第二章砂型与砂芯制造与选用.ppt

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1、第一节 铸件综合质量观,砂型与砂芯制造,2.铸件质量三个等级（JB/JQ820011990）,质量品牌,一等品：铸件质量达到当代工业发达国家20 世纪80年代初水平，满足出口要求。,优等品：达到国际同类铸件的当代先进 水平。,合格品：铸件质量满足用户（甲方）要求；铸件生产过程中（乙方）质量稳定。,3.铸造厂商三大经营准则,效率优先,质量第一,成本低廉,第二节 铸型工作条件及其 与金属的相互作用,第二节 铸型工作条件及其 与金属的相互作用,热的作用,1.铸型工作条件恶劣,力的作用,化学作用,2.处于恶劣工作条件的部分是砂型接触区,砂型接触区与金属液直接接触及其受影响的薄层（面砂层），与铸件壁厚相

2、当。,3.金属与砂型接触区的相互作用,机械作用冲击与冲刷等；热的作用由热交换引起；化学作用有机物、炭粉燃烧。结果：1）导致铸件尺寸、形状和性能改变；2）铸件可能出现表面夹砂、内外孔洞（气孔、砂眼）、裂纹和变形等缺陷。,第一章 砂型和砂芯的制造重点：型砂水分、透气性、强度；难点：型砂变形量的测试。型砂的分类按粘接剂的类型：粘土砂、树脂砂、水玻璃砂、油砂等。按粘结力产生机理不同：如图2-0-1。,物理固结：不含粘结剂，用物理学原理。例如磁型铸造、V法造型。化学粘结：在造型（芯）时依靠粘结剂物理化学作用达到硬化，建立强度，使砂粒结合牢固。机械粘结：以粘土作粘结剂。,湿型砂用原材料及其质量要求湿型砂的

3、组成：原砂（新砂和旧砂）+粘土+附加物+水影响型砂性能的三大因素：原材料的选择 型砂的配比 混制工艺,砂型与砂芯,1.型（芯）砂的性能要求 1）强度（湿态抗压强度、干态抗拉强度）2）可塑性 3）透气性 4）对铸件收缩的退让性 5）耐火度和化学稳定性 6）出砂性（溃散性）,可塑性：指型砂在外力作用下变形，去除外力后能完整地保持已有形状的能力。造型材料的可塑性好，造型操作方便，制成的砂型形状准确、轮廓清晰。退让性：铸件在冷凝时，体积发生收缩，型砂应具有一定的被压缩的能力，称为退让性。型砂的退让性不好，铸件易产生内应力或开裂。型砂越紧实，退让性越差。在型砂中加入木屑等物可以提高退让性。,型（芯）砂的

4、要求 型砂的要求：强度：型砂抵抗外力破坏的能力称为强度。型砂必须具备足够高的强度才能在造型、搬运、合箱过程中不引起塌陷，浇注时也不会破坏铸型表面。透气性：将会使铸件产生气孔、浇不足等缺陷。耐火性：高温的金属液体浇进后对铸型产生强烈的热作用，因此型砂要具有抵抗高温热作用的能力即耐火性。如造型材料的耐火性差，铸件易产生粘砂。,造型材料：1）原砂：石英砂。主要成分SiO2。颗粒形状：尖角形、多边形、圆形,石英质原砂（1）种类：天然硅砂、人造砂天然硅砂：由火成岩风化形成山砂：风化后就地储集。泥多、粒形不规则。六合、唐山海砂、湖砂、河砂：经过水利搬运。颗粒圆整，大小较均匀。海砂：北戴河、广东新会、福建东

5、山、山东 湖砂：江西都昌、星子 河砂：上海吴淞、河南郑庵风积砂：经风力搬运，颗粒更圆整、均匀。内蒙古。人造砂：石英砂岩：沉积的石英颗粒被胶体二氧化硅或氧化铁、碳酸钙等胶结成块状，质地疏松，易加工破碎，颗粒大多呈现多角状。石英岩：沉积的石英砂粒在地质高温高压作用下，经过变质而形成坚固、整体的岩石。SiO2含量高、质地坚硬，破碎后呈尖角状。,c 原砂的颗粒形状和表面状况颗粒形状（见图2-1-15）,按表面情况分六种：尖角形、角形、半角形、半圆形、圆形、很圆整按圆球度分三级：高球形砂、半球形砂、少球形砂。湿型砂一般用圆形砂我国的分类：JB435-63；JB2488-78：圆形、多角形、尖角形 GB9

