砂芯制造工艺与技术.doc

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1、砂芯制造工艺与技术 发布时间： 2008-5-30 15:08:41 浏览次数： 245 、概述 砂芯主要用来形成铸件的内腔、孔洞与凹坑等部分，在浇注时，它的大部分或部分表面被液态金属包围，经受铁液的热作用、机械作用都较强烈，排气条件也差，出砂、清理困难，因此对芯砂的性能要求一般比型砂高。 二、植物油砂 采用干性油与靠近干性油的半干性油作油砂粘结剂。干性油含不饱与脂肪酸，其加热硬化机理一般认为是氧化聚合的结果。常用的植物油有，桐油、亚麻油等。 烘干温度一般以200220为宜。如需缩短烘干时间，可将温度提高到250，但不能超过300，否则粘结性能将被破坏。 三、合脂粘结剂及合脂砂 （一）合脂粘结

2、剂 合脂是合成脂肪酸蒸馏残渣的简称，是从炼油厂原料脱蜡过程中得到的石蜡，制皂工业再将石蜡制取合成脂肪酸时所得的副产品。 合脂砂的烘干湿度范围比油砂宽些，但是最适宜范围仍是200220之间。合脂粘结剂的加入量一般为砂质量的2.54.5，过多，强度增加不显著，而发气量明显增大，粘膜加重，蠕变加大，出砂性变差。 存在的问题： 1湿强度低 合脂砂的湿压强度只有2.02.5kPa。比植物油砂还要低。加入膨润土或者含泥量高的天然粘土砂可以提高湿强度。 2砂芯蠕变 合脂砂湿强度低，合脂本身在常温下粘度大，芯砂流动性差，造芯时不易紧实；因此合脂砂芯在湿态与烘干过程中易发生蠕变，即逐渐往下沉。在冬天，合脂变得更

3、加粘稠，蠕变现象就更为严重。可采用加入膨润土与高温入炉烘干硬化的方法来减少蠕变的缺陷。 四、壳芯（型） （一）壳芯（型）的制造 1940年，Johannes Croning发明用热法制造壳型，称为“C”法或“壳法”，此法不仅可用于造型，更主要的是用于制造壳芯。该法用酚醛树脂作粘结剂，配制的型（芯）砂叫做覆膜砂像干砂一样松散。其制壳的方法有两种：翻斗法与吹砂法（见图1）。 本帖相关图片如下： 图1 顶吹法与底吹法制造壳芯示意图 壳法造型、造芯的优点是混制好的覆膜砂可以较长期贮存（三个月以上）；无需捣砂，能获得尺寸精确的型、芯；型、芯强度高，质量轻，易搬运；透气性好，可用细的原砂得到光洁的铸件表面

4、；无需砂箱；覆膜砂消耗量小；型、芯可以长期贮放。尽管酚醛树脂覆膜砂价格较贵，造型、造芯耗能较高，但在要求铸件表面光洁与尺寸精度甚高的行业仍得到一定应用。通常壳型多用于生产液压件、凸轮轴、曲轴以及耐蚀泵件、履带板等钢铁铸件上：充芯多用于汽车、拖拉机、液压阀体等部分铸件上。 （二）壳型砂用原材料及混制工艺 （1）酚醛树脂 壳法采用热线塑性酚醛树脂。它是在苯酚过量（通常苯酚与甲醛的物质的量之比为1：0.750.85）及温度在105以下缩合制成的。常用的硬化剂为乌洛托品，学名六亚甲基四胺，即（CH2）6N4，其加入量一般占树脂质量的1015。 （2）原砂 壳法一般采用硅砂，对于表面质量要求很高的铸件，

