树脂自硬砂工艺
呋喃树脂自硬砂工艺的推广应用
２ ）微 粉含 量
再生树脂砂的微粉 （ 指极细砂粒） 含景要求如表２
所示 。
裹 ２ 再 生 树 脂砂 的微 粉含 量
体的卷入 ， 才能解决树脂 自硬砂易产生气孔缺陷的毛 病。同时由于树脂砂常温强度高 ， 其砂铁比可控制在 ３１为宜 。 ： 拨模 斜度 比粘 土砂放 大 １４到 １ ２ 树脂 自 ／ ／。 硬砂 生 产 的铸件 尺 寸 准确 ， 近模 样 尺 寸 ， 接 故其 加 工 余量可减少１３ 总之 ， ／。 铸造工艺参数的调整是一个长 期过 程 ， 中牵 涉到工 人操 作 习惯 ， 木模 的利 用 ， 其 老 多 种 型砂工 艺 同时 使用 等 。
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３ ）粒度
混制 树脂 自硬 砂 时 ， 新砂 按 占旧砂 ５ ～１ 的 Ｏ
比例 ， 同加 入到混 砂 机 ， 发现 再生砂 粒 度明显 细 一 在
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铸造 工程 触， 但通 过 培训使 他 们 顺利 地 掌握 了记 录方 法 ， 成 完
２ 铸 造 工艺参数 的调整 树 脂 自硬砂 工艺有 其 固有特 点 ， 不能 完全沿 用 故 原 有粘 土砂工艺 参数 。 做 到 ， 当提 高浇 注速 度 ｝ 应 适 缩 短 浇注 时 间 ， 保证 足够 的浇 注 压 力头 ， 防止 紊 流与 气
旧砂残存的可燃性物质总量的百分数。 生产不 同 材质铸件时， 旧砂的灼减量要求如表 １ 所示。
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈｓｐ ｐ ｒｐ ｉｔｓ ｕ ｈ ｒ ｏｂ ｏ ｅｂ ｆ ｒ ｕ ｕ ａｉｉｇ ｎ － ａ ｅｆ ｒ ｎ—ａ ｄｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｓｒ ｃ ｉ ａ ｅ ｏｎ ｏ ｔｔ ｅｗｏ ｋ ｔ ｅｄ ｎ ｅ ｏ ｅｐ ｐ ｌｒｚｎ ｏ— ｋ ｕ ａ － ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｂ ｓ ａ ｄ ａｓ ｅｉ —ａ ｄ ｐ ｅ ａ ａ ｉｎ ａ ｄ ａ ｐｉａ ｉｎ ｉ ｙ ｉａ ａ ｔ ｇ ． ｎ ｌｏｒ ｓｎ ｓ ｎ ｒ ｐ ｒ ｔｏ ｎ ｐ ｌ ｔ ｔ ｐ ｃ ｌｃ ｓｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｎ Ｋｅ ｗｏ ｄ Ｒｅ ｉ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｉａ ａ ａ ｔ ｒ Ａｐ ｌ ａ ｉｎ ｙ ｒｓ ｓｎ ｓ ｎ ｃ ｎ ｇｃ ｌ ｒ ｍｅｅ ｐ ｐ ｉ ｔｏ ｃ
酸自硬呋喃树脂砂的工艺要点及缺陷防止
表 ４ 国产常用磺酸 固化 剂技术 指标
型 号＼ ／・ 一 ｇｅ ｍ
１ 原材 料 的选择
般依据铸件 的大小和材质以及成本来选择不
同含氮量的呋喃自硬树脂 ， 参见表 ２和表 ３ 。此外 ，
对其粘度 、 游离甲醛含量、 Ｈ值等技 术指标也应提 Ｐ
出严格要求 。综合考虑 ， 一般灰铸铁件和球铁件用 呋喃树脂的含氮量应控制在表 ２ 所示范围内。目前
自硬砂对原材料 的品质极为敏感 ， 铸件质量必 须从原材料抓起。
Ｏ３ ．
５Ｏ ． ３Ｏ ．
１ ３ 固化 剂和 硅烷 ．
４ 。对甲苯磺酸的缺点是在温度控制条件较差 的情 况下 ， 冬季使用 时固化往往很缓慢． 故某些树脂厂在 冬季用固化剂 中或为降低成本有时可能会采用硫酸 乙脂。这是冬季树脂砂球铁件废品率上升的一个原