6、442-88铸造用硅砂：用角形系数表示角形系数E定义：单位质量原砂的实测表面积（即实际比表面积Sth）与单位质量同样粗细等直径假想圆球的表面积（即理论比表面积Sw）的比值。比值为1时砂粒为圆球形，比值大于1，砂粒的形状越偏向尖角形，可表示形状平均偏离圆球形的程度。,d 原砂的矿物组成、化学成分及烧结点硅砂的矿物组成 需用专门的岩相分析技术和设备。主要成分是石英，其次为长石、云母、铁的氧化物、碳酸盐、硫化物。石英和长石、云母的特征见表2-1-8。硅砂的化学成分主要化验石英的含量铸造用硅砂根据GB9442-88，按SiO2的含量可以分为七级（见表2-1-9）选用：浇注温度高，选用石英含量高的原砂，

7、如铸钢。铸铁浇注温度低，可选用石英含量低的原砂，由于表面烧结可防止机械粘砂，同时膨胀量小可防止夹砂类缺陷。原砂的烧结点烧结点是指原砂颗粒表面或砂粒间混合物开始熔化的温度，是原砂各种组合成分耐火性能的综合反映。推测SiO2含量。硅砂的化学成分对铸件质量的影响：SiO2质量分数每降低5%，硅砂的烧结点下降约50。O,非石英质原砂石英质原砂的缺陷：膨胀系数大、热性能差、化学稳定性差，劳动条件差。（1）镁砂（magnesite）主要成分主要成分为MgO，（菱镁矿）MgCO2MgO+CO2。菱镁矿高温煅烧（1500-1650）使MgO重结晶、烧结、破碎、分选。性能：熔点高、蓄热系数高（是石英砂的一倍半）

8、、热膨胀率比石英小，无相变引起的体积膨胀、化学性能稳定，不与MnO、FeO反应，用于锰钢可防止粘砂。规格：见表2-1-10，按MgO的含量，有两种规格。,（2）橄榄石砂（olivine sand）矿物组成及化学成分：（Mg，Fe）2SiO4是由含Mg2SiO4高的橄榄石制成。见图2-1-18。铸造用橄榄石常含有5-10%的铁橄榄石。性能：熔点1600-1760、热膨胀率比石英小而且均匀（见图1-2-10），不易发生夹砂类缺陷。烧结点低1200，但不为金属润湿，具有化学惰性。与钢液接触形成致密层防止粘砂。同时，由于无晶型转变，热膨胀率低，故不易产生夹砂类缺陷。规格：根据中国造型公司企业标准XQ/

9、ZQS-4-86，按物理化学性能分两级，按粒度分两组（见表2-1-11、12）。生产中通过破碎、细磨、分级、水洗。应用：用于高锰钢铸件可防止铸件粘砂，也可防止对人体的危害。,（3）锆砂（zircon sand）矿物组成：四方晶系的锆英石ZrSiO4。性能：密度4.4-4.7g/cm3、莫氏硬度7-8、熔点2038-2420，随杂质而不同、烧结点1540。热膨胀率比其它原砂都小，可避免夹砂类缺陷，热导率、蓄热系数、密度都比石英高，所以冷却能力强，化学稳定性高，不被金属或金属氧化物润湿，不易产生粘砂缺陷。其缺点是难以获得粗砂、有放射性、价格昂贵。规格：根据国家专业标准铸造用锆砂ZBJ31005-8

10、8按化学成分分四等级；按粒度分三组，有中细砂、细砂、特细砂。见表2-1-14应用：合金钢及大型铸钢件的面砂、磨粉制成抗粘砂涂料、涂膏。,（4）铬铁矿砂（chromite sand）矿物组成及化学成分：主要矿物组成为铬铁矿、镁铬铁矿、铝镁铬铁矿，其中主要化学成分为Cr2O3，其它有MgO、FeO、AI2O3、少量SiO2及杂质。性能：密度4.0-4.8g/cm3、莫氏硬度5.5-6、耐火度大于1900、化学性能稳定，抗碱性渣比镁砂更好、1700以前无相变，体积稳定，热导率比石英大数倍，激冷能力强、有固相烧结，抗钢液渗透能力比锆砂强。其缺陷为热膨胀率大（2倍于锆砂）、粒形不圆、偏碱性，耗酸值大，用

