07 第七章_树脂砂.pptx

第1页：第7章 树脂（封面）

第7章 树脂（封面）

第七章树脂砂树脂粘结砂

第2页：第7章 树脂（章节目录）

第7章 树脂（章节目录）

【本章知识框架】

第3页：【导入案例】树脂砂的应用

【导入案例】树脂砂的应用

• 【导入案例】树脂砂在铸造生产中的地位
• 20世纪80年代以来，树脂砂工艺在欧美、日本等发达国家发展很快，它已广泛应用于这些国家的机床、重型与矿山机械、造船及通用机械行业的大、中型铸件生产中。
• 据不完全统计，英国70%以上的铸铁件和20%以上的铸钢件均采用呋喃树脂砂工艺生产，最大件重达100吨。在美国，化学粘结砂占全部型砂的20%以上，其中，40%左右为树脂砂（不包括壳型壳芯、热芯盒、冷芯盒）；在日本大型铸件生产中，50%以上是采用树脂砂，树脂工艺已占其铸造生产的第二位，仅次于湿型砂工艺。

第4页：【导入案例】树脂砂的应用（续）

【导入案例】树脂砂的应用（续）

• 【导入案例】
• 在欧洲，树脂砂最大应用者为德国。据原西德铸造工程协会调查，在造型方面，1986年采用树脂砂的比例已由1975年的19.4%提高到30.2%；在制芯方面，到1986年已有90%的砂芯是用树脂砂制造；到1993年，在化学粘结剂砂中，水玻璃砂仅占2%的份额，其余均为树脂砂，其中树脂自硬砂约占63%。
• 我国于20世纪70年代研究和应用树脂自硬砂，在“六五”、“七五”期间，通过技术改造，已有十几家机床厂先后建起了树脂自硬砂生产线，所生产的铸件质量明显提高，使其机床铸件或机床产品打入了国际市场。但应看到，我国目前80%以上的单件小批量铸件生产厂，大多数还是采用粘土砂工艺，树脂自硬砂工艺还有待于加速研究和推广应用。问题：为什么树脂砂能够得到如此广泛的应用？

第5页：树脂砂的应用实例

树脂砂的应用实例

第七章树脂粘结砂7.1概述7.2常用树脂7.3加热硬化树脂砂7.4吹气硬化树脂砂7.5自硬树脂砂7.6树脂砂中常见的铸造缺陷

第6页：7.1 概述（树脂砂的特点）

7.1 概述（树脂砂的特点）

7.1概述一般型砂或粘结剂的缺点：植物油、合酯、渣油等粘结剂•硬化速度慢需进窑烘干•生产周期长，效率低•不易适应高度机械化、自动化流水生产的要求缺点CO2水玻璃砂出砂性差缺点

第7页：7.1概述

7.1概述

• 基于以上，树脂粘结剂在铸造上被广泛采用。
• 相继出现了许多制芯的新工艺
• 这些新工艺主要特点：
• 制芯工艺过程简化，便于实现机械化和自动化；
• 型芯可直接在芯盒里硬化，不需进炉烘干，可取消烘炉；
• 型芯是硬化后取出的，变形小，精度高，提高了铸件的尺寸精确度，可以减少加工余量；
• 硬化反应快，只需几分钟甚至几十秒钟即可完成，大大提高了生产效率。

第8页：7.1 概述（树脂砂的硬化方式）

7.1 概述（树脂砂的硬化方式）

7.1概述用树脂砂制芯时主要有三种硬化方式：硬化方式加热硬化法吹气硬化法自硬法壳芯法热芯盒法温芯盒法

第9页：7.2常用树脂

7.2常用树脂

• 就树脂的基本组成来讲，主要有三大体系,即：呋喃树脂、酚醛树脂和尿烷树脂。
• 必需指出：能用作型砂粘结剂的决不仅限于这三类，不饱和聚酯树脂、环氧树脂等已经开始作为粘结剂进入铸造行业，其他高分子材料也在逐步为铸造行业所用。可以认为，一切在受控条件下能由线性结构发生不可逆交联反应的高分子材料，均有可能作为型砂的粘结剂。

第10页：7.2.1酚醛树脂

7.2.1酚醛树脂

酚醛树脂可分为甲阶酚醛树脂和诺沃腊克型酚醛树脂（也称为壳芯用呋喃树脂）两种。1.甲阶酚醛树脂甲阶酚醛树脂是苯酚和甲醛缩聚反应的产物。苯酚和甲醛缩聚的反应可分为三个阶段：在甲阶段，得到的是线型、支链少的树脂，可熔并可溶，称为甲阶酚醛树脂。

