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自硬呋喃樹脂砂應用總綱
發布時間:2017-01-6

 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於英語的 Furan No-Bake process,它表示以呋喃樹脂為粘結劑,並加入催化劑混製出型砂,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
原子和其它元素原子 ( O S N   )共同組成的環叫做雜環、組成雜環的非碳原子叫雜原子。含有雜環的有機化合物叫做雜環化合物。所謂呋喃,是含有一個氧原子的五員雜環有機化合物,它是表示一族化合物的基本結構總稱。在呋喃係中不帶取代基的雜環作為母體,叫做呋喃,它的衍生物則根據母體來命名。呋喃本身在互業上並無什麽用途,但它的衍生物——糠醛和糠醇,卻是互業上的重要原料,它們是最重要的呋喃衍生物,糠醛學名叫α——呋喃甲醛,糠醇學名叫呋喃甲醇。它們的分子結構如下:含有糠醇的樹脂稱為呋喃樹脂。作為鑄造粘結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、呋喃樹脂的硬化機理
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50%。其硬化機構很複雜,現在還未完全弄清楚,但基本的樹脂化反應包括了糠醇的第一醇基和呋喃環的第五位氫之間的脫水縮合,此外呋喃環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

1 — 2自硬呋喃樹脂砂的優缺點
一、自硬呋喃樹脂砂具有以下優點:
1
.鑄件表麵光潔、棱角清晰、尺寸精度高。這是由於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)的傷損和變形;(2)砂型(芯)固化後起模,減少了因起模前鬆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、表麵穩定性好,故芯頭間隙小、分型負數小,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,熱穩定性好,可以有效地抵禦澆注時的型壁退讓、遷移現象,減少了鑄型的熱衝擊變形(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。
 
所述,由於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麵質量、鑄件幾何尺寸精度方麵比粘土烘模砂可以提高1— 2級,達到 CT7-9級精度和 1 2mm/600mm的平直度,表麵粗糙度更大有改觀。

2 .造型效率高,提高了生產率和場地利用率,縮短了生產周期。這是由於( 1)、型砂流動性好,不需搗固機緊實,節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,節約了起模後修型工作量;( 3)型(芯)上醇基塗料點幹後可省去烘幹工序,節約了工時和場地; (4)舊砂回收後幹法機械再生,使砂處理為封閉係統,便於機械化,可以節約大量舊砂處理,型砂混製、運輸等輔助勞動;( 5)型砂的潰散性好,落砂容易,修整工作量少、(6)節約了一些造型(芯)前的準備工作量。如插芯固等。根據一般統計,用自硬呋喃樹脂砂代替粘土烘模砂後,生產效率可提高 40— 100%,單位造型麵積產量可提高 20— 50%。  

3 .減輕勞動強度,大大改善了勞動條件和工作環境,尤其是減輕了噪音、矽塵等,減少了環境汙染。
  4
.節約能源。這表現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,從而在節水、節電、節煤(焦)等方麵效果顯著。
 
脂砂型 ( )強度高 (含高溫強度高)、成型性好、發氣量較其它有機鑄型低、熱穩定性好、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,可以製造出用粘土砂難以做出的複雜件、關鍵件。

5 .舊砂回收再生容易,可以達到 90— 95%的再生回收率。在節約新砂、減少運輸、防止廢棄物公害等方麵效果顯著。
二、自硬呋喃鑄型有一些缺點,應采取相應對策。
1
、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格要求;
2
、氣溫和濕度對硬化速度和固化後強度的影響較大;
3
、與無機類粘結劑的鑄型相比,樹脂砂發氣量較高,如措施不當,易產生氣孔類缺陷;
4
、硬化機理是脫水縮合型,故硬化反應需一定時間,模樣的周轉率較低,不易適應於大批量鑄件的生產;
5
、砂相比,成本仍較高;
6
、鐵件或低 C不鏽鋼等鑄件,表麵因滲硫或滲碳可能造成球化不良或增碳,薄壁複雜鑄鋼件上易產生裂紋等缺陷;
7
、時有剌激性氣味及一些有害氣體發生, CO氣發生量較大,需有良好的通風條件。
1 —3
自硬呋喃樹脂砂的發展概況
      
樹脂最早作為鑄型用粘結劑是 1958年在美國開始使用的,當時是作為熱芯盒粘結劑使用的。把它作為自硬性鑄型進行研究是 1963年- 1971年在英國進行的。這個期間從基礎研究到生產大鑄件都作了紮實的實用化研究。其結果,報導了用少量粘結劑能獲得很高的強度,鑄型潰散性好,鑄件尺寸精度高,生產效率提高等一係列優點。為獲得今天這樣的發展奠定了基礎。在歐美, 70— 80年代是自硬呋喃砂取得飛躍發展的時期。在日本將自硬呋喃砂用於生產一般鑄件是從1973年開始的,約十年左右,全國多品種小批量的中、大鑄件生產中有一大半過渡到用自硬呋喃鑄型來生產。這種發展趨勢至今方興未艾,盡管其他有機自硬鑄型開發了更多種類,然而現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,但僅限於個別廠家和研究單位搞試驗。從八十年代初,尤其是1982年以後,隨著改革開放政策的貫徹,我國與國外合作生產的工廠增多,不少合作生產的外國廠家都對鑄件生產提出來用自硬樹脂砂的要求,否則無法合作。對國內來說,以出口產品為主,對鑄件質量的要求也越來越高。於是在這種社會生產發展的新形勢下,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品質量的重要途徑,是振興鑄造行業改變後麵貌的必由之路,是機械產品躍入國際市場的基本保證。因此八十年代我國鑄造生產戰線上形成了樹脂砂熱。由於自硬樹脂砂最適合於多品種小批量的中大鑄件生產,所以機床行業、水泵行業、閥門行業和造船、石化等行業在樹脂砂推廣應用中走在最前麵。迄今為止,據不完全統計,我國已引進樹脂砂處理生產線不下五十家,國內有三大鑄機廠(重慶、保定、漯河)已正式生產成套樹脂砂設備。另外,生產原輔助材料的廠家遍布各省,原輔助材料的質量進步很快,有些已接近或達到國外同類產品的水平。事實表明用樹脂砂工藝取代粘土烘模砂生產多種小批量中大鑄件是今後國內鑄造業界的發展方向之一。