11、树脂砂时要多加硬化剂。应用：厚大铸钢件、合金钢铸件、局部热结处面砂，涂料。性能分级及粒度分组：按中国造型公司企业标准。,（5）石灰石砂（limestone sand）矿物组成与化学成分 三种矿物组成：石灰石型、白云石型、大理石型 主要化学成分：CaCO3性能 优势：与石英砂相比，有如下优势：a 无硅尘危害 b 铸件表面光洁，清砂容易 c 钢液流动性好，铸钢棱角清晰。d 铸件致密，因石灰石分解吸热，表层冷却速度比石英砂快。E 资源丰富。缺陷：a 硬度较低，故在混砂和造型时易破碎，恶化型砂性能。b 浇注时分解并与钢液作用，导致缩沉、气孔 c 对工人技术要求高应用：铸钢件的水玻璃砂铸造规格：按大小可

12、分为五组：15、21、30、42、60 按化学成分可分四级,另外:熟料砂:热稳定性好碳素砂:导热好刚玉砂:耐火度高钛铁矿砂,2.膨润土：是以蒙脱石为主的含水粘土矿。3.水玻璃：俗称泡花碱，是一种水溶性硅酸盐，其水溶液为水玻璃。其化学式为R2On SiO24.合成树脂：呋喃树脂是指以具有呋喃环的糠醇、甲醛和尿素作原料生产的树脂类的总称（1：1：1），种类有糠醇树脂、糠醛树脂、糠酮树脂、糠酮甲醛树脂等。外观为深褐色至黑色的液体或固体。,2）粘结材料：,1.粘土：用于粘土砂。高岭石：Al2O3.2SiO2.2H2O 蒙脱石：(Al,Mg)2【(OH)2|Si4O10】(Na,Ca)x*n H2O,3

13、）固化剂：使型(芯)砂中的粘结剂产生化学反应而将砂粒固结在一起的材料。苯磺酰氯、对甲苯磺酰氯、硫酸乙酯、磷酸和甲苯磺酸等。,4）旧砂再生：1.减少环境污染，降低成本。2.减少树脂掺入量。3.热稳定性好，易控制。（5）常见缺陷：1.气孔。固化剂加入过多。涂料干燥不充分。通气道堵塞及砂芯出气不良2.机械粘砂：原砂粒度太粗或分布过于集中。紧实度不够。涂料耐火度不够、涂料层太薄.,2、常用铸铁湿型砂配料,1）原砂 硅砂（SiO2，熔点：1713）以圆形颗粒为优。按 wSiO2(8095)分成7级(GB/T 94421998)，泥含量越少越好。硅砂主要应用于铸铁和铸造有色合金。,粘土型砂结构示意图 1-

14、原砂粒 2-孔洞 3-附加物 4-粘土、水分胶体,粘土水湿后使型砂具有粘结性 和可塑性。干态下具有一定强度。粘土的粘结力基于粘土质点的水化作用，形成水化膜，对原砂粒起着“桥”的作用而使之连结起来。,加入适量的苏打(Na2CO3)水对粘土进行活化处理可提高 粘土的粘结性和可塑性。,2）粘土（Al2O3-2SiO2-2H2O）与水分,粘土型砂中水分 控制原理图,粘土（clay）简介：粘结性、可塑性、干强度、复用性。资源丰富，价格低廉。（1）粘土的矿物组成粘土是各种铝硅酸盐矿物经过长期风化、热液蚀变或沉积变质作用而生成。按晶体结构分：高岭石组、蒙脱石组、伊利石组。各种矿物主要是含水的铝硅酸盐，化学式

