自硬呋喃樹脂砂講義

1、硬呋喃樹脂砂講義第一章 概論 1-1 自硬呋喃樹脂砂的概念自硬呋喃樹脂砂的命名來源于英語的 Furan No-bake process ,它表示以呋喃樹脂為粘結(jié)劑， 它表示以呋喃樹脂為粘結(jié)劑， 并加入催化劑混制出型砂， 不需烘烤或通硬化氣體， 即可在常溫下使砂型自行固化劑的造型方法。通常被簡稱為“冷硬樹脂砂” 、甚至“樹脂砂” 。以下介紹兩個基本概念。一、呋喃樹脂的概念由碳原子和其它元素原子（如 O、 S、 N 等）共同組成的環(huán)叫做雜環(huán)， 組成雜環(huán)的非碳原子叫雜原子。 含有雜環(huán)的有機化合物叫做雜環(huán)化合物。所謂 “呋喃” ，是含有一個氧原子的五節(jié)雜環(huán)有機化合物，它是表示一族化合物的基本結(jié)構(gòu)的總稱

2、。在呋喃系中不帶取代基的雜環(huán)作為母體，叫做“呋喃” ，它的衍生物則根據(jù)母體來命名。 呋喃本身在工業(yè)上并無什么用途， 但它的衍生物 糠醛和糠醇， 卻是工業(yè)上的重要原料， 它們是最重要的呋喃衍生物?？啡W名叫“味喃甲醛，糠醇學名叫味喃甲醇。含有糠醇的樹脂稱為呋喃樹脂。 作為鑄造粘結(jié)劑用的呋喃樹脂一般是用糠醇與尿素、甲醛或苯酚等縮合而成的，如脲醛呋喃樹脂，酚醛呋喃樹脂，酚脲醛呋喃樹脂和甲醛 糠醇樹脂等。二、呋喃樹脂的硬化機理根據(jù)呋喃樹脂的組成不同， 分別可以通過加熱、 通入硬化氣體或添加酸催化劑等方法使其固化。酸催化（即“硬化” ）的呋喃樹脂一般糠醇含量都超過50%，其硬化機構(gòu)很復雜，現(xiàn)在還未完全弄

3、清楚。但基本的樹脂化反應(yīng)包括了糠醇的第一醇基和呋喃環(huán)的第五位氫之間的脫水縮合， 此外呋喃環(huán)的斷裂生成乙酰丙酸， 第一醇基間脫水生成醚和醛等等的反應(yīng)。 1-2 自硬呋喃樹脂砂的優(yōu)缺點一、自硬呋喃樹脂砂具有以下優(yōu)點：1、鑄件表面光潔、棱角清晰、尺寸精度高。這是由于樹脂砂造型可以排除許多使型（芯）變形的因素，如：（ 1）型砂流動性好，不需搗固機緊實，減少了模樣（芯盒）的損傷和變形；（ 2）砂型（芯）固化后起模，減少了因起模前松動模樣和起模時碰壞砂型（芯）引起的變形；（ 3）無需修型，減少了修型時引起的變形；（ 4）無需烘烤，減少了因烘烤造成的鑄型（芯）變形；（ 5）鑄型強度高，表面穩(wěn)定性好，故芯頭間

4、隙小、分型負數(shù)小，減少了下芯、起模過程中鑄型的破損和變形，保證了配模精度；（ 6）鑄型（芯）硬度高，熱穩(wěn)定性好，可以有效地抵御澆注時的型壁退讓、遷移現(xiàn)象，減少了鑄型的熱沖擊變形（如膨脹等） ；（ 7）型砂的潰散性好，清理、打磨容易，從而減少了落紗清鏟修整工序中對鑄型形狀精度的損害。綜上所述， 由于在各個工序中都最大限度的排除了影響鑄型、 鑄件變形和損壞的因素， 所以樹脂砂鑄件在鑄件表面質(zhì)量、 鑄件幾何尺寸精度方面比粘土烘模殺可以提高 1-2 倍，達到 CT7-CT9 精度和1-2mm/600mm 的平直度，表面粗糙度更大有改觀。2、造型效率高，提高了生產(chǎn)率和場地利用率，縮短了生產(chǎn)周期。這是由于

5、： （ 1 ）型砂流動性好，不需搗固機緊實，節(jié)省了大量的搗固工作量，使造型操作大為簡化；（ 2）鑄型強度高，節(jié)約了起模后修型工作量；（ 3）型（芯）上醇基涂料點干后可省去烘干工序，節(jié)約了工時和場地； （ 4 ）舊砂回收后干法機械再生，使砂處理為封閉系統(tǒng)，便于機械化，可以節(jié)約大量舊砂處理，型砂混制、運輸?shù)容o助勞動； （ 5）型砂的潰散性好， 落砂容易， 修整工作量少； （ 6 ） 節(jié)約了一些造型 （芯）前的準備工作量，如插芯骨等。根據(jù)一般統(tǒng)計， 用自硬呋喃樹脂砂代替粘土烘模砂后， 生產(chǎn)效率可提高40%-100%，單位造型面積產(chǎn)量可提高20-50%。3、減輕勞動強度，大大改善了勞動條件和工作環(huán)境，

6、尤其是減輕了噪音、砂塵等，減少了環(huán)境污染。4、節(jié)約了能源，這表現(xiàn)在取消了烘窯和水力清砂，提高了鐵水成品率，大大降低了壓縮空氣消耗，從而在節(jié)水、節(jié)電、節(jié)煤（焦）等方面效果顯著。5、樹脂砂型（芯）強度高（含高溫強度高）、成型性好，發(fā)氣量較其它有機鑄型低、熱穩(wěn)定性好、透氣性好，可以大大減少鑄件的粘砂、夾砂、砂眼、氣孔、縮孔、裂紋等鑄件缺陷，從而降低廢品率，可以 制造出用粘土砂難以做出的復雜件、關(guān)鍵件。（ 、 舊砂回收再生容易， 可以達到90-95%的再生回收率。在節(jié)約新砂、減少運輸、防止廢棄物公害等方面效果顯著。二、自硬呋喃鑄型也有一些缺點，應(yīng)采取相應(yīng)對策。1、對原砂要求較高，如粒度、粒行、 SiO

