簡述制芯工藝.doc

簡述制芯工藝一、概述砂芯主要用來形成鑄件的內(nèi)腔、孔洞和凹坑等部分，在澆注時，它的大部分或部分表面被液態(tài)金屬包圍，經(jīng)受鐵液的熱作用、機械作用都較強烈，排氣條件也差，出砂、清理困難，因此對芯砂的性能要求一般比型砂高。二、植物油砂采用干性油和靠近干性油的半干性油作油砂粘結(jié)劑。干性油含不飽和脂肪酸，其加熱硬化機理一般認為是氧化聚合的結(jié)果。常用的植物油有，桐油、亞麻油等。烘干溫度一般以200220為宜。如需縮短烘干時間，可將溫度提高到250，但不能超過300，否則粘結(jié)性能將被破壞。三、合脂粘結(jié)劑及合脂砂（一）合脂粘結(jié)劑合脂是合成脂肪酸蒸餾殘渣的簡稱，是從煉油廠原料脫蠟過程中得到的石蠟，制皂工業(yè)再將石蠟制取合成脂肪酸時所得的副產(chǎn)品。合脂砂的烘干濕度范圍比油砂寬些，但是最適宜范圍仍是200220之間。合脂粘結(jié)劑的加入量一般為砂質(zhì)量的2.54.5，過多，強度增加不顯著，而發(fā)氣量明顯增大，粘膜加重，蠕變加大，出砂性變差。存在的問題：1濕強度低合脂砂的濕壓強度只有2.02.5kPa。比植物油砂還要低。加入膨潤土或者含泥量高的天然粘土砂可以提高濕強度。2砂芯蠕變合脂砂濕強度低，合脂本身在常溫下粘度大，芯砂流動性差，造芯時不易緊實；因此合脂砂芯在濕態(tài)和烘干過程中易發(fā)生蠕變，即逐漸往下沉。在冬天，合脂變得更加粘稠，蠕變現(xiàn)象就更為嚴重?？刹捎眉尤肱驖櫷梁透邷厝霠t烘干硬化的方法來減少蠕變的缺陷。四、殼芯（型）（一）殼芯（型）的制造1940年，JohannesCroning發(fā)明用熱法制造殼型，稱為“C”法或“殼法”，此法不僅可用于造型，更主要的是用于制造殼芯。該法用酚醛樹脂作粘結(jié)劑，配制的型（芯）砂叫做覆膜砂像干砂一樣松散。其制殼的方法有兩種：翻斗法和吹砂法。殼法造型、造芯的優(yōu)點是混制好的覆膜砂可以較長期貯存（三個月以上）；無需搗砂，能獲得尺寸精確的型、芯；型、芯強度高，質(zhì)量輕，易搬運；透氣性好，可用細的原砂得到光潔的鑄件表面；無需砂箱；覆膜砂消耗量小；型、芯可以長期貯放。盡管酚醛樹脂覆膜砂價格較貴，造型、造芯耗能較高，但在要求鑄件表面光潔和尺寸精度甚高的行業(yè)仍得到一定應(yīng)用。通常殼型多用于生產(chǎn)液壓件、凸輪軸、曲軸以及耐蝕泵件、履帶板等鋼鐵鑄件上：充芯多用于汽車、拖拉機、液壓閥體等部分鑄件上。（二）殼型砂用原材料及混制工藝（1）酚醛樹脂殼法采用熱線塑性酚醛樹脂。它是在苯酚過量（通常苯酚與甲醛的物質(zhì)的量之比為1：0.750.85）及溫度在105以下縮合制成的。常用的硬化劑為烏洛托品，學(xué)名六亞甲基四胺，即（CH2）6N4，其加入量一般占樹脂質(zhì)量的1015。（2）原砂殼法一般采用硅砂，對于表面質(zhì)量要求很高的鑄件，特別是壁很厚實、易產(chǎn)生粘砂的鑄鋼件，也常使用鋯砂、鉻鐵礦砂。（3）附加物為了改善覆膜砂的性能，有時在覆膜過程中加入某些附加物。