【正文】 度、粒形、 SiO2含量及 堿性化合物等要求高 操作環(huán)境溫度、濕度對(duì)硬化速度及硬化強(qiáng)度影響較大 與無(wú)機(jī)粘結(jié)劑相比，樹(shù)脂砂的發(fā)氣量較大 樹(shù)脂和催化劑有刺激氣味，要求車間內(nèi)通風(fēng)良好 樹(shù)脂的價(jià)格較高 自硬冷芯盒法造型（芯） 芯盒是制造砂芯用的模具，由木料、金屬或塑料制成。其內(nèi)腔具有砂芯所需要的形狀和尺寸。芯盒結(jié)構(gòu)和材料影響砂芯的質(zhì)量和產(chǎn)量。 芯 盒 根據(jù)生產(chǎn)批量大小、型芯復(fù)雜程度，制芯方法和鑄造工藝要求等，選擇芯盒的材料。 1)小批量生產(chǎn)多用木質(zhì)芯盒； 2)手工造芯，成批或大量生產(chǎn)多用鋁合金芯盒； 3)熱芯盒和殼芯用芯盒要求熱容量大，熱膨脹小，變形小，耐用，故常采用鑄鐵或鋼芯盒。 ? 概述 ? 將原砂、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 )。 ? 特點(diǎn)： ? ①提高了鑄件的尺寸精度，改善了表面粗糙度。 ? ②節(jié)約能源，節(jié)約車間面積 。 ? ③ 型砂易緊實(shí)，易潰散。 ? ④砂中的樹(shù)脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到 %。 按結(jié)構(gòu)不同 按使用溫度 整體式 對(duì)分式 脫落式 熱芯盒 溫芯盒 冷芯盒 芯盒的分類 普通金屬芯盒的結(jié)構(gòu) a)單面敞開(kāi)式 b)單面脫落式 c)垂直對(duì)開(kāi)式出 d)有開(kāi)口的水平對(duì)開(kāi)式 e)無(wú)開(kāi)口的水平對(duì)開(kāi)式 一、自硬呋喃樹(shù)脂砂 自硬呋喃樹(shù)脂砂 —— 是指常溫下呋喃樹(shù)脂粘結(jié)劑由 于催化劑的作用發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 而 固化的型（芯）砂 （一）呋喃樹(shù)脂自硬砂原材料的選用 呋喃樹(shù)脂砂由原砂、呋喃樹(shù)脂、催化劑、添加劑組成 各種原材料的質(zhì)量和性能對(duì)樹(shù)脂砂的性能和鑄件質(zhì)量產(chǎn)生影響很大 正確選用樹(shù)脂砂的各種原材料非常重要 1．呋喃樹(shù)脂 （ 1）呋喃樹(shù)脂的種類及選用 1）糠醇呋喃樹(shù)脂 —— 是由糠醇單體在酸的催化作用 下縮聚成線型分子的糠醇樹(shù)脂 2）脲醛 改性 呋喃樹(shù)脂 —— 是由糠醇、尿素和甲醛合成的樹(shù)脂 型砂性能不理想，且樹(shù)脂價(jià)格貴，不單獨(dú)使用 綜合性能好，價(jià)格便宜，硬化速度易于控制 含量可在很大范圍內(nèi)變動(dòng)，適應(yīng)不同生產(chǎn)條件 3）酚醛改性呋喃樹(shù)脂 —— 是由苯酚、甲醛和糠醇合成 的樹(shù)脂 樹(shù)脂強(qiáng)度較低，型砂發(fā)脆，綜合性能不理想 酚醛呋喃樹(shù)脂不含氮，適用于鑄鋼件 4）脲醛、酚醛共聚呋喃樹(shù)脂 —— 是由尿素、苯酚、甲醛 和糠醇四種組分縮聚而成的樹(shù)脂 綜合性能好，應(yīng)用廣泛 （ 2）呋喃樹(shù)脂 技術(shù)指標(biāo) 的影響 1）含氮量的影響： 隨含氮量增加，樹(shù)脂砂常溫強(qiáng)度提高，高溫強(qiáng)度降低，鑄件產(chǎn)生皮下氣孔傾向增大 2）糠醇含量的影響： 隨樹(shù)脂中糠醇含量增加，樹(shù)脂砂常溫自硬強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度及殘留強(qiáng)度均提高，潰散性變差 