因。
游离酸
固化剂对型砂的重要性并不次于树脂。一般都 选用对甲苯磺酸水或醇溶液作 固化剂。通常用 固化 剂的总酸度来衡量其涪 ｌ大小 ， 生 固化剂的含量越多 ， 其活性越大。国产常用磺酸固化剂 的技术指标见表
１ ２ 酸硬 化 呋喃 自硬 树 脂（ 醛呋 喃树 脂 ） ． 尿
一
量不高 、 砂铁 比较小的情 况。但 由于原辅材料性能 不稳定 ， 旧砂再生工艺完整性差 ， 使用者对 自硬砂的 特点和关键技术认识不足 ， 加上疏于工艺控制 和管 理， 所以能实现正 常化生产 的尚不多。 以下简述该 工艺生产铸铁件的若干要点及缺陷防止 。
≥１０ ．
球铁 、 一般铸钢
Ｄ 低氮 ） （
＞ ． ～ ． Ｏ ３ ２Ｏ
混合料中加入粘结剂的质量分数为 １ ％时所具有的抗 拉强 度 ， 它是衡 量树脂粘 结效 率高低的指标 。
树脂砂工艺
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（ 3）型（芯）上醇基涂料点干后可省去烘 干工序，节约了工时和场地； (4)旧砂回收后干法机械再生，使砂处理为 封闭系统，便于机械化，可以节约大量旧砂 处理，型砂混制、运输等辅助劳动； （ 5）型砂的溃散性好，落砂容易，修整工 作量少、 （6）节约了一些造型（芯）前的准备工作量。 如插芯固等。根据一般统计，用自硬呋喃树 脂砂代替粘土烘模砂后，生产效率可提高 40— 100%，单位造型面积产量可提高 20— 50%。
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第二章 自硬呋喃树脂砂的原辅材料
组成自硬呋喃树脂砂的主要原材料有作为型 砂骨料的原砂，作为粘结剂用的呋喃树脂，作 为催化剂用的酸类固化剂和作为添加剂的硅烷 偶联剂等，树脂砂造型中必须的辅助材料有涂 料、脱模剂、粘合剂、浇口陶管、分型剂等。 原辅材料的好坏对树脂砂铸件质量的影响很大， 本章对以上主要原辅材料作一简单介绍。
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原砂的粒形不仅影响树脂砂加入量，同时 还影响到树脂砂的流动性及紧实程度，砂粒 表面空洞裂纹不仅无效消耗树脂，而且砂粒 易碎，影响复用性及粒度保持性。
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三、粒度分布及微粉含量
粒形相同的原砂，以粒度较粗的总表面积小， 树脂用量少，透气性好，耐火度高。粗砂的 缺点是抗机械粘砂能力低。一般多选用 30/50目、40/70目为宜，为提高综合性 能，可采用 30/70目的多筛号分布的砂。 微粉及含泥量严重恶化树脂砂性能。由于微 粉表面积很大，消耗树脂及固化剂影响透气 性及强度，原砂中的泥份中碱土金属含量较 高，据介绍细粉状比粒状耗酸值要大3— 10 倍。一般要求原砂含泥量应小于 0.3%。
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二、呋喃树脂的硬化机理 根据呋喃树脂的组成不同，分别可以通过加 热、通入硬化气体或添加酸催化剂等方法使 其固化。酸催化（即“自硬”）的呋喃树脂 一般糠醇含量都超过50%。其硬化机构很复 杂，现在还未完全弄清楚，但基本的树脂化 反应包括了糠醇的第一醇基和呋喃环的第五 位氢之间的脱水缩合，此外呋喃环的断裂生 成乙酰丙酸，第一醇基间脱水生成醚和醛等 等的反应。
自硬树脂砂的分类应用及发展前景
自硬树脂砂的分类应用及发展前景来源：全球五金网2011-7-26浏览量：107在铸造界，造型制芯工艺一般为热固化(热芯盒)工艺、气硬快速冷固化(冷芯盒)工艺和自硬砂工艺。
