樹脂砂鑄造工藝

1、樹脂砂鑄造工藝第一章 / 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，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(jī)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員雜環(huán)有機(jī)化合物，它是表示一族化合物的基本結(jié)構(gòu)總稱。 在呋喃系中不帶取代基的雜環(huán)作為母體，叫

2、做“呋喃”，它的衍生物則根據(jù)母體來命名。呋喃本身在互業(yè)上并無什么用途，但它的衍生物糠醛和糠醇，卻是互業(yè)上的重要原料，它們是最重要的呋喃衍生物，糠醛學(xué)名叫呋喃甲醛，糠醇學(xué)名叫呋喃甲醇。它們的分子結(jié)構(gòu)如下： 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 (FA)與尿素、甲醛或苯酚等縮合而成的 ,如尿醛呋喃樹脂（ UF/FA）、酚醛呋喃樹脂 (PF/FA)、酚脲醛呋喃樹脂（ UPF FA)和甲醛糠醇樹脂 (F/FA)等。 二、呋喃樹脂的硬化機(jī)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“自硬”）的呋喃樹脂一般糠醇含量都超過

3、50%。其硬化機(jī)構(gòu)很復(fù)雜，現(xiàn)在還未完全弄清楚，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)。圖 1 1為呋喃樹脂粘結(jié)劑的成分和代表性的呋喃自硬樹脂結(jié)構(gòu)的一例。 ？ 初期階段 1 2 自硬呋喃樹脂砂的優(yōu)缺點(diǎn) 一、自硬呋喃樹脂砂具有以下優(yōu)點(diǎn)： 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(jī)緊實，減少了模樣（芯盒）的傷損和變形；（ 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

4、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(qiáng)度高、表面穩(wěn)定性好，故芯頭間隙小、分型負(fù)數(shù)小，減少了下芯、配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（如脹砂等）；（ 7）型砂的潰散性好，清理、打磨容易，從而減少了落砂清鏟修整工序中對鑄件形狀精度的損害。 綜上所述，由于在各個工序中都最大限度地排除了影響鑄型、鑄件變形和損壞的因素，所以樹脂砂鑄件的鑄件表面質(zhì)量、鑄件幾何尺寸精度方面比粘土烘模砂可以提高 1 2級，達(dá)到 CT7-9級精度和 1 2mm

5、/ 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（ 1）、型砂流動性好，不需搗固機(jī)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(qiáng)度高，節(jié)約了起模后修型工作量；（ 3）型（芯）上醇基涂料點(diǎn)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(jī)械再生，使砂 處理為封閉系統(tǒng)，便于機(jī)械化，可以節(jié)約大量舊砂處理，型砂混制、運(yùn)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(zhǔn)備工作量。如插芯固等。 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

6、100%，單位造型面積產(chǎn)量可提高 20 50%。 3 減輕勞動強(qiáng)度，大大改善了勞動條件和工作環(huán)境，尤其是減輕了噪音、矽塵等，減少了環(huán)境污染。 4 節(jié)約能源。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(qiáng)度高 (含高溫強(qiáng)度高 )、成型性好、發(fā)氣量較其它有機(jī)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(fù)雜件、關(guān)鍵件。 6 舊砂回收再生容易，可以達(dá)到 90 95%的再生回收率。在節(jié)約新砂、減少運(yùn)輸、防止廢棄物公害

7、等方面效果顯著。 二、自硬呋喃鑄型有一些缺點(diǎn)，應(yīng)采取相應(yīng)對策。 1 對原砂要求較高，如粒度、粒形、 SI0 2含量、微粉含量、堿金屬鹽及粘土含量等都有較嚴(yán)格要求； 2 氣溫和濕度對硬化速度和固化后強(qiáng)度的影響較大； 3 與無機(jī)類粘結(jié)劑的鑄型相比，樹脂砂發(fā)氣量較高，如措施不當(dāng)，易產(chǎn)生氣孔類缺陷； 4 由于硬化機(jī)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，不易適應(yīng)于大批量鑄件的生產(chǎn)； 5 與粘土砂相比，成本仍較高； 6 對球鐵件或低 C不銹鋼等鑄件，表面因滲硫或滲碳可能造成球化不良或增碳，薄壁復(fù)雜鑄鋼件上易產(chǎn)生裂紋等缺陷； 7 澆注時有剌激性氣味及一些有害氣體發(fā)生， CO氣發(fā)生量較大，需

