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砂芯制造工艺与技术发布时间：2008-5-3015:08:41浏览次数：245、概述砂芯主要用来形成铸件的内腔、孔洞和凹坑等部分，在浇注时，它的大部分或部分表面被液态金属包围，经受铁液的热作用、机械作用都较强烈，排气条件也差，出砂、清理困难，因此对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结剂干性油含不饱和脂肪酸，其加热硬化机理一般认为是氧化聚合的结果常用的植物油有，桐油、亚麻油等烘干温度一般以200〜220E为宜如需缩短烘干时间，可将温度提高到250r，但不能超过300r，否则粘结性能将被破坏三、合脂粘结剂及合脂砂（一）合脂粘结剂合脂是合成脂肪酸蒸馏残渣的简称，是从炼油厂原料脱蜡过程中得到的石蜡，制皂工业再将石蜡制取合成脂肪酸时所得的副产品合脂砂的烘干湿度范围比油砂宽些，但是最适宜范围仍是200〜220r之间合脂粘结剂的加入量一般为砂质量的2.5〜4.5%，过多，强度增加不显著，而发气量明显增大，粘膜加重，蠕变加大，出砂性变差存在的问题：1•湿强度低合脂砂的湿压强度只有2.0〜2.5kPa比植物油砂还要低加入膨润土或者含泥量高的天然粘土砂可以提高湿强度。

2.砂芯蠕变合脂砂湿强度低，合脂本身在常温下粘度大，芯砂流动性差，造芯时不易紧实；因此合脂砂芯在湿态和烘干过程中易发生蠕变，即逐渐往下沉在冬天，合脂变得更加粘稠，蠕变现象就更为严重可采用加入膨润土和高温入炉烘干硬化的方法来减少蠕变的缺陷四、壳芯（型）（一）壳芯（型）的制造1940年，JohannesCroning发明用热法制造壳型，称为“C”法或“壳法”，此法不仅可用于造型，更主要的是用于制造壳芯该法用酚醛树脂作粘结剂，配制的型（芯）砂叫做覆膜砂像干砂一样松散其制壳的方法有两种：翻斗法和吹砂法（见图1）本帖相关图片如下:图1顶吹法和底吹法制造壳芯示意图壳法造型、造芯的优点是混制好的覆膜砂可以较长期贮存（三个月以上）；无需捣砂，能获得尺寸精确的型、芯；型、芯强度高，质量轻，易搬运；透气性好，可用细的原砂得到光洁的铸件表面；无需砂箱；覆膜砂消耗量小；型、芯可以长期贮放尽管酚醛树脂覆膜砂价格较贵，造型、造芯耗能较高，但在要求铸件表面光洁和尺寸精度甚高的行业仍得到一定应用通常壳型多用于生产液压件、凸轮轴、曲轴以及耐蚀泵件、履带板等钢铁铸件上：充芯多用于汽车、拖拉机、液压阀体等部分铸件上二）壳型砂用原材料及混制工艺（1）酚醛树脂壳法采用热线塑性酚醛树脂。

它是在苯酚过量（通常苯酚与甲醛的物质的量之比为1:0.75〜0.85）及温度在105C以下缩合制成的常用的硬化剂为乌洛托品，学名六亚甲基四胺，即（CH26N4,其加入量一般占树脂质量的10〜15%2）原砂壳法一般采用硅砂，对于表面质量要求很高的铸件，特别是壁很厚实、易产生粘砂的铸钢件，也常使用鋯砂、铬铁矿砂3）附加物为了改善覆膜砂的性能，有时在覆膜过程中加入某些附加物例如加人硬脂酸钙（为砂量的0.25〜0.35%），可防止覆膜砂存放期间结块；增加覆膜妙的流动性，制壳时易于顶出等加入石英粉（加入量为砂质量的2%左右），可提高覆膜砂的高温强度4）覆膜砂混制工艺酚醛树脂覆膜砂一般以原砂为100（质量比），酚醛树脂加入量为：对于壳型是3.5〜6.0，壳芯是1.5〜4.0，另加入乌洛托品和硬酯酸钙覆膜砂的混制工艺可分为冷法、温法和热法三种其中热法是一种适于大量制备覆膜砂的方法，需要专门设备混制时一般为先将加热到130~160C的砂加到间歇式混砂机中，再加树脂混匀，熔化的树脂包在砂粒表面，当砂温降到105〜110C时，加入乌洛托品水溶液，吹风冷却，再加入硬脂酸钙混匀，经过破碎、筛分备用五、热芯盒法制芯热芯盒法制芯，是用液态热固性树脂粘结剂和催化剂配制成的芯砂，填入加热到一定温度的芯盒内，贴近芯盒表面的砂芯受热，其粘结剂在很短时间即可缩聚而硬化。