自上世纪五六十年代以后，有机合成粘结剂的研制和开发应用已使诸多铸造厂抛开了传统的造型工艺，根据其生产条件，如铸件种类、造型(芯)生产线规模、劳动力状况、环保与能源的要求等来选择更适合的造型制芯工艺及铸造用原辅材料。
由于全世界范围内出现的环保危机、能源危机以及日益激烈的市场竞争对铸造界的影响，迫使铸造厂寻求环保节能高效的绿色铸造方式。
自硬树脂砂造型与制芯工艺已被世界范围内大多数中小型型芯砂制造者所接受，由于其型砂紧实坚硬、易于控制、铸件尺寸精度高，故目前自硬树脂砂工艺已用于浇注所有种类的金属铸件，例如当今宇航工业以及军事工业所需的轻质合金钢、铜合金、铝合金、普通钢、高合金钢的铸造都可以采用自硬树脂砂工艺来生产。
当今，正迅猛发展的计算机自动化控制也对自硬树脂砂工艺的发展起到了推波逐澜的作用，在造型制芯方面自硬树脂砂工艺均取得了不可低估的作用和充分地显示了其本身优势。
1、铸造用自硬树脂的分类目前用于自硬树脂砂工艺的铸造用树脂一般分为以下三类：（1）酸催化的呋喃树脂。
例如呋喃树脂，酚醛、脲醛、酚脲醛改性的呋喃树脂，这些树脂可以单独使用，必要时也可以混合使用。
（2）由异氰酸酯和多元醇组成的聚脲烷类树脂。
（3）碱性酚醛树脂。
这类树脂可以与任何种类的砂混合而用于自硬砂工艺(包括橄榄石砂，由于橄榄石砂呈碱性，不能用作酸催化的呋喃树脂自硬砂)。
2、铸造自硬树脂的特性（1）硬化特性一般情况下，铸造用树脂是由C、H、O、N等原子以不同的形式结合而形成的液态的有机化合物。
在树脂生产阶段，各种原材料分子在热和催化剂的作用下，初步聚合成具有两维空间的线性链状结构的初聚物分子，而在铸造厂使用时，由于第二种催化剂(固化剂或硬化剂)的加入，促使分子间这种聚合反应继续进行并形成具有非常大的分子量的具有三维空间结构的不溶不熔性的体形网状高分子聚合物，当三维结构聚合反应发生在砂子之间时，所形成的网状树脂结构就将砂粒彼此粘结起来，形成坚硬的骨架结构。
浅谈呋喃树脂自硬砂的生产及应用
场技师专业论文工种：铸造工浅谈呋喃树脂自硬砂的生产及应用摘要 (2)引言 (2)1.呋喃树脂砂性能的优缺点 (2)2.呋喃树脂自硬砂的生产工艺技术 (3)3.工艺及现场控制 (6)4.呋喃自硬树脂砂铸件的缺陷分析及防止措施 (8)5.结论 (9)参考文献 (10)本论文针对呋喃树脂自硬砂的坭芯生产，阐述了呋喃树脂自硬砂的原材料配比、混制及硬化工艺。
结合作者多年在实际生产工作中的经验，就生产中出现的实际问题进行分析和讨论，通过采取文中提出的控制、解决措施，有效地解决了铸件出现的气孔、粘砂、热裂、冲/夹砂、脉纹等铸造缺陷。
关键词：呋喃树脂自硬砂、铸造缺陷、夹砂、热裂、脉纹引言呋喃树脂自硬砂工艺是指在呋喃树脂砂中加入一定量的酸性固化剂，使之在芯盒或砂箱内经历一定时间后，在常温条件下通过自行硬化成型（不需烘烤或吹入硬化气体）的一种造型制芯工艺。
呋喃树脂自硬砂硬化反应机理可简单描述为：涂敷在砂粒表面的树脂在酸性固化剂的催化作用下，呋喃树脂分子上的活性氢、羟甲基与羟甲基之间发生缩聚反应和呋喃环上的双键打开发生加成聚合反应，形成三维网状结构固体树脂，使型（芯）砂硬化成型。
1.呋喃树脂砂性能的优缺点1.1优点1)铸件的尺寸精度高、外部轮廓清晰、铸件表面光洁，外观质量好、组织致密、铸件综合品质高。
2)呋喃树脂自硬砂具有较好的流动性，容易紧实，脱模时间可调节，硬化后强度高，在其后的搬运及合箱过程中不变形，因树脂砂的强度高，在浇注和凝固过程中基本上不会出现位移现象，所以铸件的尺寸精度高。
3)不用烘干，缩短了生产周期、节省了能源、芯砂易紧实、溃散性好、容易清理、大幅度降低了劳动强度，为实现机械化生产创造了条件。
1.2 呋喃树脂自硬砂的不足之处1)对原砂质量要求高2)在生产过程中有刺激性气味3)采用树脂砂生产，成本较高2.呋喃树脂自硬砂的生产工艺技术2.1 原材料的选用1)铸造用砂的要求：原砂对呋喃树脂砂的性能、粘结剂用量、以及对铸件表面质量的影响很大，要求原砂中的SiO2含量要高、含泥量和酸耗值要低。