15、可简写为mAI2O3nSiO2xH2O，粘土在沉积过程中常混杂一些非粘土矿物，如石英、长石、云母。只有粘土矿物才产生粘结能力。粘土的分类。按矿物组成：普通粘土，主要含高岭石、伊利石，用于修炉、干型砂 沈阳、无锡、唐山、巩县、昌邑膨润粘土，主要含蒙脱石，用于湿型砂 淳化、宣化、信阳、潍坊、凌源、黑山、怀德、长春（2）粘土的结晶特征结构不同，性能不同。两种基本结构单元，按不同的晶层排列，,粘土型砂的干态粘结机理 烘干过程中砂型逐步失水，使砂粒和粘土之间相互靠近，紧密接触而产生附着作用。从胶体化学的观点看，带同类电荷的粘土胶粒间的公共水化膜，尤其是公共扩散层，在烘干过程中水分逐渐失去，使其扩散层变薄

16、，由于其中带异号电荷的离子（如Ca+、Na+）的吸引，粘土颗粒间，粘土砂粒间就紧紧结合起来，烘干继续进行，粘土颗粒的水化膜进一步变薄，将粘土和砂粒紧紧拉在一起而产生干强度。假如在较高温度下长时烘烤，使粘土间水完全除去，则粘土颗粒不再呈电性，颗粒间的静电斥力也同时消失，此时使粘土和砂粒联结在一起的力是分子间的引力。,3）附加物（煤粉、渣油、淀粉等）,作 用：改善铸件表面质量。机 理：在合金液的高温作用下于铸型表面 产生大量还原性气体（CO）,防止 金属液被氧化，使金属液表面的氧 化物被还原。加入量：3-8（质量分数）东风汽车公司铸造工厂湿型砂性能及成分配比实例见表一、表二。,（1）煤粉的主要作用

17、（a）高温下热分解产生还原性气氛：防止金属液被氧化，在砂型空隙中形成压力（b）煤粉受热产生焦渣物填塞表面颗粒防止金属液渗入。焦渣特征4-5级时表面光洁。（c）受热变为胶质体具有可塑性可以缓冲石英颗粒受热而形成的膨胀压力（d）煤粉受热时产生的碳氢化物挥发分在650-1000高温下，于还原性气氛中发生气相热解而析出光亮碳防止机械粘砂的最主要作用。加入量：38%缺陷：增加型砂的灰分和适宜水分降低透气性、流动性和韧性，造成气孔、浇不足。恶化环境,（2）渣油（fuel oil）渣油一般为粘稠膏状，混砂时难以混碾均匀，所以一般用轻柴油稀释。作用：（a）分解还原性气体，析出光亮碳能力比煤粉高，而且快。所以与

18、煤粉互相配合使用增加防粘砂效果。（b）减轻型砂对模样的粘砂现象，改善起模性，并减少由于加入煤粉造成的型砂泥分，提高韧性。（c）增加型砂变形量，改变韧性，提高表面抗风干性和表面强度劣势：轻柴油浇注后极易挥发，形成光亮碳的效果小；浇注后产生大量烟气，恶化劳动条件，并可能使薄壁件浇不足。,（3）淀粉（cereal binder）目的：减少夹砂及冲蚀类缺陷，提高型砂变形量、韧性及可塑性，降低模样与砂型的摩擦阻力，提高起模性；减少表面风干和强度下降而引起的缺陷。种类：冻胶化淀粉（或淀粉）、糊精。糊精：显著提高型砂的表面强度、韧性和热湿拉强度，但使湿压强度和流动性降低。冻胶化淀粉：可使湿压强度不下降。加入

19、量：铸铁面砂中0.5%左右，铸钢面砂中0.5-1%左右。O,湿型铸造特点1.1 粘土砂类型（1）按砂型在合箱和浇注时的状态 湿砂型、湿型：不烘干。湿型使用最广泛、最简便，但是对于大件、厚件不适合，容易产生铸造缺陷。干砂型、干型：合箱前烘干。干型强度高，气体少，退让性差，成本高，周期长。表面干型：在浇注前对型腔表层烘干，厚度5-10mm，大件大于20mm。,（2）按造型时的使用情况 面砂：特殊配制，覆盖在模样表面。背砂：填充砂箱用。单一砂：用于中小件，简化生产管理和操作。,湿型铸造的特点（1）优点 不需要烘干，简化、灵活、生产周期短。成本低、生产率高、易于实现机械化。砂箱寿命长。（2）缺点 易产