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,作為粘結劑用的呋喃樹脂,作為催化劑用的酸類固化劑和作為添加劑的矽烷偶聯劑等,樹脂砂造型中必須的輔助材料有塗料、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
     
仍選用天然石英砂。對於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。這裏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(即 SiO 2)、長石和雲母,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1713℃,具有耐高溫、耐磨損等優點。若原砂中石英( SiO 2)含量高,則原砂的耐火度和複用性都好。長石是鋁矽酸鹽,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 11001250℃,因其熔點低、硬度低、不耐磨、易粉碎,會降低樹脂砂的複用性和耐火度。雲母是種含鋁矽酸鹽,有黑白雲母之分,白雲母的成分為( 3AI 2O 3 6SiO 2 H 2O)。雲母的熔點為 11451270℃,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複用性很有影響。總之,在選擇原砂時, SiO 2含量應盡量高一些,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。一般來說,鑄鋼用原砂SiO 2含量應大於 95%,鑄鐵應大於 92%,有色金屬可以低一些。雜質允許含量還與舊砂是否再生回用以及下麵談到的耗酸量有關。
二、粒形和表麵光滑度

對於粒形,要求園形或類園形,砂粒表麵應光潔平整,沒有孔洞或裂紋。這樣的砂粒表麵積小,砂粒表麵塗上一層薄膜所需的樹脂量少些。一般用角形係數表示砂粒形園整度,人造石英砂雖然 SiO2含量高,但粒形為多角形甚至尖角形,角形係數太大,需經研磨處理,一般不采用。天然砂中角形係數最小的要算風積砂,如內蒙通遼一帶的大林標準砂,角形係數小於1.2,呈圓形。為了改善粒形,對原砂最好進行擦磨處理。目前我國唯一生產擦磨砂的是江西星子砂礦。該礦對原砂經擦磨處理後,角形係數從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,砂粒表麵空洞裂紋不僅無效消耗樹脂,而且砂粒易碎,影響複用性及粒度保持性。三、粒度分布及微粉含量
           
粒形相同的原砂,以粒度較粗的總表麵積小,樹脂用量少,透氣性好,耐火度高。粗砂的缺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,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。由於微粉表麵積很大,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,據介紹細粉狀比粒狀耗酸值要大3— 10倍。一般要求原砂含泥量應小於 0.3%

四、含水量

樹脂砂的硬化是放熱反應,原砂含水量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13.2kg /cm 2降低到 8.6kg/cm 2,固化時間也從 30分鍾延長到 70分鍾。國外一般要求原砂含水量小於0.1%,國內一般要求小於 0.2%。所以對樹脂砂用原砂應進行幹燥處理。

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,由於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 6.5 7.2,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 CaCO3的耗酸量遠遠超過了其它物質,不易固化,需經過淡水衝洗或擦洗,擦磨處理。前麵也談到 ,原砂中 SiO2含量減少時,長石、雲母和其它雜質會增加,長石和雲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於水的堿性物質,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,由於新砂加入量少,耗酸量的影響較輕,但對於全部采用新砂的樹脂砂,耗酸量的影響則不可低估一般應控製在 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目前比較適合於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。          

2 — 2再生砂
           
對澆注後的樹脂砂經砂塊破碎後的砂粒,通過機械摩擦等方法將其表麵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濟意義,同時對鑄件質量有一定好處。以下介紹再生砂幾項主要性能。

            一、粒度變化
           
舊砂反複再生回用後,在粒度變化上存在變粗和變細的兩種因素。前者是因為除塵去掉一部分細粒及微粉,砂粒表麵殘存有機物固化層等等;後者是因為砂粒的破碎等。總的來說當原砂耐破碎強度較好,二種因素基本可以抵銷,使粒度分布變化不大。

            二、灼燒減量

灼減量中有機物殘留量的一種度量。舊砂回用中,每次混砂後有粘結劑積累,但澆注和再生以及加入新砂都可衝淡有機物殘留量的比例,通過 10次以上的反複回用,可使舊砂中的灼燒減量穩定在一定的水平上,即這時每次加入的粘經劑量與澆注、再生、新砂所減少的粘結劑量相平衡。這時的灼燒減量稱為再生砂的灼燒減量。灼燒減量與鑄型發氣量成正比,所以灼燒減量高,則鑄件易產生氣孔缺陷。對鑄鐵件,一般要將再生砂灼燒減量控製在 3.0—3.5%以下。鑄鋼則要求在 2.5以下。

三、 微粉含量

  這也是監測再生砂的主要指標,微粉除了破碎的砂粒以外最主要的有再生時剝下的樹脂膜及塗料成分、燃燒過的有機物灰塵,將大大增加灼減量、降低強度、影響透氣性,所以再生砂必須通過風選或篩分,將微粉含量(底盤)控製在0.3%以下。

 四、其他

再生砂與新砂相比,耗酸量大大降低,甚至呈負值。由於石英經過澆注時的多次α  β相變,以及表麵的殘留樹脂的緩衝作用,其熱膨脹係數有所降低,有助於減輕鑄件機械粘砂及脈紋。使用同樣的樹脂,再生砂也比新砂的強度高,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 N %
           
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  N量( %

                無 氮 樹 脂    <0 30
           
低 氮 樹 脂  0 .    30-3 0
            
氮 樹 脂  >3 0— 6 0
           
高 氮 樹 脂  >6 0
二、主要技術參數
1
、糠醇含量
       
作催化劑的呋喃樹脂,含糠醇量一般在 50%以上。最常用的是脲醛糠醇樹脂。隨著糠醇含量的提高,常溫強度增大 ,強度最高,當 FA量為 70— 80%時,常溫強度最高。對於高溫性能而言,隨糠醇含量的增加,呋喃砂的熱強度也相應提高。從圖 2— 1所繪製的曲線可以看出,在 815℃時,不含糠醇的脲醛樹脂,其呋喃砂的殘留抗壓強度約 3.5Kg/cm 2,在 1371時,脲醛樹脂砂試樣不到5分鍾就潰散了,強度為零,當含40%糠醇時,強度就高的多了。這就是為什麽對黑色金屬選用高呋喃樹脂,而有色金屬隻要用低色呋喃樹脂即可的原因。

