簡(jiǎn)述制芯工藝.doc

簡(jiǎn)述制芯工藝一、概述砂芯主要用來(lái)形成鑄件的內(nèi)腔、孔洞和凹坑等部分，在澆注時(shí)，它的大部分或部分表面被液態(tài)金屬包圍，經(jīng)受鐵液的熱作用、機(jī)械作用都較強(qiáng)烈，排氣條件也差，出砂、清理困難，因此對(duì)芯砂的性能要求一般比型砂高。二、植物油砂采用干性油和靠近干性油的半干性油作油砂粘結(jié)劑。干性油含不飽和脂肪酸，其加熱硬化機(jī)理一般認(rèn)為是氧化聚合的結(jié)果。常用的植物油有，桐油、亞麻油等。烘干溫度一般以200220為宜。如需縮短烘干時(shí)間，可將溫度提高到250，但不能超過(guò)300，否則粘結(jié)性能將被破壞。三、合脂粘結(jié)劑及合脂砂（一）合脂粘結(jié)劑合脂是合成脂肪酸蒸餾殘?jiān)暮?jiǎn)稱，是從煉油廠原料脫蠟過(guò)程中得到的石蠟，制皂工業(yè)再將石蠟制取合成脂肪酸時(shí)所得的副產(chǎn)品。合脂砂的烘干濕度范圍比油砂寬些，但是最適宜范圍仍是200220之間。合脂粘結(jié)劑的加入量一般為砂質(zhì)量的2.54.5，過(guò)多，強(qiáng)度增加不顯著，而發(fā)氣量明顯增大，粘膜加重，蠕變加大，出砂性變差。存在的問(wèn)題：1濕強(qiáng)度低合脂砂的濕壓強(qiáng)度只有2.02.5kPa。比植物油砂還要低。加入膨潤(rùn)土或者含泥量高的天然粘土砂可以提高濕強(qiáng)度。2砂芯蠕變合脂砂濕強(qiáng)度低，合脂本身在常溫下粘度大，芯砂流動(dòng)性差，造芯時(shí)不易緊實(shí)；因此合脂砂芯在濕態(tài)和烘干過(guò)程中易發(fā)生蠕變，即逐漸往下沉。在冬天，合脂變得更加粘稠，蠕變現(xiàn)象就更為嚴(yán)重?？刹捎眉尤肱驖?rùn)土和高溫入爐烘干硬化的方法來(lái)減少蠕變的缺陷。四、殼芯（型）（一）殼芯（型）的制造1940年，JohannesCroning發(fā)明用熱法制造殼型，稱為“C”法或“殼法”，此法不僅可用于造型，更主要的是用于制造殼芯。該法用酚醛樹(shù)脂作粘結(jié)劑，配制的型（芯）砂叫做覆膜砂像干砂一樣松散。其制殼的方法有兩種：翻斗法和吹砂法。殼法造型、造芯的優(yōu)點(diǎn)是混制好的覆膜砂可以較長(zhǎng)期貯存（三個(gè)月以上）；無(wú)需搗砂，能獲得尺寸精確的型、芯；型、芯強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，易搬運(yùn)；透氣性好，可用細(xì)的原砂得到光潔的鑄件表面；無(wú)需砂箱；覆膜砂消耗量??；型、芯可以長(zhǎng)期貯放。盡管酚醛樹(shù)脂覆膜砂價(jià)格較貴，造型、造芯耗能較高，但在要求鑄件表面光潔和尺寸精度甚高的行業(yè)仍得到一定應(yīng)用。通常殼型多用于生產(chǎn)液壓件、凸輪軸、曲軸以及耐蝕泵件、履帶板等鋼鐵鑄件上：充芯多用于汽車、拖拉機(jī)、液壓閥體等部分鑄件上。（二）殼型砂用原材料及混制工藝（1）酚醛樹(shù)脂殼法采用熱線塑性酚醛樹(shù)脂。它是在苯酚過(guò)量（通常苯酚與甲醛的物質(zhì)的量之比為1：0.750.85）及溫度在105以下縮合制成的。常用的硬化劑為烏洛托品，學(xué)名六亞甲基四胺，即（CH2）6N4，其加入量一般占樹(shù)脂質(zhì)量的1015。（2）原砂殼法一般采用硅砂，對(duì)于表面質(zhì)量要求很高的鑄件，特別是壁很厚實(shí)、易產(chǎn)生粘砂的鑄鋼件，也常使用鋯砂、鉻鐵礦砂。（3）附加物為了改善覆膜砂的性能，有時(shí)在覆膜過(guò)程中加入某些附加物。例如加人硬脂酸鈣（為砂量的0.250.35），可防止覆膜砂存放期間結(jié)塊；增加覆膜妙的流動(dòng)性，制殼時(shí)易于頂出等。