8、有良好的通風(fēng)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年在美國開始使用的，當(dāng)時是作為熱芯盒粘結(jié)劑使用的。把它作為自硬性鑄型進(jìn)行研究是 1963年 1971年在英國進(jìn)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(dǎo)了用少量粘結(jié)劑能獲得很高的強(qiáng)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(diǎn)。為獲得今天這樣的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 在歐美， 70 80年代是自硬呋喃砂取得飛躍發(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

9、發(fā)展趨勢至今方興未艾，盡管其他有機(jī)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，七十年代開始研究自硬樹脂砂，但僅限于個別廠家和研究單位搞試驗。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)提出來用自硬樹脂砂的要求，否則無法合作。對國內(nèi)來說，以出口產(chǎn)品為主，對鑄件質(zhì)量的要求也越來越高。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(rèn)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(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的重要途徑，是振興鑄造行業(yè)改變后面貌的必由之路，是機(jī)械產(chǎn)品躍

10、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品種小批量的中大鑄件生產(chǎn)，所以機(jī)床行業(yè)、水泵行業(yè)、閥門行業(yè)和造船、石化等行業(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(jìn)樹脂砂處理生產(chǎn)線不下五十家，國內(nèi)有三大鑄機(jī)廠（重慶、保定、漯河）已正式生產(chǎn)成套樹脂砂設(shè)備。另外，生產(chǎn)原輔助材料的廠家遍布各省，原輔助材料的質(zhì)量進(jìn)步很快，有些已接近或達(dá)到國外同類產(chǎn)品的水平。事實表明用樹脂砂工藝取代粘土烘模砂生產(chǎn)多種小批量中大鑄件是今后國內(nèi)鑄造業(yè)界的發(fā)展方向之一。 第二章 自硬呋喃樹脂砂的原輔材料 組成自硬呋喃樹脂砂的主要原材料有作為型砂骨料的原砂

11、，作為粘結(jié)劑用的呋喃樹脂，作為催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鑄件質(zhì)量的影響很大，本章對以上主要原輔材料作一簡單介紹。 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 礦砂或鋯砂等特殊骨料的。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(xué)成分 原砂的主要礦物成分是石英（即 SiO 2）、長石和云母，還有一些鐵的氧化物和碳化物。石英比重 2.55，莫氏硬度七級，熔點(diǎn) 1713，具有耐高溫、耐磨損等優(yōu)點(diǎn)。若原砂中石英（ SiO 2）含量高，

12、則原砂的耐火度和復(fù)用性都好。 長石是鋁硅酸鹽，常見的有鉀長石（ K 2O、 AI 2O 3、 SiO 2）鈉長石（ Na 2O、 AI 2O 3 SiO 2）和鈣長石（ 2CaO、 AI 2O 3、 SiO 2） ,長石比重 2.54-2.76,莫氏硬度 6 6.5級，熔點(diǎn) 1100 1250，因其熔點(diǎn)低、硬度低、不耐磨、易粉碎，會降低樹脂砂的復(fù)用性和耐火度。 云母是種含鋁硅酸鹽，有黑白云母之分，白云母的成分為（ 3AI 2O 3、 6SiO 2、 H 2O）。云母的熔點(diǎn)為 1145 1270，比重 2.7-3.2。硬度很低，極易破碎，它在砂中的含量多少對原砂的復(fù)用性很有影響。 總之，在選擇原

13、砂時， SiO 2含量應(yīng)盡量高一些，不純物要少，當(dāng)然還與金屬的熔點(diǎn)和澆注溫度，鑄件壁厚等因素有關(guān)。一般來說，鑄鋼用原砂 SiO 2含量應(yīng)大于 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，要求園形或類園形，砂粒表面應(yīng)光潔平整，沒有孔洞或裂紋。這樣的砂粒表面積小，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)表示砂粒形園整度，人造石英砂雖然 SiO 2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(fēng)積砂，如內(nèi)蒙通遼一帶的大林標(biāo)準(zhǔn)砂，角形系數(shù)小于

14、1.2，呈圓形。為了改善粒形，對原砂最好進(jìn)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， SiO 2含量也從 93（水洗砂）提高到 95（ 45/75目）砂樣抗拉強(qiáng)度也由 12.2Kg /cm 2增加到 16.3Kg /Cm 2。 原砂的粒形不僅影響樹脂砂加入量，同時還影響到樹脂砂的流動性及緊實程度，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(fù)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。粗砂的缺點(diǎn)是抗機(jī)械粘砂能力低。一般多選用 30/5