而且只要砂芯的表层有数毫米结成硬壳即可自芯盒内取出，中心部分的砂芯利用余热和硬化反应放出的热量可自行硬化它为快速生产尺寸精度高的中小砂芯（砂芯最大壁厚一般为50〜75mm）提供了一种非常有效的方法，特别适用于汽车、拖拉机或类似行业的铸件生产1）热盒法用粘结剂热芯盒用的树脂有呋喃树脂和酚醛树脂，大多数是以尿醛、酚醛和糠醇改性为础的一些化合物，根据所使用的铸造合金及砂芯的不同以及市场供应情况，进行树脂的选择常用的呋喃树脂有：1）脲呋喃（UFyFA）树脂；2）酚呋喃（PFZFA），树脂此类树脂不含氮，或含极少量的氮，主要用于制造铸钢和球墨铸铁件，硬透性较尿呋喃树脂稍差我国的呋喃一2型热芯盒树脂属于这类树脂中的一个品种；3）脲-酚呋喃共聚物（UFZPF/FA），含氮高的这类树脂主要用于铸铁件.也可用于有色合金铸件2）热芯盒法硬化用催化剂国内对呋喃-1型树脂砂最常用的催化剂是氯化铵和尿素的水溶液，其配比(质量比)为氯化铵：尿素：水=l:3:33)热芯盒法砂的工艺性能及树脂砂的配制热芯盒法可以使用任何干净、干燥的原砂要求砂芯有较好的透气性时，可选用稍粗的原砂；对铸件内表面要求很光洁的，可选用较细的原砂。

热芯盒砂可用一般碾轮式混砂机混碾，混制工艺如下：干砂十附加物一-加催化剂一-加树脂粘结剂一-出砂热芯盒制芯工艺通常采用射芯机射芯，呋喃I型树脂砂的固化温度在140〜250oC之间，芯盒温度保持在200〜250OC较适宜一般几十秒即可从芯盒中取出砂芯六、气硬冷芯盒法制芯气硬冷芯盒法制芯是将树脂砂填入芯盒，而后吹气硬化制成砂芯根据使用的粘结剂和所吹气体及其作用的不同，而有三乙胺法、SO2法、酯硬化法、低毒和无毒气体促硬造芯法等方法一)三乙胺法此法为美国Ashland油脂化学公司研制成功，1968年开始向铸造厂推广并取得应用，国外常称Isocure法，或称酚醛一尿烷冷芯盒法，我国叫三乙胺法粘结剂由两部分液体组成：组分I是酚醛树脂，组分U为聚异氰酸酯催化剂为液态叔胺，可用三乙胺[(C2H5)3N](TEA)、二甲基乙胺(DMEA、异丙基乙胶和三甲胺[(CH3N3](TMA,造芯时，其工艺过程如图2所示填砂后向树脂砂中吹入催化剂气雾(压力0.14〜02MPa便能在数秒至数十秒内硬化，达到满足脱模搬运的强度本帖相关图片如下：图2三乙胺法造芯工艺过程米用二乙胺法造芯时，原砂米用干净的AFS细度50〜60的硅砂，也可使用锆砂、铬铁矿砂。

原砂必须干燥，水分超过0」％（质量分数），就会减少芯砂的可使用时间，降低砂芯抗拉强度典型的芯砂配方是树脂粘结剂占砂质量的1.5%，由等质量的组分I和组分U构成二）SO2法SO2法是继三乙胺法之后开发的一种新型吹气冷芯盒制芯和造型方法，用于铸造生产始1978年，近些年来又开发了一些新型SO2法1、呋喃树脂/SO2法此法在1971年由法国SaPic公司取得专利权，称Sapici法，直到1978年才用于生产，欧洲大陆称Hardox法，英国称SO2—Fast法，美国叫Insta-Darw法其造芯工艺过程类似三乙胺法SO2许多优点胜过其他方法，因此从钢铁到有色合金均有应用其主要优点如下；①热力度高，使铸件的尺寸精度和表面质量高（高于三乙胶法）：②出砂性优良，对给镁合金也极易出砂；③树脂砂有效期特别长，混好的砂不接触SO2气体，决不会硬化；④发气量是有机粘结剂中最低的；⑤强度发展快SO2的缺点也很明显，例如：①树脂中游离糠醇汽化易使芯表面结垢；②低碳钢芯盒用于砂芯大量生产时，锈蚀是一个严重问题；③SO2泄漏，将引起严重环境问题；④过氧化物为强氧化剂，易燃烧，要妥善保管2、环氧树脂SO2法环氧树脂SO2法于1983年用于生产。