5、特别是壁很厚实、易产生粘砂的铸钢件，也常使用鋯砂、铬铁矿砂。 （3）附加物 为了改善覆膜砂的性能，有时在覆膜过程中加入某些附加物。例如加人硬脂酸钙（为砂量的0.250.35），可防止覆膜砂存放期间结块；增加覆膜妙的流动性，制壳时易于顶出等。加入石英粉（加入量为砂质量的2左右），可提高覆膜砂的高温强度。 （4）覆膜砂混制工艺 酚醛树脂覆膜砂一般以原砂为 100（质量比），酚醛树脂加入量为：对于壳型是3.56.0，壳芯是1.54.0，另加入乌洛托品与硬酯酸钙。覆膜砂的混制工艺可分为冷法、温法与热法三种。 其中热法是一种适于大量制备覆膜砂的方法，需要专门设备。混制时一般为先将加热到130160的砂加

6、到间歇式混砂机中，再加树脂混匀，熔化的树脂包在砂粒表面，当砂温降到105110时，加入乌洛托品水溶液，吹风冷却，再加入硬脂酸钙混匀，经过破碎、筛分备用。 五、热芯盒法制芯 热芯盒法制芯，是用液态热固性树脂粘结剂与催化剂配制成的芯砂，填入加热到一定温度的芯盒内，贴近芯盒表面的砂芯受热，其粘结剂在很短时间即可缩聚而硬化。而且只要砂芯的表层有数毫米结成硬壳即可自芯盒内取出，中心部分的砂芯利用余热与硬化反应放出的热量可自行硬化。它为快速生产尺寸精度高的中小砂芯（砂芯最大壁厚一般为5075mm。）提供了一种非常有效的方法，特别适用于汽车、拖拉机或类似行业的铸件生产。 （1） 热盒法用粘结剂 热芯盒用的树

7、脂有呋喃树脂与酚醛树脂，大多数是以尿醛、酚醛与糠醇改性为础的一些化合物，根据所使用的铸造合金及砂芯的不同以及市场供应情况，进行树脂的选择。 常用的呋喃树脂有： 1）脲呋喃（UFFA）树脂； 2）酚呋喃（PF FA），树脂此类树脂不含氮，或含极少量的氮，主要用于制造铸钢与球墨铸铁件，硬透性较尿呋喃树脂稍差。我国的呋喃一2型热芯盒树脂属于这类树脂中的一个品种； 3）脲酚呋喃共聚物（UF PFFA），含氮高的这类树脂主要用于铸铁件也可用于有色合金铸件。 （2） 热芯盒法硬化用催化剂 国内对呋喃-1型树脂砂最常用的催化剂是氯化铵与尿素的水溶液，其配比（质量比）为氯化铵：尿素：水l：3：3。 （3）热芯

8、盒法砂的工艺性能及树脂砂的配制 热芯盒法可以使用任何干净、干燥的原砂。要求砂芯有较好的透气性时，可选用稍粗的原砂；对铸件内表面要求很光洁的，可选用较细的原砂。热芯盒砂可用一般碾轮式混砂机混碾，混制工艺如下：干砂十附加物加催化剂加树脂粘结剂出砂 热芯盒制芯工艺通常采用射芯机射芯，呋喃型树脂砂的固化温度在140250oC之间，芯盒温度保持在200250OC较适宜。一般几十秒即可从芯盒中取出砂芯。 六、气硬冷芯盒法制芯 气硬冷芯盒法制芯是将树脂砂填入芯盒，而后吹气硬化制成砂芯。根据使用的粘结剂与所吹气体及其作用的不同，而有三乙胺法、SO2法、酯硬化法、低毒与无毒气体促硬造芯法等方法。 （一）三乙胺法

9、 此法为美国Ashland油脂化学公司研制成功，1968年开始向铸造厂推广并取得应用，国外常称1socure法，或称酚醛一尿烷冷芯盒法，我国叫三乙胺法。粘结剂由两部分液体组成：组分是酚醛树脂，组分为聚异氰酸酯。催化剂为液态叔胺，可用三乙胺(C2H5)3N(TEA)、二甲基乙胺（DMEA）、异丙基乙胶与三甲胺（CH3）N3（TMA）,造芯时，其工艺过程如图2所示。填砂后向树脂砂中吹入催化剂气雾（压力0.140 2MPa）便能在数秒至数十秒内硬化，达到满足脱模搬运的强度。 本帖相关图片如下： 图2 三乙胺法造芯工艺过程 采用三乙胺法造芯时，原砂采用干净的AFS细度5060的硅砂，也可使用锆砂、铬铁

