树脂砂的配制方法及原砂选择建议

现代铸造生产中广泛使用树脂砂作型（芯）砂。以树脂为黏结剂的型（芯）砂主要有热法覆膜树脂砂、热芯盒树脂砂、冷芯盒树脂砂、呋喃树脂砂、呋喃树脂自硬砂等。树脂砂硬化后强度高，特别适合于机器造型，能制出复杂、薄壁铸件。树脂砂的缺点是黏结剂价格昂贵，对空气有污染。为节约树脂用量，一般采用经水洗或擦洗处理过的纯净圆形砂粒的原砂。树脂砂常选用粒度组别为15、21的原砂。

1.热法覆膜树脂砂

热法覆膜树脂砂是利用酚醛树脂受热后具有流动性的特征，使它在混砂过程中均匀地包覆在砂粒表面。这种砂主要用于壳芯机制造壳芯。

（1）热法覆膜树脂砂的配制 采用高纯度的圆粒形原砂，用酚醛树脂作黏结剂，以乌洛托品为固化剂，加入硬脂酸钙增加型砂流动性，防止树脂砂结块，同时改善砂型（芯）的脱模性，并能使型（芯）表面致密。热法覆膜树脂砂的配比见表3-7。

表3-7 热法覆膜树脂砂的配比（质量分数，%）

（2）热法覆膜树脂砂的混制 热法覆膜树脂砂的制备包括砂的加热、混制、破碎、过筛、冷却五个工序。根据热法覆膜的工艺特点，采用图3-5所示的热法覆膜专用混砂设备。它主要由定量器、加热炉、叶片式混砂机、破碎槽、筛砂机、抽风冷却装置构成。加热炉结构如图3-6所示，叶片式混砂机如图3-7所示。

图3-5 热法覆膜树脂砂混砂专用设备

1—砂斗 2—定量器 3—沸腾加热炉 4—叶片式混砂机 5—涡轮减速器 6—破碎槽 7—振动筛

图3-6 加热炉结构

1—空气喷管 2—低压油喷嘴 3—燃烧管 4—新砂定量器 5—上炉体 6—炉门 7—风帽 8—下炉体 9—放水阀

图3-7 叶片式混砂机

1—卸料门气缸 2—卸料门 3—电动机 4—内磨片 5—外磨片 6—耐磨板 7—刮片 8—叶片

热法覆膜砂的混制过程如下：在定量器内注入原砂，点火升温使加热器工作；定量器向加热器加入定量原砂，使原砂在加热炉内加热沸腾2～3min至140～160℃；起动叶片式混砂机，将热原砂送入叶片式混砂机内后加入树脂混合40～50s，砂温降至50～70℃，再加入硬脂酸钙混合50～60s，卸砂并将砂送入有抽风装置和断续螺旋推进器的破碎槽破碎并推进，抽风冷却10～20s，进入振动筛筛分，振动筛继续破碎和冷却，此时砂的温度已经下降到35℃左右。混制好的覆膜砂降温到室温后在密封容器内存放，在室温20℃左右的干燥条件下能长期保存；在不具备保存条件的情况下保存期不超过15天。

2.热芯盒树脂砂

热芯盒树脂砂是在原砂中加入适量的呋喃树脂黏结剂和固化剂，将混好的树脂砂射入（或吹入）加热后的金属芯盒中，通过芯盒180～250℃的热作用，使树脂与固化剂经过几秒至1min的反应而硬化制出砂芯。(www.xing528.com)

（1）热芯盒树脂砂的配制 热芯盒树脂砂所用的原砂一般粒度组别为21，粒形以圆形为佳。原砂要进行清洗，以去除杂质和减少含泥量，并进行干燥处理使原砂充分干燥。黏结剂大多使用呋喃树脂。脲醛与糠醇的缩合物称为呋喃Ⅰ型，酚醛与糠醇的缩合物称为呋喃Ⅱ型，脲醛、糠醇、酚醛三者的缩合物称为中氮树脂。对于呋喃Ⅰ型树脂，一般用氯化铵或氯化铵与尿素的水溶液作固化剂；呋喃Ⅱ型树脂一般用苯磺酸或对甲苯磺酸的水溶液作固化剂；中氮树脂使用氯化铵∶尿素∶水=1∶3∶3的质量比配制的固化剂。为了改变热芯盒树脂砂的一些性能，有时加入一些添加剂，如三氧化二铁粉、硼砂、三氯化铁、尿素等。热芯盒树脂砂的配比见表3-8。

表3-8 热芯盒树脂砂的配比（质量分数，%）

（2）热芯盒树脂砂的混制 将干燥原砂装入叶片式混砂机中，加入氧化铁粉干混34～45s，使干料混合均匀。加入液体固化剂湿混40～50s，再加入树脂混80～90s，混砂全部过程用时2.5～3min，混匀后立即卸砂。芯砂存放时间一般不超过4h。热芯盒树脂砂不宜在碾轮式混砂机中混制。