5）甲醛改性呋喃樹(shù)脂 —— 是由糠醇和甲醛合成的樹(shù)脂 糠醇含量高，貯存穩(wěn)定性好 配制的樹(shù)脂砂，常溫及高溫強(qiáng)度好，但價(jià)格貴 適用于大型鑄鋼件及高合金鋼鑄件 呋喃樹(shù)脂糠醇含量和氮含量對(duì)性能的影響 性 能 糠醇含量增加 氮含量增加 成本 提高 降低 硬化速度 降低 增加 脆性 在脲醛呋喃樹(shù)脂中增加 在酚醛呋喃樹(shù)脂中減少 減小 硬透性 增加 降低 潰散性 降低 提高 熱穩(wěn)定性 增加 降低 氣孔傾向 減小 增大 夾砂傾向 增大 減小 粘砂傾向 減小 增大 3）粘度： 低粘度有利于樹(shù)脂包覆砂粒表面，提高樹(shù)脂砂強(qiáng)度 低粘度有利于混砂設(shè)備計(jì)量?jī)x穩(wěn)定性與準(zhǔn)確度 4）游離甲醛含量： 游離于空氣中，刺激人的眼、鼻等器官 直接影響混砂和造型、制芯的工作條件 要求其含量盡可能低 5）含水量： 水分能使樹(shù)脂粘度降低， 使硬化速度和強(qiáng)度降低 要求： 無(wú)氮樹(shù)脂的含水量 ＜ 2% 中氮樹(shù)脂含水量＜ 5% 高氮樹(shù)脂含水量＜ 10% 6） pH值： 樹(shù)脂中殘留的酸，使樹(shù)脂緩慢硬化、變稠 pH值應(yīng)調(diào)整到 7左右或呈弱堿性，以中和殘留酸 呋喃樹(shù)脂的加入量，一般占原砂質(zhì)量的 1%~2% 3．催化劑（固化劑） （ 1）固化劑的種類 ① 無(wú)機(jī)酸 —— 常用 75%~85%的磷酸水溶液 優(yōu)點(diǎn)： 缺點(diǎn)： 價(jià)格便宜 用于高氮樹(shù)脂時(shí)，樹(shù)脂砂強(qiáng)度較高 用于低氮樹(shù)脂時(shí)，樹(shù)脂砂高溫強(qiáng)度較好 型砂殘留磷酸鹽多，導(dǎo)致再生樹(shù)脂砂強(qiáng)度下降 ② 有機(jī)酸 催化能力的順序是： 催化能力最小的對(duì)氯苯磺酸與磷酸相當(dāng) 常用的有機(jī)磺酸 ： 苯磺酸、對(duì)甲苯磺酸、對(duì)氯苯磺酸和酚磺酸等 對(duì)氯苯磺酸＜酚磺酸＜對(duì)甲苯磺酸＜苯磺酸 ? 強(qiáng)酸使硬化速度加快，但樹(shù)脂砂最終強(qiáng)度較低，弱酸使硬化速度慢，但樹(shù)脂砂終強(qiáng)度高。 ? 酸性強(qiáng)弱 ：硫酸單酯 ＞ 硫酸乙酯 ＞苯磺酸 ＞二甲苯磺酸 ＞ 對(duì)甲苯磺酸 ＞磷酸 ? 硬化速度 ：硫酸單酯 ＞ 硫酸乙酯 ＞苯磺酸 ＞二甲苯磺酸 ＞ 對(duì)甲苯磺酸 ＞磷酸 ? 終強(qiáng)度 ：硫酸單酯 ＜ 硫酸乙酯 ＜對(duì)甲苯磺酸 ＜苯磺酸 ＜磷酸 （ 2）溶劑對(duì)催化劑性能的影響 有機(jī)磺酸是固態(tài)的，須溶解成液態(tài)使用 常用的溶劑： 水、酒精和磷酸 硬化速度順序： 磷酸 ＞ 酒精 ＞ 水 溶劑不同，硬化速度懸殊，但樹(shù)脂砂最終強(qiáng)度相同 （ 3）催化劑用量對(duì)樹(shù)脂自硬砂硬化特性的影響 1）催化劑用量對(duì)樹(shù)脂自硬砂強(qiáng)度的影響 減少催化劑量，樹(shù)脂砂強(qiáng)度降低 增大催化劑用量，硬化速度加快，易使粘結(jié)膜脆化，樹(shù)脂砂強(qiáng)度反而下降 為了充分發(fā)揮樹(shù)脂粘結(jié)強(qiáng)度的潛力，應(yīng)嚴(yán)格控制催化劑加入量，切不可為追求硬化快而過(guò)多加入 催化劑的加入量，一般占樹(shù)脂質(zhì)量的 30%左右 2）催化劑用量對(duì)樹(shù)脂砂可使用時(shí)間和脫模時(shí)間的影響 可使用時(shí)間 —— 即樹(shù)脂砂混砂后能制出合格砂芯的時(shí)間 脫模時(shí)間 —— 指樹(shù)脂砂在芯盒硬化取出而不變形的時(shí)間 可使用時(shí)間越短，則造型、芯前允許的停留時(shí)間越短 脫模時(shí)間越短，硬化速度越快，制型、芯效率越高 ? 