10、矿砂。原砂必须干燥，水分超过0.l（质量分数），就会减少芯砂的可使用时间，降低砂芯抗拉强度。典型的芯砂配方是树脂粘结剂占砂质量的1.5，由等质量的组分与组分构成。 （二）SO2法 SO2法是继三乙胺法之后开发的一种新型吹气冷芯盒制芯与造型方法，用于铸造生产始1978年，近些年来又开发了一些新型SO2法。 1、呋喃树脂SO2法 此法在 1971年由法国 SaPic公司取得专利权，称Sapici法，直到1978年才用于生产，欧洲大陆称Hardox法，英国称SO2Fast法，美国叫Insta-Darw法。其造芯工艺过程类似三乙胺法。 SO2许多优点胜过其他方法，因此从钢铁到有色合金均有应用。其主要优

11、点如下；热力度高，使铸件的尺寸精度与表面质量高（高于三乙胶法）：出砂性优良，对给镁合金也极易出砂；树脂砂有效期特别长，混好的砂不接触SO2气体，决不会硬化；发气量是有机粘结剂中最低的；强度发展快。 SO2的缺点也很明显，例如：树脂中游离糠醇汽化易使芯表面结垢；低碳钢芯盒用于砂芯大量生产时，锈蚀是一个严重问题；SO2泄漏，将引起严重环境问题；过氧化物为强氧化剂，易燃烧，要妥善保管。 2、环氧树脂SO2法 环氧树脂SO2法于19 8 3年用于生产。此法与呋喃SO2法比，芯砂的可使用时间更长（可达5天），而且基本解决了芯盒结垢与粘模问题，很适合大量生产。 环氧树脂SO2法有效地克服了呋喃一SO2法的

12、大部分缺点，但是用于钢铁铸件时，由于易产生冲砂与夹砂，因此需涂敷耐火涂料；浇注系统应有助于平稳层流。当使用水基涂料时，建议在低于81oC温度下烘干。 3、自由基硬化法 自由基硬化法用于铸造生产始于1982年。此法采用三种组分组成的液态粘结剂，包括：丙烯基聚氨酯树脂；少量有机氢过氧化物引发剂（用来激发自由基聚合）用来提高抗拉强度、延长砂芯保存期的乙烯基硅烷增强剂。此法用氮稀释的SO2气体促进硬化。 粘结剂的加入量通常为0.91.8。所用树脂混合物的典型组成是95的粘结剂、3的增强剂与2的过氧化物引发剂。催化剂气体由110（典型的为2）的 SO2与情性气体载体（氮）所组成。每吨芯砂约需 SO2 0

13、.45kg。用干燥空气或氮清洗是为了充分分散S02气体催化剂，并使SO2随后从硬化好的砂芯或砂型中排出。 （三）乙缩醛硬化法（红硬法） 乙缩醛硬化法又称红硬（red-set）法，这是因为该法用树脂砂硬化后变成粉红色而得名。此法是由原联邦德国开发的，粘结剂是三级分体系。组分1是树脂，是一种具有高反应的甲阶酚醛树脂水溶液，不合游离酚，含游离甲醛少于0.l：组分2是活化剂，是不同类型的磷酸在无机酸中的浓缩水溶液；组分3是硬化剂，常用乙缩醛。 此法所配树脂砂在二周内使用仍有好的强度。硬化时需要的乙醛量理论上占组分40，实际为60100。所制出的砂芯（型）有好的抗吸湿性，砂芯有强的抗毛刺能力。但这一方法