 2 、含氮量
       
當含氮量在某一範圍內時,隨含氮量的增加,呋喃砂的常溫強度提高,當含氮量小於
1%
,常溫強度急劇下降。與此相反,含氮量增加,降低熱強度。所以高氮的樹脂隻能澆注有色金屬件。含氮量增加易使鑄件產生針孔,對於凝固區間較寬的鑄鋼來說,對氮氣針孔最為敏感,希望采用低氮或無氮樹。對鑄鐵件而言,在舊砂回用的情況下,也應選用氮含量<3.5%以下的樹脂。一定的含氮量有利於減少呋喃樹脂的脆性,降低型砂的膨脹,有利於減少鑄件表麵脈紋的產生。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 、遊離甲醛

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,樹脂中遊離甲醛明顯增加,硬化速度也加快。但樹脂中遊離甲醛刺激性氣味大,對人體健康不利,因此要求遊離甲醛含量小於0.5-1.0%。我國衛生頒布的衛生企業設計衛生標準 TJ36-79)中規定車間空氣中有害物質甲醛的最高允許濃度為 3mg/m3.           

 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,則原砂表麵包複層就較厚,加入量低時不易均勻,這在連續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小於100CPS,攪籠用的粘度最好小於 50CPS 25)糠醇含量提高可使樹脂粘度降低。

 5.PH

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製 ,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 ,甚至影響鑄件產生氣孔缺陷.另外水分還會促使加入樹脂中的矽烷偶聯劑發生水解失效 .所以自硬樹脂的含水量在技術質量標準中有規定 ,一般高呋喃樹脂應不大於2%,中呋喃樹脂不大於 5%,低呋喃樹脂不大於 10%.  國內自硬呋喃樹脂近年來發展較快,表 2— 2列舉了一些主要的樹脂廠和所產樹脂的技術參數及性能。

 2-4 固化劑
           
自硬呋喃砂是以酸作為固化劑。常用的有機酸有苯磺酸、對甲苯黃酸、二甲苯黃酸等,無機酸有磷酸、硫酸乙酯等。當磷酸作固化劑時,製好的型芯吸濕性強,且磷酸在砂中容易蓄水,隻有在球鐵或低碳不鏽鋼鑄件的情況下,為防止鑄件表麵滲 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,配製時也有一定危險,雖然固化速度快,但終強度不高,也有在砂中蓄積的問題,隻有在一次性使用的自硬砂中,而且氣溫太低時才使用。一般都是用有機酸坐固化劑。

            對甲苯磺酸是白色結晶粉末,溶於水或酒精中使用,根據其酸值和濃度的不同,一般適合於春、夏、秋季使用,二甲苯黃酸則適應性更強,根據其酸值和濃度的不同,一年四季都可使用。固化劑的技術參數主要有酸值、遊離硫酸含量、粘度等。           

2-5 偶聯劑矽烷
           
矽烷在樹脂中主要是起加強作用。通過矽烷分子 Si OCII 2 3基因,在一定條件下,它能與砂粒表麵的基產生縮合作用,釋放出甲醇,形成矽氧鍵,這樣矽烷與沙粒連接起來,另一端環氧基遇酸以後,環被打開,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矽烷的架橋作用被偶連起來了。因此樹脂對矽砂(砂粒)表麵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。

當矽烷加入量超過一定量以後,雖然增加加入量仍能繼續提高強度,但提高的幅度將緩和的多,加上矽烷價格昂貴,所以最佳加入量為 0.20.3%即可。矽烷加入樹脂後,隨時間的延長,會遇水分解,試驗表明,加入一周後,其增強作用將降低70%,故一般都是使用前臨時加入為宜。國外也有將矽烷直接加入樹脂內供應的,半年內矽烷作用仍不衰退,這與樹脂質量和矽烷品種有關。

2-6 幾種輔助材料

砂對塗料的要求較粘土砂高,首先,呋喃砂的孔隙率高,而且有機粘結劑在高溫下不能承受較長時間,這就要求塗料的固體含量高,粉料粒度細,粉料及粘結劑的耐火度高,抗爆熱能力強等。從溶劑上分,塗料有水基、醇基兩大類。醇基塗料可以省去烘窯,提高效率和麵積利用率,水基塗料則成本低,樹脂不會過燒,塗層質量高(流平性及塗層厚度好)。從耐火骨料主體來分,有黑色係、白色係(淺色塗料),目前看來,對鑄鐵件而言,以石墨為主的黑色塗料仍是性能最好的。至少麵層塗料應使用石墨塗料,但需添加皓英粉以提高耐火度;粉料細度均應細於325目,以便於底層塗料有一定滲透深度,防止滲鐵和脈紋。從製備方法上說,用球磨機甚至膠體磨混製塗料是目前較流行的。型(芯)的起摸是在砂型(芯)初步硬化後進行的,不象粘土砂那樣可以鬆動一下模樣。加上樹脂,固化劑對模樣有一定的附著力或粘砂現象,所以如果不在模樣上塗適當的脫模劑,會給起摸造成很大的困難,模樣容易被拉壞,型腔或型芯表麵也會造成不光潔,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。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。分型劑、濾渣片(網)、型芯通氣管等等,也都隨著樹脂砂互藝的推行而被開發出來,目前輔助材料也逐步轉向專業化生產。

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,開始有一個孕育期,這時反應很緩慢,強度上升慢,然後強度迅增,到 5小時以後強度的上升又緩慢了,到 24小時後則升高非常緩慢,基本趨於穩定值,故將 24小時的強度定為終強度。作硬化特性曲線應選用標準砂製作式樣,以便互相比較。隨著樹脂、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。