加入石英粉（加入量為砂質(zhì)量的2左右），可提高覆膜砂的高溫強(qiáng)度。（4）覆膜砂混制工藝酚醛樹(shù)脂覆膜砂一般以原砂為100（質(zhì)量比），酚醛樹(shù)脂加入量為：對(duì)于殼型是3.56.0，殼芯是1.54.0，另加入烏洛托品和硬酯酸鈣。覆膜砂的混制工藝可分為冷法、溫法和熱法三種。其中熱法是一種適于大量制備覆膜砂的方法，需要專門(mén)設(shè)備?；熘茣r(shí)一般為先將加熱到130160的砂加到間歇式混砂機(jī)中，再加樹(shù)脂混勻，熔化的樹(shù)脂包在砂粒表面，當(dāng)砂溫降到105110時(shí)，加入烏洛托品水溶液，吹風(fēng)冷卻，再加入硬脂酸鈣混勻，經(jīng)過(guò)破碎、篩分備用。五、熱芯盒法制芯熱芯盒法制芯，是用液態(tài)熱固性樹(shù)脂粘結(jié)劑和催化劑配制成的芯砂，填入加熱到一定溫度的芯盒內(nèi)，貼近芯盒表面的砂芯受熱，其粘結(jié)劑在很短時(shí)間即可縮聚而硬化。而且只要砂芯的表層有數(shù)毫米結(jié)成硬殼即可自芯盒內(nèi)取出，中心部分的砂芯利用余熱和硬化反應(yīng)放出的熱量可自行硬化。它為快速生產(chǎn)尺寸精度高的中小砂芯（砂芯最大壁厚一般為5075mm。）提供了一種非常有效的方法，特別適用于汽車、拖拉機(jī)或類似行業(yè)的鑄件生產(chǎn)。（1）熱盒法用粘結(jié)劑熱芯盒用的樹(shù)脂有呋喃樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂，大多數(shù)是以尿醛、酚醛和糠醇改性為礎(chǔ)的一些化合物，根據(jù)所使用的鑄造合金及砂芯的不同以及市場(chǎng)供應(yīng)情況，進(jìn)行樹(shù)脂的選擇。常用的呋喃樹(shù)脂有：1）脲呋喃（UFFA）樹(shù)脂；2）酚呋喃（PFFA），樹(shù)脂此類樹(shù)脂不含氮，或含極少量的氮，主要用于制造鑄鋼和球墨鑄鐵件，硬透性較尿呋喃樹(shù)脂稍差。我國(guó)的呋喃一2型熱芯盒樹(shù)脂屬于這類樹(shù)脂中的一個(gè)品種；3）脲酚呋喃共聚物（UFPFFA），含氮高的這類樹(shù)脂主要用于鑄鐵件也可用于有色合金鑄件。（2）熱芯盒法硬化用催化劑國(guó)內(nèi)對(duì)呋喃-1型樹(shù)脂砂最常用的催化劑是氯化銨和尿素的水溶液，其配比（質(zhì)量比）為氯化銨：尿素：水l：3：3。（3）熱芯盒法砂的工藝性能及樹(shù)脂砂的配制熱芯盒法可以使用任何干凈、干燥的原砂。要求砂芯有較好的透氣性時(shí)，可選用稍粗的原砂；對(duì)鑄件內(nèi)表面要求很光潔的，可選用較細(xì)的原砂。熱芯盒砂可用一般碾輪式混砂機(jī)混碾，混制工藝如下：干砂十附加物加催化劑加樹(shù)脂粘結(jié)劑出砂熱芯盒制芯工藝通常采用射芯機(jī)射芯，呋喃型樹(shù)脂砂的固化溫度在140250oC之間，芯盒溫度保持在200250OC較適宜。一般幾十秒即可從芯盒中取出砂芯。六、氣硬冷芯盒法制芯氣硬冷芯盒法制芯是將樹(shù)脂砂填入芯盒，而后吹氣硬化制成砂芯。根據(jù)使用的粘結(jié)劑和所吹氣體及其作用的不同，而有三乙胺法、SO2法、酯硬化法、低毒和無(wú)毒氣體促硬造芯法等方法。（一）三乙胺法此法為美國(guó)Ashland油脂化學(xué)公司研制成功，1968年開(kāi)始向鑄造廠推廣并取得應(yīng)用，國(guó)外常稱1socure法，或稱酚醛一尿烷冷芯盒法，我國(guó)叫三乙胺法。粘結(jié)劑由兩部分液體組成：組分是酚醛樹(shù)脂，組分為聚異氰酸酯。催化劑為液態(tài)叔胺，可用三乙胺(C2H5)3N(TEA)、二甲基乙胺（DMEA）、異丙基乙膠和三甲胺（CH3）N3（TMA）,造芯時(shí)，其工藝過(guò)程如圖2所示。