7、2 含量、微粉含量、水分含量、堿金屬鹽及粘土含量等都有較嚴格要求。2、氣溫和濕度對硬化速度和固化后強度的影響較大。3、與無機類粘結(jié)劑的鑄型相比，樹脂砂發(fā)氣量較高，如措施不當，易產(chǎn)生氣孔類缺陷。4、由于硬化機理是脫水縮合型，故硬化反應(yīng)需一定時間，模樣的周轉(zhuǎn)率較低，不易適用于大批鑄件的生產(chǎn)。5、與粘土砂相比，成本仍較高。6、對球鐵件或低碳不銹鋼等鑄件，表面因滲流或滲碳可能造成球化不良或滲碳、薄壁復雜鑄鋼件易產(chǎn)生裂紋等缺陷。（ 、 澆注時有刺激性氣味及一些有害氣體發(fā)生， CO 氣發(fā)生量較大， 需 有良好的通風條件。 1-3 自硬呋喃樹脂砂的發(fā)展概況呋喃樹脂最早作為鑄型用粘結(jié)劑是1958 年在美國開始

8、使用的，當時是作為熱芯盒粘結(jié)劑使用的。把它作為自硬性鑄型進行研究是19631971年在英國進行的。這個期間從基礎(chǔ)研究到生產(chǎn)大鑄件都作了扎實的實用化研究。 其結(jié)果，報導了用少量粘結(jié)劑能獲得很高的強度，鑄型潰散性好、鑄件尺寸精度高， ，生產(chǎn)效率提高等一系列優(yōu)點，為獲得今天這樣的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在歐美，7080年代是自硬味喃砂取得飛躍發(fā)展的時期，在日本將自硬呋喃砂用于生產(chǎn)一般鑄件是從1973年開始的。 約十年左右，全國多品種小批量的中、 大鑄件生產(chǎn)中有一大半過渡到用自硬呋喃鑄型來生產(chǎn)。 這種發(fā)展趨勢至今方興未艾， 盡管其他有機自硬鑄型開發(fā)了更多種類，然而現(xiàn)在占首位的仍然是自硬呋喃樹脂砂。在我國， 七

9、十年代開始研究自硬樹脂砂， 但僅限于個別廠家和研究搞實驗。從八十年代初，尤其是1982 年以后，隨著改革開放政策的貫徹， 我國與國外合作生產(chǎn)的工廠增多， 不少合作生產(chǎn)的外國廠家都對鑄件生產(chǎn)提出采用自硬樹脂砂生產(chǎn)的要求， 否則無法合作。 于是在這種社會生產(chǎn)發(fā)展的新形勢下， 在國外樹脂砂熱的推動下， 迫使我國廣大鑄造工作者們認識到應(yīng)用自硬樹脂砂是造型工藝上的一場革命， 是提高鑄件和機械產(chǎn)品質(zhì)量的重要途徑， 是振興鑄造行業(yè)改變落后面貌的必有之路， 是機械產(chǎn)品躍入國際市場的基本保證。 因此八十年代我國鑄造生產(chǎn)戰(zhàn)線上形成了“樹脂砂熱” 。由于自硬樹脂砂最適合于多種小批量的中大鑄件生產(chǎn)，所以機床行業(yè)、水泵

10、行業(yè)、閥門行業(yè)和造船、石油等行業(yè)在樹脂砂推廣應(yīng)用中走在最前面。迄今為止，據(jù)不完全統(tǒng)計， 我國已引進樹脂砂處理生產(chǎn)線不下五十家， 國內(nèi)有三大鑄機廠已正式生產(chǎn)全套樹脂砂設(shè)備。 另外， 生產(chǎn)原輔材料的廠家遍布各省， 原輔材料的質(zhì)量進步很快， 有些已接近或達到國外同類產(chǎn)品事實表面用樹脂砂工藝取代粘土砂生產(chǎn)多品種小批量中大鑄件是今后國內(nèi)鑄造業(yè)的發(fā)展方向之一。第二章自硬呋喃樹脂砂的原輔材料組成自硬樹脂砂的主要原材料有作為型砂骨料的原砂， 作為粘結(jié)劑的呋喃樹脂， 作為固化劑用的酸類固化劑和作為添加劑的硅烷偶聯(lián)劑等。樹脂砂造型中必須的輔助材料有涂料、脫模劑、粘合劑、澆口陶管、分型劑等。 原輔材料的好壞對樹脂砂

11、鑄件質(zhì)量的影響很大，本章對以上主要原輔材料做一簡要介紹。 2-1 原砂一般仍選用天然石英砂。 對于部分高合金鋼鑄件或特殊需要的情況下， 也有選用鉻鐵礦砂或鋯英砂等特殊骨料的。 這里我們主要討論樹脂砂對石英砂的要求。一、礦物成分與化學成分原砂的主要礦物成分是石英、 長石和云母， 還有一些鐵的氧化物和硫化物。石英比重2.65，莫氏硬度七級，熔點1713，具有耐高溫、耐磨損等優(yōu)點。若原砂中石英（SiO2）含量高，則原砂的耐火度和復用性都好。長石是鋁硅酸鹽，常見的有鉀長石（K2O, AI2O3, Si。2）鈉長石 （Na2O.Al2O3.SiO2）和鈣長石，長石比重2.542.73,莫氏硬度66.5級