第11页：甲阶酚醛树脂

甲阶酚醛树脂

• 制取甲阶酚醛树脂需有两个条件：
• ①甲醛过量，即甲醛对苯酚的摩尔比大于l在此条件下反应，生成多羟甲基酚，再经缩聚即得到甲阶酚醛树脂。随着甲醛用量的增加，树脂的活性增强，硬化较快，树脂砂的抗拉强度也较高。要兼顾这两个方面，既要使树脂有足够多的活性官能团，又要使其粘度较低。
• ②在碱性催化剂的作用下反应在碱性介质中，生成的活性羟甲基官能团比较稳健，所以，制取甲阶酚醛树脂，通常用碱金属或碱土金属的氧化物或氢氧化物作催化剂。

第12页：甲阶酚醛树脂（续1）

甲阶酚醛树脂（续1）

• 甲阶酚醛树脂
• 甲阶酚醛树脂的制取过程如下：在碱性催化剂的作用下，苯酚和甲醛先发生加成反应，生成邻羟甲基酚和对羟甲基酚：如果甲醛过量，则进一步反应，生成多羟甲基酚：

第13页：甲阶酚醛树脂再经缩聚反应

甲阶酚醛树脂再经缩聚反应

，即得到甲阶酚醛树脂：缩聚反应完成以后，用酸中和原加入的碱性催化剂，抑制其继续缩聚，即得酸硬化的甲阶酸醛树脂，pH值一般调至4.5~6.5。

第14页：甲阶酚醛树脂（续2）

甲阶酚醛树脂（续2）

• 甲阶酚醛树脂
• 甲阶酚醛树脂的两个主要缺点：
• 贮存稳定性不佳(最主要缺点）由于含有较多的活性羟甲基官能团，在室温下会自行缩合而变稠，并有水分分离出来。在一般情况下，贮存期只能是4~6个月，如贮存温度不超过20℃，则可以更长一些。
• 在低温下硬化反应缓慢如用甲苯磺酸或苯磺酸的水溶液作硬化剂，在环境温度低于15℃时，型砂的硬化即明显减慢，在10℃以下，经2~3h仍不能具有脱模所需的强度。

第15页：壳型

壳型

• （芯）用酚醛树脂
• 壳型（芯）用酚醛树脂的制取条件:①甲醛对苯酚的摩尔比小于l②用酸性催化剂在上述条件下，苯酚和甲醛发生缩聚反应，得到诺沃腊克型酚醛树脂，其反应如下：

第16页：7.2.2呋喃树脂

7.2.2呋喃树脂

• 呋喃树脂是铸造行业应用最广树脂，可用于热芯盒工艺、温芯盒工艺、冷芯盒工艺和自硬工艺中。
• 呋喃树脂就其基本构成而言:
• 糠醇树脂
• 脲醛呋喃树脂
• 酚醛呋喃树脂
• 甲醛呋喃树脂
• 共聚呋喃树脂

第17页：糠醇树脂

糠醇树脂

• 糠醇单体在酸的催化作用下，可缩聚而得到线型分子的糠醇树脂，其反应式如下：
• 糠醇树脂本身就可用作型砂的粘结剂。但是，用糠醇树脂作粘结剂的型砂，性能并不理想，而且树脂的价格很贵，实际上几乎不单独使用。通常所说的呋喃树脂是糠醇与脲醛、酚醛、甲醛共聚（缩聚）而成的树脂。改变其中的组分，可用得到不同的树脂。

第18页：脲醛呋喃树脂

脲醛呋喃树脂

• 脲醛呋喃树脂也称为糠醇改性的脲醛树脂，即通常所说的呋喃I型树脂。
• 为棕色或暗棕色粘稠液体，粘度为2~3Pa.S，pH在6.5~7.2之间，含水量≤18%，可存放半年以上。
• 它一般由糠醇、甲醛和尿素在乌洛托平的催化作用下缩合而成，糠醇、甲醛和尿素的摩尔分子比为0.92: 2.95:1。

第19页：脲醛呋喃树脂（续1）

脲醛呋喃树脂（续1）

• 脲醛呋喃树脂
• 脲醛呋喃树脂反应可分为以下三步：(1)尿素和甲醛的反应：尿素和过量的甲醛，在弱碱性介质中，于低温下进行加成反应，生成一羟基甲脲和二羟基甲脲。
• 如将羟基甲脲在酸性介质中升温缩聚，则可得到稳定性高的水溶性脲醛树脂。

第20页：脲醛呋喃树脂（续2）

脲醛呋喃树脂（续2）

脲醛呋喃树脂(2)树脂化反应：二羟基甲脲和糠醇在弱酸性条件下，发生缩聚反应，得到脲醛糠醇树脂。(3)硬化反应：线型的脲醛糠醇树脂，在酸性硬化剂的催化作用下，将进一步失水缩合或双键打开发生加聚反应，导致形成三维的交联结构而硬化。脲醛呋喃树脂的优点：综合性能好，价格便宜，硬化速度也易于控制。

第21页：酚醛呋喃树脂

酚醛呋喃树脂

• 酚醛呋喃树脂也称为糠醇改性的酚醛树脂，即通常所说的呋喃II型树脂，一般由糠醇、甲醛和苯酚合成。
• 在苯酚分子中，由于-OH的影响，其邻位和对位上的H容易与醛发生加成反应，形成多羟甲基苯酚。
• 多羟基苯酚在酸性催化条件下，与糠醇反应，得到线型酚醛糠醇树脂。