例如加人硬脂酸鈣（為砂量的0.250.35），可防止覆膜砂存放期間結(jié)塊；增加覆膜妙的流動性，制殼時易于頂出等。加入石英粉（加入量為砂質(zhì)量的2左右），可提高覆膜砂的高溫強度。（4）覆膜砂混制工藝酚醛樹脂覆膜砂一般以原砂為100（質(zhì)量比），酚醛樹脂加入量為：對于殼型是3.56.0，殼芯是1.54.0，另加入烏洛托品和硬酯酸鈣。覆膜砂的混制工藝可分為冷法、溫法和熱法三種。其中熱法是一種適于大量制備覆膜砂的方法，需要專門設(shè)備?；熘茣r一般為先將加熱到130160的砂加到間歇式混砂機中，再加樹脂混勻，熔化的樹脂包在砂粒表面，當(dāng)砂溫降到105110時，加入烏洛托品水溶液，吹風(fēng)冷卻，再加入硬脂酸鈣混勻，經(jīng)過破碎、篩分備用。五、熱芯盒法制芯熱芯盒法制芯，是用液態(tài)熱固性樹脂粘結(jié)劑和催化劑配制成的芯砂，填入加熱到一定溫度的芯盒內(nèi)，貼近芯盒表面的砂芯受熱，其粘結(jié)劑在很短時間即可縮聚而硬化。而且只要砂芯的表層有數(shù)毫米結(jié)成硬殼即可自芯盒內(nèi)取出，中心部分的砂芯利用余熱和硬化反應(yīng)放出的熱量可自行硬化。它為快速生產(chǎn)尺寸精度高的中小砂芯（砂芯最大壁厚一般為5075mm。）提供了一種非常有效的方法，特別適用于汽車、拖拉機或類似行業(yè)的鑄件生產(chǎn)。（1）熱盒法用粘結(jié)劑熱芯盒用的樹脂有呋喃樹脂和酚醛樹脂，大多數(shù)是以尿醛、酚醛和糠醇改性為礎(chǔ)的一些化合物，根據(jù)所使用的鑄造合金及砂芯的不同以及市場供應(yīng)情況，進行樹脂的選擇。常用的呋喃樹脂有：1）脲呋喃（UFFA）樹脂；2）酚呋喃（PFFA），樹脂此類樹脂不含氮，或含極少量的氮，主要用于制造鑄鋼和球墨鑄鐵件，硬透性較尿呋喃樹脂稍差。我國的呋喃一2型熱芯盒樹脂屬于這類樹脂中的一個品種；3）脲酚呋喃共聚物（UFPFFA），含氮高的這類樹脂主要用于鑄鐵件也可用于有色合金鑄件。（2）熱芯盒法硬化用催化劑國內(nèi)對呋喃-1型樹脂砂最常用的催化劑是氯化銨和尿素的水溶液，其配比（質(zhì)量比）為氯化銨：尿素：水l：3：3。（3）熱芯盒法砂的工藝性能及樹脂砂的配制熱芯盒法可以使用任何干凈、干燥的原砂。要求砂芯有較好的透氣性時，可選用稍粗的原砂；對鑄件內(nèi)表面要求很光潔的，可選用較細的原砂。熱芯盒砂可用一般碾輪式混砂機混碾，混制工藝如下：干砂十附加物加催化劑加樹脂粘結(jié)劑出砂熱芯盒制芯工藝通常采用射芯機射芯，呋喃型樹脂砂的固化溫度在140250oC之間，芯盒溫度保持在200250OC較適宜。一般幾十秒即可從芯盒中取出砂芯。六、氣硬冷芯盒法制芯氣硬冷芯盒法制芯是將樹脂砂填入芯盒，而后吹氣硬化制成砂芯。根據(jù)使用的粘結(jié)劑和所吹氣體及其作用的不同，而有三乙胺法、SO2法、酯硬化法、低毒和無毒氣體促硬造芯法等方法。（一）三乙胺法此法為美國Ashland油脂化學(xué)公司研制成功，1968年開始向鑄造廠推廣并取得應(yīng)用，國外常稱1socure法，或稱酚醛一尿烷冷芯盒法，我國叫三乙胺法。