12、，熔點12001250，因此熔點低，硬度低，不耐磨，易粉碎，會降低樹脂砂的復用性和耐火度。云母是一種含鋁硅酸鹽，有黑白云母之分，白云母的成分為(3Al2O3.6SiO2.H2O)。云母的熔點為 11451270C,比重 2.73.2。硬度很低，極易很低，極易破碎，它在砂中的含量多少對原砂的復用性很有影響?？傊?，在選擇原砂時，SiO2含量應(yīng)盡量高一些，不純物要少，當然還與金屬的熔點和澆注溫度、鑄件壁厚等因素有關(guān)。一般說來，鑄鋼用原砂SiO2含量應(yīng)大亞95%,鑄鐵應(yīng)大于92%,有色金屬可以低一些。 雜質(zhì)允許含量還與舊砂是否再生回用以及下面談到的耗酸量有關(guān)。二、粒形和表面光滑度對于粒形，要求圓形或類

13、圓形， 砂粒表面應(yīng)光潔平整， 沒有空洞或裂紋。 這樣的砂粒表面積下， 砂粒表面涂上一層薄膜所需的樹脂量少些。一般用角形系數(shù)表示砂粒形圓整度，人造石英砂SiO2 含量高，但粒形為多角形甚至尖角形，角形系數(shù)太大，需經(jīng)研磨處理，一般不采用。 天然砂中角形系數(shù)最小的要算風積砂， 如內(nèi)蒙古通遼一帶的大林標準砂，角形系數(shù)小于1.2，呈圓形。為了改善粒形，對原砂最好進行擦磨處理。 目前我國唯一生產(chǎn)擦磨砂的是江西星子砂礦。 該礦對原砂經(jīng)擦磨處理后，角形系數(shù)從1.47 減少到1.35，與此同時，SiO2也從 93%提高到95%，砂樣抗拉強度也由12.2kg/cm2 增加到 16.32kg/cm原砂的粒形不僅影響

14、樹脂加入量， 同時還影響到樹脂砂的流動性和緊實度。砂粒表面空洞裂紋不僅無效消耗樹脂，而且砂粒易碎，影響復用性及粒度保持性。三、粒度分布及微粉含量粒形相同的原砂， 以粒度較粗的總表面積小，樹脂用量少，透氣性好， 耐火度高。 粗砂的優(yōu)點是抗機械粘砂能力低。 一般多選用 30/50目， 40/70 目為宜。為提高綜合性能，本廠采用 30/70 目的多篩號分布的砂。微粉及含泥量嚴重惡化樹脂砂性能， 由于微粉表面積很大， 消耗樹脂及固化劑影響透氣性及強度，原砂中的泥份中堿土金屬含量較高，據(jù)介紹細粉狀比粒狀耗酸值要大310 倍。一般要求原砂含泥小于 0.3%。四、含水量樹脂砂的硬化是放熱反應(yīng)， 原砂含水量

15、嚴重影響樹脂的固化強度與固透性，實驗證明，含水量由0.2%升高到0.4%，型砂的抗拉強度可從13.2 kg/cm2降低到8.6 kg/cm2,固化時間也從 30分鐘延長到 70 分鐘。國外一般要求原砂含水量小于 0.1%，國內(nèi)一般要求小于 0.2%。所以對樹脂砂用原砂應(yīng)進行干燥處理。五、 PH 值與耗酸量原砂的 PH 值對樹脂砂的固化速度及終強度有一定的影響， 由于樹脂是在酸催化劑作用下脫水縮合固化的， 故當原砂堿性較強時， 需耗費額外的酸固化劑。 砂的 PH 值一般為6.57.2， 若使用海砂時，PH值為 9 左右，耗酸量可達17 以上，其中貝殼和CaCO 3 的耗酸量遠遠超過了其它物質(zhì)，不

16、易固化，需經(jīng)過淡水沖洗或擦洗，擦磨處理。前面也談到，原砂中SiO2含量減少時，長石、云母和其它雜質(zhì)會增加,長石和云母兩種礦物中都含有堿金屬化合物Na 2O、K 2O,鈣長石和其它一些雜質(zhì)中則含有 CaO、 MgO等，都是增加耗酸量的成分。因為原砂中含有某些不溶于水的堿性物質(zhì)， 所以不采用簡單的PH值 實驗，而采用耗酸量實驗。使用再生處理砂時，由于新砂加入量少，耗酸量的影響較輕，但 對于全部采用新砂的樹脂砂，耗酸量的影響則不可低估，一般應(yīng)控制 在5以下。綜上所述，樹脂砂對原砂的要求十分嚴格，國外特別重視樹脂 砂的原砂選用和處理。如日本寧可從遙遠的澳大利亞運砂國內(nèi)目前比 較適合于樹脂砂用的原砂有大

17、林水洗砂，星子擦磨砂、東山沉積砂、 平潭沉積砂等。表2- 1列舉了一些樹脂砂用原砂的性能。表2 1國內(nèi)幾種樹脂砂用原砂的性能生產(chǎn) 廠家名稱粒度、粒形SiO含 量含泥量耗酸值 ml用途星子型砂礦擦磨砂S24/45 (OQ96.56 0.14.5鑄鐵S28/55 (OQ96.41 0.14.5鑄鐵S45/75(GD )94.89 0.1580 10003中吠喃樹脂60 8023低吠喃樹脂40 605 113、按含氮量分級名稱含N量（%）無氮樹脂3 .0 6.0高氮樹脂6 .0二、主要技術(shù)參數(shù)1、糠醇含量用酸作催化劑的吠喃樹脂，含糠醇量一般在50%以上。最常用的 是月尿醛糠醇樹脂。隨著糠醇含量的提高

18、，常溫強度增大，強度最高，當FA量為70- 80%時，常溫強度最高。對于高溫性能而言，隨糠醇含量的增加，吠喃砂的熱強度也相應(yīng)提高。在815c時，不含糠醇的月尿醛樹脂，具吠喃砂的殘留抗壓強度約 3.5Kg /cm 2,在1371c時,脲醛樹脂砂試樣不到 5 分鐘就潰散了， 強度為零， 當含40%糠醇時，強度就高的多了。 這就是為什么對黑色金屬選用高呋喃樹脂， 而有色金屬只要用低色呋喃樹脂即可的原因。2、含氮量當含氮量在某一范圍內(nèi)時，隨含氮量的增加，呋喃砂的常溫強度提高，當含氮量小于 1%時，常溫強度急劇下降。與此相反，含氮量增加，降低熱強度。所以高氮的樹脂只能澆注有色金屬件。含氮量增加易使鑄件產(chǎn)