20、生铸造缺陷，如气孔、夹砂、砂眼等。（3）湿型铸造的发展 砂处理设备：湿型砂检测、质量保证程度提高。特别适用于机械化铸造，如高压、高密度造型，能生产高尺寸精度和好的表面质量的铸件，见表2-1-1。获得轮廓清晰、表面光洁、尺寸精度高、内在质量好的铸件，必须保证型砂质量，从型砂的配方、混制、储运等方面必须始终保持优良性能。,湿型砂的性能要求对湿型砂的性能要求取决于铸造条件（包括：合金、浇注温度、模样、造型方法、铸件结构）。湿型砂的主要性能：水分、透气性、强度、紧实率、变形量、破碎指数、流动性、含泥量、颗粒组成、发气性、附加物含量、抗夹砂性、抗粘砂性等。,抗夹砂结疤缺陷的能力（1）夹砂类缺陷产生的原因

21、水分迁移：使凝聚区的热湿拉强度降低，控制热湿拉强度是控制夹砂结疤类缺陷的关键。热压应力：石英573急热相变出现较大的热膨胀受到阻抑后产生应力，导致膨胀变形、破裂，控制热应力。,发气量和有效煤粉含量（铸铁用湿型砂）（1）目的：防止机械粘砂（2）煤粉及附加物可防止机械粘砂的机理：浇注后高温烘烤产生大量挥发分高温下进行气相反应砂粒表面沉积形成光泽碳防止机械粘砂，提高表面光洁度。,小 结1 了解湿型铸造的特点；2 掌握型砂的七个方面的性能；3 熟悉型砂性能对铸造质量的影响；对于各种性能的要求必须适量，许多性能之间是互相联系的，对于某一种性能要求过分就会导致另外一种性能变差。各种性能的具体控制范围要根据

22、具体生产条件以及操作习惯等因素的不同而定。,表一：东风汽车公司铸造工厂铸铁湿型砂性能,湿型砂制备及质量控制配砂的依据 a 铸造合金 b 铸件结构 c 造型条件4.1 铸造条件对湿型砂的性能要求和配方特点（1）铸铁件湿型砂性能要求 a 手工与震压式机器造型用砂的紧实率50%，由于泥分多（如煤粉及失效煤粉），故含水5-6%。b 透气率，要求表面光洁，透气率不可过高。c 有效煤粉含量可通过铸件的表面情况判断。用发气量测定有效煤粉含量在5-8%，薄壁件只须3-4%。d 湿压强度：60-100kpa e 热湿拉强度：1-1.5kpa，急热开裂时间15s左右；对大中型铸件或易产生夹砂类缺陷的铸件，要求型砂

23、的热湿拉强度大于2.5Kpa，急热开裂时间大于30s。,原材料的选择 a 原砂 一般铸铁件多用15Q砂，SiO2 92%左右。表面质量要求特别高的薄壁件用10Q。b 粘结剂 较小的铸件用钙质膨润土，对韧性有特殊要求的须用天然钠土或活化膨润土。c 附加物 煤粉：5-8%透气率在100以下。渣油液、冻胶化淀粉：提高韧性。破碎指数可达70-80%。,3、铸钢用砂,1)粘 土 砂要求：高的耐火度，好的透气性，低的容让性和 低的发气性等。特点：新砂比例大，颗粒粗，泥分少；重要的大型铸钢件用镁砂（MgO）、锆砂（ZrSiO2），尽管价格较贵；一般用干型，表面刷涂料。成分配比：见表三。,表二：铸钢用粘土砂成

24、分与性能,2)水玻璃砂,用钠水玻璃（Na2OmSiO2nH2O）作粘结剂，以CO2快速硬化，形成CO2硬化砂。常用于铸钢件。反应式：Na2OmSiO2(n+1)H2O+CO2=Na2CO3+mSiO2 pH2O+(n-p)H2O 水玻璃模数:M=n SiO2/nNa2O=1.033(WSiO2/WNa2O)水玻璃密度：水玻璃溶液中硅酸含量。一般控制在1.45-1.6g/cm2,CO2-钠水玻璃砂及砂型（芯）的制造工艺2.1 芯（型）砂及芯盒（模样）CO2钠水玻璃砂的特点 a 原砂：人造或天然石英砂，铸钢用应含有较高的SiO2。大型铸钢件局部或全部采用非石英质砂。b 钠水玻璃4.5-8.0%，若