填砂后向樹(shù)脂砂中吹入催化劑氣霧（壓力0.1402MPa）便能在數(shù)秒至數(shù)十秒內(nèi)硬化，達(dá)到滿足脫模搬運(yùn)的強(qiáng)度。采用三乙胺法造芯時(shí)，原砂采用干凈的AFS細(xì)度5060的硅砂，也可使用鋯砂、鉻鐵礦砂。原砂必須干燥，水分超過(guò)0.l（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），就會(huì)減少芯砂的可使用時(shí)間，降低砂芯抗拉強(qiáng)度。典型的芯砂配方是樹(shù)脂粘結(jié)劑占砂質(zhì)量的1.5，由等質(zhì)量的組分和組分構(gòu)成。（二）SO2法SO2法是繼三乙胺法之后開(kāi)發(fā)的一種新型吹氣冷芯盒制芯和造型方法，用于鑄造生產(chǎn)始1978年，近些年來(lái)又開(kāi)發(fā)了一些新型SO2法。1、呋喃樹(shù)脂SO2法此法在1971年由法國(guó)SaPic公司取得專利權(quán)，稱Sapici法，直到1978年才用于生產(chǎn)，歐洲大陸稱Hardox法，英國(guó)稱SO2Fast法，美國(guó)叫Insta-Darw法。其造芯工藝過(guò)程類似三乙胺法。SO2許多優(yōu)點(diǎn)勝過(guò)其他方法，因此從鋼鐵到有色合金均有應(yīng)用。其主要優(yōu)點(diǎn)如下；熱力度高，使鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量高（高于三乙膠法）：出砂性優(yōu)良，對(duì)給鎂合金也極易出砂；樹(shù)脂砂有效期特別長(zhǎng)，混好的砂不接觸SO2氣體，決不會(huì)硬化；發(fā)氣量是有機(jī)粘結(jié)劑中最低的；強(qiáng)度發(fā)展快。SO2的缺點(diǎn)也很明顯，例如：樹(shù)脂中游離糠醇汽化易使芯表面結(jié)垢；低碳鋼芯盒用于砂芯大量生產(chǎn)時(shí)，銹蝕是一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題；SO2泄漏，將引起嚴(yán)重環(huán)境問(wèn)題；過(guò)氧化物為強(qiáng)氧化劑，易燃燒，要妥善保管。2、環(huán)氧樹(shù)脂SO2法環(huán)氧樹(shù)脂SO2法于1983年用于生產(chǎn)。此法與呋喃SO2法比，芯砂的可使用時(shí)間更長(zhǎng)（可達(dá)5天），而且基本解決了芯盒結(jié)垢和粘模問(wèn)題，很適合大量生產(chǎn)。環(huán)氧樹(shù)脂SO2法有效地克服了呋喃一SO2法的大部分缺點(diǎn)，但是用于鋼鐵鑄件時(shí)，由于易產(chǎn)生沖砂和夾砂，因此需涂敷耐火涂料；澆注系統(tǒng)應(yīng)有助于平穩(wěn)層流。當(dāng)使用水基涂料時(shí)，建議在低于81oC溫度下烘干。3、自由基硬化法自由基硬化法用于鑄造生產(chǎn)始于1982年。此法采用三種組分組成的液態(tài)粘結(jié)劑，包括：丙烯基聚氨酯樹(shù)脂；少量有機(jī)氫過(guò)氧化物引發(fā)劑（用來(lái)激發(fā)自由基聚合）用來(lái)提高抗拉強(qiáng)度、延長(zhǎng)砂芯保存期的乙烯基硅烷增強(qiáng)劑。此法用氮稀釋的SO2氣體促進(jìn)硬化。粘結(jié)劑的加入量通常為0.91.8。所用樹(shù)脂混合物的典型組成是95的粘結(jié)劑、3的增強(qiáng)劑和2的過(guò)氧化物引發(fā)劑。催化劑氣體由110（典型的為2）的SO2和情性氣體載體（氮）所組成。每噸芯砂約需SO20.45kg。