第22页：酚醛呋喃树脂（续1）

酚醛呋喃树脂（续1）

• 酚醛呋喃树脂
• 酚醛呋喃树脂的优缺点：
• 优点：不含氮，用于制造铸钢件，不会因氮而生气孔缺陷。
• 缺点：型砂较脆，综合性能不够理想。

第23页：甲醛呋喃树脂

甲醛呋喃树脂

• 糠醇与甲醛在酸性催化剂作用下，先发生脱水反应，再通过与链状的亚甲基结合变成由呋喃环连接起来的高分子物质。
• 通常是糠醇含量在90%以上呋喃树脂，贮存稳定性好。
• 用其配制的树脂砂，常温及高温强度均好，可用于大铸件钢件及高合金钢铸件。由于糠醇含量高，价格较高。

第24页：共聚呋喃树脂

共聚呋喃树脂

• 醛呋喃树脂有价格便宜和强度高的优点，酚醛呋喃树脂有不含氮和高温强度好的优点。
• 为得到较好的综合性能，通常，广泛采用的是由糠醇、甲醛、尿素和苯酚四种组分缩聚而成的呋喃树脂，简称为共聚树脂。
• 各组分所占的份量均可在相当大的范围内变动。

第25页：7.2.3尿烷树脂

7.2.3尿烷树脂

• 尿烷树脂由两个组分组成，混砂时分别加入，然后在胺硬化剂作用下发生聚合。
• 树脂的第一组分为含羟基的树脂
• 树脂的第二组分为聚异氰酸酯在胺的催化作用下，树脂的两组分发生聚合反应如下：

第26页：尿烷树脂

尿烷树脂

• 这种硬化反应无水分生成，故硬透性极好。酸催化的缩聚反应，有水分生成，如水分不能排除则反应将受到控制，故铸型外表易硬化而内部则较难硬化。
• 吹气（雾）硬化时，用混成砂制成型或芯之后，吹入胺蒸气，即可使型砂在数秒钟之内硬化。用此种工艺方法时，所用的胺为三乙胺（TEA）或二甲基乙胺（DMEA），胺蒸气的载体为氮或二氧化碳。

第27页：7.3加热硬化树脂砂

7.3加热硬化树脂砂

• 加热硬化的特点是所用硬化剂为潜硬化剂，在常温条件下不起作用或作用甚微，经加热后才起作用，使树脂发生交联反应而硬化。
• 加热硬化工艺有：壳芯（包括制造壳型）工艺热芯盒工艺温芯盒工艺

第28页：7.3.1壳芯工艺壳型工艺

7.3.1壳芯工艺壳型工艺

（也有称为壳芯法）型砂所用的粘结剂是诺沃腊克型酚醛树脂，用六亚甲基四胺（乌洛托平）作潜硬化剂。将配好的砂料倾注在预热到250~300℃的模板上或芯盒中，经一时间（15~50s）后，靠近模板或芯盒壁处的型砂受热，树脂熔化而将砂粒粘结在一起，沿模板或芯盒内腔形成具有一定厚度的壳，然后将模板或芯翻转，将未反应的砂料倒出，积聚加热一定时间(30~90s)后，开启模板或芯盒，把壳芯顶出，即得到薄壳状铸型或型芯。也有人称此工艺为C工艺。

第29页：原材料对壳芯砂的影响

原材料对壳芯砂的影响

• 一般制作壳芯砂的原材料主要包括原砂、树脂和附加物，它们将影响或决定壳芯砂的性能。(1)原砂
• 原砂对树脂用量及铸件表面质量都有很大影响。
• 一般选用颗粒较细的（70/140、100/200）原砂，分布在相邻的4~5个筛上，200号以下的砂粒小于10~20%，圆形、表面光洁。
• 一般而言，增加1%的粘土，干强度下降25%，所以需用含泥量小于1%的原砂，最好采用水洗砂。

第30页：原材料对壳芯砂的影响（续1）

原材料对壳芯砂的影响（续1）

原材料对壳芯砂的影响(2)树脂一般采用线型热塑性酚醛树脂。有的树脂厂在制造树脂时，加入松香衍生物改性，以提高树脂的热塑性，从而可防止壳型开裂，减少铸件上出现脉状铁毛刺的可能。(3)附加物为改善树脂砂的性能，有时加入某些附加物。如加入砂重2%的石英粉可提高型芯的高温强度；加入砂重3.0~3.5%的硬脂酸钙可增加壳芯砂的流动性，使壳芯表面致密，制壳时易顶出，混砂时能降低混砂机的负荷，并能防止壳芯砂存放期间结块；加入砂重0.25%的氧化铁粉可防止在铸件上产生皮下气孔

