低树脂快速固化覆膜砂的研制

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1、万方数据材料工艺MATERIAL&TECHNOLOGY低树脂快速固化覆膜砂的研制DevelopingofRepidCuredLowResinCoatedSand孟庆周(济南铸造锻压机械研究所，济南250022)关键词：覆膜砂，热态性能中图分类号：TG221+．1；文献标识码：B；文章编号：1006-9658(2009)04-2自第二次世界大战期间，德国人克朗宁发明壳型(芯)法以来，这一工艺已经历了半个多世纪，这种成型方法，特别在汽车、内燃机行业中的制芯领域，一直在使用，不断在发展。虽然这几十年中热芯盒、冷芯盒等各种新工艺层出不穷，但对形状复杂、薄壁、表面质量和尺寸精度要求高的诸

2、如大批量生产的缸体、缸盖、变速箱等中空壳型芯，仍采用覆膜砂制芯。但随着汽车等行业技术的发展，对铸件的质量要求愈来愈高，再加上环保方面的要求，现有的覆膜砂性能已满足不了生产的要求，主要的问题是树脂加入量偏大，又污染环境。壳型(芯)的固化温度、结壳速度、覆膜砂中树脂的加入量、原砂性能以及填砂方式等等工艺参数对铸件的尺寸精度、表面粗糙度和成品率均有影响，但在基本工艺条件的情况下，最重要的影响因素是覆膜砂本身的热态性能。铸造工作者几十年来在覆膜砂的热态性能提高上做了很多工作，目标主要是在降低树脂加人量的同时提高或保持必要的热态性能。几十年来，树脂的加入量已从上世纪80年代的3．5％，到

3、90年代降低到2．5％左右，但仍感到加入量过大，热态性能不够好，同时膜壳等缺陷问题也解决得不好。要改善覆膜砂的热态性能主要是要提高覆膜砂的热强度和热韧度。为满足市场需求，我们对现有常用的热塑性酚醛树脂进行改性，精选原砂，研究各种催化剂、促进剂，包括常用的增塑剂、润滑剂等，严格控制覆膜工艺参数等来提高现有覆膜砂的热态性能。常用的热法覆膜工艺流程是将原砂加热到140—160℃，与酚醛树脂均匀混合，树脂受热而熔化，包在砂粒表面；随着温度降低，混合物变粘，再加入乌洛托品非溶液作为固化剂，硬脂酸钙作为润滑剂，和各种添加剂等。在制芯过程中，覆膜砂被芯盒加热，砂收稿日期：2009-04-20

4、文章编号：2009-068粒表面被融化，形成牢固的粘结桥，将砂粒与砂粒粘结在一起，固化成为可用的壳芯。我们经过反复对原砂、树脂等挑选，优化选择有效的添加料，使覆膜砂的热态性能大为提高，树脂的加入量也降到2％(不包括焙烧砂)。l低树脂快速固化覆膜砂的原辅材料选择覆膜砂对原砂的要求较高，应当选择SiO：含量高、粒形好、杂质少的原砂。如果SiO：含量低，杂质多，则这部分杂质将与覆膜的树脂结合，增加树脂的消耗量，同时连接砂粒与砂粒的树脂粘结桥，也会因杂质的过多混入，使固化后的覆膜砂强度降低。我们选用福建东山砂，其SiO：含量97％，粒形圆，耐火度达1450oC，原砂集中率在60％左右，

5、可直接使用，无需水洗。可根据覆膜砂的使用对象选用不同的粒度，以提高强度。树脂是混制覆膜砂的重要组成，现有商品类热型性酚醛树脂的聚合速度、聚合强度等性能均不能满足混制低树脂快速固化覆膜砂的要求，必须进行改性。我们选用物理改性的方法，即在混制覆膜砂的覆膜过程中，加入两种以上、不同分子量的树脂和其他添加料，作为促进剂A，来对现有树脂进行改性。在常用的属于大分子的酚醛树脂中加入适当的低分子碱性树脂，其在处理过程中产生的特殊酚醛羟茎具有较强的活性，在覆膜砂混制时与B物质和乌洛托品等在受热的情况下产生联缩聚反应，使得覆膜砂具有较高的热态强度。B是一种有硅物质成分的促进剂，这种促进剂实质上是

6、在偶联剂硅烷的基础上加入某种粘结剂使其具有特殊的作用，这是一种具有双重化学性质的物质，其分子结构中通常都会有两种不同性质的基因，一种是亲无机物(强极性)的基因易和无机物(如砂子)起反应，形成牢固的化学键；另一种是亲有机物(极性小或非极性)的基因能和有机物(合成树脂)起反应或互溶。在混制覆膜oFMT中国铸造装备与技术4／2009万方数据材料工艺MATERIAL&TECHNOLOGY砂时选择合适的时间和温度以获得强度的最大值。这两种促进剂可以提高树脂在原砂表面的附着力，增加强度；可以加强树脂膜的内聚强反应，使树脂与原砂间的粘结桥内聚力提高，覆膜砂的强度也随之提高；可以增加覆膜砂韧性

7、；可以改变覆膜砂的固化速度，在一定的固化时间内可提供足够强度的壳体，提高壳芯生产的合格率。生产大型中空壳芯时，脱壳缺陷是造成废品的主要原因。脱壳的特征是结壳终了时，壳芯内腔仍有部分塑性状态的砂层，其表面的树脂膜粘结桥尚未硬化，从邻近的已硬化层脱开而落下，有部分脱落，也有层脱现象，形成壳芯报废。这是由覆膜砂的固化速度不够快和其吸水性造成的，特别在南方空气湿度较大或存放时间过长这种缺陷就更多些。因此在促进剂中也考虑加入阻止树脂吸水的组分。A物质中是两种以上的树脂组成，在覆膜砂加热固化时，酚醛树脂