19、生針孔，對于凝固區(qū)間較寬的鑄鋼來說，對氮氣針孔最為敏感，希望采用低氮或無氮樹脂。對鑄鐵件而言，在舊砂回用的情況下，也應(yīng)選用氮含量3.5%以下的樹脂。一定的含氮量有利于減少呋喃樹脂的脆性， 降低型砂的膨脹， 有利于減少鑄件表面脈紋的產(chǎn)生。從成本上來說，脲醛糠醇樹脂中，脲醛價格較便宜，糠醇很貴，所以樹脂中糠醇含量越高，脲醛的比例減少，樹脂的成本將提高。3、游離甲醛自硬呋喃樹脂合成時，甲醛用量對呋喃樹脂的性能有很大影響。有資料介紹，樹脂中甲醛與尿素的克分子比一般在1.52.5，當克分子比為 1.8 時型砂強度最高。 隨著甲醛比例增加， 樹脂中游離甲醛明顯增加，硬化速度也加快。但樹脂中游離甲醛刺激性氣

20、味大，對人體健康不利，因此要求游離甲醛含量小于0.5-1.0%。我國衛(wèi)生頒布的 衛(wèi)生企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準”（TJ36-79）中規(guī)定車間空氣中有害物質(zhì)甲醛的最高允許濃度為 3mg/m 3。4、粘度樹脂粘度大小對樹脂消耗量及混砂均勻性影響很大，如果樹脂粘度太大，則原砂表面包復層就較厚，加入量低時不易均勻，這在連續(xù)式攪籠混砂機的情況下更顯得重要，一般呋喃樹脂的粘度應(yīng)小于100CPS， 攪籠用的粘度最好小于 50CPS（ 25） 糠醇含量提高可使樹脂粘度降低。5、 PH 值樹脂的反映過程中， PH 值也是影響粘度的因素。 若 PH 值過低，反映強烈， 使樹脂粘度增大， 故 PH 值不宜太小， 另外， PH

21、 值低時，樹脂固化程度較快， 但終強度受一定影響， 且樹脂的存放期也將縮短一般呋喃樹脂的 PH 值取 6.5-7.5 為宜 .6、含水量自硬樹脂的含水量有一定限制,含水量多會降低樹脂的粘度和型砂的固化速度,還影響型砂的終強度及固透性,甚至影響鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷。另外水分還會促使加入樹脂中的硅烷偶聯(lián)劑發(fā)生水解失效。所以自硬樹脂的含水量在技術(shù)質(zhì)量標準中有規(guī)定,一般高呋喃樹脂應(yīng)不大于2%，中呋喃樹脂不大于5%，低呋喃樹脂不大于10%。國內(nèi)自硬呋喃樹脂近年來發(fā)展較快， 表 22 列舉了一些主要的樹脂廠和所產(chǎn)樹脂的技術(shù)參數(shù)及性能。表 22 國內(nèi)自硬呋喃樹脂一覽表生產(chǎn) 廠家樹脂 型號外觀粘度(20C) 厘泊

22、PH值糖醇含 量含氮量游離甲 醛興華 化工 廠五型(90-2) 型棕紅色 透明507.0 0.59020.5章丘 縣助 劑廠FL86-A 型桔紅透 明206.5-7.09031FL-3 型棕紅半 透明206.5-7.0804.52FL-2 型棕紅半 透明256.5-7.07063北京 日化 二廠BFN-0棕紅色 透明0 107 i0.59500BZF-70黃棕色6.457061.6范追 有機 化工 廠JY85-2透明棕 褐色工 506.5-7.08522工 0.5JY70-1306.0 -7.0703 08遼陽 有機 化工 廠LF-2透明紅 棕色30-707.0 0.5803-51LF-3透明

23、紅 棕色20-406.5-7.085 30.5鄭州 油脂 化學 糖醇 廠F701-1半透明685.68000.97F705788.070 23 300 1010-15 C 冬春XY-1淺棕色液體 23 290 1010-15 C 冬春 2-5 偶聯(lián)劑 硅烷硅烷在樹脂中主要是起加強作用。 通過硅烷分子S（i OCII 2 ） 3基因，在一定條件下，它能與砂粒表面的基產(chǎn)生縮合作用，釋放出甲醇，形成硅氧鍵，這樣硅烷與沙粒 “連接 ”起來，另一端環(huán)氧基遇酸以后，環(huán)被打開， 它與樹脂分子的活性基因反映連接起來，這樣無機物的沙粒和有機物的樹脂之間通過硅烷的架橋作用被偶連起來了。 因此樹脂對硅砂（砂粒）表面

24、的附著強度大大提高了，所以樹脂自硬砂的使用機械強度也隨之提高了。 這種增強作用在低粘度的高糠醇樹脂中更為明顯。國內(nèi)用于自硬樹脂砂的硅烷偶連劑主要有以下三種硅烷衍生物：（ 1） Y氨丙基三乙氧基硅烷，商品名稱為KH550 ，加入量為樹脂的0.2-0.3%，可使型砂強度提高50%以上。（ 2） Y縮水甘油丙基三甲氧基硅烷，商品名為 KH560 ，效果稍次于 KH550 ，加入量為樹脂的 0.3%。（ 3）苯胺甲基三乙氧基硅烷（南大-42 號）當硅烷加入量超過一定量以后，雖然增加加入量仍能繼續(xù)提高強度，但提高的幅度將緩和的多，加上硅烷價格昂貴，所以最佳加入量為 0.2 0.3%即可。硅烷加入樹脂后，