自硬树脂砂造型工艺守则
自硬树脂砂造型工艺守则1准备1．1 熟悉工艺图纸，了解铸件形状、浇冒口和出气系统的位置。
1．2 准备好造型使用的工具、护具和辅助材料。
1．3 检查模型、浇注系统是否齐全完好。
有下列情况者应修复后再用。
1．3．1 模型破损、变形及尺寸不符合图纸规定及表面粗糙不平。
1．3．2 活块不全、位置不当、安装松紧不合适。
1．3．3 上、下模型定位销、孔配合松紧不合适。
1．3．4 模型的起模装置、吊运装置安装不合适。
1．4 模型必须均匀涂刷脱模剂，其干燥后方可使用。
1．5 清理造型底板，按工艺规定摆放砂箱。
砂箱有下列情况不能使用。
1．5．1 箱把脱落或有严重变形。
1．5．2 箱壁破裂未经修补，箱带严重损坏或影响浇冒口安放。
1．5．3 砂箱翘曲变形严重。
1．5．4 定位销、定位销套孔磨损超过极限偏差，见表1表1 ㎜1．5．5 销套孔内有严重锈皮或粘铁粘砂未清除。
1．6 检查造型设备，各电器开关、阀门应处于非工作状态，液压润滑应充分，树脂、固化剂的储量应充足。
1．7 检查树脂、固化剂加入量调节旋钮是否在规定刻度上，要定期测试砂子流量、树脂流量、固化剂流量的准确性，一般每月检查两次。
遇型砂强度或硬化不正常时要及时测试。
2 造型2．1 造型底板防平、垫实，木质底板要均匀支撑，不变形。
模型上的粘砂要擦净。
2．2 使用非加工砂箱将箱口垫平，加工砂箱的接触面不得有粘附物。
2．3 浇冒口、出气棒的放置应符合工艺要求，操作中用先填少量型砂适当捣实来定位。
2．4 局部使用冷铁时，应按工艺规定放置。
冷铁表面不得有锈蚀、油污、粘砂等。
2．5 放砂时，头砂（约5～10㎏）不能直接接触模型表面，可掺入砂型中间作填料用。
对于较大铸件，放砂采用推进式。
舂砂时使用橡胶舂头或木棒，应避免活块、浇冒口、出气棒的移位，注意模型周围、浇冒口根部以及流砂不易充填部位要舂实。
2．6 砂箱填满后刮平，扎Φ4～Φ8气眼，每100×100㎜范围内不少于1～2个，气眼距模型表面40～60㎜。
呋喃树脂自硬砂控制技术
呋喃树脂自硬砂控制技术摘要：本文主要从硅砂的性能要求、造型过程的控制和再生砂的回用等对呋喃树脂自硬砂技术进行了探讨，供广大铸造同行参考。
关键词：呋喃树脂自硬砂硅砂造型再生砂在线检测随着中国制造业近几年的长足发展，中国的铸造业也迎来了历史上最好的发展机遇。
目前，我国铸件的产量已连续多年位居世界之首。
呋喃树脂自硬砂工艺由于其生产周期短、铸件表面精度高、铸件质量容易控制、柔性化制造能力高等特点，已经被广泛的应用到机床铸件、耐磨铸件、工程机械铸件等产品中。
而铸造企业能否发挥呋喃树脂自硬砂的特点，有效的提高铸件的质量，这与型砂的控制技术有着密切的关系。
砂型铸造行业公认型砂控制技术、熔炼控制技术和管理水平三者决定了一个铸造厂在市场上的竞争能力，由此可见型砂的控制技术在铸造业中的重要性。
本文就呋喃树脂砂的一些控制技术提出一些个人的观点，希望同行提出批评指正。
1 硅砂的技术要求1.1 硅砂的粒度组成硅砂的粒度反映了硅砂的颗粒大小和分布状态。
由于自硬砂强度的获得是依靠呋喃树脂“包覆”硅砂表面形成的高分子链，所以硅砂的粒度越细，从理论上说获得同样强度的树脂消耗量就越大，型砂的成本也就越高，所以在保证铸件不发生粘砂缺陷的前提下，尽可能提高硅砂的粒度。
图1为自硬砂八字试样测得的抗拉强度（MPa）和砂型粒度组成的关系曲线：1.2 硅砂的角形系数硅砂的角形系数S=Sw/StSw---硅砂的实际比表面积（cm2/g）St----硅砂的理论比表面积（cm2/g）硅砂的角形系数越小，表面就越园整，同样体积的硅砂表面积越小，硅砂和呋喃树脂的物理和化学结合力就越强，获得同样的抗拉强度需要的树脂消耗量就越低。
