《树脂砂铸造工艺》PPT课件

1、树脂砂铸造工艺，说明：李明星，原：济南铸锻学院高级工程师，现：山东职业学院副教授电话13605315597 QQ:422411404，为各种主砂，1。自硬呋喃树脂砂2。碱性酚醛树脂砂。贝壳砂其他主要用于制芯的树脂砂工艺。自硬呋喃树脂砂的名称来源于英国呋喃酚醛树脂(FranNo-Bake Process)，是指一种以呋喃树脂为粘结剂，添加催化剂制备型砂的造型方法，可使砂型在常温下自硬，无需烘烤或硬化气体。通常称为“冷硬树脂砂”，甚至“树脂砂”。下面介绍两个基本概念。11自硬呋喃树脂砂概念，树脂砂生产设备，1。呋喃树脂的概念由碳原子和其他元素原子(如氧、硫、氮等)组成

2、的环。)称为杂环，组成杂环的非碳原子称为杂原子。含有杂环的有机化合物称为杂环化合物。所谓的“呋喃”是一种含有一个氧原子的五元杂环有机化合物，它是一个化合物家族的基本结构的通称。在呋喃体系中，没有取代基的杂环称为“呋喃”，其衍生物是根据母体命名的。呋喃本身不用于相互贸易，但其衍生物糠醛和糠醇是相互贸易的重要原料。它们是最重要的呋喃衍生物。糠醛被称为糠醛，糠醇被称为糠醇。它们的分子结构如下：含有糠醇的树脂称为呋喃树脂。用作铸造粘结剂的呋喃树脂通常与糠醇和尿素、甲醛或苯酚缩合，如脲醛呋喃树脂、酚醛呋喃树脂、酚醛脲醛呋喃树脂和甲醛糠醇树脂。(2)呋喃树脂的固化机理根据呋喃树脂的组成，可以通过加热、通入

3、固化气体或加入酸性催化剂来固化。酸催化的呋喃树脂(即“自硬化”)通常含有50%以上的糠醇。其硬化机理非常复杂，目前尚未完全了解，但基本的树脂酯化反应包括糠醇的第一醇基与呋喃环的第五氢之间的脱水缩合，此外，呋喃环的裂解产生乙酰丙酸，第一醇基之间的脱水产生醚和醛等。自硬呋喃树脂砂的优缺点。自硬呋喃树脂砂具有以下优点：1 .铸件表面光滑，棱角清晰，尺寸精度高。这是因为树脂砂造型可以消除许多导致模具(型芯)变形的因素。如：(1)型砂流动性好，不需要捣固机压实，减少了模样(芯盒)的损坏和变形；(2)砂型(芯)固化后，拆模，减少了拆模前松模和拆模时砂型(芯)损坏造成的变形；(3)无需修复模具，减少了修复模

4、具造成的变形；(4)无需烘烤，减少了烘烤引起的模具(型芯)变形；(5)模具强度高，表面稳定性好，型芯间隙小，分型负数小，减少了型芯下放和配模过程中模具的损坏和变形，保证了配模精度；(6)模具(芯)硬度高，热稳定性好，能有效抵抗浇注过程中的退壁和迁移现象，减少模具的热震变形(如砂膨胀等)。)；(7)型砂溃散性好，易于清洗和抛光，减少了落砂铲修整过程中对铸件形状精度的损害。综上所述，由于每道工序都最大限度地消除了影响模具和铸件变形和损坏的因素，树脂砂铸件的表面质量和几何尺寸精度比粘土干砂提高了12级，达到CT7-9级精度和12毫米/600毫米直线度，表面粗糙度也有了很大提高。建模效率高，提高了生产

5、率和场地利用率，缩短了生产周期。这是因为(1)型砂流动性好，不需要捣固机压实，节省了大量的捣固工作量，大大简化了成型操作；(2)模具强度高，节省了拆模后修模的工作量；(3)模具(芯)上的醇基涂层干燥后，可省略干燥过程，节省工时和空间；(4)旧砂回收后，干法机械再生使砂处理成为一个封闭的系统，便于机械化，可节省大量旧砂处理、型砂混合和运输等辅助劳动；(5)型砂溃散性好，易掉砂，修整工作量小；(6)节省一些成型前的准备工作量(芯)。如型芯镶块固定。据综合统计，用自硬呋喃树脂砂代替粘土焙砂后，生产效率可提高40，100%，单位造型面积产量可提高20，50%。降低劳动强度，大大改善工作条件和工作环境，