此法与呋喃—SO2法比，芯砂的可使用时间更长（可达5天），而且基本解决了芯盒结垢和粘模问题，很适合大量生产环氧树脂SO2法有效地克服了呋喃一SO2法的大部分缺点，但是用于钢铁铸件时，由于易产生冲砂和夹砂，因此需涂敷耐火涂料；浇注系统应有助于平稳层流当使用水基涂料时，建议在低于81oC温度下烘干3、自由基硬化法自由基硬化法用于铸造生产始于1982年此法采用三种组分组成的液态粘结剂，包括：①丙烯基聚氨酯树脂；②少量有机氢过氧化物引发剂（用来激发自由基聚合）③用来S02提高抗拉强度、延长砂芯保存期的乙烯基硅烷增强剂此法用氮稀释的气体促进硬化粘结剂的加入量通常为0.9〜1.8%所用树脂混合物的典型组成是95%的粘结剂、3%的增强剂和2%的过氧化物引发剂催化剂气体由1〜10%（典型的为2%）的SO2和情性气体载体（氮）所组成每吨芯砂约需SO20.45kg用干燥空气或氮清洗是为了充分分散S02气体催化剂，并使SO2随后从硬化好的砂芯或砂型中排出三）乙缩醛硬化法（红硬法）乙缩醛硬化法又称红硬（red-set）法，这是因为该法用树脂砂硬化后变成粉红色而得名此法是由原联邦德国开发的，粘结剂是三级分体系组分1是树脂，是一种具有高反应的甲阶酚醛树脂水溶液，不合游离酚，含游离甲醛少于0」％:组分2是活化剂，是不同类型的磷酸在无机酸中的浓缩水溶液；组分3是硬化剂，常用乙缩醛。

此法所配树脂砂在二周内使用仍有好的强度硬化时需要的乙醛量理论上占组分40%,实际为60〜100%所制出的砂芯（型）有好的抗吸湿性，砂芯有强的抗毛刺能力但这一方法不宜采用橄榄石砂，高耗酸值砂也减慢硬化过程此法的工艺较复杂，对工艺参数要求严格，成本较高，价格为三乙胺法的2〜3倍树脂自硬砂将砂子、液态树脂及液态催化剂混合均匀后，填充到芯盒（或砂箱）中，稍加紧实、即于室温下在芯盒（或砂箱）内硬化成型，叫自硬冷芯盒法造芯，简称自硬法造芯（型）自硬法可大致分为酸催化树脂砂自硬法、尿烷系树脂砂自硬法和酚醛一脂自硬法树脂自硬砂不仅用于造芯，亦用于造型，特别适用于单件和小批量生产，可生产铸铁、铸钢及有色合金铸件其主要优点是；①提高了铸件的尺寸精度，改善了表面粗糙度；②节约能源，节约车间面积；③砂中的树脂的质量分数，由早期的3〜4%降到了0.8〜1.2%，这是通过对原砂的处理及对树脂、催化剂、混砂设备、工艺等方面进行改进得到的，从而降低了成本；④大大减轻了造芯、造型、落砂、清理工人的劳动强度，便于实现机械化；⑤旧砂可再生,有利于防止二次公害一）酸催化树脂自硬砂（1）酸催化树脂自硬砂用的树脂常用粘结剂为呋喃树脂和热固性酚醛树脂。

也有采用酮醛树脂与糠醇的混合物（AR/FA）、糠醇一甲醛聚合体（FA/F）、糠醇与其他活性化合物的混和物（FA/C）糠醇含量越高，氮和水的含量会愈低，粘结剂的质量也愈好，但价格也高2）酸催化树脂自硬砂用的催化剂通常自硬法用催化剂应符合以下要求：①保证改工艺过程带所规才的硬化速度和强度；②具有低的粘度的液体，不产生沉淀；长期贮存时，性能不变；③如冬季运输引起冷凝，随后加热熔化，性能可回复；④价格合理，经济3）可使用时间和脱模时间可使用时间是指自硬树脂砂混砂后能够制出合格砂芯的那一段时间脱模时间是指从混砂结束开始，在芯盒内制的砂芯（或未脱模的砂型）硬化到能满意地将砂芯从芯盒中取出（或脱模），而不致发生砂芯（或砂型）变形所需的时间间隔影响可使用时间、脱模时间的因素很多实验表明，所采用的原砂、树脂、催化剂的类型、质量和加入量、混砂工艺、环境温度和湿度，均对可使用时间和脱模时间有明显的影响，影响最大的为环境温度和催化剂加入量当催化剂量相同，室温不同时，温度低时可使用时间长；温度高时可使用时间短其趋势是温度每增加10oC,可使用时间缩短1/2—1/3室温相同时，催化剂入量减少，可使用时间明显增长；催化剂增多，可使用时间缩短，但是催化剂加入量超过一定范围后，可使用时间变化不大，但对脱模时间影响显著，温度变化也明显影响脱模时间，其趋势是每增加5oC,脱模时间缩短1/2—1/3。

4）混砂工艺合理地选用混砂机，采用正确的加料顺序和恰当的混砂时间有助于得到高质量的树脂砂。