粘結(jié)劑由兩部分液體組成：組分是酚醛樹脂，組分為聚異氰酸酯。催化劑為液態(tài)叔胺，可用三乙胺(C2H5)3N(TEA)、二甲基乙胺（DMEA）、異丙基乙膠和三甲胺（CH3）N3（TMA）,造芯時，其工藝過程如圖2所示。填砂后向樹脂砂中吹入催化劑氣霧（壓力0.1402MPa）便能在數(shù)秒至數(shù)十秒內(nèi)硬化，達到滿足脫模搬運的強度。采用三乙胺法造芯時，原砂采用干凈的AFS細度5060的硅砂，也可使用鋯砂、鉻鐵礦砂。原砂必須干燥，水分超過0.l（質(zhì)量分數(shù)），就會減少芯砂的可使用時間，降低砂芯抗拉強度。典型的芯砂配方是樹脂粘結(jié)劑占砂質(zhì)量的1.5，由等質(zhì)量的組分和組分構(gòu)成。（二）SO2法SO2法是繼三乙胺法之后開發(fā)的一種新型吹氣冷芯盒制芯和造型方法，用于鑄造生產(chǎn)始1978年，近些年來又開發(fā)了一些新型SO2法。1、呋喃樹脂SO2法此法在1971年由法國SaPic公司取得專利權(quán)，稱Sapici法，直到1978年才用于生產(chǎn)，歐洲大陸稱Hardox法，英國稱SO2Fast法，美國叫Insta-Darw法。其造芯工藝過程類似三乙胺法。SO2許多優(yōu)點勝過其他方法，因此從鋼鐵到有色合金均有應(yīng)用。其主要優(yōu)點如下；熱力度高，使鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量高（高于三乙膠法）：出砂性優(yōu)良，對給鎂合金也極易出砂；樹脂砂有效期特別長，混好的砂不接觸SO2氣體，決不會硬化；發(fā)氣量是有機粘結(jié)劑中最低的；強度發(fā)展快。SO2的缺點也很明顯，例如：樹脂中游離糠醇汽化易使芯表面結(jié)垢；低碳鋼芯盒用于砂芯大量生產(chǎn)時，銹蝕是一個嚴重問題；SO2泄漏，將引起嚴重環(huán)境問題；過氧化物為強氧化劑，易燃燒，要妥善保管。2、環(huán)氧樹脂SO2法環(huán)氧樹脂SO2法于1983年用于生產(chǎn)。此法與呋喃SO2法比，芯砂的可使用時間更長（可達5天），而且基本解決了芯盒結(jié)垢和粘模問題，很適合大量生產(chǎn)。環(huán)氧樹脂SO2法有效地克服了呋喃一SO2法的大部分缺點，但是用于鋼鐵鑄件時，由于易產(chǎn)生沖砂和夾砂，因此需涂敷耐火涂料；澆注系統(tǒng)應(yīng)有助于平穩(wěn)層流。當(dāng)使用水基涂料時，建議在低于81oC溫度下烘干。3、自由基硬化法自由基硬化法用于鑄造生產(chǎn)始于1982年。此法采用三種組分組成的液態(tài)粘結(jié)劑，包括：丙烯基聚氨酯樹脂；少量有機氫過氧化物引發(fā)劑（用來激發(fā)自由基聚合）用來提高抗拉強度、延長砂芯保存期的乙烯基硅烷增強劑。此法用氮稀釋的SO2氣體促進硬化。粘結(jié)劑的加入量通常為0.91.8。