6、特别是降低噪音、二氧化硅粉尘等。减少环境污染。4.节约能源。这表现在取消了窑干化和水力清砂，提高了铁水产量，压缩空气消耗量大幅度降低，从而在节水、节电和节煤(焦)方面取得了显著效果。5树脂砂模具(芯)强度高(包括高温强度)，成型性好，比其他有机模具产气率低，热稳定性好，透气性好，可大大减少粘砂、夹砂、砂眼、气孔、缩孔、裂纹等铸造缺陷。因此降低了废品率，并且制造了用粘土砂难以制造的复杂且关键的部件。6.旧砂回收再生容易，回收率可达90.95%。它在节约新砂、减少运输和防止废物污染方面很有效。二是自硬呋喃树脂模具存在一些缺点，应采取相应的对策。1.对原砂的要求很高，如粒度、颗粒形状、SI02含量、

7、微粉含量、碱金属盐和粘土含量。空气温度和湿度对固化后的硬化速度和强度有很大影响；与使用无机粘结剂的铸型相比，树脂砂的产气率较高，如果采取不适当的措施，容易产生气孔缺陷；由于硬化机理为脱水缩合型，硬化反应需要一定的时间，图案周转率低，不容易适应大批量铸件的生产；与粘土砂相比，成本仍然较高；6对于球墨铸铁件或低碳不锈钢件，表面渗硫或渗碳可能导致球化或渗碳不良，薄壁复杂铸钢件容易产生裂纹等缺陷；特别是铸钢件，热冲压倾向严重；7浇注时，有令人兴奋的气味和一些有害气体，并且一氧化碳气体量大，因此需要良好的通风条件。呋喃树脂自硬砂的发展概况呋喃树脂于1958年首次在美国使用，当时它被用作热箱粘结剂。从19

8、63年到1971年，它在英国被研究为一种自硬化模具。在此期间，从基础研究到大型铸件的生产都进行了扎实的实践研究。结果，通过使用少量的粘结剂可以获得一系列优点，例如高强度、良好的模具溃散性、铸件的高尺寸精度和提高的生产效率。它为今天的发展奠定了基础。在欧美，7080年代是自硬呋喃树脂砂迅速发展的时期。自1973年以来，日本一直使用自硬呋喃树脂砂生产普通铸件。大约10年前，我国各种品种、小批量的大中型铸件有一半以上是用呋喃自硬型生产的。这一发展趋势至今方兴未艾。虽然有机自硬模具的种类越来越多，但自硬呋喃树脂砂仍然是第一种。在中国，自硬化树脂砂的研究始于20世纪70年代，但仅限于个别制造商和研究单位

9、。自20世纪80年代初以来，特别是1982年以后，随着改革开放政策的实施，与国外合作的工厂越来越多，许多国外制造商提出了用自硬树脂砂进行铸造生产的要求，否则就无法合作。对中国来说，出口产品是主要产品，而要求因此，在社会生产发展的新形势下，在国外树脂砂热的推动下，我国铸造工作者不得不认识到自硬树脂砂的应用是造型技术的一次革命，是提高铸件和机械产品质量的重要途径，是振兴铸造行业面貌的必由之路，也是机械产品跃入国际市场的基本保证。因此，20世纪80年代中国铸造生产战线上形成了“树脂砂热”。自硬树脂砂最适合生产各种品种、小批量的大中型铸件，因此机床行业、水泵行业、阀门行业、造船、石油化工等行业在树脂砂

10、的推广应用方面走在了前列。据不完全统计，到目前为止，国内已引进树脂砂处理生产线不少于50条，国内三家铸造机械厂(重庆、保定、漯河)已正式生产成套树脂砂设备。另外，原辅材料的生产厂家遍布各省，原辅材料的质量进步很快，有些已经接近或达到了国外同类产品的水平。事实表明，用树脂砂技术代替粘土焙砂生产各种小批量、大批量铸件是今后国内铸造行业的发展方向之一。第二章自硬呋喃树脂砂的原辅材料，自硬呋喃树脂砂的主要原料包括作为型砂骨料的原砂、作为粘结剂的呋喃树脂、作为催化剂的酸固化剂和作为添加剂的硅烷偶联剂等。树脂砂造型所需的辅助材料包括涂料、脱模剂、粘合剂、浇口泥管、脱模剂等。原辅材料的质量对树脂砂铸件的质量

11、有很大影响。本章对上述主要原辅材料进行了简要介绍。21天然石英砂仍普遍用作原砂。对于一些高合金钢铸件或特殊需要，也选用一些特殊骨料，如铬矿砂或锆砂。这里我们主要讨论石英砂对树脂砂的要求。矿物成分和化学成分原砂的主要矿物成分是应时(二氧化硅)、长石和云母，以及一些氧化铁和碳化物。应时的比重为2.55，莫氏硬度为7，熔点为1713，具有耐高温和耐磨的优点。如果原砂中的应时(二氧化硅)含量高，原砂的耐火性和可再利用性就好。长石是铝硅酸盐，包括钾长石(K2O，氧化铝，二氧化硅)，钠长石(Na2O，氧化铝，二氧化硅)和钙长石(二氧化钙，氧化铝，二氧化硅)。长石的比重为2.54-2.76，莫氏硬度为66.

