PDF《树脂砂铸造工艺》

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1 树脂砂铸造工艺

第一章 / 概论

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1 自硬呋喃树脂砂的概念 自硬呋喃树脂砂的命名来源于英语的 Furan No-Bake process,它表示以呋喃树脂为粘结 剂,并加入催化剂混制出型砂,不需烘烤或通硬化气体,即可在常温下使砂型自行固化的造 型方法.

通常被简称为 冷硬树脂砂 ,甚至 树脂砂 .以下介绍两个基本概念.

一、呋喃树脂的概念 由碳原子和其它元素原子 (如O、 S、 N 等 )共同组成的环叫做杂环、组成杂环的非碳 原子叫杂原子.含有杂环的有机化合物叫做杂环化合物.所谓 呋喃 ,是含有一个氧原子的 五员杂环有机化合物,它是表示一族化合物的基本结构总称. 在呋喃系中不带取代基的杂 环作为母体, 叫做 呋喃 , 它的衍生物则根据母体来命名. 呋喃本身在互业上并无什么用途, 但它的衍生物――糠醛和糠醇,却是互业上的重要原料,它们是最重要的呋喃衍生物,糠醛 学名叫α――呋喃甲醛,糠醇学名叫呋喃甲醇.它们的分子结构如下: 含有糠醇的树脂称为呋喃树脂.作为铸造粘结剂用的呋喃树脂一般是用糠醇 (FA)与尿 素、甲醛或苯酚等缩合而成的 ,如尿醛呋喃树脂( UF/FA) 、酚醛呋喃树脂 (PF/FA)、酚脲醛 呋喃树脂( UPF- FA)和甲醛――糠醇树脂 (F/FA)等.

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.图1-1为呋喃树脂粘结剂的成分和代表性的呋喃自硬树脂结构的一例. ? 初期阶段

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2 自硬呋喃树脂砂的优缺点

一、自硬呋喃树脂砂具有以下优点:

1 .铸件表面光洁、棱角清晰、尺寸精度高. 这是由于树脂砂造型可以排除许多使型(芯)变形的因素.如: ( 1)型砂流动性好, 不需捣固机紧实,减少了模样(芯盒)的伤损和变形;

( 2)砂型(芯)固化后起模,减少 了因起模前松动模样和起模时碰坏砂型(芯)引起的变形;

( 3)无需修型,减少了修型时 引起的变形;

( 4)无需烘烤,减少了因烘烤造成的铸型(芯)变形;

( 5)铸型强度高、表 面稳定性好,故芯头间隙小、分型负数小,减少了下芯、配模过程中铸型的破损和变形, 保 证了配模精度;

( 6)铸型(芯)硬度高,热稳定性好,可以有效地抵御浇注时的型壁退让、 迁移现象,减少了铸型的热冲击变形(如胀砂等) ;

( 7)型砂的溃散性好,清理、打磨容易, 从而减少了落砂清铲修整工序中对铸件形状精度的损害. 综上所述,由于在各个工序中都 最大限度地排除了影响铸型、铸件变形和损坏的因素,所以树脂砂铸件的铸件表面质量、 铸件几何尺寸精度方面比粘土烘模砂可以提高1―

2 级,达到CT7-9 级精度和1-2mm / 600mm 的平直度,表面粗糙度更大有改观.

2 .造型效率高,提高了生产率和场地利用率,缩短了生产周期. 这是由于( 1) 、型砂流动性好,不需捣固机紧实,节省了大量的捣固工作量,使造型 树脂砂、V 法、消失模造型线及单机 林工(机械工程师)TEL:13780656420QQ345502898 青岛胶南市

2 操作大为简化;

(2)铸型强度高,节约了起模后修型工作量;

( 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%.

3 .减轻劳动强度,大大改善了劳动条件和工作环境,尤其是减轻了噪音、矽尘等,减少了 环境污染.

4 .节约能源.这表现在取消了烘窑和水力清砂,提高了铁水成品率,大大降低了压缩空气 消耗,从而在节水、节电、节煤(焦)等方面效果显著.

5 .树脂砂型 (芯 )强度高 (含高温强度高 )、成型性好、发气量较其它有机铸型低、热稳定 性好、透气性好,可以大大减少铸件的粘砂、夹砂、砂眼、气孔、缩孔、裂纹等铸件缺陷, 从而降低废品率,可以制造出用粘土砂难以做出的复杂件、关键件.