用干燥空氣或氮清洗是為了充分分散S02氣體催化劑，并使SO2隨后從硬化好的砂芯或砂型中排出。（三）乙縮醛硬化法（紅硬法）乙縮醛硬化法又稱紅硬（red-set）法，這是因?yàn)樵摲ㄓ脴?shù)脂砂硬化后變成粉紅色而得名。此法是由原聯(lián)邦德國(guó)開(kāi)發(fā)的，粘結(jié)劑是三級(jí)分體系。組分1是樹(shù)脂，是一種具有高反應(yīng)的甲階酚醛樹(shù)脂水溶液，不合游離酚，含游離甲醛少于0.l：組分2是活化劑，是不同類型的磷酸在無(wú)機(jī)酸中的濃縮水溶液；組分3是硬化劑，常用乙縮醛。此法所配樹(shù)脂砂在二周內(nèi)使用仍有好的強(qiáng)度。硬化時(shí)需要的乙醛量理論上占組分40，實(shí)際為60100。所制出的砂芯（型）有好的抗吸濕性，砂芯有強(qiáng)的抗毛刺能力。但這一方法不宜采用橄欖石砂，高耗酸值砂也減慢硬化過(guò)程。此法的工藝較復(fù)雜，對(duì)工藝參數(shù)要求嚴(yán)格，成本較高，價(jià)格為三乙胺法的23倍。樹(shù)脂自硬砂將砂子、液態(tài)樹(shù)脂及液態(tài)催化劑混合均勻后，填充到芯盒（或砂箱）中，稍加緊實(shí)、即于室溫下在芯盒（或砂箱）內(nèi)硬化成型，叫自硬冷芯盒法造芯，簡(jiǎn)稱自硬法造芯（型）。自硬法可大致分為酸催化樹(shù)脂砂自硬法、尿烷系樹(shù)脂砂自硬法和酚醛一脂自硬法。樹(shù)脂自硬砂不僅用于造芯，亦用于造型，特別適用于單件和小批量生產(chǎn)，可生產(chǎn)鑄鐵、鑄鋼及有色合金鑄件。其主要優(yōu)點(diǎn)是；提高了鑄件的尺寸精度，改善了表面粗糙度；節(jié)約能源，節(jié)約車間面積；砂中的樹(shù)脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，由早期的34降到了0.81.2，這是通過(guò)對(duì)原砂的處理及對(duì)樹(shù)脂、催化劑、混砂設(shè)備、工藝等方面進(jìn)行改進(jìn)得到的，從而降低了成本；大大減輕了造芯、造型、落砂、清理工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化；舊砂可再生，有利于防止二次公害。（一）酸催化樹(shù)脂自硬砂（1）酸催化樹(shù)脂自硬砂用的樹(shù)脂常用粘結(jié)劑為呋喃樹(shù)脂和熱固性酚醛樹(shù)脂。也有采用酮醛樹(shù)脂與糠醇的混合物（ARFA）、糠醇甲醛聚合體（FAF）、糠醇與其他活性化合物的混和物（FAC）?？反己吭礁?，氮和水的含量會(huì)愈低，粘結(jié)劑的質(zhì)量也愈好，但價(jià)格也高。（2）酸催化樹(shù)脂自硬砂用的催化劑通常自硬法用催化劑應(yīng)符合以下要求：保證改工藝過(guò)程帶所規(guī)才的硬化速度和強(qiáng)度；具有低的粘度的液體，不產(chǎn)生沉淀；長(zhǎng)期貯存時(shí)，性能不變；如冬季運(yùn)輸引起冷凝，隨后加熱熔化，性能可回復(fù)；價(jià)格合理，經(jīng)濟(jì)。（3）可使用時(shí)間和脫模時(shí)間可使用時(shí)間是指自硬樹(shù)脂砂混砂后能夠制出合格砂芯的那一段時(shí)間。脫模時(shí)間是指從混砂結(jié)束開(kāi)始，在芯盒內(nèi)制的砂芯（或未脫模的砂型）硬化到能滿意地將砂芯從芯盒中取出（或脫模），而不致發(fā)生砂芯（或砂型）變形所需的時(shí)間間隔。影響可使用時(shí)間、脫模時(shí)間的因素很多。實(shí)驗(yàn)表明，所采用的原砂、樹(shù)脂、催化劑的類型、質(zhì)量和加入量、混砂工藝、環(huán)境溫度和濕度，均對(duì)可使用時(shí)間和脫模時(shí)間有明顯的影響，影響最大的為環(huán)境溫度和催化劑加入量。