所用樹脂混合物的典型組成是95的粘結(jié)劑、3的增強劑和2的過氧化物引發(fā)劑。催化劑氣體由110（典型的為2）的SO2和情性氣體載體（氮）所組成。每噸芯砂約需SO20.45kg。用干燥空氣或氮清洗是為了充分分散S02氣體催化劑，并使SO2隨后從硬化好的砂芯或砂型中排出。（三）乙縮醛硬化法（紅硬法）乙縮醛硬化法又稱紅硬（red-set）法，這是因為該法用樹脂砂硬化后變成粉紅色而得名。此法是由原聯(lián)邦德國開發(fā)的，粘結(jié)劑是三級分體系。組分1是樹脂，是一種具有高反應(yīng)的甲階酚醛樹脂水溶液，不合游離酚，含游離甲醛少于0.l：組分2是活化劑，是不同類型的磷酸在無機酸中的濃縮水溶液；組分3是硬化劑，常用乙縮醛。此法所配樹脂砂在二周內(nèi)使用仍有好的強度。硬化時需要的乙醛量理論上占組分40，實際為60100。所制出的砂芯（型）有好的抗吸濕性，砂芯有強的抗毛刺能力。但這一方法不宜采用橄欖石砂，高耗酸值砂也減慢硬化過程。此法的工藝較復(fù)雜，對工藝參數(shù)要求嚴格，成本較高，價格為三乙胺法的23倍。樹脂自硬砂將砂子、液態(tài)樹脂及液態(tài)催化劑混合均勻后，填充到芯盒（或砂箱）中，稍加緊實、即于室溫下在芯盒（或砂箱）內(nèi)硬化成型，叫自硬冷芯盒法造芯，簡稱自硬法造芯（型）。自硬法可大致分為酸催化樹脂砂自硬法、尿烷系樹脂砂自硬法和酚醛一脂自硬法。樹脂自硬砂不僅用于造芯，亦用于造型，特別適用于單件和小批量生產(chǎn)，可生產(chǎn)鑄鐵、鑄鋼及有色合金鑄件。其主要優(yōu)點是；提高了鑄件的尺寸精度，改善了表面粗糙度；節(jié)約能源，節(jié)約車間面積；砂中的樹脂的質(zhì)量分數(shù)，由早期的34降到了0.81.2，這是通過對原砂的處理及對樹脂、催化劑、混砂設(shè)備、工藝等方面進行改進得到的，從而降低了成本；大大減輕了造芯、造型、落砂、清理工人的勞動強度，便于實現(xiàn)機械化；舊砂可再生，有利于防止二次公害。（一）酸催化樹脂自硬砂（1）酸催化樹脂自硬砂用的樹脂常用粘結(jié)劑為呋喃樹脂和熱固性酚醛樹脂。也有采用酮醛樹脂與糠醇的混合物（ARFA）、糠醇甲醛聚合體（FAF）、糠醇與其他活性化合物的混和物（FAC）?？反己吭礁撸退暮繒?，粘結(jié)劑的質(zhì)量也愈好，但價格也高。（2）酸催化樹脂自硬砂用的催化劑通常自硬法用催化劑應(yīng)符合以下要求：保證改工藝過程帶所規(guī)才的硬化速度和強度；具有低的粘度的液體，不產(chǎn)生沉淀；長期貯存時，性能不變；如冬季運輸引起冷凝，隨后加熱熔化，性能可回復(fù)；價格合理，經(jīng)濟。（3）可使用時間和脫模時間可使用時間是指自硬樹脂砂混砂后能夠制出合格砂芯的那一段時間。脫模時間是指從混砂結(jié)束開始，在芯盒內(nèi)制的砂芯（或未脫模的砂型）硬化到能滿意地將砂芯從芯盒中取出（或脫模），而不致發(fā)生砂芯（或砂型）變形所需的時間間隔。影響可使用時間、脫模時間的因素很多。