6 .旧砂回收再生容易,可以达到 90― 95%的再生回收率.在节约新砂、减少运输、防止 废弃物公害等方面效果显著.

二、自硬呋喃铸型有一些缺点,应采取相应对策.

1 .对原砂要求较高,如粒度、粒形、 SI0

2 含量、微粉含量、碱金属盐及粘土含量等都有 较严格要求;

2 .气温和湿度对硬化速度和固化后强度的影响较大;

3 .与无机类粘结剂的铸型相比,树脂砂发气量较高,如措施不当,易产生气孔类缺陷;

4 .由于硬化机理是脱水缩合型,故硬化反应需一定时间,模样的周转率较低,不易适应于 大批量铸件的生产;

5 .与粘土砂相比,成本仍较高;

6 .对球铁件或低 C 不锈钢等铸件,表面因渗硫或渗碳可能造成球化不良或增碳,薄壁复杂 铸钢件上易产生裂纹等缺陷;

7 .浇注时有剌激性气味及一些有害气体发生, CO 气发生量较大,需有良好的通风条件.

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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1 原砂 一般仍选用天然石英砂.对于部分高合金钢铸件或特殊需要的情况下,也有选用铬 矿 砂或锆砂等特殊骨料的.这里我们主要讨论树脂砂对石英砂的要求.

一、矿物成分与化学成分 原砂的主要矿物成分是石英(即SiO 2) 、长石和云母,还有一些铁的氧化物和碳化物.石 英比重 2.55, 莫氏硬度七级, 熔点 1713℃, 具有耐高温、 耐磨损等优点. 若原砂中石英 ( SiO 2) 含量高,则原砂的耐火度和复用性都好. 长石是铝硅酸盐,常见的有钾长石(K2O 、 AI 2O

3 、 SiO

2 ) 钠长石(Na 2O、 AI 2O

3 SiO 2)和钙长石( 2CaO、 AI 2O

3、 SiO 2) ,长石比重 2.54-2.76,莫氏 硬度 6- 6.5 级,熔点 1100- 1250℃,因其熔点低、硬度低、不耐磨、易粉碎,会降低树脂 砂的复用性和耐火度. 云母是种含铝硅酸盐,有黑白云母之分,白云母的成分为 ( 3AI 2O

3、 6SiO

2、 H 2O) .云母的熔点为 1145- 1270℃,比重 2.7-3.2.硬度很低,极 树脂砂、V 法、消失模造型线及单机 林工(机械工程师)TEL:13780656420QQ345502898 青岛胶南市

3 易破碎,它在砂中的含量多少对原砂的复用性很有影响. 总之,在选择原砂时, SiO

2 含 量应尽量高一些,不纯物要少,当然还与金属的熔点和浇注温度,铸件壁厚等因素有关. 一 般来说,铸钢用原砂 SiO

2 含量应大于 95%,铸铁应大于 92%,有色金属可以低一些.杂 质允许含量还与旧砂是否再生回用以及下面谈到的耗酸量有关.

二、粒形和表面光滑度 对于粒形,要求园形或类园形,砂粒表面应光洁平整,没有孔洞或裂纹.这样的砂粒表 面积小,砂粒表面涂上一层薄膜所需的树脂量少些. 一般用角形系数表示砂粒形园整度, 人造石英砂虽然 SiO

2 含量高, 但粒形为多角形甚至尖角形, 角形系数太大, 需经研磨处理, 一般不采用.天然砂中角形系数最小的要算风积砂,如内蒙通辽一带的大林标准砂,角形系 数小于 1.2,呈圆形.为了改善粒形,对原砂最好进行擦磨处理.目前我国唯一生产擦磨砂 的是江西星子砂矿.该矿对原砂经擦磨处理后,角形系数从 1.47 减少到 1.35,与此同 时,SiO

2 含量也从 93% (水洗砂) 提高到 95% ( 45/75 目) 砂样抗拉强度也由 12.2Kg /cm

2 增加到 16.3Kg /Cm 2. 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.

三、粒度分布及微粉含量 粒形相同的原砂,以粒度较........