树脂砂工艺25707.docx
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1、树脂砂工工艺第一章章 / 概论 11 1 自自硬呋喃喃树脂砂砂的概念念 自硬硬呋喃树树脂砂的的命名来来源于英英语的 Furran No-Bakke pproccesss,它表表示以呋呋喃树脂脂为粘结结剂,并并加入催催化剂混混制出型型砂,不不需烘烤烤或通硬硬化气体体,即可可在常温温下使砂砂型自行行固化的的造型方方法。通通常被简简称为“冷冷硬树脂脂砂”,甚甚至“树树脂砂”。以以下介绍绍两个基基本概念念。 一一、呋喃喃树脂的的概念 由碳原原子和其其它元素素原子 (如 O、 S、 N等 )共同同组成的的环叫做做杂环、组组成杂环环的非碳碳原子叫叫杂原子子。含有有杂环的的有机化化合物叫叫做杂环环化合物物。
2、所谓谓“呋喃喃”,是是含有一一个氧原原子的五五员杂环环有机化化合物,它它是表示示一族化化合物的的基本结结构总称称。在呋呋喃系中中不带取取代基的的杂环作作为母体体,叫做做“呋喃喃”,它它的衍生生物则根根据母体体来命名名。呋喃喃本身在在互业上上并无什什么用途途,但它它的衍生生物糠醛和和糠醇,却却是互业业上的重重要原料料,它们们是最重重要的呋呋喃衍生生物,糠糠醛学名名叫呋喃喃甲醛,糠糠醇学名名叫呋喃喃甲醇。它它们的分分子结构构如下:含有糠糠醇的树树脂称为为呋喃树树脂。作作为铸造造粘结剂剂用的呋呋喃树脂脂一般是是用糠醇醇 (FFA)与与尿素、甲甲醛或苯苯酚等缩缩合而成成的 ,如尿醛醛呋喃树树脂( UF
3、/FA)、酚酚醛呋喃喃树脂 (PFF/FAA)、酚酚脲醛呋呋喃树脂脂( UUPF FAA)和甲甲醛糠醇树树脂 (F/FFA)等等。 二二、呋喃喃树脂的的硬化机机理 根根据呋喃喃树脂的的组成不不同,分分别可以以通过加加热、通通入硬化化气体或或添加酸酸催化剂剂等方法法使其固固化。酸酸催化(即即“自硬硬”)的的呋喃树树脂一般般糠醇含含量都超超过 550%。其其硬化机机构很复复杂,现现在还未未完全弄弄清楚,但但基本的的树脂化化反应包包括了糠糠醇的第第一醇基基和呋喃喃环的第第五位氢氢之间的的脱水缩缩合,此此外呋喃喃环的断断裂生成成乙酰丙丙酸,第第一醇基基间脱水水生成醚醚和醛等等等的反反应。图图 1 1为
4、为呋喃树树脂粘结结剂的成成分和代代表性的的呋喃自自硬树脂脂结构的的一例。 初初期阶段段 11 2 自硬呋呋喃树脂脂砂的优优缺点 一、自自硬呋喃喃树脂砂砂具有以以下优点点: 11 铸铸件表面面光洁、棱棱角清晰晰、尺寸寸精度高高。 这这是由于于树脂砂砂造型可可以排除除许多使使型(芯芯)变形形的因素素。如:( 11)型砂砂流动性性好,不不需捣固固机紧实实,减少少了模样样(芯盒盒)的伤伤损和变变形;( 2)砂砂型(芯芯)固化化后起模模,减少少了因起起模前松松动模样样和起模模时碰坏坏砂型(芯芯)引起起的变形形;( 3)无无需修型型,减少少了修型型时引起起的变形形;( 4)无无需烘烤烤
5、,减少少了因烘烘烤造成成的铸型型(芯)变变形;( 5)铸铸型强度度高、表表面稳定定性好,故故芯头间间隙小、分分型负数数小,减减少了下下芯、配配模过程程中铸型型的破损损和变形形,保证证了配模模精度;( 66)铸型型(芯)硬硬度高,热热稳定性性好,可可以有效效地抵御御浇注时时的型壁壁退让、迁迁移现象象,减少少了铸型型的热冲冲击变形形(如胀胀砂等);( 77)型砂砂的溃散散性好,清清理、打打磨容易易,从而而减少了了落砂清清铲修整整工序中中对铸件件形状精精度的损损害。 综上所所述,由由于在各各个工序序中都最最大限度度地排除除了影响响铸型、铸铸件变形形和损坏坏的因素素,所以以树脂砂砂铸件的的铸件表表面质