25、要求湿态脱模，则加入1-3%膨润土或3-6%的普通粘土。水玻璃模数越高，密度应越小。c 附加物：1.5%的木屑，5%的石棉粉以增加脱模性。,造型（制芯）工艺及吹气工艺紧实：一般用手工或微震，也可采用吹芯，大砂芯要注意容让性和排气，可放焦碳块、炉渣或干砂吹气方法 a 插管法：见图2-2-5，用于大砂型（芯）,b 盖罩法：见图2-2-6，用于小砂型（芯）,c 通过模样吹气：见图2-2-7，型腔硬化均匀，节约CO2。但需要在模样上多钻洞。d 脉冲吹气：可节省CO240%,e 真空CO2硬化法(VRH-CO2)：见图2-2-8。真空促使脱水，有利于凝胶，同时有利于气体与水玻璃膜均匀、有效反应。因此可减

26、少水玻璃由5-8%至3%，降低CO2的消耗量。,3）铸钢件湿型砂铸钢的铸造特点 a 浇注温度高，对型砂的热作用时间长。b 漏包浇注，开放式浇注系统，易氧化，对铸型的冲刷力大。c 钢液易氧化，促进反应，引起粘砂。d 气体在铸钢中的溶解度较大，易产生气孔。铸钢湿型砂的特点 a 原砂：采用耐火度较高的石英砂。SiO2%95%，耐火度1580，烧结点1350。另外，由于含泥量较低，用粒度15Q的细硅砂。b 为防铸件增碳，不含煤粉。在相同的紧实率下含水较低（4-5%）c 粘结剂：采用活化膨润土或天然钠基膨润土。以防夹砂。d 附加物：渣油液、淀粉、表面喷涂糖浆、废纸浆液等。,4、有机粘结剂砂,主要用于芯砂

27、配制。分为植物油砂、合脂砂和树脂砂1）植物油砂（桐油、亚麻油、豆油等）特性：高的干强度，低的发气量，小的吸湿性。流动性好，不粘模。但湿强度低。砂芯具有良好的容让性、透气性和溃散性。,植物油砂的性能特点 a 干强度高，容让性和出砂性好比强度可达0.9Mpa，300以上燃烧、分解失去强度。b 湿强度低，流动性好湿态粘结力主要取决于粘结剂表面张力和砂粒间的附着力。油可起润滑作用。c 发气性高温燃烧和分解的发气量较粘土砂和水玻璃砂大。CO和有机气体及光亮碳使铸件表面光洁。d 其它工艺特性油属憎水材料，所以不易粘附芯盒，便于操作；烘干后不吸潮，易存放。但铸造用多为干性油，在空气中存放时易发生结皮。,植物

28、,选中等粒度的原砂；桐油加入量 1-3（质量分数）；粘土量控制在 1 左右（质量分数）；水分控制在 3左右（质量分数）；烘干温度 200-250/1-2小时 应用：因桐油资源宝贵，现在很少用于大量生 产，主要用在小批量复杂砂芯制造中。,2）合脂砂,合脂为制皂残液。经煤油或汽油稀释用作粘结剂，价格较低。稀释比为10：610：10。多用来制造非铁合金铸件的制芯。可适量加入纸浆、粘土和水分。烘干温度：200-240/1-3小时,3）树脂砂（录象）,用人工合成树脂替代植物油、合脂作芯砂粘结剂是一大发明，使型芯质量和制芯效率明显提高。铸造用人工合成树脂，常用热塑性树脂。市场供应主要有酚醛树脂和呋喃、型树