14、不宜采用橄榄石砂，高耗酸值砂也减慢硬化过程。此法的工艺较复杂，对工艺参数要求严格，成本较高，价格为三乙胺法的23倍。 树脂自硬砂 将砂子、液态树脂及液态催化剂混合均匀后，填充到芯盒（或砂箱）中，稍加紧实、即于室温下在芯盒（或砂箱）内硬化成型，叫自硬冷芯盒法造芯，简称自硬法造芯（型）。自硬法可大致分为酸催化树脂砂自硬法、尿烷系树脂砂自硬法与酚醛一脂自硬法。 树脂自硬砂不仅用于造芯，亦用于造型，特别适用于单件与小批量生产，可生产铸铁、铸钢及有色合金铸件。其主要优点是；提高了铸件的尺寸精度，改善了表面粗糙度；节约能源，节约车间面积；砂中的树脂的质量分数，由早期的34降到了0.81.2，这是通过对原砂

15、的处理及对树脂、催化剂、混砂设备、工艺等方面进行改进得到的，从而降低了成本；大大减轻了造芯、造型、落砂、清理工人的劳动强度，便于实现机械化；旧砂可再生，有利于防止二次公害。 （一）酸催化树脂自硬砂 （1）酸催化树脂自硬砂用的树脂 常用粘结剂为呋喃树脂与热固性酚醛树脂。也有采用酮醛树脂与糠醇的混合物（ARFA）、糠醇甲醛聚合体（FAF）、糠醇与其他活性化合物的混与物（FAC）。糠醇含量越高，氮与水的含量会愈低，粘结剂的质量也愈好，但价格也高。 （2）酸催化树脂自硬砂用的催化剂 通常自硬法用催化剂应符合以下要求：保证改工艺过程带所规才的硬化速度与强度；具有低的粘度的液体，不产生沉淀；长期贮存时，性

16、能不变；如冬季运输引起冷凝，随后加热熔化，性能可回复；价格合理，经济。 （3）可使用时间与脱模时间 可使用时间是指自硬树脂砂混砂后能够制出合格砂芯的那一段时间。脱模时间是指从混砂结束开始，在芯盒内制的砂芯（或未脱模的砂型）硬化到能满意地将砂芯从芯盒中取出（或脱模），而不致发生砂芯（或砂型）变形所需的时间间隔。 影响可使用时间、脱模时间的因素很多。实验表明，所采用的原砂、树脂、催化剂的类型、质量与加入量、混砂工艺、环境温度与湿度，均对可使用时间与脱模时间有明显的影响，影响最大的为环境温度与催化剂加入量。当催化剂量相同，室温不同时，温度低时可使用时间长；温度高时可使用时间短。其趋势是温度每增加10

17、oC,可使用时间缩短1/21/3。室温相同时，催化剂入量减少，可使用时间明显增长；催化剂增多，可使用时间缩短，但是催化剂加入量超过一定范围后，可使用时间变化不大，但对脱模时间影响显著，温度变化也明显影响脱模时间，其趋势是每增加5 oC，脱模时间缩短1/21/3。 （4）混砂工艺 合理地选用混砂机，采用正确的加料顺序与恰当的混砂时间有助于得到高质量的树脂砂。 混砂工艺如下： 混砂 混砂 砂十催化剂树脂出砂 砂与催化剂的混合时间的确定，应以催化剂能均匀地覆盖住砂粒表面所需的时间为准。太短了混合不匀，树脂强度低，个别地方树脂砂型硬化不良或根本不硬化；太长了，影响生产率与使砂温上升。树脂加入后的混拌时

18、间也不能过短（混拌不均）与过长（砂温升高，可使时间变短），混拌时间一般通过实验确定。 （二）自硬尿烷树脂砂 自硬尿烷树脂砂有不同的品种。 (1) 醇酸油尿烷树脂砂（Linocure法） 这种方法是1965年左右由美国Ashland化学公司开发的，称为Linocure法。这种工艺采用的粘结剂由三部分组成，即组分I油改性醇酸树脂;组分II液态胺金属催干剂，常用的催干剂为有机酸的金属皂类催干剂；组分III聚MDI型异氰酸酯。三种成分均为液体，其中I与II是主要成分。组分I的加入量占砂质量的l2；组分III加入量为组分I的1820；组分II为用来达到预定的可使时间与脱模时间，加入量为组分I的210，可