硅烷能提高樹(shù)脂的強(qiáng)度，主要是靠硅烷在樹(shù)脂與砂粒這兩種性質(zhì)差異很大的材料的表面之間架一個(gè)中間橋梁 ” ，以獲得良好的結(jié)合。因此常稱硅烷為偶聯(lián)劑。要達(dá)到樹(shù)脂與偶聯(lián)劑之間以及偶聯(lián)劑與砂粒之間結(jié)合，其可能的途徑有 : ? 1)通過(guò)簡(jiǎn)單的溶解 (分子間力粘合強(qiáng)度為 2. 4. 2kJ/mol) 。 ? 2)過(guò)強(qiáng)度為 2142kJ/mo1的硅烷醇的氫鍵。 ? 3)通過(guò)強(qiáng)度為 210420kJ/mol的共價(jià)鍵橋。 4. 硅烷偶聯(lián)劑 呋喃樹(shù)脂砂混砂配比及工藝 混 砂 配 比 砂 (21組 ) 100% 100% 100% 樹(shù)脂 (占砂質(zhì)量 ) %~% %~% %~% 固化劑 (占樹(shù)脂質(zhì)量 ) 30%~70% 20%~60% 30%~70% 混砂工藝 先將砂子與固化劑混合 ,然后將樹(shù)脂加入混合物中 ,通?；焐皶r(shí)間為 5~60s 工 藝 性 能 樹(shù)脂加入量 % 1 1 1 1 1 1 1 1 1 固化劑加入量 (占樹(shù)脂質(zhì)量 %) 40 50 60 40 50 60 40 50 60 脫模時(shí)間 min 20~35 15~30 8~15 10~23 8~13 4~6 20~28 11~17 6~9 抗拉 強(qiáng)度 1h 4h 24h 備 注 當(dāng)溫度在 25~35℃ ,相對(duì)濕度為 70%~80%(夏季 )時(shí)，用 GSO4號(hào)固化劑 當(dāng)溫度在 15~25℃ ,相對(duì)濕度為 50%~70%(春秋季 )時(shí)，用 GSO3號(hào)固化劑 當(dāng)溫度在 5~15℃ ,相對(duì)濕度為 60%~70%(冬季 )時(shí)，用 GSO9號(hào)固化劑 注意事項(xiàng) 當(dāng)樹(shù)脂與皮膚接觸時(shí)?？赡軙?huì)對(duì)個(gè)別人產(chǎn)生輕微刺激作用，操作者應(yīng)戴防護(hù)手套 （ 6）呋喃樹(shù)脂自硬砂的再生回用 舊砂回收和再生的任務(wù) : 舊砂破碎恢復(fù)一定的粒度組成 去除包覆在砂粒表面的惰性膜及焦化有機(jī)物質(zhì) 除去混入砂中異物雜質(zhì)，微粉及殘留物 調(diào)節(jié)溫度，保證樹(shù)脂正常的固化速度 舊砂再生設(shè)備包括： 砂塊破碎機(jī)、振動(dòng)篩砂機(jī)、磁選分離機(jī)、 舊砂再生機(jī)、調(diào)溫裝置、風(fēng)選分離機(jī)、集塵器 （七）呋喃樹(shù)脂自硬砂鑄件常見(jiàn)缺陷及預(yù)防措施 1．機(jī)械粘砂 樹(shù)脂在 500℃ 左右熱分解，砂粒間粘結(jié)橋破壞，高溫強(qiáng)度降低，在金屬液靜壓力作用下 砂粒自由移動(dòng)，孔隙增大，金屬液滲入 原因： 措施： 提高樹(shù)脂耐熱性，加硅烷，增加糠醇量 涂敷耐火涂料及降低澆注溫度 加入氧化鐵粉或石英粉以提高熱強(qiáng)度 采用在高溫下燒結(jié)、軟化的原砂 2．脈紋（脈狀凸起、飛刺、飛翹） 砂型（芯）表層在液態(tài)金屬激熱下，由表及里產(chǎn)生很大的溫度梯度，石英受熱相變膨脹，粘結(jié)橋會(huì)突然收縮而脆化破裂 原因： 在膨脹、收縮應(yīng)力作用下表層龜裂，金屬液從裂縫滲入砂層，在鑄件上形成 “ 脈紋 ” 預(yù)防措施 采用熱膨脹小或粒度較分散的原砂 在型（芯）砂中加入氧化鐵粉 降低澆注溫度 刷涂料 二、殼芯用酚醛樹(shù)脂砂 酚醛樹(shù)脂是由苯酚和甲醛經(jīng)聚合而成的粘結(jié)劑 （一）殼芯砂的配方及制備 1．