25、隨時間的延長，會遇水分解，試驗表明，加入一周后，其增強作用將降低70，故一般都是使用前臨時加入為宜。國外也有將硅烷直接加入樹脂內(nèi)供應(yīng)的，半年內(nèi)硅烷作用仍不衰退，這與樹脂質(zhì)量和硅烷品種有關(guān)。 2 6幾種輔助材料一、涂料樹脂砂對涂料的要求較粘土砂高，首先，吠喃砂的孔隙率高，而 且有機粘結(jié)劑在高溫下不能承受較長時間，這就要求涂料的固體含量 高，粉料粒度細，粉料及粘結(jié)劑的耐火度高，抗爆熱能力強等。從溶劑上分，涂料有水基、醇基兩大類。醇基涂料可以省去烘窯， 提高效率和面積利用率，水基涂料則成本低，樹脂不會過燒，涂層質(zhì) 量高（流平性及涂層厚度好）。從耐火骨料主體來分，有黑色系、白 色系（淺色涂料），目前看

26、來，對鑄鐵件而言，以石墨為主的黑色涂 料仍是性能最好的。至少面層涂料應(yīng)使用石墨涂料，但需添加皓英粉 以提高耐火度；粉料細度均應(yīng)細于325目，以便于底層涂料有一定滲 透深度，防止?jié)B鐵和脈紋。從制備方法上說，用球磨機甚至膠體磨混制涂料是目前較流行的。表2- 4為臨安造型材料廠生產(chǎn)的幾種鑄鐵涂料的主要性能: 表2-4幾種鑄鐵涂料性能型號密度溶劑粘度懸浮性24小時發(fā)氣量 mL/g急熱 抗裂性PH值LD-1011.3-1.4乙醇7 897 20無裂紋8 9LD1021.3-1.5水7 897 15無裂紋8 9二、脫模劑樹脂砂型（芯）的起摸是在砂型（芯）初步硬化后進行的，不象 粘土砂那樣可以松動一下模樣。

27、加上樹脂，固化劑對模樣有一定的附 著力或粘砂現(xiàn)象，所以如果不在模樣上涂適當?shù)拿撃?會給起摸造成很大的困難，模樣容易被拉壞，型腔或型芯表面也會造成不光潔，較難修補，直接影響鑄件尺寸精度和粗糙度，甚至造成粘砂或砂眼。本廠研制的 ZLX 1 型樹脂砂脫模劑為不燃性銀色液體， 易涂自干，離型性好，一次涂刷可耐用數(shù)十次，薄膜均勻且不蓄積，不影響模型尺寸精度，涂刷面積達610M 2 /Kg ，光亮銀色還可防止漏涂，可普遍使用于木模、金屬模、塑料模等。三、鑄型修補膠粘劑樹脂砂起模，下芯和搬運途中，砂型（芯）有時會有破損。它不能像粘土砂那樣可進行簡單的修型操作， 這就需要特殊的粘合劑將破損部分粘到原處。本

28、廠研制的 ZN 1 型鑄型修補膠粘劑具有無毒、常溫自硬、粘度和粘合強度高、硬化快、發(fā)氣量小的優(yōu)點，采用塑料帶小包裝，使用方便，保存期長、用量省，除了可以用于樹脂砂，水玻璃砂、油砂，含脂砂等砂型（芯）損傷的修補外，也可以用于芯型組合及型芯、芯撐、澆口杯的固定及作為芯頭防嗆火密封材。四、澆口陶管澆口陶管有0150 150等口徑。分直管、彎頭、三通等形狀。應(yīng)具有一定耐火度并可被鋸斷的性能。直澆口和底注內(nèi)澆口都可采用。不僅可以簡化造型分箱，且可防止?jié)部趦?nèi)沖砂等缺陷，克服了深澆口刷涂料的困難， 使用時先將陶管按所需高度鋸好或接長用膠紙貼住，再貼上彎頭，造型時埋在沙里即可。不難設(shè)想，只有在不需用力搗實的自

29、硬砂工藝中才有必要和可能采用陶管澆口。五、其它如封火條、分型劑、濾渣片（網(wǎng)）、型芯通氣管等等，也都隨著樹脂砂工藝的推行而被開發(fā)出來，目前輔助材料也逐步轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)化生產(chǎn)。第三章自硬吠喃樹脂砂的工藝性能 3 3 -1吠喃砂的硬化特性吠喃砂的硬化反應(yīng)從樹脂加入到已予混（即已加入固化劑）的混合料的瞬間起就開始進行，圖 3-1為經(jīng)時硬化特性曲線一例。 以上曲線是將混制出的型砂立即做出抗拉試塊，然后經(jīng)過1小時、2小時、3小時、24小時，每次分別刷 3個 以上試樣的抗拉強度，取平均值 作為該時刻的抗拉強度值所繪制 出來的強度時間曲線。從曲線可以看出，開始有一個孕育期，這時反應(yīng)很緩慢，強度上升慢，然后強度迅增，

30、到5小時以后強度的上升又緩慢了，到 24小 時后則升高非常緩慢，基本趨于穩(wěn)定值，故將24小時的強度定為 終 強度”。作硬化特性曲線應(yīng)選用標準砂制作試樣，以便互相比較。隨樹脂、固化劑的種類和加入量的不同，以及溫度、濕度的不同， 硬化曲線也各異，但硬化的三個階段是基本相同的。二、樹脂砂可使時間樹脂砂混制好以后，即開始了樹脂的固化反應(yīng)，如果混制好以后停留一段時間再造型，則會將已經(jīng)交聯(lián)起來的部分樹脂鏈重新破壞， 使得終強度惡化。 所以剛混出的型砂做出的試樣強度最高。 如果將混制好的樹脂砂每隔一定時間作出一組式樣，分別測定他們的 24 小時終強度。我們將終強度為剛混制好砂的試樣終強度70%的試樣制作時間