19、单独加入，也可预先接入组分I内。 (2) 多元醇尿烷树脂砂 它是在70年代末期开发的，特别适用于铝、镁与其他轻合金铸造厂。组分1是一种具有良好热溃散性的多元醇，组分II是MDI型异氨酸酯，组分正是胺催化剂。当组分1与组分II的质量比为50：50时可得到最好结果。 组分III一般不用，脱模时间从8min到超过1h，但也可用组分见来控制脱模时间，有时可快达3min。粘结剂加入量对于轻合金来说为砂质量的0.71.5%。 (3) 酚醛尿烷树脂砂（Pepset法） 这种工艺于1970年开始用于铸造，国外称Pepset法，采用的粘结剂由三部分组成，即苯基醚酚醛树脂组分I，聚异氰酸酯组分II，胺催化剂组分I

20、II。三种成分均为液体。组分I与组分II之比常采用50:50，或为了减少含氮量而采用6O：4O。这两种成分的总加入量为砂质量的1.41.6。催化剂用于调整树脂砂的硬化速度，其加入量为组分I质量的l5。 混制方法如下：先把酚醛树脂与催化剂混合，使催化剂均匀地分散在树脂中。混砂时再把含有催化剂的酚醛树脂与聚异氰酸酯依次加到砂中。最好使用高效混砂机。 （三）酚醛酯自硬砂 酚醛酯自硬砂低氮或无氮，在混砂、浇注时气味与烟雾少，自1981年开始推广以来，已逐步获得较多的应用。 （1）树脂的性能 酚醛一酯自硬法用树脂的粘度与酸催化酚醒自硬树脂相似。在室温下的保存（储存）期约为46个月。 （2）酯催化剂 用于

21、这种粘结剂的催化剂为一系列的液态酯，它不能取代通常的自硬法用酸催化剂，也不能同它们混合在一起。尽管这种酯催化剂具有弱酸性，但它们不能同呋喃与酚醛用酸催化自硬的磺酸相容。脱模时间取决于所用酯催化剂的类型，催化剂加入量与砂子的温度。 （3）混砂 当采用间歇式或连续式混砂机混砂时，象酸催化法一样，首先加入酯催化剂组分，直到完全包覆砂子后再加入树脂组分。 （4）使用情况 原砂中的粘结剂的典型质量分数为1.52，催化剂占树脂质量的2025。这一方法采用各种各样的石英砂、铬砂、锆砂都合适，特别是橄榄石砂。 树脂与催化剂都是水溶性的，一些地方即使粘附了未受催化剂作用的树脂砂，也易清洗掉。 在树脂加入量差不多

22、的条件下，酯硬化砂的实际强度没有酸催化的树脂砂与尿烷自硬的高。不过当采用通常的1.52（质量分数）的加入量时，一般已足够适合生产优质低碳钢、不锈钢、球铁、灰铁、青铜与铝铸件。由于此法不含硫，它能很好地用于那些因吸收硫会出现问题的钢种的生产。 酯硬化酚醛自硬法的一个特殊优点是降低脉纹缺陷。其他自硬酚醛铸型，在浇铸过程中，在铸型金属界面会出现裂纹，而此法在浇注过程中，表层出现可避免开裂的短暂的热塑性阶段，然后再变成刚性并清散，因而可得到无脉纹缺陷的光洁铸件。问题： QT550-6产品，垂直线潮膜砂铸造，1.1Kg/Pcs，一型6件。客户要求珠光体含量必须=70，调试了几次，都是因为P含量不稳定而失败，（大都在60-85之间），请问在成分上有没有好的调整建议。非常感谢。 附： .C. .Si. .Mn. .S.P.Cu 炉前成分： 3.8-3.9 1.2-1.4 0.55-0.65 0.02 0.05 炉后成分： 3.7-3.8 2.6-2.8 0.55-0.65 0.02 0.05 0.3 浇注温度：1400-1440度 球化剂：1.2；孕育剂：0.7 铸件在砂型中冷却时间约为1小时资讯来源： 发布人： 中国铸造材料信息网 第 11 页