15、0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(yán)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(qiáng)度，原砂中的泥份中堿土金屬含量較高，據(jù)介紹細(xì)粉狀比粒狀耗酸值要大 3 10倍。一般要求原砂含泥量應(yīng)小于 0.3%。 四、含水量 樹脂砂的硬化是放熱反應(yīng)，原砂含水量嚴(yán)重影響樹脂的固化強(qiáng)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(qiáng)度可從 13.2kg /cm 2降低到 8.6kg /cm 2，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

16、砂用原砂應(yīng)進(jìn)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(qiáng)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(dāng)原砂堿性較強(qiáng)時，需耗費(fèi)額外的酸固化劑。砂的 PH值一般為 6.5 7.2，若使用海砂時， PH值為 9左右，耗酸量可達(dá) 17以上，其中貝殼和 CaCO 3的耗酸量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其它物質(zhì)，不易固化，需經(jīng)過淡水沖洗或擦洗，擦磨處理。前面也談到 ,原砂中 SiO 2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

17、溶于水的堿性物質(zhì)，所以砂不采用簡單的 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(yán)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(yuǎn)的澳大利亞運(yùn)砂國內(nèi)目前比較適合于樹脂砂用的原砂有大林水洗砂，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 SiO2 含量 % 含泥量 % 耗酸值 ml 用 途 星子型砂礦 擦磨砂 S24/45 （ -） 96.

18、56 0.1 <4.5 鑄鐵 S28/55 （ -） 96.41 0.1 <4.5 鑄鐵 S45/75( - ) 94.89 0.15 <4.5 鑄鐵 大林型砂廠 水洗砂 55/100( ) 90.45 0.3 3.36 鑄鐵 45/75 （） 95.25 0.1 鑄鐵 75/150 （） 88.51 0.5 鑄鐵 平潭精選硅砂廠 沉積砂 2S30/50 （ -） 96.02 0.3 3.45 鑄鐵 3S50/100 （ -） 95.86 0.3 3.62 鑄鐵 1S40/70 （） 97.15 0.2 0.42 鑄鋼、高級鑄鐵 1S50/100 （） 97.10 0.2 0

19、.44 鑄鋼、高級鑄鐵 2 2再生砂 對澆注后的樹脂砂經(jīng)砂塊破碎后的砂粒，通過機(jī)械摩擦等方法將其表面殘留的固化樹脂層去掉一部分的處理叫樹脂砂有再生處理。使用再生砂有重要的經(jīng)濟(jì)意義，同時對鑄件質(zhì)量有一定好處。以下介紹再生砂幾項主要性能。 一、粒度變化 舊砂反復(fù)再生回用后，在粒度變化上存在變粗和變細(xì)的兩種因素。前者是因為除塵去掉一部分細(xì)粒及微粉，砂粒表面殘存有機(jī)物固化層等等；后者是因為砂粒的破碎等?？偟膩碚f當(dāng)原砂耐破碎強(qiáng)度較好，二種因素基本可以抵銷，使粒度分布變化不大。 二、灼燒減量 所謂灼燒減量（ LOI）是砂中有機(jī)物殘留量的一種度量。舊砂回用中，每次混砂后有粘結(jié)劑積累，但澆注和再生以及加入新砂

20、都可“沖淡”有機(jī)物殘留量的比例，通過 10次以上的反復(fù)回用，可使舊砂中的灼燒減量穩(wěn)定在一定的水平上，即這時每次加入的粘經(jīng)劑量與澆注、再生、新砂所減少的粘結(jié)劑量相平衡。這時的灼燒減量稱為再生砂的灼燒減量 PK則： 其中 B每次混砂時粘結(jié)劑的加入量（樹脂和固化劑） R1 新砂添加量（ %） R2 澆注時燃燒去膜率（ %），取決于砂鐵比 S/M R3 再生去膜率 灼燒減量與鑄型發(fā)氣量成正比，所以灼燒減量高，則鑄件易產(chǎn)生氣孔缺陷。對鑄鐵件，一般要將再生砂灼燒減量控制在 3.0 3.5%以下。鑄鋼則要求在 2.5以下。 三、微粉含量 這也是監(jiān)測再生砂的主要指標(biāo)，微粉除了破碎的砂粒以外最主要的有再生時剝下