31、稱為可使用時間。超過可使用時間的秒，流動性惡化，給制芯帶來困難，甚至無法做成，做成的強度也低，充填密度也小，表面穩(wěn)定性也差， 容易引起沖砂和砂眼缺陷。 所以樹脂砂造型制芯的原則之一就是混好的砂要盡快成型， 要在可使用時間之內(nèi)完成造型操作。 生產(chǎn)現(xiàn)場上判定可使時間的方法，一般是當型砂開始發(fā)粘，呈粘連，即認為已超過了可使用時間。三、可起模時間樹脂砂造型制芯后，必須等型砂建立一定強度后才可起模，否則型和芯繼續(xù)發(fā)生變形和破裂等， 一般認為型砂抗壓強度達到 1.4Kg/cm 2， 作為可起模強度， 將這段時間稱為可起模時間。 生產(chǎn)現(xiàn)場可通過經(jīng)驗判定起模時間，一般手持釘子向砂型（芯）中扎不進去時，被認為是

32、可以進行起模了。 3-2 影響呋喃砂硬化特性的因素影響呋喃樹脂砂硬化特性的最主要因素是樹脂與固化劑的品種及加入量（固化劑占樹脂重量的比例） ，此外原砂的含水量耗酸量及溫度、環(huán)境的溫度與濕度等也對樹脂砂的硬化特性有一定影響。一、環(huán)境溫度和濕度硬化速度隨環(huán)境溫度升高而加快， 可使用時間也隨之減少。 理想的環(huán)境溫度一般為2030，一般溫度高，初強度與終強度也高些，可起摸時間縮短。但當環(huán)境溫度達40 時初強度雖較好，但終強度卻比15 還要低。硬化反應(yīng)是一個縮合反應(yīng)， 有水分折出， 所以環(huán)境濕度大影響硬化反應(yīng)的進行，降低初強，也降低終強度。為此，根據(jù)氣溫與濕度的變化，需調(diào)節(jié)固化劑的品種和加入量。二、砂溫

33、在 35以下時，提高砂溫，不僅硬化快，而且終強度高，但超過 40的砂，使型砂可使用的時間大大縮短，終強度和表面穩(wěn)定性也會降低。砂溫低于 5，則硬化很困難。為此，對于混碾前的砂預先進行調(diào)溫處理，尤其是舊砂回用情況下，舊砂再生后溫度仍可達90 左右，經(jīng)過砂冷卻裝置后，將砂溫降到35以下使用。三、其他影響硬化特性的因素原砂耗酸量高， 需耗費一定量固化劑以中和砂中堿性物質(zhì)， 故降低硬化速度和終強度。 原砂中水分含量高影響硬化速度和終強度。 加入緩凝劑（如氯化鈣）可以減緩硬化速度和延長可使時間。 3-3 自硬呋喃樹脂砂的性能一、表面穩(wěn)定性將經(jīng)24小時硬化后的 50 X 50樣稱重 W 1；然后放在14目

34、篩上振動 2 分鐘，再稱重W 2，則表面穩(wěn)定性為：SSI=W 2/W 1 100 外砂型 （芯） 表面穩(wěn)定性不足會導致沖砂及砂眼、 機械粘砂等缺陷，一般來說表面穩(wěn)定性的好壞與型砂常溫強度的高低是一致的。 增加樹脂加入量，選擇合適的固化劑品種及加入量，不超過可使用時間，造型時適當?shù)木o實，芯盒填砂面用刮刀墁平等等都可提高表面穩(wěn)定性。生產(chǎn)上要求砂型（芯）的互作表面（即與鐵水接觸的表面）穩(wěn)定性應(yīng)大于90%，現(xiàn)場經(jīng)驗判定方法是用手指摩擦硬化后的型（芯）表面，一般以摸不下砂粒為準。二、透氣性它與硬化速度無關(guān)，與砂的粒型和粒度組成有關(guān)，顆粒越小，粒度越分散， 含微分越多則透氣性越差， 粘結(jié)劑加入量多也影響透

35、氣性。透氣性好是呋喃樹脂砂的一個優(yōu)點，他彌補了有機鑄型發(fā)氣量大的缺點，但也不可忽視采用集中通氣等方式解決砂型和型芯的通氣。-k心M j三、發(fā)氣量呋喃樹脂是有機粘結(jié)劑， 型砂發(fā)氣量主要與樹脂的成分和加入量有關(guān)。脲醛的發(fā)氣量大，而糠醇和甲醛的發(fā)氣量低。加入量大，發(fā)氣量相應(yīng)增大而且發(fā)氣時間也延長， 但與發(fā)氣的增長率不成比例。 圖 34 為樹脂加入量與發(fā)氣量的變化關(guān)系。千方百計降低樹脂加入量之所以成為樹脂砂工藝最基本的問題之一， 除了經(jīng)濟上的原因之外， 也是為了盡量降低砂型發(fā)氣量，以減少鑄件的氣孔、嗆火等缺陷。由于發(fā)氣量與型砂灼減量成正比， 為方便起見， 生產(chǎn)廠常以測定型砂灼熱減量的方法代替測定發(fā)氣量

36、。四、潰散性其指標用高溫殘留強度高低來反映。將試樣經(jīng) 24 小時硬化后放在 100、 200、 300的電爐中保持一定時間，取出冷卻至室溫，測定其抗壓強度。殘留抗壓強度越低，說明潰散性越好。一般說呋喃砂潰散性比較好，500左右殘留強度為零。實際砂型澆注后， 由于樹脂砂導熱性較差， 靠近鐵水部分的砂層經(jīng)受高溫顯示出較好的潰散性， 但離鐵水稍遠一些的砂層受到熱作用較小，殘留強度仍然很高。 為了防止熱裂和清砂方便，應(yīng)在造型時采取降低砂鐵比的各種措施，以提高宏觀潰散性。五、高溫強度是指式樣在高溫（如 900）狀態(tài)下測得的強度。對于有機系鑄型而言， 要保證鑄型經(jīng)受住金屬溶液的熱沖擊， 是鑄件凝固前鑄型不