殼芯砂的配方 殼芯砂主要由原砂、樹(shù)脂、固化劑和附加物組成。 用酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑配成的芯砂稱為殼芯砂或覆膜砂 （ 1）原砂 選用水洗砂或擦洗砂 粒度為 15組或 10組的細(xì)砂 角形系數(shù)為 ~ 含泥量和雜質(zhì)應(yīng)盡量低，一般要求含泥量 ＜ % （ 2）樹(shù)脂 加入量為原砂質(zhì)量的 3%~7% 加熱時(shí)能熔化，有可塑性，能溶于酒精等溶劑 選用熱塑性酚醛樹(shù)脂 （ 3）固化劑 選用烏洛托品 加入量為樹(shù)脂質(zhì)量的 10%~15% （ 4）附加物 加 2%硅砂粉，以提高殼芯的高溫強(qiáng)度 加 %~%硬脂酸鈣，增加流動(dòng)性，防止結(jié)塊，使型、芯表面致密，以便于頂殼 加 %氧化鐵粉，提高熱塑性和防止皮下氣孔 2．殼芯覆膜砂的制備 覆膜砂混制工藝分為冷法、溫法和熱法三種 （ 1）冷法 將粉狀樹(shù)脂、固化劑預(yù)溶解在酒精、丙酮或糠醛 再將溶后樹(shù)脂、固化劑加砂混制，碾碎篩 后使用 （ 2）溫法 將砂加熱 60℃ 與烏洛托品和硬脂酸鈣一起混制 再加液態(tài)樹(shù)脂并吹熱氣溶劑汽化，破碎冷卻供用 （ 3）熱法 將砂加熱到 130~160℃ 混制，再加樹(shù)脂熔化混勻 砂溫降到 105~110℃ 后加烏洛托品溶液，吹風(fēng)冷卻 再加硬脂酸鈣混勻，破碎篩分后備用 熱法特點(diǎn)： 不消耗溶劑，樹(shù)脂加入量較小，所以成本較低 覆膜效率高，型、芯質(zhì)量好 （二）殼芯法制芯工藝 殼芯法制芯的方法有兩種：翻斗法和吹砂法 翻斗法常用于制造殼型，吹砂法用于制造殼芯 1．翻斗法制殼型工序 模板預(yù)熱到 250~300℃ ，噴涂分型劑； 翻斗轉(zhuǎn)動(dòng) 180176。 使砂落到模板上，保持 15~50s，砂表面樹(shù)脂軟化重熔，沿模板形成一定厚度殼 翻斗復(fù)位，未熔結(jié)的覆膜砂落回翻斗 對(duì)塑性薄殼繼續(xù)加熱 30~90s 頂出，即得殼厚為 5~15㎜ 的殼型 圖 111 殼型造型法示意圖 a） 模板上噴涂分型劑 b）模樣 旋轉(zhuǎn)到翻斗上夾緊 c） 結(jié)殼 d） 結(jié)殼完畢復(fù)位 e） 殼型附模板移烘爐硬化 f） 脫殼、制成殼型 2．吹砂法 吹砂法分頂吹法和底吹法兩種 頂吹法為 ~ Mpa，吹砂時(shí)間為 2~6s 底吹法為 ~ Mpa，吹砂時(shí)間為 15~35s 芯盒加熱溫度 一般控制在 250~300℃ 結(jié)殼時(shí)間取決于芯殼厚，殼厚由砂芯要求強(qiáng)度而定 殼厚在 6~8mm時(shí)，結(jié)殼時(shí)間為 10~30s 殼厚在 10mm以上時(shí)，結(jié)殼時(shí)間為 20~70s 圖 112 殼芯造芯法示意圖 砂芯應(yīng)持續(xù)在加熱的芯盒中硬化 可根據(jù)砂芯的顏色來(lái)判斷： 硬化時(shí)間一般為結(jié)殼時(shí)間的 ~3倍 ① 殼芯的硬化 ② 硬化時(shí)間的判斷 殼芯表面為黃褐色，斷口為淡黃色，硬化時(shí)間合適 若砂芯表面呈褐色甚至黑色，則說(shuō)明過(guò)燒 若砂芯表面呈黃色，斷口為白色，則表示硬化不良 ◆ ◆ ◆ ③ 芯盒表面脫模劑 常用甲基硅油乳劑配方 甲基硅油 %， 200汽油 25%，太古油 %，氫氧化納 %，其余為水 為使殼芯易頂出，制殼芯時(shí)應(yīng)在芯盒面涂脫模劑 每噴涂一次可制殼芯 10~40次 ④ 芯盒材料 芯盒材料多為鑄鐵，應(yīng)避免使用銅或黃銅 ④ 殼法造型、芯工藝優(yōu)缺點(diǎn) 無(wú)需搗