29、脂。使用时另加一定量的化学固化剂。树脂砂按制芯工艺和硬化方法不同分为：壳芯树脂砂；热芯盒树脂砂；冷芯盒树脂砂。,3）树脂砂,（1）特点：1.无需加热烘干。2.铸件质量高。尺寸精度可达CT8-CT103.型砂容易紧实，易溃散，好清理，旧砂容易再生利用，大大减轻劳动强度，改善劳动环境4.价格较高，成本高。5.起模时间为几分钟到几十分钟，生产效率高6.受环境温度、湿度影响大，要求严格的工艺控制。7.有刺激性气味，注意劳动保护。8.发气量大，必须保持通气道畅通。,原材料,1.原砂：SiO290。含泥量0.2。粒度适中。水分0.2%。颗粒形状越接近圆形越好。2.粘结剂：呋喃树脂，糠醇含量越高，强度越高，

30、含氮越高，硬化速度越快。掺加量0.8-1.0。3.固化剂：甲苯磺酸。加入量依硬化速度，气温、湿度、砂温、树脂种类调整。加入量增加，硬化速度加快，但不能过量，否则，树脂膜焦化，强度明显降低。掺加量0.4-0.54.添加剂：硅烷、氧化铁粉、甘油等。提高强度，防止气孔、冲砂混砂工艺：砂+固化剂混匀+树脂混匀卸砂,性能：,1.终强度：24h强度值。型砂：0.6-0.8MPa，芯砂0.8-1.0MPa,复杂砂芯1.6-2.0MPa.2.硬化速度。调整固化剂酸度值，温度降低，酸度值增加。固化剂加入量。3.热变形性及溃散性。调整树脂成分比例。4.紧实度：单位体积内型砂质量的大小表示密集程度。1.6-1.8g

31、/cm3。,树脂砂分类,壳芯树脂砂热芯盒树脂砂冷硬树脂砂,1、壳芯树脂砂及其制芯,壳芯树脂砂配方实例,用壳芯树脂砂制芯可得到薄壳芯,壳芯树脂砂又称覆膜砂。酚醛树脂在芯盒模壁温度200-280时熔化而包覆砂粒表面，起到连桥作用，形成相对坚硬的薄壳。,模腔中部树脂未能熔化，对众多砂粒形成不了连桥而松散，它们将随芯盒旋转、摇摆回送砂斗，可继续使用。这样能够得到薄壳中空型芯。好处：既节约原材料，又可利于型芯排气。,用壳芯树脂砂制芯的方法,用顶吹法或底吹法将壳芯树脂砂吹入预热至200-280的金属芯盒中受热固化薄层。,芯盒旋转、摇摆而将砂芯内未能固化的松散树脂砂回送砂斗。,壳芯在芯盒内进一步固化后即可开

32、模取芯。,壳芯树脂砂优缺点优点 a 固化强度高，壳层薄，故透气性好，可用细砂，铸件表面光洁。b 流动性好，能做复杂型芯 c 混制好的覆膜砂可长期储存 d 砂消耗量小，无须砂箱 e 强度高、质量轻、易搬运，透气性好 f 铸件表面质量高。缺点 a 大型壳芯质量不稳定 b 壳芯导热能力较差，大断面铸钢件表面粗糙 c 固化剂中含有乌洛托品，造成氮气孔 d 覆膜砂价格昂贵，造型（芯）能耗高。,壳芯树脂砂应用 精度和表面质量要求高的的铸件。如壳型多用于液压件、凸轮轴、曲轴及耐蚀泵铸件、履带板等；壳芯主要用于汽车、拖拉机、液压阀体铸件。,2、热芯盒树脂砂及其制芯,用原砂2-3（质量分数）的呋喃、型树脂作粘结

33、剂。用20 树脂量的氯化铵、尿素水溶液作固化剂。氯化铵：尿素：水=1：3：3（质量配比）即可得到热芯盒树脂砂。（混砂录象）,热芯盒树脂砂制芯工艺,方法：用射芯机制芯；芯盒预热温度：180-260；硬化时间：30-40秒。缺点：有少量氨气放出，污染车间环境。建议用无氮树脂，即呋喃、型 树脂作粘结剂。,热芯盒存在的部分问题（1）树脂砂硬化时游离的甲醛发出刺鼻烟气，加入尿素可减轻。（2）生产铸钢件、球铁件和复杂薄壁铸铁件时产生皮下气孔和针孔。可在原砂中加入氧化铁，硼酸。（3）用呋喃树脂砂浇注铸钢件发生渗碳作用。（4）必须用金属芯盒（5）树脂砂可使用时间有限（6）表面发酥,3、自硬冷芯盒法概念：将原砂