作为自硬砂用的硅砂角性系数要求≤1.30，《1.51.3 硅砂的加工处理由于天然硅砂有大量直径小于0.02的泥分和一些污染物和一些有碱性的物资，泥分的存在极大的降低了硅砂的粒度组成，提高了树脂的消耗量，同时有碱性的物资在树脂砂硬化过程中消耗了大量的催化剂——对甲苯磺酸等物资，造成砂型硬化很慢甚至不硬化，所以硅砂必须经过擦洗和粒度分选处理。
树脂砂生产工艺
树脂砂生产工艺
树脂砂生产工艺是一种常用于铸造行业的铸造材料，具有良好的流动性和压实性能，可用于生产各种铸件。
下面介绍一下树脂砂的生产工艺。
树脂砂生产工艺主要包括原料准备、砂型制备和固化等步骤。
首先是原料准备。
树脂砂的主要原料包括树脂、固化剂和填充料。
树脂一般选择无毒无味且具有一定黏度的树脂，如酚醛树脂、酚醛树脂酚醛相间树脂等。
固化剂一般选择硫酸铵或氯化胺等，填充料一般选择细砂或锆砂等。
接下来是砂型制备。
首先将树脂和固化剂混合均匀，然后将填充料加入到树脂中，搅拌均匀。
接着将混合好的砂料放入模具中，通过震动或振动来排气和压实，使砂型紧密结实。
在制备过程中还需要设置好适当的温度和湿度，以确保砂型的质量。
最后是固化。
将制备好的砂型放置在恒温恒湿的环境下，树脂和固化剂通过化学反应进行固化。
此时需要根据不同的树脂砂，控制好固化时间，一般在几十分钟到几小时之间。
固化后的砂型具有一定的强度和硬度，可以用于铸件的生产。
树脂砂生产工艺具有许多优点。
首先，树脂砂具有良好的流动性，能够完全填充模具的细小空腔，使得铸件表面光滑均匀。
其次，树脂砂具有压实性能，能够形成较为坚固的砂型，不易发生变形和破裂。
另外，树脂砂的固化时间短，生产效率高，适用于大批量生产。
总之，树脂砂生产工艺是一种常用于铸造行业的铸造材料，具有良好的流动性和压实性能，通过原料准备、砂型制备和固化等步骤可以生产出质量可靠的砂型，用于铸件的生产。
它的应用方便，生产效率高，被广泛应用于汽车、机械、航空等领域。
树脂自硬砂消失模工艺在模具铸件上的应用
中国铸造装备与技术6/2013随着我国汽车工业的发展，汽车覆盖件模具需求大增。
汽车覆盖件模具单件较重，外形尺寸可达4.6m ×2.8m ，内腔较复杂，铸件材质一般为HT250，要求铸件尺寸精度高，内外表面光洁，无铸造缺陷，单件小批量生产；对于铸造工艺的选择十分重要，既要保证铸件的质量，又要满足尺寸精度和表面光洁度要求，树脂砂消失模工艺在国内铸件生产中应用还不多。
但树脂自硬砂工艺和消失模工艺在我国机床、通用、工程机械、造船、汽车、发动机、泵阀类产品等行业得到了广泛应用。
呋喃树脂砂在强酸固化剂作用下，树脂分子间相继产生加聚反应和缩聚反应，使原来相对低分子质量的线型结构相互交联，转变为相对分子质量很大的体型结构的树脂膜，在常温下将砂粒粘结起来，达到型、芯的常温固化。
树脂加入量（质量分数）一般为0.8%~1.2%，磺酸类固化剂加入量为树脂的30%~60%，型、芯砂的可使用时间从几分钟至数十分钟，起模时间由十几分钟至数小时，其特点是粘度低，便于计量、易混砂、型砂流动性好；比强度高，可降低树脂加入量、降低成本，同时有利于提高铸件质量。
生产的铸件尺寸精度高可以达到CT7—9级，轮廓清晰，表面光洁，减少清砂工时，提高劳动效率。
比较适用于单件、小批量、多品种的中、大型铸件的生产。
如单独采用呋喃树脂自硬砂工艺，可以保证模具的尺寸精度，但内腔的光洁不理想；全部采用消失模铸件的尺寸精度和内外表面光洁度可以保证，造型和白模加工设备较大，投资大，经济上不太合适；根据铸件特点，经过对几种铸造工艺进行分析比较后，确定采用树脂自硬砂消失模铸造工艺。
呋喃树脂砂消失模铸造充分结合了呋喃树脂自硬砂和消失模两者的特点。