37、至于過早潰散。 提高高溫強度主要通過提高樹脂中糠醇的比例。 另外，砂中添加少量氧化鐵或硼酸等添加劑，或采用膨脹小耐熱性好的鋯砂，鉻礦砂也可以提高熱強度。第四章 樹脂砂的操作工藝 4 - 1 呋喃砂的混制一、型砂配制程序為了使樹脂、 固化劑、 偶聯(lián)劑能在最短的時間里均勻復蓋在砂粒表面，需利用混砂機混制。 根據(jù)混制的程序不同，分為單砂雙混法和雙砂三混法二種，它們的混制程序如圖所示。根據(jù)混砂機構(gòu)造不同分為連續(xù)式混砂機和間歇式混砂機兩種。連續(xù)式混砂機一般為攪籠式。固化劑和樹脂分別通過定量泵先后加進（單砂雙混）或分別加進（雙砂三混法）攪籠里的砂中被螺旋葉片混 合均勻后連續(xù)放出。間歇式混砂機有低速的普通攪

38、拌機和高速旋轉(zhuǎn)的 碗形混砂機。需要指出的是，當樹脂加入已混和有固化劑的砂中后， 應(yīng)該在數(shù)秒鐘至半分鐘內(nèi)混好盡快出砂造型， 不可在混砂機內(nèi)混制時 間過長。二、樹脂與固化劑的加入量隨著樹脂加入量增加，吠喃砂的終強度將增加。一般抗拉強度應(yīng) 大于810Kg /cm 2或抗壓強度大于 2530Kg /cm 2即可。這時還應(yīng)考 慮型（芯）的大小、復雜程度以及鐵水壓頭高低等因素，過高的強度 是不必要的，不僅浪費昂貴的粘結(jié)劑，而且增加發(fā)氣性促成氣孔類缺 低，同時降低潰散性增加落砂出芯的困難。 4 -2造型制芯操作一、模樣準備可以采用木模、金屬模和環(huán)氧樹脂塑料模，對單件要求不高的鑄 件還可使用泡沫塑料做的一次性

39、模樣。冬季使用金屬?；蚪饘傩桶鍟绊懹不?，盡可能采用木模。模樣 的拔模斜度適當增大，芯盒盡量做成脫開式或稻桶式，對限制拔模斜 度的模樣可做成抽芯式。澆注系統(tǒng)和圓角盡量在模樣上做出，起模螺 栓應(yīng)裝置緊固。造型前應(yīng)檢查模樣是否完好齊全， 木模表面應(yīng)平整光滑，不得有 裂紋、劃痕，并在造型制芯前涂上脫模劑。放砂前要仔細檢查活塊是 否齊全到位。二、芯骨與吊攀的準備制芯前應(yīng)準備好必要的芯骨與吊攀。由于樹脂砂強度高，芯骨可 以大大簡化，一 般不必作整體鑄鐵芯骨，可以通過散插鐵棒，但也 要考慮到起模、搬運、下芯合箱、澆注時的鐵水浮力等等對泥芯剛性 及強度的要求，放置足夠的芯骨，對大泥芯可放入鑄鐵龍骨，吊攀下

40、鉤處注意插橫擔鐵條。三、造型緊實樹脂砂流動性好，自緊實性能好。但造型中仍需十分注意凹處、 角部、活塊凸臺下等不易充填部位的緊實操作。緊實可用木棒搗、用 手塞，填砂面可用腳踩或木錘緊實。緊實不好的鑄型或局部表面，其 表面穩(wěn)定性差，容易造成機械粘砂（滲鐵）、沖砂及砂眼，而且起模 后鑄型的疏松難以修補。放砂和緊實中要注意模樣活塊、澆口棒、出氣及冒口棒、澆口陶 管等的移動和松動。直澆口棒及出氣、冒口棒應(yīng)在造型后幾分鐘內(nèi)拔 出。放砂中對于連續(xù)混砂機的頭砂，因樹脂量和固化劑量不正常，應(yīng)接放在提桶時里當背砂使用。 否則鑄型內(nèi)表面有局部不硬化或強度不 夠時往往要整箱敲掉。要重視直澆口處型砂的強度，因直澆口表面

41、穩(wěn)定性不夠引起的沖砂往往是造成鑄件砂眼缺陷的重要原因。 同樣， 對于與鐵水接觸的芯盒添砂面，為增強表面穩(wěn)定性，應(yīng)及時用墁刀刮平。大砂箱造型時， 放砂時間有可能超過樹脂砂的可使用時間， 因此要注意放砂的推進路線， 對已開始反應(yīng)的部分盡量不要再去挖動， 所以放砂前一定要做好各項準備工作， 包括思想上的充分準備， 尤其要周密計劃好吊攀的放置方向及部位。 對填砂面的吊攀應(yīng)在造型后即使挖出吊攀頭部。對于非型板模樣多箱造型時，應(yīng)在分裂面上刷一層分型劑（一般用滑石粉）四、起模與修型樹脂砂起模時間要控制適當， 過早易變形， 太尺起模困難， 因此，一般在造型后約半小時左右，用洋釘（ 3”4” ）向鑄型里扎，若扎

42、不進去時， 一般說來即可進行起模了。 由于樹脂砂型起模是在半硬化狀態(tài)下進行的， 所以需利用較大的沖擊力， 這時要注意起模樣的平衡性，不要用鐵榔頭直接敲擊木模，應(yīng)墊上木塊或用橡膠、塑料、木制榔頭。 拆芯盒時要注意每個活動部分的起模順序與起出方向， 挖出吊攀頭部。對于起?；虬徇\中不慎破損的部分， 成塊的可涂專用的型芯修補粘合劑粘回原處， 必要時用釘子加固， 其它破損處可用新混制時樹脂砂填補，并用墁刀刮平。修過的部分， 其強度和表面穩(wěn)定性較差， 所以最主要的是要很仔細小心的做好起模、搬運、翻轉(zhuǎn)等互作，最大限度的減少修型操作。造型與制芯時要特別注意放好出氣。五、上涂料剛起模的型和芯不易立即上涂料， 因