34、、液态树脂、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）中硬化成型，称为自硬法造芯（型）。分类：酸催化树脂砂自硬法、尿烷系树脂砂自硬法、酚醛-酯自硬法。优点 a 提高尺寸精度，降低表面粗糙度（Ra12.5-25）b 节约能源、车间面积 c 减轻劳动强度，易于实现机械化。d 旧砂可以再生。应用 单件、小批量造型（芯），可生产铸铁、铸钢及有色金属。,冷硬树脂砂制芯工艺,用冷硬树脂砂制芯无需将芯盒加热。冷硬树脂砂在铸造工厂里又称为冷芯盒树脂砂。冷硬树脂砂采用呋喃改性树脂作粘结剂。如：KJN-1呋喃改性脲醛树脂；7501型呋喃树脂等。,配制冷硬树脂砂时，用弱酸作催

35、化剂。常用硫酸乙脂、甲苯磺酸、磷酸等。主要通过化学作用达到硬化效果。催化剂的加入量控制在树脂量的30 40。,冷硬树脂砂应用特点,要求混砂快，数量准确，一次用完。可把树脂-砂和催化剂-砂先混合好。制芯前再将上述两种混合料迅速混合并充填芯盒，即可自行硬化。,（6）酸自硬树脂砂常见的缺陷及其预防措施a 机械粘砂 机理：树脂在500分解，砂粒间粘结桥破坏，高温强度降低。防止：刷耐火涂料或降低浇注温度；提高树脂本身的耐热性（增加硅烷、糠醇的含量）；在树脂砂中加入一定量的氧化铁粉或石英粉以提高热强度；采用高温下能产生固体烧结的原砂。b 薄壁铸件热裂机理：冷硬树脂砂层不能被烧透形成坚硬的碳化层阻碍铸件收缩

36、。防止：降低树脂加入量；加入适量的氧化物以破坏碳化层的形成。5.2 自硬尿烷树脂砂5.3 酚醛-酯自硬砂,5、铸造用涂料,提高铸件表面质量,改善铸件表面性能,减少铸件缺陷倾向,涂料的作用,铸造用涂料 涂料的作用（1）降低表面粗糙度：填塞空隙，屏蔽热作用。（2）防止或减少与砂型有关的铸造缺陷：毛刺、冲砂、增C、S、P、气孔等。（3）用涂料产生冶金效应，改善局部表面性能和内在质量。,涂料的配方,涂料的组分和配比依铸造合金种类、铸型（芯）性质不同而不同。,比如，为了提高铸件表面质量，改善铸件表面性能，减少铸件缺陷倾向，汽车行业采用了许多新配方、新技术，申报了知识产权保护。,由于涂料的作用特别重要，因

37、而引起了工程、学术界的高度重视，由此开发出不少研究课题，不断创造出新的科技成果。,涂料的组分,铸造用涂料的组分通常由耐火粉料、载液、悬浮剂、粘结剂及其他添加剂混合并搅拌成胶体状态下使用。,铸钢砂型和型芯表面一般用耐高温的锆英粉（ZrO2）涂料。载液可用乙醇，成为快干涂料。,铸铁型芯表面一般用石墨粉水剂涂料；,根据载体不同分为：水基涂料（需烘干）、醇基涂料。组成：1.耐火材料：石英粉、刚玉粉、锆英粉、石墨粉等。2.载体3.悬浮剂：膨润土。4.粘结剂：酚醛树脂。5.添加剂方法：1.刷涂法。2.浸涂法3.喷涂法4.流涂法。,涂料的涂刷,小批量生产：手工涂刷或喷涂；,大批量生产：浸入涂挂。,作用：（1）防止铸件粘砂（2）降低表面粗糙度（3）加固砂型表面（4）屏蔽或隔离作用（5）铸件表面合金化和晶粒细化（6）减少铸件落砂（7）调节铸件凝固温度场,复习题,1、对型（芯）砂有那些性能要求？2、金属与铸型接触区有何相互作用？它们对铸件质量将分别带来什么影响？3、铸造用涂料有何作用？主要由哪些组分组成？各起什么作用？,