實驗表明，所采用的原砂、樹脂、催化劑的類型、質(zhì)量和加入量、混砂工藝、環(huán)境溫度和濕度，均對可使用時間和脫模時間有明顯的影響，影響最大的為環(huán)境溫度和催化劑加入量。當(dāng)催化劑量相同，室溫不同時，溫度低時可使用時間長；溫度高時可使用時間短。其趨勢是溫度每增加10oC,可使用時間縮短1/21/3。室溫相同時，催化劑入量減少，可使用時間明顯增長；催化劑增多，可使用時間縮短，但是催化劑加入量超過一定范圍后，可使用時間變化不大，但對脫模時間影響顯著，溫度變化也明顯影響脫模時間，其趨勢是每增加5oC，脫模時間縮短1/21/3。（4）混砂工藝合理地選用混砂機，采用正確的加料順序和恰當(dāng)?shù)幕焐皶r間有助于得到高質(zhì)量的樹脂砂?；焐肮に嚾缦拢夯焐盎焐吧笆呋瘎渲錾吧昂痛呋瘎┑幕旌蠒r間的確定，應(yīng)以催化劑能均勻地覆蓋住砂粒表面所需的時間為準(zhǔn)。太短了混合不勻，樹脂強度低，個別地方樹脂砂型硬化不良或根本不硬化；太長了，影響生產(chǎn)率和使砂溫上升。樹脂加入后的混拌時間也不能過短（混拌不均）和過長（砂溫升高，可使時間變短），混拌時間一般通過實驗確定。（二）自硬尿烷樹脂砂自硬尿烷樹脂砂有不同的品種。(1)醇酸油尿烷樹脂砂（Linocure法）這種方法是1965年左右由美國Ashland化學(xué)公司開發(fā)的，稱為Linocure法。這種工藝采用的粘結(jié)劑由三部分組成，即組分I油改性醇酸樹脂;組分II液態(tài)胺金屬催干劑，常用的催干劑為有機酸的金屬皂類催干劑；組分III聚MDI型異氰酸酯。三種成分均為液體，其中I和II是主要成分。組分I的加入量占砂質(zhì)量的l2；組分III加入量為組分I的1820；組分II為用來達到預(yù)定的可使時間和脫模時間，加入量為組分I的210，可單獨加入，也可預(yù)先接入組分I內(nèi)。(2)多元醇尿烷樹脂砂它是在70年代末期開發(fā)的，特別適用于鋁、鎂和其他輕合金鑄造廠。組分1是一種具有良好熱潰散性的多元醇，組分II是MDI型異氨酸酯，組分正是胺催化劑。當(dāng)組分1和組分II的質(zhì)量比為50：50時可得到最好結(jié)果。組分III一般不用，脫模時間從8min到超過1h，但也可用組分見來控制脫模時間，有時可快達3min。粘結(jié)劑加入量對于輕合金來說為砂質(zhì)量的0.71.5%。(3)酚醛尿烷樹脂砂（Pepset法）這種工藝于1970年開始用于鑄造，國外稱Pepset法，采用的粘結(jié)劑由三部分組成，即苯基醚酚醛樹脂組分I，聚異氰酸酯組分II，胺催化劑組分III。三種成分均為液體。組分I和組分II之比常采用50:50，或為了減少含氮量而采用6O：4O。這兩種成分的總加入量為砂質(zhì)量的1.41.6。催化劑用于調(diào)整樹脂砂的硬化速度，其加入量為組分I質(zhì)量的l5?；熘品椒ㄈ缦拢合劝逊尤渲c催化劑混合，使催化劑均勻地分散在樹脂中?；焐皶r再把含有催化劑的酚醛樹脂和聚異氰酸酯依次加到砂中。最好使用高效混砂機。（三）酚醛酯自硬砂酚醛酯