43、為這時樹脂的硬化反應(yīng)還處在初級階段，遇到涂料中的水分（溶劑）影響硬化的正常進行。若使用酒精快干涂料，需立即點火燃燒，又會使未反應(yīng)完全的樹脂過燒，這些都會降低鑄型（芯）的表面穩(wěn)定性。一般應(yīng)在造型后 48 小時以后才可進行上涂料作業(yè)。為防止溶劑和水分過多地滲進型芯深出，影響涂層的干燥程度，并保證涂層厚度以提高抗金屬滲透能力， 涂料必須有一定濃度。 在涂刷性能（如流平性、易涂性等）可以的情況下，應(yīng)保證涂料濃度有30” Be 以上為宜，涂前攪拌均勻。刷涂料要自上而下進行，不要使涂料流掛堆積、應(yīng)涂刷均勻、減少刷痕，還要注意不得漏涂，整個澆注系統(tǒng)都必須涂到，在不便涂刷時防置澆口陶管。 為了合箱時不使砂粒掉

44、入型腔， 蓋箱頂面的澆冒口、出氣空上也要刷上涂料。但在芯頭部位不要上涂料，以免影響配模精度和阻礙排氣，這一點在浸涂時尤應(yīng)注意。醇基涂料上好后應(yīng)及時點燃自干。 為了提高涂料的燃燒性能， 應(yīng)選用 95%以上酒精作為稀釋溶劑。水基涂料上好后應(yīng)進烘房在150180下烘干12 小時。涂料的充分干燥對防止氣孔至關(guān)重要，在燃燒不良的情況下應(yīng)用噴槍補充干燥， 但注意火力不要過猛， 引起 樹脂過燒。六、下芯盒箱一般與粘土砂同。樹脂砂強度高，配模時容易操作，但需注意以下幾點：（ 1）因燒注中發(fā)氣量大，要注意在箱上的型腔高點、芯頭端部留 出氣孔，以使行腔內(nèi)和型芯內(nèi)的氣順利排出。（ 2）要采取防止鐵水鉆芯頭的措施，以

45、避免槍火和氣孔。（ 3）吊攀頭部要用新混制的砂修平并上涂料和點干。吊攀處修補 時應(yīng)插上合適長度的釘子。（ 4）為防止抬箱跑火，砂箱卡子應(yīng)緊固并緊固好，分型面應(yīng)放封 火泥或石棉繩。（ 5）為保證鐵水壓頭，所有澆口杯、冒口圈和出氣口圈等的安放 均需粘牢型面或埋住，以防跑火。（ 6）合好的箱應(yīng)墊空放置，以利低面也能通暢排氣。（ 7）下芯后合箱前應(yīng)將芯頭上下左右的間隙塞實墊平，以防型芯竄動或漂浮，浮砂必須吹（吸）凈。合箱前在對鑄型整體用噴槍烘干一次。冷鐵、芯撐等應(yīng)干燥清潔無銹蝕。 4 -3 澆注、開箱及清理 一、澆注為了減少澆注過程的發(fā)氣量，澆注系統(tǒng)一般設(shè)計得較粘土砂大。澆注時應(yīng)貫徹快速、不斷流、嚴格

46、擋渣、及時點火引氣等原則。為了不使鐵水變成紊流、 卷入空氣促使樹脂燃燒引起氣孔和夾渣缺陷， 澆注時要使直澆口始終處于充滿狀態(tài)。為了開箱方便、延長砂箱使用壽命，要求澆注后當冒口圈和澆口杯凝固后，趁熱將砂箱頂面溢流出的披縫鐵敲掉，并將澆口杯搬掉。其他澆注應(yīng)注意事項與粘土砂同。二、開箱與落砂除芯樹脂砂保溫性能好，澆注后鑄件冷卻較慢，對易裂和易產(chǎn)生白口的鑄件應(yīng)比粘土砂延長開箱時間。 而對那些有硬度要求的鑄件則可適當提早開箱或?qū)⒕植刻崆俺バ蜕?，使該部位裸露在空氣中冷卻。原則上應(yīng)先開箱， 吊出或翻出鑄件后， 再將砂箱放在落砂機上落砂，以免鑄件被碰壞。由于靠近鑄件的型砂層已潰散，所以落砂前開箱和取出鑄件并

47、不十分困難。除芯作業(yè)因型砂的潰散， 一般用互具或風槍進行即可。 樹脂固化后不溶于水，所以一般不采用水力清砂。其他要求與粘土砂要求相同。第五章 樹脂砂造型芯互藝參數(shù) 5-1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計樹脂砂澆注系統(tǒng)的基本原則是：快速（大流量）封閉、防止紊流與氣體卷入，保證壓頭。一、澆注速度計算方法可參照粘土烘砂，但澆注速度應(yīng)盡量快，一般說來，500Kg 以下鑄件澆就時間不超過20 秒為宜； I 噸重鑄件不超過40秒；即使23T 重的鑄件也盡量在1 分鐘內(nèi)澆注完畢?？焖贊沧⒂欣谳^快建立壓頭， 使鑄型大量發(fā)氣以前做到?jīng)_心充型完畢。 這樣既有力于防止氣孔缺陷， 也有利于減少鑄件的熱粘砂和冷隔。二、澆口型式與澆口比對于高度較小的鑄件可以將內(nèi)澆口開在分型面上，但較高鑄件應(yīng)優(yōu)先采用底注澆口。推薦采用 F 直： F 橫： F 內(nèi) =1.5： 1.25： 1.0 那樣的封閉加壓澆注系統(tǒng)?？梢暂^好的避免氣體被卷入型腔，同時擋渣效果也好。對于長度較大的鑄件， 在行車距離允許的情況下， 為了加快澆注速度和均勻緊鐵水，可設(shè)置二道直澆口從兩端同時澆注。對于階梯澆口， 應(yīng)盡量避免上層輔助澆口過早進鐵， 為此上下內(nèi)澆口最好有各自的直澆口。三、冒口與出氣孔樹脂砂在鐵水表層凝固前的剛性好、 強度高， 不易發(fā)生脹砂和型壁遷移， 依靠鐵水凝固期間的石墨化膨脹有一定的自補縮能力，