（1）铸件精度高:消失模铸造（EPC ）是一种近无余量、精确成型的工艺；该工艺无需取模、无分型面、无砂芯，因而铸件没有飞边、毛刺和拔模斜度,并减少了由于型芯组合而造成的尺寸误差。
铸件表面粗糙度可达R a3.2~12.5μm ；铸件尺寸精度等级可达CT7至CT9；加工余量少，可大大节省机械加工的时间和费用。
酯硬化碱性酚醛树脂自硬砂
三、铸钢对造型粘结剂的要求
• 铸钢件容易出现的铸造缺陷
气孔 裂纹 粘砂 缩孔 缩松 表面气坑 尺寸公差
• 粘结剂对铸钢铸件的影响
粘土砂：气孔 粘砂 表面气坑 尺寸公差 水玻璃砂：气孔 表面气坑 尺寸公差 树脂砂：气孔 裂纹 粘砂
• 型芯砂应具备的性能
一定的强度（高温、常温） 良好的退让性 高的透气性 低的发气量 好的经济性 环保无毒等
• 对原砂适应性强，不仅适用于硅砂，而且可 用于耗酸值较高的碱性原砂。 • 固化剂为多元醇的乙酸酯，无毒、无腐蚀性， 无爆炸危险。 • 硬化性能好，硬化速度可通过固化剂品种来 调节，型、芯内部和外部几乎同时硬化。可 使用时间和脱膜时间之比可达到40%以上。 • 气味低，浇注时不释放SO2气体，改善劳动 环境，有利环保。
2、碱性酚醛树脂的合成
酯硬化碱性酚醛树脂用的树脂是以苯酚 和甲醛为原料，用碱（NaOH、KOH、 LiOH）作为催化剂合成的，由于树脂中含 有大量的碱，使得树脂中的酚羟基以酚氧 负离子形式存在，树脂具有一定的碱性， 故而水溶性好。所用的固化剂一般为多元 醇的有机酯。
3、碱性酚醛树脂砂硬化机理
树脂的固化反应是由于树脂中的酚氧负 离子与酯发生双分子亲核取代反应，其反 应分为两个阶段进行，首先形成不稳定的 中间产物，然后转变为多向交联的体型高 聚物。由于酯参与交联反应，因此酯与树 脂有一定的加入比例，实际使用中一般为 树脂重量的20~30%。
四、合成树脂发展历史
1944年 50年代后期 德国人发明了用来制造壳芯的酚醛 树脂树脂 欧洲开始采用呋喃自硬树脂
1960年前后
1968年
出现呋喃树脂热芯盒法
亚什兰开发出冷芯盒树脂
1970年
1975年
酚脲烷自硬砂
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__________________________________________________ __________________________________________________ 树脂自硬砂工艺 在中小型铸造车间的选择与应用
机械工业部第九设计研究院
树脂自硬砂工艺在中小型铸造车间的应用 __________________________________________________ __________________________________________________ 机械工业部第九设计研究院 吴殿杰
摘要:树脂自硬砂工艺与普通潮模砂工艺相比,不论从环保角度,还是从经济效益,社会效益来看,都已显示出广阔的应用前景。随着人们对产品质量，资源利用和环净保护意识的增强，尤其针对我国目前上万家中小型铸造车间存在的严重能耗及铸件质量问题，更加迫切地要求我们在生产过程及其产品消耗的资源尽可能少，对环境的污染尽可能少。通过全国400多家树脂砂铸造车间经验证明，采用树脂自硬砂工艺对促进铸造产品上质量，上水平，上效益，加强环保及提高企业竞争能力具有独特的优越性和推广价值。
