[发明专利]具有延长的工作时间的“自硬”铸造混合物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是非临时申请，要求2012年6月8日提交的美国临时申请61/657,212的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本公开涉及一种用于铸造金属部件的铸造混合物，用于使用“自硬(no-bake)”法形成的模具和型芯。更具体地，其涉及一种铸造混合物，包含合适的铸造骨料(foundry aggregate)和两种聚氨酯粘结剂前体。液体催化剂用于固化通过混合前体而形成的聚氨酯。优选的催化剂提供超过45分钟的“脱模时间”，且“工作时间”与脱模时间的比大于约0.6，优选接近1.0。

背景技术

用于铸造金属制品的模具和型芯可以通过铸造骨料和铸造粘结剂制备。有几个方法用于此。

在“自硬”法中，铸造混合物通过混合合适的骨料与粘结剂以及固化催化剂而制备。将铸造混合物压实入模型中后，铸造混合物的固化提供用作模具或型芯的铸造成型体。

在“冷芯盒”法中，铸造混合物通过混合合适的骨料与粘结剂而制备。将铸造混合物压入模型后，催化剂蒸气通过铸造混合物，使其固化并提供用作模具或型芯的铸造成型体。

在又一方法中，铸造混合物通过混合骨料与热反应性粘结剂以及催化剂而制备。铸造混合物通过将其压实入加热模型中，引起铸造混合物固化而成型，提供了用作模具或型芯的铸造成型体。

接着集中于“自硬”法，在铸造工业中一些广泛使用的用于“自硬”法的粘结剂包括酚醛聚氨酯自硬粘结剂、酯固化酚醛自硬粘结剂和糠醇酸固化自硬粘结剂。

酚醛聚氨酯聚合物体系不仅用于铸造粘结剂的应用。例如，非常相似的聚合物体系用于聚氨酯泡沫。尽管可能预期，用于三种方法(自硬，冷芯盒和泡沫)之一的催化剂和其它添加剂可能与其他的类似，这根本是不正确的，且现有技术中，具体地，Gernon的公开的美国申请2005/0004257指出，聚氨酯泡沫体系与砂结合聚氨酯体系大不相同。

本发明的受让人已卓著地参与提供铸造粘结剂超过四十年。一些具有代表性的美国专利和已公布的申请，包括Robins的US3485797和3676392，Chang的6391942，6479567和7125914，Hutchings的6559203，Chen的6602931和Dando的已公开的美国申请US2005/0009950。

当配制粘结剂包时考虑了几个变量。例如，Kiuchi的US5616631教导了现有自硬粘结剂趋于具有低固化率和低初始强度。粘结剂需要长时间充分作用(set up)以使固化的模具从模型取出，这导致模型的利用率低。在本说明书的术语中，使固化的模具可以从模型(pattern issue)取出所需要的时间统称为“脱模时间”。更严格地，且用于实验结果的呈现，脱模时间是混合粘结剂组分和砂并将砂混合物放在模型中，且形成的铸造成型在砂型硬度“B”型计量器(Green Hardness"B"scale)达到90的水平时所经过的时间，脱模时间这种计算方法是由Chen的共有专利'602教导的，所使用的计量器为密歇根底特律的Harry W.Dietert有限公司出售。Kiuchi'631教导，增加初始强度并保持脱模时间短是所期望的结果。该初始强度是依据拉伸强度测量的。

在现有技术和本说明书中使用的另一术语是“工作时间”。在本说明书中，工作时间的严格定义是混合粘结剂组分和砂并将砂混合物放在模型中，且形成的铸造成型体在砂型硬度“B”型计量器达到60的水平时所经过的时间，也使用得自Dietert的计量器。在条件更适用于铸造，“工作时间”定义为砂混合物能够形成模具有效工作的大致时间。因此，脱模时间和工作时间之间的区别在于，在此期间，模具形成中不能处理，但还不能从模型中移出的停滞时间(dead time)的量。工作时间和脱模时间的比值(“W/S”)以无量纲的形式表示该概念，且范围(至少在理论上)为0到1。

最终，铸造粘结剂体系设计者的目的是提供一种粘结剂体系，一旦在重塑模具型芯的形状的模具中在浇注的熔融金属上形成固体外壳，该粘结剂体系则会利用来自金属的热量分解粘结剂。这种分解使得砂和/或其它骨料易于回收和再利用。如Pederson的US7984750所教导的，当模具使用时，其中浇注金属的温度低于约1000℃(铸铁在此温度下浇注)时，分解粘结剂的这种需要受到了挑战。铝和镁是这样金属的实例。

几乎与分解粘结剂的能力一样重要的是提供一种环境可接受的粘结剂。因为在铸造之前和之后，工人均暴露于铸造混合物，必须考虑如毒性和气味的问题。