一、樹脂砂可使時間

樹脂砂混製好以後,即開始了樹脂的固化反應,如果混製好以後停留一段時間再造型,則會將已經交聯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。如果將混製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,可以作出象圖 3— 2那樣的曲線。我們將終強度為剛混製好砂的式樣終強度 70%的試樣製作時間稱為可使用時間。超過可使用時間的秒,流動性惡化,給製芯帶來困難,甚至無法做成,做成的強度也低,充填密度也小,表麵穩定性也差,容易引起衝砂和傻眼缺陷。所以樹脂砂造型製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完成造型操作。生產現場上判定可使時間的方法,一般是當型砂開始發粘,呈粘連,即認為已超過了可使用時間。

二、可起模時間

 樹脂砂造型製芯後,必須等型砂建立一定強度後才可起模,否則型和芯繼續發生變形和破裂等,一般認為型砂抗壓強度達到 1.4Kg /cm2,作為可起模強度,將這段時間稱為可起模時間。生產現場可通過經驗判定起模時間,一般手持釘子向砂型(芯)中紮不進去時,被認為是可以進行起模了。

3-2 影響呋喃砂硬化特性的因素

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、環境的溫度與濕度等也對樹脂砂的硬化特性有一定影響。

環境溫度和濕度
     
硬化速度隨環境溫度升高而加快,可使用時間也隨之減少。理想的環境溫度一般為 20—30,一般溫度高,初強度與終強度也高些,可起摸時間縮短。但當環境溫度達 40時初強度隨較好,但終強度卻比 15還要低。硬化反應是一個縮合反應,有水分折出,所以環境濕度大影響硬化反應的進行,降低初強,也降低終強度。為此,根據氣溫與濕度的變化,需調節固化劑的品種和加入量。

砂溫
     
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,終強度和表麵穩定性也會降低。砂溫低於 5,則硬化困難。為此,對於混碾前的砂預先進行調溫處理,尤其是舊砂回用情況下,舊砂再生後溫度仍可達90℃左右,經過砂冷卻裝置後,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,需耗費一定量固化劑以中和砂中堿性物質,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

穩定性

將經 24小時硬化後的φ 50× 50試樣稱重 W 1;然後放在 14目篩上振動 2分鍾,再稱重 W 2,則表麵穩定性為: SSI=W 2/W 1 × 100 %砂型(芯)表麵穩定性不足會導致衝砂及砂眼、機械粘砂等缺陷,一般來說表麵穩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,造型時適當的緊實,芯盒填砂麵用刮刀墁平等等都可提高表麵穩定性。生產上要求砂型(芯)的互作表麵(即與鐵水接觸的表麵)穩定性應大於 90%,現場經驗判定方法是用手指摩擦硬化後的型(芯)表麵,一般以摸不下砂粒為準。
           
透氣性

它與硬化速度無關,與砂的粒型和粒度組成有關,顆粒越小,粒度越分散,含微分越多則透氣性越差,粘結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點,他彌補了有機鑄型發氣量大的優點,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。

 發氣量
           
呋喃樹脂是有機粘結劑,型砂發氣量主要與樹脂的成分和加入量有關。脲醛的發起量大,而糠醇和甲醛的發氣量低。加入量大,發氣量相應增大而且發氣時間也延長,但與發氣的增長率不成比例脂加入量與發氣量的變化關係。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,除了經濟上的原因之外,也是為了盡量降低砂型發氣量,以減少鑄件的氣孔、嗆火等缺陷。由於發氣量與型砂灼減量成正比,為方便起見,生產廠常以測定型砂灼熱減量的方法代替測定發氣量。

潰散性
           
其指標用高溫殘留強度高低來反映。將試樣經 24小時硬化後放在 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。實際砂型澆注後,由於樹脂砂導熱性較差,靠近鐵水部分的砂層經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。

高溫強度
           
是指式樣在高溫(如 900)狀態下測得的強度。對於有機係鑄型而言,要保證鑄型經受住金屬溶液的熱衝擊,是鑄件凝固前鑄型不至於過早潰散。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
呋喃砂的混製
           
一、型砂配製程序
           
為了使樹脂、固化劑、偶聯劑能在最短的時間裏均勻複蓋在砂粒表麵,需利用混砂機混製。根據混製的程序不同,分為單砂雙混法和雙砂三混法二種,它們的混製程序:砂 + 固 化 劑 砂 + 固 化 劑 砂 + 樹 脂。 根據混砂機構造不同分為連續式混砂機和間歇式混砂機兩種。連續式混砂機一般為攪籠式。固化劑和樹脂分別通過定量泵先後加進(單砂雙混)或分別加進(雙砂三混法)攪籠裏的砂中被螺旋葉片混合均勻後連續放出。間歇式混砂機有低速的普通攪拌機和高速旋轉的碗形混砂機。需要指出的是,當樹脂加入已混和有固化劑的砂中後,應該在數秒鍾至半分鍾內混好盡快出砂造型,不可在混砂機內混製時間過長。

            二、樹脂與固化劑的加入量
           
隨著樹脂加入量增加,呋喃砂的終強度將增加。一般抗拉強度應大於 8—10Kg/cm 2或抗壓強度大於 25—30Kg/cm 2即可。這時還應考慮型(芯)的大小,複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劑,而且增加發氣性促成氣孔類缺陷,同時降低潰散性增加落砂出芯的困難。

            4 — 2 造型製芯操作

 模樣準備

可以采用木模、金屬模和環氧樹脂塑料模,對單件要求不高的鑄件還可使用泡沫塑料做的一次性模樣。

冬季使用金屬模或金屬型板會影響硬化,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,對限製拔模斜度的模樣可做成抽芯式。澆注係統和圓角盡量在模樣上做出,起模螺栓應裝置緊固。