第31页：壳芯砂的混制工艺

壳芯砂的混制工艺

• 壳芯砂有粉状砂和覆膜砂两种。(1)粉状砂
• 它采用普通的混砂方法，主要是使树脂粉末与砂粒混合均匀。为了使粉状树脂粘附在砂粒表面，在混砂时须加入润湿剂。
• 粉状砂的混制比较简单，得到的铸件表面比较光洁，但树脂用量高，且混制时有灰尘，劳动条件差，储存、运输及吹制时树脂容易偏析，因而，仅在小批量生产中使用。

第32页：壳芯砂的混制工艺（续1）

壳芯砂的混制工艺（续1）

• 壳芯砂的混制工艺(2)覆膜砂覆膜砂是指树脂以一层薄膜包覆在砂粒表面，这样可以完全发挥树脂的粘结作用，改善树脂砂的性能，节省树脂用量
• 覆膜砂的混制方法可分为冷法和热法两种
• 冷法覆膜砂是指在室温下制备的覆膜砂。混制时先将粉状树脂、六亚甲基四胺（乌洛托平）与原砂混匀；
• 然后加入溶剂（乙醇、丙酮或糠醛），再继续混碾到溶剂挥发完，干燥后经破碎和过筛即可使用。
• 这种方法有机溶剂消耗量大，仅用于小批量生产中。

第33页：壳芯砂的混制工艺（续2）

壳芯砂的混制工艺（续2）

• 壳芯砂的混制工艺
• 热法覆膜砂的混制工艺如下：
• 第一步，先将原砂预热到140~160℃，倾入混砂机，随即加树脂，充分混匀，务使树脂均匀地涂覆在砂粒表面。
• 第二步，加入乌洛托品以前，先加水使砂温降到105~110℃。这一点非常重要，因为潜硬化剂六亚甲基四胺在117℃以上即分解而起硬化作用，有部分树脂将发生不可逆的交联反应而失效。加水量大约是砂重的2%。
• 第三步，加入硬脂酸钙润滑剂，数秒钟后出砂。
• 第四步，在覆膜砂温度降到70~75℃时，放到筛砂机上，使团块在筛网上摩擦而破碎，以得到粒状的覆膜砂。

第34页：壳芯砂的混制工艺（续3）

壳芯砂的混制工艺（续3）

• 壳芯砂的混制工艺
• 硬脂酸钙起到润滑的作用，有利于壳型脱模，并能改善覆膜砂的流动性而提高壳型的致密度。
• 硬脂酸钙壳型的致密度和强度的影响：图7.1试样重量与硬脂酸钙加入量的关系图7.2加入量对覆膜砂强度的影响热法法覆膜砂不用溶剂，成本低，质量好，生产效率高，适合大量生产，工艺控制复杂，需要专用混砂设备

第35页：制造壳型

制造壳型

（芯）工艺制造壳型翻斗法制造壳芯吹射法顶吹法底吹法

第36页：制造壳型（续1）

制造壳型（续1）

制造壳型（芯）工艺顶吹法底吹法顶吹法需要翻转砂斗和芯盒，设备比较庞大、复杂，但因有摇摆倒砂机构，因此可以制造较复杂的型芯，如气缸体的缸筒砂芯、进排气管砂芯等。底吹法设备较简单，不带摇摆倒砂机构，目前常应用于小型芯的制造。

第37页：制造壳型（续2）

制造壳型（续2）

制造壳型（芯）工艺制造壳芯用的两种壳芯机和典型的壳芯图7.4壳芯机和典型壳芯的实物(a)壳芯机；(b)典型壳芯（长城GW2.4Y进气管壳芯）；(c) K87壳芯机

第38页：制造壳型（续3）

制造壳型（续3）

• 制造壳型（芯）工艺
• 制造壳型和壳芯时，模板或芯盒的预热温度可以是250~300℃，最好是275℃左右。用铝质模具时，其温度不宜超过260℃。
• 覆膜砂与热模板或芯盒接触后，经一定的时间即得到预期厚度的薄壳，壳厚的增长与模具温度的关系见图7.5。然后，将未反应的覆膜砂倾出，供再次使用。得到的薄壳再经一段时间进一步硬化后，利用模具上的顶杆脱模。此段硬化不宜太长，以免树脂过热，最好是表面呈淡棕色，不宜到深棕色，决不应发黑。
• 制造壳型（芯）的工艺过程虽然相当简单，但硬化成壳的机制却非常复杂，工艺参数的控制极为重要。图7.5壳厚的增长与模具温度和结壳时间的关系

第39页：制造壳型（续4）

表7-2：下表列出相关数据。

制造壳型（续4）

制造壳型（芯）工艺表7-2壳型、壳芯制造工艺参数壳厚烘烤时间/s烘烤温度/℃结壳时间/s吹砂时间/s吹砂压力/MPa工艺特征模板芯盒预热温度/℃类型6~860~240~40030~60————翻斗法260~320壳型3~730~35200~300812~200.3~0.4底吹法250~300小壳芯15~302~45~1530~120250~30010~603~100.15~0.35顶吹法250~300大壳芯