21、的樹脂膜及涂料成分、燃燒過的有機(jī)物灰塵，將大大增加灼減量、降低強(qiáng)度、影響透氣性，所以再生砂必須通過風(fēng)選或篩分，將微粉含量（底盤）控制在 0.3%以下。 四、其他 再生砂與新砂相比，耗酸量大大降低，甚至呈負(fù)值。由于石英經(jīng)過澆注時的多次 相變，以及表面的殘留樹脂的緩沖作用，其熱膨脹系數(shù)有所降低，有助于減輕鑄件機(jī)械粘砂及脈紋。使用同樣的樹脂，再生砂也比新砂的強(qiáng)度高，再生砂的水分含量也很低。相反含氮量將會增加。 2 3呋喃樹脂 一、呋喃樹脂的分類 1 、按樹脂組成分類 名 稱 代 號 組 成 脲醛糠醇樹脂 UF/FA 由尿素、甲醛、糠醇縮合而成 酚醛糠醇樹脂 PF/FA 由苯酚、甲醛、糠醇縮合而成 酚

22、脲醛糠醇樹脂 UF/PF/FA 由尿素、苯酚、甲醛和糠醇縮合而成 甲醛糠醇樹脂 F/FA 由甲醛、糠醇聚合而成 2 、按糠醇含量分級（ UF/FA） 級 別 FA 含量 % 含 N量 % 高 呋 喃 樹 脂 >80 100 0 3 中 呋 喃 樹 脂 >60 80 2 3 低 呋 喃 樹 脂 >40 60 5 11 3 、按含氮量分級 名 稱 含 N量（ %） 無 氮 樹 脂 <0 30 低 氮 樹 脂 0 30-3 0 中 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 用酸作催化劑的呋喃樹脂，含糠醇量一般在 50

23、%以上。最常用的是脲醛糠醇樹脂。隨著糠醇含量的提高，常溫強(qiáng)度增大 ,強(qiáng)度最高，當(dāng) FA量為 70 80%時，常溫強(qiáng)度最高。對于高溫性能而言，隨糠醇含量的增加，呋喃砂的熱強(qiáng)度也相應(yīng)提高。從圖 2 1所繪制的曲線可以看出，在 815時，不含糠醇的脲醛樹脂，其呋喃砂的殘留抗壓強(qiáng)度約 3.5Kg /cm 2，在 1371時，脲醛樹脂砂試樣不到 5分鐘就潰散了，強(qiáng)度為零，當(dāng)含 40%糠醇時，強(qiáng)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(dāng)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(qiáng)度提高，當(dāng)含氮量小于 1%時，常溫強(qiáng)度急劇下降。與此

24、相反，含氮量增加，降低熱強(qiáng)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)生針孔，對于凝固區(qū)間較寬的鑄鋼來說，對氮?dú)忉樋鬃顬槊舾?，希望采用低氮或無氮樹。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 1.5 2.5，當(dāng)克分子比為 1.8時型

25、砂強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)”（ 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(fù)層就較厚，加入量低時不易均勻，這在連續(xù)式攪籠混砂機(jī)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

26、影響粘度的因素。若 PH值過低，反映強(qiáng)烈，使樹脂粘度增大，故 PH值不宜太小，另外， PH值低時，樹脂固化程度較快，但終強(qiáng)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)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 2 2列舉了一些主要的樹

27、脂廠和所產(chǎn)樹脂的技術(shù)參數(shù)及性能。 表 2 2 國內(nèi)自硬呋喃樹脂一覽表 生產(chǎn)廠 樹脂型號 外觀 粘度（ 20）厘泊 PH 值 糖醇含量 % 含氨量 % 游離甲醛 % 興華化工場 五型（ 90-2）型 棕紅色透明 <50 7.0 ± 0.5 90 <2 <0.5 章丘縣助劑廠 FL86-A 型 桔紅透明 <20 6.5-7.0 90 <3 <1 章丘縣助劑廠 FL86-A 型 桔紅透明 <20 6.5-7.0 90 <3 <1 FL-3 型 棕紅半透明 <20 6.5-7.0 80 <4.5 <2 FL-2 型 棕紅

28、半透明 <25 6.5-7.0 70 <6 <3 北京日化二廠 BFN-0 棕紅色透明 10 7 ± 0.5 95 0 0 BZF-70 黃棕色 6.45 70 6 1.6 范道有機(jī)化工廠 JY85-2 透明棕褐色 50 6.5-7.0 85 <22 0.5 JY70-1 <30 6.0 -7.0 70 <3 0.0 遼陽有機(jī)化工廠 LF-2 透明紅棕色 30-70 7.0 ± 0.5 80 3-5 <1 LF-3 透明紅棕色 20-40 6.5-7.0 85 3 <0.5 鄭州油脂化學(xué)糖醇廠 F701-1 半透明 68 5.