 造型前應檢查模樣是否完好齊全,木模表麵應平整光滑,不得有裂紋、劃痕,並在造型製芯前塗上脫模劑。放砂前要仔細檢查活塊是否齊全到位。

芯骨與吊攀的準備

製芯前應準備好必要的芯骨與吊攀。由於樹脂砂強度高,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,吊攀下鉤處注意插橫擔鐵條。

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、活塊凸台下等不易充填部位的緊實操作。緊實可用木棒搗、用手塞,填砂麵可用腳踩或木錘緊實。緊實不好的鑄型或局部表麵,其表麵穩定性差,容易造成機械粘砂(滲鐵)、衝砂及砂眼,而且起模後鑄型的疏鬆難以修補。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鬆動。直澆口棒及出氣、冒口棒應在造型後幾分鍾內拔出。入砂中對於連續混砂機的頭砂,因樹脂量和固化劑量不正常,應接放在提桶時裏當背砂使用。否則鑄型內表麵有局部不硬化或強度不夠時往往要整箱敲掉。   重視直澆口處型砂的強度,因直澆口表麵穩定性不夠引起的衝砂往往是造成鑄件砂眼缺陷的重要原因。同樣,對於與鐵水接觸的芯盒添砂麵,為增強表麵穩定性,應及時用墁刀刮平。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。對填砂麵的吊攀應在造型後即使挖出吊攀頭部。對於非型板模樣多箱造型時,應在分裂麵上刷一層分型劑(一般用滑石粉)。

起模與修型

樹脂砂起模時間要控製適當,過早易變形,太尺起模困難,因此,一般在造型後約半小時左右,用洋釘( 3“—4”)向鑄型裏紮,若紮不進去時,一般說來即可進行起模了。由於樹脂砂型起模是在半硬化狀態下進行的,所以需利用較大的衝擊力,這時要注意起模樣的平衡性,不要用鐵榔頭直接敲擊木模,應墊上木塊或用橡膠、塑料、木製榔頭。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。對於起模或搬運中不慎破損的部分,成塊的可塗專用的型芯修補粘合劑後回原處,必要時用釘子加固,其它破損處可用新混製時樹脂砂填補,並用墁刀刮平。修過的部分,其強度和表麵穩定性較差,所以最主要的是要很仔細小心的做好起模、搬運、翻轉等互作,最大限度的減少修行操作。造型與製芯時要特別注意放好出氣。

上塗料

 剛起模的型和芯不易立即上塗料,因為這時樹脂的硬化反應還處在初級階段,遇到塗料中的水分(溶劑)影響硬化的正常進行。若使用酒精快幹塗料,需立即點火燃燒,又會使未反應完全的樹脂過燒,這些都會降低鑄型(芯)的表麵穩定性。一般應在造型後4— 8小時以後才可進行上塗料作業。為防止溶劑和水分過多地滲進型芯深出,影響塗層的幹燥程度,並保證塗層厚度以提高抗金屬滲透能力,塗料必須有一定濃度。在塗刷性能(如流平性、易塗性等)可以的情況下,應保證塗料濃度有 30“ Be以上為宜。塗前攪拌均勻。刷塗料要自上而下進行,不要使塗料流掛堆積、應塗刷均勻、減少刷痕,還要注意不得漏塗,整個澆注係統都必須塗到,在不便塗刷時防止澆口陶管。為了合箱時不使砂粒掉入型腔,蓋箱頂麵的澆冒口、出氣空上也要刷上塗料。但在芯頭部位不要上塗料,以免影響配模精度和阻礙排氣,這一點在浸塗時尤應注意。醇基塗料上好後應及時點燃自幹。為了提高塗料的燃燒性能,應選用 95%以上酒精作為稀釋溶劑。水基塗料上好後應進烘房在 150—180℃下烘幹 1— 2小時。塗料的充分幹燥對防止氣孔至關重要,在燃燒不良的情況下應用噴槍補充幹燥,但注意火力不要過猛,引起樹脂過燒。

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:

 o 因燒注中發氣量大,要注意在箱上的行腔高點、芯頭端部留出氣孔,以使行腔內和型芯內的氣順利排出。

o 要采取防止鐵水鑽芯頭的措施,以避免槍火和氣孔。

o 吊攀頭部要用新混製的砂修平並上塗料和點幹。吊攀處修補時應插上合適的釘子。

o 為防止抬箱跑火,砂箱卡子應緊固並緊固好,分型麵應放封火泥或石棉繩。

 o 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麵或埋住,以防跑火。

o 合好的箱應墊空放置,以利低麵也能通暢排氣。

o下芯後合箱前應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)淨。合箱前在對鑄型整體用噴槍烘幹一次。冷鐵、芯撐等應幹燥清潔無鏽蝕。

            4 — 3 澆注、開箱及清理

 澆注

為了減少澆注過程的發氣量,澆注係統一般設計得較粘土砂大。澆注時應貫徹快速、不斷流、嚴格擋渣、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於充滿狀態。為了開箱方便、延長砂箱使用壽命,要求澆注後當冒口圈和澆口杯凝固後,趁熱將砂箱頂麵溢流出的披縫鐵敲掉,並將澆口杯搬掉。其他澆注應注意事項與粘土砂同。

開箱與落砂除芯

樹脂砂保溫性能好,澆注後鑄件冷卻較慢,對易裂和易產生白口的鑄件應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將局部提前除去型砂,使該部位裸露在空氣中冷卻。原則上應先開箱,吊出或翻出鑄件後,再將砂箱放在落砂機上落砂,以免鑄件被碰壞。由於靠近鑄件的型砂層已潰散,所以落砂前開箱和取出鑄件並不十分困難。除芯作業因型砂的潰散,一般用互具或風槍進行即可。樹脂固化後不溶於水,所以一般不采用水力清砂。其他要求與粘土砂要求相同。