3.冷芯盒树脂砂

冷芯盒树脂砂造型时将混制好的树脂砂吹（射）入芯盒中，然后用吹气设备吹入气体固化剂，砂芯在常温下迅速固化，冲净残留固化剂后即可出芯。出芯后可以立即下芯、合型、浇注，以减少砂芯储存时间。目前，普遍采用的气硬冷芯盒工艺有三乙胺法和SO₂法。这两种方法工艺类似，仅黏结剂和固化气体不同。

（1）三乙胺法冷芯盒树脂砂 将树脂黏结剂加入原砂中混匀后吹（射）入芯盒，然后通过以空气、二氧化碳、氮气为载体的三乙胺，使砂芯在数秒钟内硬化，用干燥空气冲净剩余三乙胺后即可取出砂芯待用。三乙胺法芯砂的缺点是黏结剂与催化剂易燃，废气有毒。

1）三乙胺法冷芯盒树脂砂的配制：冷芯盒树脂砂所用原砂是根据铸件合金种类来确定的，主要用硅砂，其次是锆砂、铬铁矿砂等。要求原砂纯净干燥，以圆形砂粒较佳。黏结剂由液态酚醛树脂和聚异氰酸酯两种组分组成。铸钢件用芯砂黏结剂的两种组分按6∶4的质量比配制，能降低氮含量，树脂总加入量为原砂加入量的1.4%～1.6%，铸铁件用芯砂中树脂的加入量为原砂加入量的1.2%～1.3%，铝合金铸件用芯砂中树脂的加入量为原砂加入量的1%～1.1%。

2）三乙胺法冷芯盒树脂砂的混制：这种砂可以在各种混砂机中混制，但不可挤揉过度而影响芯砂的可使用时间及流动性。混砂机起动后加入原砂，加入酚醛树脂混10～15s，再加入聚异氰酸酯混70～80s即可。卸料后要测定每一次混制的芯砂初始强度。树脂加入量较大时其初始强度稍高一些，当加入质量分数为1.5%的树脂时，其初始强度在0.7MPa左右。混好后的芯砂要求迅速使用，夏天只能存放1～2h，冬天能存放2～3h。

（2）SO₂法冷芯盒树脂砂 SO₂法是在原砂中加入酚醛树脂或呋喃树脂和有机过氧化物混制芯砂，芯砂吹（射）入芯盒后，向砂芯通以SO₂气体促使砂芯快速硬化。

1）SO₂法冷芯盒树脂砂的配制：这种芯砂所用原砂与三乙胺法相同。黏结剂可用酚醛树脂或呋喃型冷硬树脂，树脂占砂总量的1%～1.5%（质量分数）。所用活化剂主要有过氧化氢、过氧化丁酮，过氧化物活化剂占树脂总量的25%～50%（质量分数），硅烷加入量占树脂总量的0.25%～0.3%（质量分数）。固化砂芯的SO₂气体是一种无色、有刺激味、不易燃烧的气体，这种气体靠氮气或干燥空气从容器中带出。

2）SO₂法冷芯盒树脂砂的混制：将原砂定量加入混砂机中（可以使用各种混砂机），加入树脂混制90～110s，再加入过氧化物继续混制60～90s，使之均匀即可卸料。这种芯砂可以存放7～8h。

4.呋喃树脂自硬砂

呋喃树脂自硬砂在常温下与固化剂发生化学反应而固化，不用烘干，砂子容易紧实，而且溃散性很好，但树脂成本高、有刺激气味。

1）呋喃树脂自硬砂的配制：呋喃树脂自硬砂所用原砂SiO₂含量要高，常用粒度组别为21和30，要求原砂纯净、干燥。黏结剂有脲醛呋喃树脂和酚醛呋喃树脂等，要求树脂糠醇含量较高，树脂无氮或低氮，加入质量分数为1%～2%的树脂。固化剂广泛采用对甲苯磺酸（酸∶水=7∶3）、二甲苯磺酸等，固化剂占树脂总量的30%～40%（质量分数）。改善自硬砂某些性能的添加剂有硅烷（起偶联作用，提高强度，降低树脂加入量）、氧化铁粉（防止冲砂和气孔）、甘油和苯二甲酸二丁酯[提高型（芯）砂韧性]等。硅烷占树脂总量的0.1%～0.3%（质量分数），氧化铁粉占树脂总量的1.5%～4%（质量分数），甘油占树脂总量的0.2%～0.4%（质量分数）。呋喃树脂自硬砂的配比见表3-9。

表3-9 呋喃树脂自硬砂的配比（质量分数，%）

2）呋喃树脂自硬砂的混制：将原砂、树脂、固化剂加入连续式混砂机中一次性快混90～120s，混匀后即卸料，随混随用。如果用间隔式混砂机混制，则先加入原砂，再细心加入固化剂，混60～90s后加入树脂，再混60～90s，混匀后立即出料使用。原砂的加入温度以20～25℃为宜，既不可太低，也不可太高。混制好的型（芯）砂硬化温度以20～30℃为宜，温度过高则硬化时间太短，温度过低会使硬化起模时间延长。