

本发明的铸件制造用部件，除了在前述实施方案的浇口用流道1中使用以外，还可以在图2所示的注入口、流道、内浇口、排气孔、冒口，出气口用流道2～8中使用。

本发明的铸件的制造方法不但适用于铸铁，还可以适用于铝及其合金、铜及其合金、镍、铅等非铁金属的铸造中。

以下，通过实施例对本发明进行更具体地说明。

[实施例1]

使用下述原料浆料，按照下述进行造纸、脱水、再干燥，得到厚度为1mm、定量为440g/m²的纸管用原纸。从制得的纸管用原纸制造下述的纸管，得到具有下述物性的浇口用流道(铸件制造用部件，重量约30g)”。

<原料浆料的调节>

使下述掺混的有机纤维和无机纤维在水中分散，制备约1％(相对于水，有机纤维和无机纤维的总重量为1重量％)的浆料后，在该浆料中添加下述粘合剂和下述凝集剂，得到有机纤维、无机纤维和粘合剂的混合比(重量比)为下述值的原料浆料。

[原料浆料的掺混]

有机纤维：废报纸，平均纤维长为1mm、排水度(CSF，以下相同)为150cc；

无机纤维：将碳纤维(东レ(株)制造，商品名：“トレカチヨツプ”)、纤维长3mm的纤维放入打浆机中，将有机纤维和无机纤维的重量混合比为26∶8的浆料调节到排水度为300cc。

无机粘合剂：黑曜石(KINSEIMATEC公司制造的“ナイスキヤツチ”)

有机粘合剂：环氧类酚醛树脂(住友ベ一クライト株式会社制造)

凝集剂：聚丙烯酰胺类凝集剂(三井サイテツク公司制造，A110)

分散剂：水

有机纤维、无机纤维、无机粘合剂、有机粘合剂的重量混合比＝26∶8∶48∶18

<纸管用原纸的造纸条件>

使用上述原料组合物，通过倾斜型短网造纸机，在线速度为1.5m/分下造纸，制造湿润状态的纸张。

<纸管用原纸的脱水、干燥条件>

用毛毡夹住制得的纸张，边抽真空边脱水，使其以1.5m/分的线速度从120℃的加热辊之间通过，使得该纸张的含水率达到5重量％或以下。

<纸管的成形工序>

裁断制得的纸管用原纸，得到宽度分别为54.4mm、54.8mm、55.2mm、55.6mm和56.0mm的5个带状物，首先，将宽度最小的带状物卷绕为螺旋状作为纸管，在其上进一步以宽度小的顺序依次卷绕其它4个带状物，制造内径约为30mm、密度为1.0g/cm³的纸管。此时，带状物之间用粘合剂粘合。

<干燥固化工序>

将前述纸管投入200℃的干燥炉约60分钟进行干燥，得到流道。

[流道的物性]

厚度：1.0mm

<铸件的制造>

使用由实施例1制得的流道，构成图2所示的浇注系统，使用其形成铸模，从注入口注入熔融金属(1400℃)。

<铸件制造后的流道的评价>

未观测到向注入口的回喷和来自出气口的剧烈的火焰。另外，在浇铸后、铸模拆开时，流道完整地覆盖在其中凝固的金属的周围，通过其后的喷砂处理可以容易地除去该流道。

如上所述，由实施例1得到的流道(铸件制造用部件)确认出：可以抑制由于热分解而产生的热收缩，而且操作性也优异。

根据本发明可以提供能抑制由于热分解而产生的热收缩，且操作性也优异的铸件制造用部件及其制造方法，以及使用该铸件制造用部件制造铸件的方法。

Claims

1.一种铸件制造用部件，其是通过使纸管用原纸的一部分重复或者将多张纸管用原纸叠绕以将所述纸管用原纸卷绕并成形为管状而得到的，所述铸件制造用部件含有有机纤维、碳纤维和粘合剂，且相对于所述有机纤维、所述碳纤维和所述粘合剂的含量总计100重量份，含有7～80重量份碳纤维。

2.根据权利要求1所记载的铸件制造用部件，其中，所述有机纤维的含量为10～70重量份，所述碳纤维的含量为7～80重量份，所述粘合剂的含量为10～85重量份，且所述有机纤维、所述碳纤维和所述粘合剂的含量总计为100重量份。

3.根据权利要求1所记载的铸件制造用部件，其中，在所述粘合剂中含有熔点不同的二种或二种以上的粘合剂。

4.根据权利要求1所记载的铸件制造用部件，其中，所述粘合剂是有机粘合剂和/或无机粘合剂。

5.根据权利要求4所记载的铸件制造用部件，其中，所述无机粘合剂是以SiO₂为主要成分的化合物。

6.根据权利要求1所记载的铸件制造用部件，其中，所述有机纤维是纸纤维。

7.根据权利要求1所记载的铸件制造用部件，其中，所述有机纤维的平均纤维长为0.8～2.0mm，所述碳纤维的平均纤维长为0.2～10mm。

8.根据权利要求1所记载的铸件制造用部件，其中，与熔融金属接触的部分的厚度为0.2～2mm。

9.一种使用了权利要求1所记载的铸件制造用部件的铸件的制造方法，其中，将所述铸件制造用部件配置在铸造用砂中。

10.根据权利要求9所记载的铸件的制造方法，其中，熔融金属的热量使所述铸件制造用部件所含有的所述有机纤维分解而在该铸件制造用部件的内部形成空隙。

11.根据权利要求9所记载的铸件的制造方法，其中，浇铸结束后，除去铸件制造用部件的无用部分。

12.根据权利要求11所记载的铸件的制造方法，其中，浇铸结束后，通过喷砂处理除去铸件制造用部件的无用部分。

13.一种权利要求1所记载的铸件制造用部件的制造方法，其具有以下工序：由至少含有所述有机纤维和所述碳纤维的原料浆料造纸为所述纸管用原纸的工序；由造纸得到的所述纸管用原纸通过使该纸管用原纸的一部分重复或者将多张该纸管用原纸叠绕以进行卷绕并成形为纸管的工序；和使成形得到的所述纸管含有所述粘合剂的工序。

14.根据权利要求13所记载的铸件制造用部件的制造方法，其中，所述粘合剂为有机粘合剂，且通过含浸而含有该有机粘合剂。

15.根据权利要求14所记载的铸件制造用部件的制造方法，其中，使所述原料浆料含有所述无机粘合剂。

16.一种权利要求1所记载的铸件制造用部件的制造方法，其具有以下工序：由至少含有所述有机纤维、所述碳纤维和所述粘合剂的原料浆料造纸为所述纸管用原纸的工序；以及由造纸得到的所述纸管用原纸成形为纸管的工序。