樹脂砂造型工藝參數

 澆注係統的設計:澆注係統的基本原則是:快速(大流量)封閉、防止紊流與氣體卷入,保證壓頭。

澆注速度 :計算方法可參照粘土烘砂,但澆注速度應盡量快,一般說來, 500Kg以下鑄件澆就時間不超過 20秒為宜; IT重鑄件不超過 40秒;即使 2— 3T重的鑄件也盡量在 1分鍾內澆注完畢。快速澆注有利於較快建立壓頭,使鑄型大量發氣以前做到衝心充型完畢。這樣既有力於防止氣孔缺陷,也有利於減少鑄件的熱粘砂和冷隔。

澆口型式與澆口比:對於高度較小的鑄件可以將內澆口開在分型麵上,但較高鑄件應優先采用底注澆口。推薦采用 F直: F橫: F =1.5 1.25 1.0那樣的封閉加壓澆注係統。可以較好的避免氣體被卷入型腔,同時擋渣效果也好。對於長度較大的鑄件,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,可設置二道直澆口從兩端同時澆注。對於階梯澆口,應盡量避免上層輔助澆口過早進鐵,為此上下內澆口最好有各自的直澆口。        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,冒口比粘土砂的小,可以改用出氣冒口或溢流冒口。但應多設頂部出氣口,以保證行腔中的氣體盡快排出。在外型的各部分芯座上應盡量做出與大氣相通的通氣孔,以保證型芯中氣體順利逸出。

  4---5互藝設計參數

收縮率

 樹脂砂對鑄件收縮率的影響較為複雜。一方麵,由於芯骨簡化、潰散性好、對收縮阻礙小,另一方麵,樹脂砂熱膨脹係數大,樹脂粘結劑也有一定的熱強度,使收縮率有減小的因素。故在實際生產中發現樹脂砂鑄件的收縮率可以在 0.8—1.4%範圍內變動。總的傾向是縱長方向收縮率較橫向的大;外型的收縮(包括形成外型的型芯)較芯型的大;長大鑄件的收縮較小鑄件來的大。但樹脂砂鑄件的同一處的尺寸在相同條件下的收縮率其複現性較好,因此對於要求較高的尺寸可通過試製加以修正,能夠找出較為標準的收縮係數。一般設計中,可試采用外型(包括外型芯)1.0— 1.2%,型芯 0.8— 1.0%的收縮率。 • 吃砂量 可取比粘土砂小的多的吃砂量。主要根據鑄件的大小、壁厚不同來選取。一般距砂箱壁的吃砂量可取 20—50mm即可。上下麵的吃砂量可取 50—100mm,蓋箱頂麵吃砂量還應考率鐵水壓頭的需要適當增高,否則需通過冒口圈、出氣孔圈、澆口杯的高度來補充,這時要注意粘合良好,防止圈底杯底跑火。芯頭間隙與分裂係數芯頭間隙應小,避免漂芯或型芯退讓。根據型芯大小不同芯頭間隙可取 0—1.5mm,分型負數原則上可以不放。      

拔模斜度

樹脂砂模樣的拔模斜度較粘土砂略大。有些鑄件不允許有拔模斜度處可采用抽芯方法製模樣或用脫開式芯盒。使用優良的脫模劑可以使拔模斜度稍小一些。

加互餘量

樹脂砂鑄件尺寸準確,直線度也好。加互餘量可減少 1/3

4- -6呋喃樹脂砂鑄件缺陷及其對策

1、氣孔

產生原因

o 樹脂添加量過多,樹脂中氮含量過高。

 o 醇基塗料的溶劑中有變質酒精、含水分較多或塗料的濃度太低,點火後幹燥不徹底。

o 水基塗料幹燥不充分。

o 造型互藝方案不良。其中影響較大的因素有:澆注速度過慢;通氣方案不良;澆注係統尺寸合比例不當;壓頭太低。

o 回收再生砂的灼減量過高。

 o 造型(芯)後尚未充分固化就過早合箱澆注,造成發起量過大。

o 造型操作不當。如芯鐵外露,芯頭鑽鐵等。

防止氣孔類缺陷的措施

針對以上各條產生原因,采取以下相應對策:

 o 選擇含 N量較低的樹脂,並千方百計降低樹脂添加量,即( 1)選用粒型圓整、粒度適中、含微粉量低、耗酸量低的原砂;(2)添加偶聯劑;( 3)選用強度性能好的樹脂及適當的固化劑等,盡可能將樹脂添加量將至砂重的 1.2%以下。重視塗料的溶劑質量;塗刷前對塗料充分攪拌,濃度應大於 30“ Be;塗刷料後即時點火幹燥。

o 使用水基塗料後應在小於 180溫度下烘烤 1— 2小時以上,務使塗料充分幹燥。

o 製定互藝方案時要注意提高澆注速度,合理有效的設計通氣;掌握快速、封閉、底注、不紊流的設計原則。

o 使回收砂灼減量控製在 3.0— 3.5%以下。主要措施是盡量降低砂鐵比,選擇優良的再生設備,注意再生砂的管理。

o 型芯最好隔天使用,鑄型也應在造型 4— 6小時以後再上塗料及合箱澆注。

o 嚴格造型(芯)、配模操作。芯骨不要外漏,芯頭要有防止鑽鐵措施,以免嗆火造成氣孔缺陷。

以上主要討論了因呋喃鑄型本身而造成的侵入型氣孔缺陷,實際生產中因鐵水溫度及溶煉質量等因素引起的氣孔比例也不小,要注意具體分析、對症下藥。

機械粘砂與脈紋

 產生原因

型砂骨料粒度分布不當及造型(芯)時緊實度太低。

塗料耐火度低、塗層厚度不夠。

新砂用量較大時易產生滲鐵與脈紋,尤其當新砂的 SiO 2含量很高時。

造型操作不當引起的型砂強度過低、表麵穩定性差,促使粘砂脈紋的發生。如使用超過了可使時間的型砂,連續式混砂機的頭砂尾砂充當麵砂,修模型砂(芯)表麵時引起的表麵穩定性降低、砂溫過高等。

防止粘砂及脈紋的措施

針對以上各條產生的原因,采取以下相應對策:

使砂的粒度分布範圍適當加寬,如選用 30/70目砂時,粒砂的集中分布分散到 30 40 5070四個篩號上。造型(芯)時要保證各部位麵砂的緊實度。尤其注意死角處搭子下等不易緊實的部位。保證塗料質量,尤其是耐熱性、骨料細度、固相成分含量(濃度或波美度)等性能,同時上塗料操作要保證塗刷質量和厚度、防止漏塗等。

舊砂再生回用是減輕和防止機械粘砂與脈紋最有效的措施。

注意操作保證鑄型(芯)強度和表麵穩定性。混砂時砂溫應控製在 40以下。

砂中加入適量氧化鐵粉或使用鉻礦砂。澆注溫度不宜過高。

3、衝砂與砂眼

 發生原因

澆口表麵粗糙、塗料未塗到或塗層厚度不足往往是引起衝砂成砂眼的重要原因。

造型(芯)操作不當引起表麵穩定性差。如緊實不足、型(芯)麵修模粗糙、修補處或填補吊攀處未達到強度和粘合的牢固性不夠,超過了可使用時間的型砂等等都有可能發生衝砂引起砂眼缺陷。

對策

澆口棒應光潔。橫澆口和內澆口最好用橫樣做出。各部位澆口都要認真上好塗料,對於較深的直澆口,底注內澆口可用陶管做出。

嚴格造型操作,保證型麵的表麵穩定性,配模合箱前要將型腔內浮砂吹(吸)淨。

注意塗料質量和塗刷質量。

4、硬度

 呋喃鑄型冷卻速度較慢,凝固過程中石墨周圍產生鐵素體有時硬度達不到要求。對此可考慮以下措施。

適當降低碳當量。

鐵水中添加極少量珠光體穩定元素如 Cr Cu Sn等。

采用冷鐵或碲粉塗料等。

在不至於發生變形及裂紋情況下,提早開箱或對局部采取風冷措施。

5、鑄件尺寸精度超差

木模或型板的變形或收縮率不正確、芯頭間隙過大、芯頭固定不良引起型芯漂浮、定位銷的誤差或錯偏、模樣活快在放砂時鬆動、芯撐固定不良等都是造成鑄件尺寸精度超差的常見原因,主要對策一是強調模樣的質量、二是強調操作的嚴格認真。

6、夾渣及燒結粘砂
           
解決辦法主要是:加快澆注速度、注意澆口的封閉性,提高塗料質量、提高型砂及塗料的高溫強度。

第五章、自脂砂工藝問答  
            1
.為什麽磷酸多用作高氮呋喃自硬樹脂的固化劑,而很少用作低氮呋喃自硬樹脂的固化劑?
           
這是因為低氮高糠醇樹脂,采用酸做固化劑時,硬化速度慢,脫模時間長,且強度很低。
           
高氮低糠醇樹脂使用磷酸做固化劑可獲得必要的硬化速度。而且,高氮低糠醇樹脂采用磷酸作催化劑可獲得很好的終強度。
           
造成這種結果的原因主要是由於磷酸與糠醇的互溶性差,而與水的親和力大,使得樹脂和催化劑中所含的水分以及樹脂在縮聚反應中生成的水不易擴散排出而以磷酸為核心生成水滴殘存於樹脂膜中,破壞了樹脂膜的致密性,故強度較低。而高氮樹脂與水的互溶性好,各種水分不易以磷酸為核心集中為水滴,樹脂膜結構好,強度高。

            2 .為什麽酚脲脘自硬樹脂的硬透性比呋喃自硬樹脂砂好?
           
因為酚脲脘樹脂的固化過程是聚合反應,固化過程中不產生小分子的水,不存在因型內外水分的揮發速度不同使其內外固化速度不一致的問題,而呋喃自硬樹脂的固化過程是縮聚反應,反應過程中產生水分,因型芯內外的水分蒸發速度不同,導致了其內外固化速度不同,故其硬透性差些。這也是呋喃自硬樹脂砂的固化速度受空氣相對濕度影響較大的原因。

            3 .為什麽生產鑄鋁,鑄銅件可以選用高氮呋喃樹脂?
           
由於鋁、銅金屬液對氮幾乎不溶解,因此,即使使用高氮樹脂在澆注過程中樹脂分解產生的氮,也不會被鋁、銅金屬液吸收,也就不會在凝固過程中因析出氮而形成氮氣孔。因此,生產鑄鋁、鑄銅件可以為潢足潰散性的需要而選用高氮樹脂。

            4 .為什麽自硬樹脂砂生產重量大的鑄件,澆注係統宜於用陶瓷管製作?
           
采用自硬樹脂砂造型,當生產重量較大的鑄件時,由於澆注時間長,澆注係統在高溫金屬液的長時間熱作用下,易使樹脂砂過早潰散喪失強度,造成衝砂缺陷,因此,對重量較大的鑄件,澆注係統宜用陶管製作,同時使澆注係統特別是直澆道不易上塗料的問題得到解決。

            5 .采用自硬樹脂砂造型、製芯時,如何確定樹脂砂的可使用時間是否滿足要求?
           
當采用間歇式混砂機時,樹脂砂的可使用時間要大於樹脂砂從混好卸砂到用完的這段時間;當采用連續式混砂機造型、製芯時,樹脂砂的可使用時間要大於從混砂機的出砂口起始放砂位置到又回到該位置連續放砂的這段時間。

            6 .自硬樹脂砂用模樣的撥模斜度為什麽要比粘土砂大些?
           
樹脂砂型芯在起模時已具有一定的硬化強度,無退讓性,一般不能通過敲擊模樣和芯盒
           
框使砂型或砂芯壁來達到鬆動模樣,起模時摩擦力較大;樹脂砂型與砂芯的可修補性差,起模時,砂型,芯一旦不完整,較難修補。
            7
.樹脂砂工藝生產鑄鐵為什麽宜少設被縮冒口,多設出氣冒口?
           