主题词：树脂自硬砂 环保 效益 1.国内树脂砂工艺应用概况 1.1国内中小型铸造车间生产状况 目前，我国铸造行业单件小批生产的中小型铸造车间占很大比重，约占厂点 数的85%～90%，约占全国铸件年产量的50%左右。其中绝大部分仍采用较落后的生产工艺和方法，普遍存在着铸件质量差，能耗大，工人劳动强度大，经济效益差的局面。进些年来，许多铸造生产厂家为了适应市场经济的发展，尤其为适应引进产品制造技术的需要，相应地对现有铸造车间进行了技术改造。其中许多厂家采用了树脂自硬砂工艺。如四川柴油机厂，重庆汽车发动机厂，天津内燃机厂以及许多机床厂，阀门厂，水泵，兵器，船舶等行业都相继采用了树脂自硬砂生产工艺。据不完全统计，到目前为止，国内大陆约有400余铸造厂家(点)采用树脂自硬砂工艺，其经济效益和社会效益非常显著。
1. 2主要采用的树脂自硬砂工艺
通常用于铸造生产的树脂自硬砂工艺有酸固化呋喃树脂自硬砂工艺和碱固化酚醛尿烷树脂自硬砂工艺(PEP SET工艺)。前者多用于机床，泵，阀体行业等中小批量铸件的生产，后者多用于汽车铸造行业等批量较大的铸件生产。 “自硬法”(NO BAKE),就是不需加热的工艺。目前用于铸造生产的树脂自硬砂工艺还有如下： 酸固化酚醛树脂砂工艺(Phenolic/Acid) 酚醛-酯自硬砂工艺(Phenolic/Ester) 油尿烷工艺(Oil/Urethan) 水玻璃酯自硬工艺(Silicate/Ester) 磷酸氧化铝工艺(Alumina/Phosphate) 所有树脂自硬砂工艺所涉及到的都包括树脂组份,催化剂,添加剂以及温度,水份含量,原砂质量,混砂操作等。
1. 2.1呋喃树脂自硬砂工艺
这是国内目前采用比较普遍且较为成熟的一种工艺，从树脂等原辅材料到造型，制芯，再生设备等，国内都已形成一定的生产规模。 呋喃树脂自硬砂工艺能使砂型(芯)达到高的尺寸精度及砂铁(及其它合金)临界面的稳定性，且脱模性好，又有高的抗拉强度和高温热强度，可用于脱箱造型，砂铁比可低于2:1。是许多机床，泵，阀门等铸造行业的主要选择工艺之一。 呋喃树脂的加入量通常是0.9%～2.0%(对砂子),催(固)化剂的加入量通常是20%～60%(对树脂)。为了提高铸型的强度和耐湿性，往往还加些硅烷耦合剂。 1.2.2 PEP SET树脂自硬砂工艺 __________________________________________________ __________________________________________________ 由两种组份即酚醛和异氰酸酯树脂再加入液体胺来促进型砂硬化。此工艺有独特的硬化特性，即可使用时间与起模时间之比很高(达75%),在75%的可使用时间内,型砂流动性极佳。起模时间可以根据催化剂的加入量而进行调节，一般从2min～15min可调，且硬化均匀。 PEP SET树脂自硬砂工艺广泛用于铸铁，铸钢及有色金属铸造上，特别适用于中小型件的高速造型。此法树脂粘结剂加入量为砂子的1%～2%，酚醛(组份1)与聚异氰酸酯(组份2)的添加比例为55:45～60:40。催(固)化剂的计入量为酚醛(组份1)的0.4%～8%。在型砂中加入2%～3%的氧化铁,可使铸钢件表面光洁又可防止碳黑缺陷。将组份1与组份2的配比加大到60:40,可防止由树脂中的氮引起的铸造缺陷。在型砂中加入0.25%的氧化铁,可防止皮下气孔。 1.2.3树脂自硬砂工艺应用对比 呋喃树脂自硬砂工艺和酚醛聚氨酯(PEP SET工艺)及它工艺比较起来,各自应用范围见下表： 树脂砂类型 硬化特性 可操作时间(min) 起模时间(min) 适应范围 备注
呋喃树脂 树脂与硬化剂一接触就硬化 混好就用,就能生产出优质铸件 大于15min 机床,泵,阀,船舶等中小批量 硬化慢且吸湿性大
PEP SET酚醛聚氨酯 可调(2～15min) 75%(2～15min) 2～15min 中小型铸件的快速生产 在操作时间内流动性极佳然后迅速均匀固化 酸固化酚醛 (呋喃替代品) 树脂与硬化剂一接触就硬化 大型铸铁件及有色合金 温度100C～380C,难于管理 酚醛-酯 (水溶性树脂和硬化剂) 增加硬化剂量可以增加硬化速度 操作性好 2～90min 铸钢，成本高,环境好,铸造性好 不含糠醇和氮,游离苯酚和甲醛少 油尿烷 芯子油异氰酸酯 时间较长 时间较长 大型铸件 有逐年减少趋势 水玻璃酯 硬化的铸型 储存性比水玻璃CO2铸型好,使用方便,效果好 适用于各种铸件, 操作环境好 有利于环保