说明：本页源表格数据存在粘连，未作切分还原，原文数据如下——制造壳型（芯）工艺表7-2壳型、壳芯制造工艺参数壳厚烘烤时间/s烘烤温度/℃结壳时间/s吹砂时间/s吹砂压力/MPa工艺特征模板芯盒预热温度/℃类型6~860~240~40030~60————翻斗法260~320壳型3~730~35200~300812~200.3~0.4底吹法250~300小壳芯15~302~45~1530~120250~30010~603~100.15~0.35顶吹法250~300大壳芯

第40页：制造壳型（续5）

制造壳型（续5）

• 制造壳型（芯）工艺
• 成壳的工艺过程可大致分为以下三个阶段，但必须指出：这三阶段并不截然分开，而是互相交错的。
• 首先覆膜砂被模具或芯盒加热，温度逐渐提高，树脂膜逐渐软化而成为熔融状态。
• 接着，相邻砂粒上的熔融树脂膜相连而成为粘结桥；树脂保持液态的时间愈长，则愈易形成强的粘结桥，但脱壳的倾向也愈大。如树脂硬化太快，则无足够的时间流动，不能形成完好的粘结桥，强度也就不高。
• 最后，六亚甲基四胺热解，提供使树脂发生交联反应的亚甲基，使树脂迅速硬化。

第41页：壳芯砂的优缺点

壳芯砂的优缺点

• 优点：
• ①酚醛树脂砂固化后强度很高
• ②壳芯是中空的，具有良好的透气性和出砂性，故可用较细的原砂（100/200），获得表面光洁的铸件，芯砂消耗量也很小。
• ③壳芯砂在室温下一般不发生固化反应，能保存几个月。固化后的型芯吸湿性很小，可长期存放。
• ④壳芯砂在固化前是松散的干态混合料，流动性特别好，能吹制形状很复杂的型芯。

第42页：壳芯砂的优缺点（续1）

壳芯砂的优缺点（续1）

• 壳芯砂的优缺点
• 缺点：
• 大型芯质量不够稳定，大壁厚的铸钢件表面粗糙，带有很多皱纹和凹坑
• 采用导热性能好的锆砂、铬铁矿砂代替石英砂可提高大壁厚铸钢件的表面质量。

第43页：7.3.2热芯盒工艺

7.3.2热芯盒工艺

• 热芯盒工艺是用射芯机以5×105~7×105Pa压缩空气，将湿态树脂砂射入加热一定温度(180~260℃)的芯盒内，经几十秒至几分钟即可从热芯盒中取出具有足够强度的型芯。
• 热芯盒型芯用树脂粘结剂比壳芯用的树脂粘结剂来源丰富，成本低，用量少，混制工艺也较简单，热芯盒用树脂品种较多，目前国内应用较广的有：
• 呋喃I型树脂砂
• 呋喃II型树脂砂

第44页：热芯盒工艺

热芯盒工艺

图7.6热芯盒制芯机和典型热芯(a)双工位热芯盒射芯机；(b)典型热芯（上：三菱4G6缸体水套热芯，下：长城GW2.4S缸盖热芯）(c)单工位热芯盒射芯机

第45页：呋喃I型树脂砂

呋喃I型树脂砂

酸类或酸性盐都能使呋喃I型树脂硬化，但从工艺上考虑，要求硬化剂在室温下呈中性或弱酸性，而在加热时放出强酸，促使树脂迅速硬化。呋喃I型树脂砂的潜硬化剂为强酸弱碱盐，最常用的是氯化铵水溶液。但是，氯化铵还能与呋喃I型树脂中的游离甲醛反应而生成强酸：1)硬化剂

第46页：呋喃I型树脂砂（续1）

呋喃I型树脂砂（续1）

• 呋喃I型树脂砂
• 这将会导致树脂砂在射入芯盒之前硬化，因此，宜在加氯化铵的同时，加入碱性尿素作为缓冲剂，其配比为氯化铵:尿素:水=1:3:3。此外，尿素能稳定氯化铵水溶液，防止常温下长期存放时析出氯化铵结晶。
• 在原砂中加入0.25%~0.30%的氧化铁可防止在铸件上产生皮下气孔；加入硼酸也可起到同样效果，但型芯吸湿性也增加。2)制芯工艺热芯盒用树脂砂的混制应予以足够注意，混砂方面的大意将会导致型芯强度降低。

第47页：水泥的硬化原理（续）

水泥的硬化原理（续）

• 呋喃I型树脂砂
• 加料的顺序应是：砂→干附加物（Fe2O3）→硬化剂→树脂每加料后，都要充分混匀后才能加下一种料。原砂的温度，保持在20~25℃之间。
• 芯盒加热温度为180~260℃，型芯表面强度足以承受顶杆的作用时，即可出芯。在芯盒中停留的时间，一般都不可能使型芯完全硬化。脱开芯盒后，借助于芯子的余热和树脂硬化放出少量热，型芯仍有一继续硬化的过程。大约要待2h后，才能装入铸型。
• 吹射用的压缩空气，应经脱湿处理，其压力宜为480~690kPa。应在保证型芯有足够紧实度的条件下，尽量降低吹射气体的压力。

