[發明專利]具有延長的工作時間的“自硬”鑄造混合物

有效

• 申請號: 201380030093.6
• 申請日: 2013-06-07
• 公開（公告）號: CN104470653B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: M·R·諾切拉;G·P·施圖策;J·克羅克爾
• 申請（專利權）人: 亞世科化學有限公司
• 主分類號: B22C1/22
• 分類號: B22C1/22;C08G18/00
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司11314
• 代理人: 程偉

相關申請的交叉引用

本申請是非臨時申請，要求2012年6月8日提交的美國臨時申請61/657,212的優先權，其全部內容通過引用并入本文中。

技術領域

本公開涉及一種用于鑄造金屬部件的鑄造混合物，用于使用“自硬(no-bake)”法形成的模具和型芯。更具體地，其涉及一種鑄造混合物，包含合適的鑄造骨料(foundry aggregate)和兩種聚氨酯粘結劑前體。液體催化劑用于固化通過混合前體而形成的聚氨酯。優選的催化劑提供超過45分鐘的“脫模時間”，且“工作時間”與脫模時間的比大于約0.6，優選接近1.0。

背景技術

用于鑄造金屬制品的模具和型芯可以通過鑄造骨料和鑄造粘結劑制備。有幾個方法用于此。

在“自硬”法中，鑄造混合物通過混合合適的骨料與粘結劑以及固化催化劑而制備。將鑄造混合物壓實入模型中后，鑄造混合物的固化提供用作模具或型芯的鑄造成型體。

在“冷芯盒”法中，鑄造混合物通過混合合適的骨料與粘結劑而制備。將鑄造混合物壓入模型后，催化劑蒸氣通過鑄造混合物，使其固化并提供用作模具或型芯的鑄造成型體。

在又一方法中，鑄造混合物通過混合骨料與熱反應性粘結劑以及催化劑而制備。鑄造混合物通過將其壓實入加熱模型中，引起鑄造混合物固化而成型，提供了用作模具或型芯的鑄造成型體。

接著集中于“自硬”法，在鑄造工業中一些廣泛使用的用于“自硬”法的粘結劑包括酚醛聚氨酯自硬粘結劑、酯固化酚醛自硬粘結劑和糠醇酸固化自硬粘結劑。

酚醛聚氨酯聚合物體系不僅用于鑄造粘結劑的應用。例如，非常相似的聚合物體系用于聚氨酯泡沫。盡管可能預期，用于三種方法(自硬，冷芯盒和泡沫)之一的催化劑和其它添加劑可能與其他的類似，這根本是不正確的，且現有技術中，具體地，Gernon的公開的美國申請2005/0004257指出，聚氨酯泡沫體系與砂結合聚氨酯體系大不相同。

本發明的受讓人已卓著地參與提供鑄造粘結劑超過四十年。一些具有代表性的美國專利和已公布的申請，包括Robins的US3485797和3676392，Chang的6391942，6479567和7125914，Hutchings的6559203，Chen的6602931和Dando的已公開的美國申請US2005/0009950。

當配制粘結劑包時考慮了幾個變量。例如，Kiuchi的US5616631教導了現有自硬粘結劑趨于具有低固化率和低初始強度。粘結劑需要長時間充分作用(set up)以使固化的模具從模型取出，這導致模型的利用率低。在本說明書的術語中，使固化的模具可以從模型(pattern issue)取出所需要的時間統稱為“脫模時間”。更嚴格地，且用于實驗結果的呈現，脫模時間是混合粘結劑組分和砂并將砂混合物放在模型中，且形成的鑄造成型在砂型硬度“B”型計量器(Green Hardness"B"scale)達到90的水平時所經過的時間，脫模時間這種計算方法是由Chen的共有專利'602教導的，所使用的計量器為密歇根底特律的Harry W.Dietert有限公司出售。Kiuchi'631教導，增加初始強度并保持脫模時間短是所期望的結果。該初始強度是依據拉伸強度測量的。

在現有技術和本說明書中使用的另一術語是“工作時間”。在本說明書中，工作時間的嚴格定義是混合粘結劑組分和砂并將砂混合物放在模型中，且形成的鑄造成型體在砂型硬度“B”型計量器達到60的水平時所經過的時間，也使用得自Dietert的計量器。在條件更適用于鑄造，“工作時間”定義為砂混合物能夠形成模具有效工作的大致時間。因此，脫模時間和工作時間之間的區別在于，在此期間，模具形成中不能處理，但還不能從模型中移出的停滯時間(dead time)的量。工作時間和脫模時間的比值(“W/S”)以無量綱的形式表示該概念，且范圍(至少在理論上)為0到1。

最終，鑄造粘結劑體系設計者的目的是提供一種粘結劑體系，一旦在重塑模具型芯的形狀的模具中在澆注的熔融金屬上形成固體外殼，該粘結劑體系則會利用來自金屬的熱量分解粘結劑。這種分解使得砂和/或其它骨料易于回收和再利用。如Pederson的US7984750所教導的，當模具使用時，其中澆注金屬的溫度低于約1000℃(鑄鐵在此溫度下澆注)時，分解粘結劑的這種需要受到了挑戰。鋁和鎂是這樣金屬的實例。

幾乎與分解粘結劑的能力一樣重要的是提供一種環境可接受的粘結劑。因為在鑄造之前和之后，工人均暴露于鑄造混合物，必須考慮如毒性和氣味的問題。