12、5，熔点为11001250。云母由于熔点低、硬度低、不耐磨，是一种铝硅酸盐，可分为黑云母和白云母。白云母的成分为(3AI2O3，6SiO2，H2O)。云母的熔点为11451270，比重为2.7-3.2。硬度很低，很容易折断。其在砂中的含量对原砂的重复利用有很大影响。总之，在选择原砂时，二氧化硅的含量应尽可能高，杂质少，这当然与金属的熔点和浇注温度、铸件壁厚等因素有关。一般来说，铸钢用原砂的二氧化硅含量应大于95，铸铁应大于92，有色金属可降低。杂质的允许含量还与旧砂是否被回收以及下文提到的酸消耗量有关。2.颗粒形状和表面光滑度颗粒形状要求是圆形或准圆形，砂面应光洁，无孔洞或裂纹。这种砂具有小的

13、表面积，并且在砂表面上涂覆薄膜所需的树脂量较少。通常，沙粒形状的圆度用角系数来表示。虽然二氧化硅含量高，但人造石英砂的颗粒形状为多边形甚至尖锐，角系数过大，需要研磨处理，一般不使用。天然砂的角系数最小的是风积砂，如内蒙古通辽地区的大林标准砂，其角系数小于1.2，为圆形。为了改善颗粒的形状，最好将生砂搓匀原砂的颗粒形状不仅影响树脂砂的用量，还影响树脂砂的流动性和密实性。砂表面的孔隙裂纹不仅对树脂的消耗无效，而且砂体易碎，影响了重复使用性和粒度保持性。3.粒度分布和微粉含量相同的原砂总表面积较小，树脂用量较少，透气性好，耐火性高。粗砂的缺点是机械粘砂阻力低。一般来说，最好选择30/50目和40/7

14、0目。为了提高综合性能，本厂采用30/70目多筛号的砂。细粉和含泥量严重影响了树脂砂的性能。由于微粉表面积大，树脂和固化剂的用量影响渗透性和强度，而原砂泥浆中碱土金属的含量较高。据报道，细粉的耗酸值比颗粒粉高310倍。一般要求原砂的含泥量小于0.3%。4.含水树脂砂的硬化是一个放热反应，原砂的含水量严重影响树脂的固化强度和渗透性。实验表明，当含水量从0.2%增加到0.4%时，型砂的抗拉强度可以从13.2公斤/平方厘米降低到8.6公斤/平方厘米，固化时间可以从30分钟延长到70分钟。国外一般要求原砂含水量小于0.1%，而国内一般要求小于0.2%。因此，树脂砂的原砂应该干燥。5.生砂的酸碱度对树脂

15、砂的固化速度和最终强度有一定的影响。由于树脂在酸性催化剂的作用下脱水缩合，当原砂碱度较高时，需要消耗额外的酸性固化剂。沙子的酸碱度一般为6.57.2。如果使用海砂，PH值约为9，耗酸量可达17以上。其中，贝壳和碳酸钙的耗酸量远远超过其他物质，这些物质不易固化，需要用清水清洗或擦洗。如前所述，当原砂中二氧化硅含量降低时，长石、云母和其他杂质会增加。长石和云母都含有碱金属化合物Na2O和K2O，而钙长石和其他杂质含有氧化钙、氧化镁等。所有这些都会增加酸的消耗。由于原砂中含有一些不溶于水的碱性物质，因此不采用简单的酸碱度实验，而是采用耗酸实验。使用再生砂时，由于新砂量少，酸耗影响较小，但对于全部为新

16、砂的树脂砂，酸耗影响不可低估，一般应控制在5以下。综上所述，树脂砂对原砂有严格的要求，国外特别重视树脂砂中原砂的选择和处理。例如，日本宁愿从遥远的澳大利亚运输沙子。目前，适合我国树脂砂的原砂有大林水洗砂、幸子擦洗砂、东山沉积砂和平潭沉积砂。中国几种树脂砂的原砂性能制造商名称粒度， 颗粒形状二氧化硅含量%淤泥含量%酸值消耗毫升应用星形砂矿擦洗器S24/45(-96.56 0.1 4.5铸铁S28/55(-96.41 0.1 4.5铸铁S45/75(-94.89 0.154.5铸铁100)(90.45 0.3 3 3.36铸铁45/75)(95.25 0.1铸铁75/150)(88.51 0.5) 通过机械摩擦去除被砂块压碎后的铸造树脂砂表面的部分残留固化树脂层的处理称为树脂砂再生处理。使用再生砂具有重要的经济意义，也有利于铸件质量。再生砂的几个主要特性介绍如下。(1)旧砂反复再生利用后，粒度变化有两个因素：粗化和细化。前者是因为一些细颗粒和微粉被除尘除去，有机物的固化层残留在砂粒表面等。以及由铸造和燃烧的砂粒引起的晶型变化引起的线膨胀；洛杉矶二氧化硅的结晶和转变，在常压下有七种二氧化硅的变质和一种无定形变体，即-应时，-