第48页：呋喃I型树脂砂（续3）

呋喃I型树脂砂（续3）

呋喃I型树脂砂3)工艺性能及其影响因素(1)硬化温度及硬化速度硬化温度在140~250℃之间较适宜，一般几十秒即可从芯盒中取出型芯。芯盒温度高，硬化快，热态强度较高，但型芯容易烧焦，表面硬度低，芯盒也易变形；反之，芯盒温度低，硬化较缓慢，但能达到的最高冷拉强度较高，型芯表面质量也较好。(2)流动性与存放期用测孔法测定时，流动性在3~5g；在0.5~0.7MPa压力下，可射制形状复杂的型芯。但存放过程中流动性逐渐降低，存放期不宜超过4h，并需用湿布遮盖。含水量增加可延长存放期，但硬化速度减慢，也降低强度。(3)发气性呋喃I型树脂砂比油砂发气性大，发气速度也快，在105℃时，在15秒内大部分气体就能逸出。树脂加入量增加，发气量也加大。

第49页：呋喃I型树脂砂（续4）

呋喃I型树脂砂（续4）

呋喃I型树脂砂(4)吸湿性呋喃I型树脂是水溶性高分子有机化合物，因此，比油砂、芯砂吸湿性大，易使铸件产生气孔。吸湿的型芯可进行二次烘烤，在100~200℃保温2h，强度可以回升。(5)容让性和出砂性对一般铸铁件所要求的容让性、出砂性都能满足，但对复杂薄壁铸件型芯，其出砂性尚须进一步改善。4)热芯盒工艺的缺点热芯盒工艺的能耗相当高，在使用过程中产生有刺激性的烟气。虽然在硬化剂中加入尿素后有所改善，但仍很严重。目前，由于其它高生产率制芯工艺的发展，此工艺已远不如过去那么重要。当用于生产铸钢件、部分球铁件和复杂薄壁的铸铁件时易产生皮下气孔和针孔。

第50页：呋喃II型树脂砂

呋喃II型树脂砂

• 当呋喃II型树脂砂用于生产铸钢件和球墨铸铁件时，要求选用耐火度高的石英砂作为原砂，树脂加入量一般为3%~4%，用六亚甲基四胺（乌洛托平）作硬化剂，加入量为树脂用量的10%左右，水的加入量也为树脂用量的10%左右。
• 呋喃II型树脂砂的高温性能较好，脆性较小，吸湿性小，硬化速度较慢，存放性好，混制后24h后仍有流动性，未发现强度下降。但是，比呋喃I型树脂砂贵，只用于易产生粘砂或皮下气孔的铸件，可制作厚度为5~20mm的型芯。

第51页：7.3.3温芯盒工艺

7.3.3温芯盒工艺

• 温芯盒工艺受到普遍的重视，是因为它克服了热芯盒工艺的许多缺点。主要优点：生产效率高；散发的游离甲醛少得多；没有游离酚；芯子抗吸湿能力强，能贮存较长的时间；能耗低；芯盒不易变形，寿命较高。主要缺点：成本高。
• 虽然所用的混砂设备、制芯设备、工艺装备及工艺过程均与热芯盒工艺相同，但是两者实际上是不同的，除所用的树脂和潜硬化剂大不相同外，工艺特点也有重要的差异。
• 温芯盒工艺采用低氮、低水分、低游离甲醛、无游离酚的高糠醇树脂做粘结剂。但价格大致为酚醛热芯盒树脂的3~4倍。
• 温芯盒工艺所用的潜硬化剂为铜盐的水溶液或醇溶液。
• 高糠醇树脂砂的可使用时间很长，在20℃下可达24h。在制造厚大芯子时，要增加其酸度，此时，可使用时间约为3h。芯盒的加热温度为150~230℃。

第52页：阅读材料7-3 热芯盒与壳芯制芯的比较

阅读材料7-3 热芯盒与壳芯制芯的比较

阅读材料请阅读材料7-3《热芯盒与壳芯制芯的比较》

第53页：7.4吹气硬化树脂砂

7.4吹气硬化树脂砂

• 吹气（雾）硬化工艺是在热芯盒制芯工艺的基础上，为克服需要加热的缺点而发展起来的。由于本工艺不必将芯盒加热，故早期称之为冷芯盒工艺。
• 树脂砂吹射或舂实后于芯盒，导入气体硬化剂或液态硬化剂的蒸气，即可使芯子硬化。
• 按使用的粘结剂和所吹气体的不同：三乙胺法二氧化硫法物理气硬法图7.7为三种应用较广的冷芯盒制芯机，图7.8为工业生产中的典型冷芯。