29、6 80 0 0.97 2-4 固化劑 自硬呋喃砂是以酸作為固化劑。常用的有機(jī)酸有苯磺酸、對甲苯黃酸、二甲苯黃酸等，無機(jī)酸有磷酸、硫酸乙酯等。當(dāng)磷酸作固化劑時，制好的型芯吸濕性強(qiáng)，且磷酸在砂中容易蓄水，只有在球鐵或低碳不銹鋼鑄件的 情況下，為防止鑄件表面滲 S而少量采用磷酸，一般再生回用砂不采用磷酸做固化劑；硫酸的腐蝕性強(qiáng)，配制時也有一定危險，雖然固化速度快，但終強(qiáng)度不高，也有在砂中蓄積的問題，只有在一次性使用的自硬砂中，而且氣溫太低時才使用。一般都是用有機(jī)酸坐固化劑。 對甲苯磺酸是白色結(jié)晶粉末，溶于水或酒精中使用，根據(jù)其酸值和濃度的不同，一般適合于春、夏、秋季使用，二甲苯黃酸則適應(yīng)性更強(qiáng)，根

30、據(jù)其酸值和濃度的不同，一年四季都可使用。固化劑的技術(shù)參數(shù)主要有酸值、游離硫酸含量、粘度等。表 2-3列出了國內(nèi)一些主要商品固化劑的技術(shù)參數(shù)性 2-5 偶聯(lián)劑硅烷 硅烷在樹脂中主要是起加強(qiáng)作用。通過硅烷分子 Si（ 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(jī)物的沙粒和有機(jī)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）表面的附著強(qiáng)度大大提高了，所以樹脂自硬砂的使用機(jī)械強(qiáng)度也隨之提高了。這種增強(qiáng)作用在低粘度的高糠醇樹脂中更為

31、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： 表 2-3 國內(nèi)固化劑一覽表 生產(chǎn)廠 型號 外觀 總酸度 % （以硫酸計） 游離硫酸 % 粘度 ( 25 ） 厘泊 使用季節(jié) 衛(wèi)東化工廠 FFD-GO3 深棕色油狀液體 25.0-27.0 10.0 以下 秋、冬、春 FFD-GO4 深棕色油狀液體 18.5-21.0 1.5 以下 春、夏、秋 FFD-GO7 25-27 4 以下 低溫、高溫 FFD-GO6 29-31 10 以下 低溫、高溫 FFD-GO9 棕色油狀 26 ± 1.5 3.5 ± 1.0 60-80 低溫、高溫 東風(fēng)化工廠 PT-1 白色或

32、灰白色晶體 23 2 10 以上夏秋 PT-2 白色或灰白色晶體 30 10 10 -15冬春 XY-1 淺棕色液體 23 2 10 以上夏秋 XY-2 淺棕色液體 29 10 10 -15冬春 （ 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(qiáng)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(dāng)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(qiáng)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

33、.2 0.3%即可。 硅烷加入樹脂后，隨時間的延長，會遇水分解，試驗表明，加入一周后，其增強(qiáng)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 樹脂砂對涂料的要求較粘土砂高，首先，呋喃砂的孔隙率高，而且有機(jī)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(xì)，粉料及粘結(jié)劑的耐火度高，抗爆熱能力強(qiáng)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

34、、白色系（淺色涂料），目前看來，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(xì)度均應(yīng)細(xì)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(jī)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-101 1.3-1.4 乙醇 7 8 97 20 無裂紋 8 9 LD102 1.3-1.5 水 7 8 97 15 無裂紋 8 9 ？ 脫

35、模劑 樹脂砂型（芯）的起摸是在砂型（芯）初步硬化后進(jìn)行的，不象粘土砂那樣可以松動一下模樣。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(dāng)?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(bǔ)，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然性銀色液體，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(dá) 6 10M 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。 ？ 鑄型修補(bǔ)膠粘劑 樹脂砂起模，下芯和搬運(yùn)途中，砂型（芯）有時會有

36、破損。它不能像粘土砂那樣可進(jìn)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。本廠研制的 ZN 1型鑄型修補(bǔ)膠粘劑具有無毒、常溫自硬、粘度和粘合強(qiáng)度高、硬化快、發(fā)氣量小的優(yōu)點(diǎn)，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(bǔ)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。 ？ 澆口陶管 澆口陶管有 15 150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