當(dāng)催化劑量相同，室溫不同時(shí)，溫度低時(shí)可使用時(shí)間長(zhǎng)；溫度高時(shí)可使用時(shí)間短。其趨勢(shì)是溫度每增加10oC,可使用時(shí)間縮短1/21/3。室溫相同時(shí)，催化劑入量減少，可使用時(shí)間明顯增長(zhǎng)；催化劑增多，可使用時(shí)間縮短，但是催化劑加入量超過(guò)一定范圍后，可使用時(shí)間變化不大，但對(duì)脫模時(shí)間影響顯著，溫度變化也明顯影響脫模時(shí)間，其趨勢(shì)是每增加5oC，脫模時(shí)間縮短1/21/3。（4）混砂工藝合理地選用混砂機(jī)，采用正確的加料順序和恰當(dāng)?shù)幕焐皶r(shí)間有助于得到高質(zhì)量的樹(shù)脂砂。混砂工藝如下：混砂混砂砂十催化劑樹(shù)脂出砂砂和催化劑的混合時(shí)間的確定，應(yīng)以催化劑能均勻地覆蓋住砂粒表面所需的時(shí)間為準(zhǔn)。太短了混合不勻，樹(shù)脂強(qiáng)度低，個(gè)別地方樹(shù)脂砂型硬化不良或根本不硬化；太長(zhǎng)了，影響生產(chǎn)率和使砂溫上升。樹(shù)脂加入后的混拌時(shí)間也不能過(guò)短（混拌不均）和過(guò)長(zhǎng)（砂溫升高，可使時(shí)間變短），混拌時(shí)間一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。（二）自硬尿烷樹(shù)脂砂自硬尿烷樹(shù)脂砂有不同的品種。(1)醇酸油尿烷樹(shù)脂砂（Linocure法）這種方法是1965年左右由美國(guó)Ashland化學(xué)公司開(kāi)發(fā)的，稱為L(zhǎng)inocure法。這種工藝采用的粘結(jié)劑由三部分組成，即組分I油改性醇酸樹(shù)脂;組分II液態(tài)胺金屬催干劑，常用的催干劑為有機(jī)酸的金屬皂類催干劑；組分III聚MDI型異氰酸酯。三種成分均為液體，其中I和II是主要成分。組分I的加入量占砂質(zhì)量的l2；組分III加入量為組分I的1820；組分II為用來(lái)達(dá)到預(yù)定的可使時(shí)間和脫模時(shí)間，加入量為組分I的210，可單獨(dú)加入，也可預(yù)先接入組分I內(nèi)。(2)多元醇尿烷樹(shù)脂砂它是在70年代末期開(kāi)發(fā)的，特別適用于鋁、鎂和其他輕合金鑄造廠。組分1是一種具有良好熱潰散性的多元醇，組分II是MDI型異氨酸酯，組分正是胺催化劑。當(dāng)組分1和組分II的質(zhì)量比為50：50時(shí)可得到最好結(jié)果。組分III一般不用，脫模時(shí)間從8min到超過(guò)1h，但也可用組分見(jiàn)來(lái)控制脫模時(shí)間，有時(shí)可快達(dá)3min。粘結(jié)劑加入量對(duì)于輕合金來(lái)說(shuō)為砂質(zhì)量的0.71.5%。(3)酚醛尿烷樹(shù)脂砂（Pepset法）這種工藝于1970年開(kāi)始用于鑄造，國(guó)外稱Pepset法，采用的粘結(jié)劑由三部分組成，即苯基醚酚醛樹(shù)脂組分I，聚異氰酸酯組分II，胺催化劑組分III。三種成分均為液體。組分I和組分II之比常采用50:50，或?yàn)榱藴p少含氮量而采用6O：4O。這兩種成分的總加入量為砂質(zhì)量的1.41.6。催化劑用于調(diào)整樹(shù)脂砂的硬化速度，其加入量為組分I質(zhì)量的l5。混制方法如下：先把酚醛樹(shù)脂與催化劑混合，使催化劑均勻地分散在樹(shù)脂中?；焐皶r(shí)再把含有催化劑的酚醛樹(shù)脂和聚異氰酸酯依次加到砂中。最好使用高效混砂機(jī)。（三）酚醛酯自硬砂酚醛酯