第54页：常用的冷芯盒制芯机

常用的冷芯盒制芯机

图7.7工业生产中常用的冷芯盒制芯机(a)兰佩冷芯盒制芯机；(b)罗拉门第冷芯盒制芯机；(c) Z84冷芯盒制芯机

第55页：工业生产中的典型冷芯

工业生产中的典型冷芯

图7.8工业生产中的典型冷芯(a)帕萨特缸盖冷芯；(b)和(d)缸体水套冷芯；(c)缸体主体冷芯

第56页：7.4.1三乙胺法

7.4.1三乙胺法

• 此法为美国Ashland油脂化学公司研制成的，在美国叫Ashland法，在英国称为Isocare法。
• 三乙胺法的粘结剂为尿烷树脂，它由两种可溶性有机材料组成，即聚苄醚酚醛树脂（组分I）和聚异氰酸酯（组分II）。
• 在催化剂三乙胺(C2H5)3N或二甲基乙胺C2H5N(CH5)2的催化作用，聚苄醚酚醛树脂的-OH和聚异氰酸酯的异氰酸根-NCO结合成氨基甲酸酯树脂（尿烷树脂）。
• 粘结剂的组分I:组分II为(40~60):(60~40)，铸钢件常采用60:40，以期降低氮的含量。两组分的总加入量为原砂重量的0.8%~2.0%；铝合金用粘结剂加入量为0.8%~1.0%。

第57页：三乙胺法

三乙胺法

铸造生产中，多用射（吹）芯机制芯。为使型芯迅速均匀地硬化，液态三乙胺先雾化，然后吹入芯盒。三乙胺法制芯工艺过程见图7.9。图7.9三乙胺法制芯工艺过程示意图

第58页：三乙胺法（续1）

三乙胺法（续1）

• 三乙胺法
• 三乙胺以总重量的2%与气体载体混合，在0.2MPa的压力下吹入芯盒。吹气时间根据型芯尺寸大小而定，20kg的型芯只需10~20s即可硬化。
• 由于水分要消耗粘结剂中的聚异氰酸酯，气体中的水分不能超过0.2%，否则硬化效率明显下降，因此所用的气体必须经过过滤及干燥。
• 虽然可用处理过的干燥压缩空气作载体，但由于空气中含有大量氧气，若混合气体中，胺气浓度较大，则易爆炸，故常用惰性气体代替压缩空气，常用的有二氧化碳及氮气。由于二氧化碳在使用中常有降温冷冻现象，故以使用氮气为宜。

第59页：三乙胺法（续2）

三乙胺法（续2）

• 三乙胺法
• 三乙胺吹气硬化工艺的优点：
• 对不同原砂适用性十分广泛，对耗酸值没有要求，石英砂、锆砂和石灰石砂均可使用；
• 型芯硬化迅速，硬化后强度高；
• 可以制造复杂程度不同、大小不等的型芯；
• 浇注后的型芯落砂性很好，且制好的型芯可以长期储存。
• 主要缺点：
• 粘结剂和硬化剂都易燃，需要妥善储存，特别是聚苄醚酚醛树脂与聚异氰酸酯的混合液尤其易燃，需要在30℃以下储存。
• 催化剂胺有毒，不能直接与皮肤接触。树脂砂吹硬化气后还得吹压缩空气清洗砂粒间及管道中残存的硬化气。所有这些排出的气体统称为尾气。尾气必须经处理后才能排放到大气中。

第60页：三乙胺法由于胺是碱性

三乙胺法由于胺是碱性

，且易燃，故可用酸吸收法或燃烧法除去尾气中的胺。最常用的是洗涤塔，其作用原理如图示。图7.10尾气洗涤塔原理图自芯盒排出的含硬化气的尾气从下方进入洗涤塔，在向上方流动的途中，经过2或3层硬塑料块构成的阻尼层，结果，气流分散而且路径曲折。浓度为8%~10%的稀硫酸液自上方喷淋而下，也通过阻尼层。这样，尾气中的胺就充分和酸作用，自上方排出的废气中，胺的浓度很低，可以向大气中排放。

第61页：7.4.2 二氧化硫法的硬化原理

7.4.2 二氧化硫法的硬化原理

7.4.2二氧化硫法1. SO2法的硬化原理SO2法本质上是酸硬化树脂系统。它不使用液体催化剂，而是依靠SO2气体通过混有氧化剂的未硬化的砂混合料形成酸。这样就产生出瞬时硬化的，具有常规呋喃自硬系统特性的树脂砂芯和砂型，其化学反应如下：SO2法是由法国制造工业和化学应用公司（简写为Sapic）发明的一种气硬方法，所以也称Sapic法。欧洲大陆的Hardox法、英国的So-Fast法、美国的Instra-Draw法都是指SO2法。