6、量量、铸件件几何尺尺寸精度度方面比比粘土烘烘模砂可可以提高高 1 2级级,达到到 CTT7-99级精度度和 11 22mm / 6600mmm的平平直度,表表面粗糙糙度更大大有改观观。 22 造造型效率率高,提提高了生生产率和和场地利利用率,缩缩短了生生产周期期。 这这是由于于( 11)、型型砂流动动性好,不不需捣固固机紧实实,节省省了大量量的捣固固工作量量,使造造型操作作大为简简化; (2)铸型强强度高,节节约了起起模后修修型工作作量;( 3)型型(芯)上上醇基涂涂料点干干后可省省去烘干干工序,节节约了工工时和场场地; (4)旧砂回回收后干干法机械械再生,使使砂 处处理为封封闭系统统,便于于
7、机械化化,可以以节约大大量旧砂砂处理,型型砂混制制、运输输等辅助助劳动;( 55)型砂砂的溃散散性好,落落砂容易易,修整整工作量量少、( 6)节节约了一一些造型型(芯)前前的准备备工作量量。如插插芯固等等。 根根据一般般统计,用用自硬呋呋喃树脂脂砂代替替粘土烘烘模砂后后,生产产效率可可提高 40 1000%,单单位造型型面积产产量可提提高 220 50%。 33 减减轻劳动动强度,大大大改善善了劳动动条件和和工作环环境,尤尤其是减减轻了噪噪音、矽矽尘等,减减少了环环境污染染。 44 节节约能源源。这表表现在取取消了烘烘窑和水水力清砂砂,提高高了铁水水成品率率,大大大降低了了压缩空空气消耗耗,从
8、而而在节水水、节电电、节煤煤(焦)等等方面效效果显著著。 55 树树脂砂型型 (芯芯 )强强度高 (含高高温强度度高 )、成型型性好、发发气量较较其它有有机铸型型低、热热稳定性性好、透透气性好好,可以以大大减减少铸件件的粘砂砂、夹砂砂、砂眼眼、气孔孔、缩孔孔、裂纹纹等铸件件缺陷,从从而降低低废品率率,可以以制造出出用粘土土砂难以以做出的的复杂件件、关键键件。 66 旧旧砂回收收再生容容易,可可以达到到 900 995%的的再生回回收率。在在节约新新砂、减减少运输输、防止止废弃物物公害等等方面效效果显著著。 二二、自硬硬呋喃铸铸型有一一些缺点点,应采采取相应应对策。 1 对原砂砂要求较较高,如如
9、粒度、粒粒形、 SI00 2含含量、微微粉含量量、碱金金属盐及及粘土含含量等都都有较严严格要求求; 22 气气温和湿湿度对硬硬化速度度和固化化后强度度的影响响较大; 3 与无无机类粘粘结剂的的铸型相相比,树树脂砂发发气量较较高,如如措施不不当,易易产生气气孔类缺缺陷; 4 由于硬硬化机理理是脱水水缩合型型,故硬硬化反应应需一定定时间,模模样的周周转率较较低,不不易适应应于大批批量铸件件的生产产; 55 与与粘土砂砂相比,成成本仍较较高; 6 对球铁铁件或低低 C不不锈钢等等铸件,表表面因渗渗硫或渗渗碳可能能造成球球化不良良或增碳碳,薄壁壁复杂铸铸钢件上上易产生生裂纹等等缺陷; 7 浇注注时有剌
10、剌激性气气味及一一些有害害气体发发生, CO气气发生量量较大,需需有良好好的通风风条件。 1 3 自硬呋呋喃树脂脂砂的发发展概况况 呋喃喃树脂最最早作为为铸型用用粘结剂剂是 119588年在美美国开始始使用的的,当时时是作为为热芯盒盒 粘结剂剂使用的的。把它它作为自自硬性铸铸型进行行研究是是 19963年年 119711年在英英国进行行的。 这个期期间从基基础研究究到生产产大铸件件都作了了扎实的的实用化化研究。其其结果,报报导了用用少量粘粘结剂能能获得很很高的强强度,铸铸型溃散散性好,铸铸件尺寸寸精度高高,生产产效率提提高等一一系列优优点。为为获得今今天这样样的发展展奠定了了基础。在在欧美,