磷酸氧化铝 (无机) 砂子种类对硬化速度影响大,橄榄石砂(碱性)会促进硬化,落砂性差 选用不同固化剂加入量, 2. 5min～2h 之间可调 为满足大气污染法研制得的
抗拉强度Kpa 150 __________________________________________________ __________________________________________________ 100 PEP SET工艺
50 呋喃树脂自硬砂工艺 0 1 3 5 7 9 11 时间(min) 图1硬化速度曲线 另外,呋喃树脂砂中的酸性固化剂在混制过程中,要被石英砂表面的碱性氧化膜中和一部分,故树脂要多消耗一些。此外还根据四川地区温差大和湿度大的特点，采用PEP SET树脂自硬砂工艺就更合适。 整个系统采用JIT(准时化)生产方式,中间库存面积小,各制型(芯)生产线连续向组型(芯)工位提供合格型(芯)。涂料采用浸喷相结合方式,表面干燥炉为贯通热风循环式燃气干燥炉。烘干时间在10～15min内可调，温度在150～2000C也可调。 组型(芯)工位全部采用手工装配方式，并配以悬挂起重机和平衡吊协助完成夹持，起吊，翻转等。套箱由自行葫芦吊运并循环使用。 砂型在两条开式布置的封闭冷却输送线上冷却，然后进入落砂机。托型底板由电动葫芦运至造型制芯工位。 两台串联的振动落砂机加上悬挂磁选机完成预处理。然后进入再生系统。再生系统包括破碎，脱膜，分选。冷却。实践证明，再生后残留在砂粒表面的惰性膜连续覆盖砂粒，不仅使砂粒变得园整，而且热稳定性和高温强度也明显提高。 另外，PEP SET树脂自硬砂工艺操作简单，适应性强，占地面积小，设备投资低，节省能源，操作条件好，生产准备周期短以及铸件质量高等一系列优点，是中小型铸造车间的适用工艺。四川柴油机厂以及重庆发动机厂等许多厂家的树脂自硬砂工艺的采用都已证实了这一点。 1.3.2树脂自硬砂生产线的选用 树脂自硬砂生产线一般包括混砂造型制芯系统和落砂再生系统。砂再生系统的选择至关重要。砂再生过程中的破碎，磁选，脱膜，筛分，去灰，冷却是一个综合处理过程。选择合适的吃砂量和砂铁比，保证落砂破碎性能，使进入再生系统的砂团小于3mm是重要一环。同样，根据树脂砂类型选择软再生或硬再生设备同样也很重要。象四川柴油机厂的PEP SET树脂砂再生设备选用美国DF公司的机械旋转碰搓再生机。与日本太阳铸机公司的RC型离心再生机相似，属于软再生。日本SINTON公司，意大利IFM公司，美国IMM公司的气流撞击式再生设备属于硬再生，动能消耗大，脱膜率高，适合铸钢或牌号高的铸铁车间。德国KLEIN公司的机械振动式再生设备对小型铸造车间较合适。 国内如苏州通力铸造机械厂，无锡锡南铸造机械厂，保定，螺河，重庆，青岛天泰等10多个厂家都已生产出各种型号系列再生设备，如3t/h,5t/h,10t/h,15t/h,20t/h机械离心式或机械振动式再生设备，已有几十台套分别用于中小规模的树脂砂铸造车间。 1.3.3 树脂自硬砂工艺的选用 从我国目前树脂自硬砂工艺应用状况来看,大约有100多条自硬砂生产线在运转。自硬型树脂全年用量大约2500吨～3000吨左右，其中约1000吨左右为酚醛聚氨酯即PEP SET树脂(含三乙胺冷芯盒法),其余大部分仍为呋喃树脂及其它。 如前所述，自硬砂粘结剂有多种。但常用的仍为呋喃树脂和PEP SET树脂。选择何种粘结剂要根据本厂实际情况，铸件种类，生产纲领等综合考虑。选择尺度见下表。
类型 工艺 型芯数量 (个/a) 铸件年产量 (t/a) 备注