樹脂砂型剛度好,澆注初期砂型強度高,這就有條件利用鑄鐵凝固過程的石墨化膨脹,有效地消除縮孔、縮鬆缺陷,實現灰鑄鐵、球墨鑄鐵件的少冒口、無冒口鑄造。但樹脂砂的發氣量在,為了便於澆注過程中型腔中的大量氣體能順利排出,必須多設出氣冒口,原則上要求∑F >∑ F內。
            8
.為什麽含糠醇 70%-80%的呋喃自硬樹脂的常溫終強度最大?
           
從理論上講,呋喃樹脂中的脲醛樹脂比例越高,其常溫終強度越大,因此當糠醇含量大於
            70%~80%
時,糠醇含量越高,即含氮量越低,常溫終強度越低。但隨著脲醛樹脂的增加,呋喃樹脂的含水量相對增高,又會降低硬化速度和終強度。當糠醇含量低於70%~80%時,樹脂終強度的下降趨勢超過了上升趨勢。因而一般情況下,糠醇含 70%~80%時,呋喃自硬樹脂砂的常溫終強度最大。

9 .為什麽采用催化活性過強固化劑和過多  固化劑加入量。會導致樹脂砂的終強度下降?

 采用催化活性過強的固化劑或過多的固化劑,會導致預固化階段過短,樹脂中無規則卷曲線團狀預聚物尚未充分伸展和有序化,就被已經交聯的預聚物阻塞在體形結構中,使線團中的大量活性基未能參與反應,不能形成聚合度很大的聚合物。所以盡管樹脂砂硬化較快,初強度較高,卻必然導致終強度的明顯降低。

            10 .為什麽自硬樹脂砂的舊砂需要再生回用時,不宜用磷酸做固化劑?
           
用磷酸做固化劑的砂型、芯在澆注後,磷酸不能在金屬液的熱作用下分解破壞,而生成磷酸鹽沉積在砂粒表麵,較難通過再生去除,導致再生砂配製的樹脂砂的強度下降很多,並且增加鑄型膨脹,使夾砂傾向增加。

            11 .為什麽酸硬化的甲階酚醛樹脂自硬砂宜選用遊離酸含量低,總酸高的有機酸做固化劑,不通用無機酸做固化劑?
           
由於酸硬化的甲階酚醛樹脂中含水量高,因此發生交聯反應時,除樹脂本身縮聚產生水外,還將釋放數量很多的水,這些水將起稀釋硬化劑的作用,使反應很慢。增加硬化劑
           
的遊離酸含量,才會使硬化速度變快,但會使自硬砂的強度下降很多,因此要保證硬化速度,又不使樹脂砂的強度下降較大,隻能增加固化劑的總酸值。由於無機酸的遊離酸一般都較高,所以對於酸硬化的甲階酚醛樹脂,宜選用總酸度高,遊離酸含量低的有機酸做固化劑。

            12 .為什麽酸固化甲階酚醛樹脂砂的固化劑加入量宜以占樹脂的百分數表示?
           
這是由於酸固化甲階酚醛樹脂是由苯酸和甲醛在堿性催化劑作用下縮合而成的,出廠前用酸將堿性催化劑中和並使其成弱酸性。因此樹脂對酸性硬化劑不如呋喃樹脂那樣敏感,在酸濃度相當高時才發生交聯反應。另外,此種樹脂的含水量很高,一般都在某些方麵 15%左右或更高。發生交聯反應時,除樹脂本身綜合產生水分外,還要釋放很多原與樹脂互溶的水。這些水將硬化劑稀釋,自硬砂中樹脂加入量越多,此種稀釋作用就越強,因而要保持同樣的固化速度,不得不增加硬化劑的加入量。所以對於甲階酚醛樹脂自硬砂,硬化劑的加入量以占樹脂的百分數計算為宜,也就是對酸硬化的甲階酚醛樹脂砂固化劑的加入量要隨樹脂加入量的增加而增加。

            13 .為什麽剛起模的型芯及剛修補過的地方不宜立刻上塗料?
           
因為剛起模及剛修補過的型、芯中的樹脂硬化反應還處於初期階段,若遇到水基塗料中的水分(溶劑)會影響硬化的正常進行(對於酚脲烷自硬樹脂,則未反應的二組分聚異氰酸酯可與水分反應而失效);如使用醇基塗料,施塗料後後需立刻點燃,也會使未反應的樹脂過燒。這些都會影響型、芯的表麵穩定性。

            14 .為什麽堿性酚醛樹脂砂的舊砂再生較困難?
           
由於堿性酚醛樹脂的堿性很高(基 PH值通常為  11-13),樹脂中含有較多的堿(一般為氫氧化鉀),澆注時,樹脂中的堿易與矽砂作用生成低熔點的矽酸鹽,熔融的矽酸鹽牢固的粘附在砂粒上,不易去除,造成較難去除,造成舊砂再生較為困難。

            15 .選擇樹脂的類型時,應考慮鑄件的哪些因素?
           
選擇樹脂的類型時,應考慮鑄件的以下因素:    1)鑄件的材質。鑄件(鑄鋼件、高合金鑄鐵件)的材質產生氮氣孔的傾向大時,宜選擇低氮或無氮樹脂;當鑄件(球墨鑄鐵件、灰鑄鐵件)的材質為產生氮氣孔的傾向小的黑色金屬時,可選擇中氮樹脂;對氮不溶解的銅、鋁件要選擇高氮樹脂。

            (2)鑄件的重、壁厚、及澆注溫度。當鑄件的重較大,壁較厚,澆注溫度較高時,應選擇糠醇含量高、脲醛含量低的樹脂,使型芯的高溫強度滿足需要;澆注溫度低、重量輕,薄壁的鑄件,需要的高溫強度低,可以選擇脲醛含量高些的樹脂,以降低成本。

             3)鑄件的結構。鑄件易出現熱裂,宜先用高溫度低的樹脂作粘結劑。對易出現熱裂的鑄鋼件,宜選項用堿性酚醛樹脂,不宜選用呋喃無氮樹脂為粘結劑;鑄件易出現冷裂,宜選用潰散性好的做粘結劑。

 

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