11、70 800年代是是自硬呋呋喃砂取取得飞跃跃发展的的时期。在在日本将将自硬呋呋喃砂用用于生产产一般铸铸件是从从19773年开开始的,约约十年左左右,全全国多品品种小批批量的中中、大铸铸件生产产中有一一大半过过渡到用用自硬呋呋喃铸型型来生产产。这种种发展趋趋势至今今方兴未未艾,尽尽管其他他有机自自硬铸型型开发了了更多种种类,然然而现在在占首位位的仍然然是自硬硬呋喃树树脂砂。在在我国,七七十年代代开始研研究自硬硬树脂砂砂,但仅仅限于个个别厂家家和研究究单位搞搞试验。从从八十年年代初,尤尤其是119822年以后后,随着着改革开开放政策策的贯彻彻,我国国与国外外合作生生产的工工厂增多多,不少少合作生生
12、产的外外国厂家家都对铸铸件生产产提出来来用自硬硬树脂砂砂的要求求,否则则无法合合作。对对国内来来说,以以出口产产品为主主,对铸铸件质量量的要求求也越来来越高。于于是在这这种社会会生产发发展的新新形势下下,在国国外树脂脂砂热的的推动下下,迫使使我国广广大铸造造工作者者们认识识到应用用自硬树树脂砂是是造型工工艺上的的一场革革命,是是提高铸铸件和机机械产品品质量的的重要途途径,是是振兴铸铸造行业业改变后后面貌的的必由之之路,是是机械产产品跃入入国际市市场的基基本保证证。因此此八十年年代我国国铸造生生产战线线上形成成了“树树脂砂热热”。由由于自硬硬树脂砂砂最适合合于多品品种小批批量的中中大铸件件生产,
13、所所以机床床行业、水水泵行业业、阀门门行业和和造船、石石化等行行业在树树脂砂推推广应用用中走在在最前面面。迄今今为止,据据不完全全统计,我我国已引引进树脂脂砂处理理生产线线不下五五十家,国国内有三三大铸机机厂(重重庆、保保定、漯漯河)已已正式生生产成套套树脂砂砂设备。另另外,生生产原辅辅助材料料的厂家家遍布各各省,原原辅助材材料的质质量进步步很快,有有些已接接近或达达到国外外同类产产品的水水平。事事实表明明用树脂脂砂工艺艺取代粘粘土烘模模砂生产产多种小小批量中中大铸件件是今后后国内铸铸造业界界的发展展方向之之一。 第第二章 自硬呋呋喃树脂脂砂的原原辅材料料 组成成自硬呋呋喃树脂脂砂的主主要原材
14、材料有作作为型砂砂骨料的的原砂,作作为粘结结剂用的的呋喃树树脂,作作为催化化剂用的的酸类固固化剂和和作为添添加剂的的硅烷偶偶联剂等等,树脂脂砂造型型中必须须的辅助助材料有有涂料、脱脱模剂、粘粘合剂、浇浇口陶管管、分型型剂等。原原辅材料料的好坏坏对树脂脂砂铸件件质量的的影响很很大,本本章对以以上主要要原辅材材料作一一简单介介绍。 2 11 原砂砂 一般般仍选用用天然石石英砂。对对于部分分高合金金钢铸件件或特殊殊需要的的情况下下,也有有选用铬铬 矿砂砂或锆砂砂等特殊殊骨料的的。这里里我们主主要讨论论树脂砂砂对石英英砂的要要求。 一、矿矿物成分分与化学学成分 原砂的的主要矿矿物成分分是石英英(即 S
15、iOO 2)、长长石和云云母,还还有一些些铁的氧氧化物和和碳化物物。石英英比重 2.555,莫莫氏硬度度七级,熔熔点 117133,具有有耐高温温、耐磨磨损等优优点。若若原砂中中石英( SiOO 2)含含量高,则则原砂的的耐火度度和复用用性都好好。 长长石是铝铝硅酸盐盐,常见见的有钾钾长石( K 22O、 AI 2O 3、 SiOO 2)钠钠长石( Na 2O、 AI 2O 3 SSiO 2)和和钙长石石( 22CaOO、 AAI 22O 33、 SSiO 2) ,长石石比重 2.554-22.766,莫氏氏硬度 6 6.55级,熔熔点 111000 112500,因其其熔点低低、硬度度低、不
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