37、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硬砂互藝中才有必要和可能采用陶管澆口。 ？ 其它 如封火條、分型劑、濾渣片（網(wǎng)）、型芯通氣管等等，也都隨著樹脂砂互藝的推行而被開發(fā)出來，目前輔助材料也逐步轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)化生產(chǎn)。能。 第三章 自硬呋喃樹脂砂的工藝性能 3 1 呋喃砂的硬化特性 呋喃砂的硬化反應(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(jìn)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(qiáng)度，取平均值作為該時刻的抗拉強(qiáng)度值所

38、繪制出來的強(qiáng)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(qiáng)度上升慢，然后強(qiáng)度迅增，到 5小時以后強(qiáng)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(qiáng)度定為“終強(qiáng)度”。作硬化特性曲線應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)砂制作式樣，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(qiáng)度惡化。所以剛混出的型砂做出的試樣強(qiáng)度最高。如果將混制好的樹脂砂每隔一定時間作出

39、一組式樣，分別測定他們的 24小時終強(qiáng)度，可以作出象圖 3 2那樣的曲線。我們將終強(qiáng)度為剛混制好砂的式樣終強(qiáng)度 70%的試樣制作時間稱為可使用時間。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(qiáng)度也低，充填密度也小，表面穩(wěn)定性也差，容易引起沖砂和傻眼缺陷。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(dāng)型砂開始發(fā)粘，呈粘連，即認(rèn)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(qiáng)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(rèn)為型砂抗壓強(qiáng)度達(dá)到 .4Kg /cm 2，

40、作為可起模強(qiáng)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(jìn)去時，被認(rèn)為是可以進(jìn)行起模了。見圖 3 3所示 . 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。 ？ 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 20 30，一般溫度高，初強(qiáng)度與終強(qiáng)度也高些，可起摸時間縮短。但當(dāng)環(huán)境溫度達(dá) 40時初強(qiáng)度隨較好，但終強(qiáng)度卻比 15還要低。 硬化反應(yīng)是一個縮

41、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(jìn)行，降低初強(qiáng)，也降低終強(qiáng)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。 ？ 砂溫 在 35以下時，提高砂溫，不僅硬化快，而且終強(qiáng)度高，但超過 40的砂，使型砂可使用的時間大大縮短，終強(qiáng)度和表面穩(wěn)定性也會降低。 砂溫低于 5，則硬化困難。為此，對于混碾前的砂預(yù)先進(jìn)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(dá) 90左右，經(jīng)過砂冷卻裝置后，將砂溫降到 35以下使用。 ？ 其他影響硬化特性的因素 原砂耗酸量高，需耗費(fèi)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(qiáng)度。原砂中水分含量高影響硬化速度和終強(qiáng)度。加入緩凝劑（如氯化

42、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 ？ 表面穩(wěn)定性 將經(jīng) 24小時硬化后的 50× 50試樣稱重 W 1；然后放在 14目篩上振動 2分鐘，再稱重 W 2，則表面穩(wěn)定性為： SSI=W 2/W 1 × 100 砂型（芯）表面穩(wěn)定性不足會導(dǎo)致沖砂及砂眼、機(jī)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(qiáng)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(dāng)?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

43、摩擦硬化后的型（芯）表面，一般以摸不下砂粒為準(zhǔn)。 ？ 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氣性。 透氣性好是呋喃樹脂砂的一個優(yōu)點(diǎn)，他彌補(bǔ)了有機(jī)鑄型發(fā)氣量大的優(yōu)點(diǎn)，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。 ？ 發(fā)氣量 呋喃樹脂是有機(jī)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)起量大，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 3 4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互藝最基本的問題之一，除了經(jīng)濟(jì)上的原

44、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（見圖 3 5），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。 ？ 潰散性 其指標(biāo)用高溫殘留強(qiáng)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(qiáng)度。殘留抗壓強(qiáng)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(qiáng)度為零。 實際砂型澆注后，由于樹脂砂導(dǎo)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(yuǎn)一些的砂層受到熱作用較小，殘留強(qiáng)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。 ？ 高溫強(qiáng)度 是指式樣在高溫（如 900）狀態(tài)下測得的強(qiáng)度。對于有機(jī)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至于過早潰散。提高高溫強(qiáng)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(qiáng)度。 第四章 樹脂砂的操作工藝 4 1 呋喃砂的混制 一、