第62页：SO2法硬化树脂砂的原材料

SO2法硬化树脂砂的原材料

• SO2法硬化树脂砂的原材料包括原砂、树脂粘结剂、增强剂、过氧化物和SO2气体五部分。
• ①原砂：含水量小于0.3%、低耗酸值及粒度大小分布合适的高纯度石英砂。
• ②普通的酚醛和呋喃型冷硬树脂也可以作为粘结剂，但专门设计的无氮、低糠醇树脂效果更好。
• ③增强剂是一种硅烷产品，起增强作用，其用量很少，它可以在生产树脂时直接加入，也可以在混砂时加入，加入量为树脂加入量的3%~10%。
• ④过氧化物有无机和有机两大类。无机过氧化物价格便宜，但芯砂的有效期短；有机过氧化物价格昂贵，但有效期较长。

第63页：SO2法硬化树脂砂的原材料（续1）

SO2法硬化树脂砂的原材料（续1）

• SO2法硬化树脂砂的原材料
• 在生产实践中，无机过氧化物主要采用浓度为50%的过氧化氢，加入量相当于树脂加入量的25%~50%，但是效果不佳。一方面，由于过氧化氢能迅速分解而失效使得树脂砂的可使用时间很短；另一方面，工业双氧水中含H2O2一般为30%，给型砂中带进大量的水，即使用50%的双氧水，带进的水分也不少。
• 有机氧化物中，通常使用过氧化甲乙酮（MEKP），加入量为树脂加入量的25%~50%。过少不足以使树脂充分硬化，过多则吹SO2后生成的酸太多，也会导致树脂砂强度的降低，图7.11为MEKP加入量对树脂砂强度的影响。

第64页：SO2法硬化树脂砂的原材料（续2）

SO2法硬化树脂砂的原材料（续2）

SO2法硬化树脂砂的原材料图7.11 MEKP加入量对树脂砂强度的影响

第65页：SO2法硬化树脂砂的原材料（续3）

SO2法硬化树脂砂的原材料（续3）

• SO2法硬化树脂砂的原材料
• ⑤SO2法所用的SO2气体为工业纯SO2，是一种无色有刺激气味、不易燃的气体。SO2在加压的条件下很容易液化，其蒸气压与温度的关系见图7.12。图7.12 SO2的蒸气压与温度的关系温度25℃、压力为0.245MPa就成液化气体，因此通常以液态用密器盛装供应，只要在40℃以下，容器内的相对压力不高于0.55MPa是比较安全的。使用时，靠氮气或干燥空气从密器中将SO2气体带出。

第66页：SO2法的硬化工艺和混砂工艺

SO2法的硬化工艺和混砂工艺

• 硬化工艺
• 原砂与增强剂、树脂粘结剂和过氧化物混合，然后把混好的砂填入芯盒，紧实后，再往芯盒中吹SO2气体，
• 此时过氧化物（MEKP）中的[O]立刻与SO2化合，并与粘结剂和氧化剂中的水反应，形成一组络合的酸。这些酸是使树脂发生交联或硬化的催化剂，能使砂芯硬化，并放出热量。
• 为了促进和加速硬化反应和改善砂芯质量，吹SO2后，随即吹入干热并无油的净洗空气。这种热空气也起着清洗砂芯中残留的SO2气体的作用。
• 吹SO2时，硬化气体的压力应足以克服管路系统及树脂砂的阻力，一般可为150~200kPa。

第67页：SO2法的硬化工艺和混砂工艺（续1）

SO2法的硬化工艺和混砂工艺（续1）

SO2法的硬化工艺和混砂工艺使用液态SO2时，在环境温度较低的条件下，可用图7.13所示的蒸发罐，其底部装有电热元件，以保证有足够的蒸发量并建立所需的压力。图7.13 SO2蒸发罐示意图

第68页：SO2法的硬化工艺和混砂工艺（续2）

SO2法的硬化工艺和混砂工艺（续2）

• SO2法的硬化工艺和混砂工艺SO2法可用任何一种混砂机混制，混砂的加料顺序是很重要的。用间歇式混砂机时的典型混砂工艺是：
• 混砂工艺或
• 用连续式混砂机混砂加料顺序与上相同。但没有必要使用高速混砂机，因为不吹SO2时，混好的砂子不发生硬化反应。
• 所有常规的紧实方法，包括吹射、震压、机械震动和手工紧实都可用于SO2法制芯和造型。

第69页：尾气的处理

尾气的处理

• SO2气体从砂芯或砂型中清洗出来，被抽入洗涤塔。此工艺的尾气也用图7.10所示的洗涤塔处理，
• 因为SO2酸性的，故塔中的洗涤液通常为浓度5%~10%的NaOH溶液，给定PH值为11~12，氢氧化钠与SO2反应，生成亚硫酸钠的水溶液，故废洗涤液应用双氧水或臭氧予以氧化，得到生化需氧量为零的硫酸钠后才可排放。
• 当洗涤塔中的溶液PH值降到7~8时，就不能再中和SO2，必须更换。

第70页：SO2法的优点

SO2法的优点

5. SO2法的优缺点SO2法优点：①热强度高，铸件表面粗糙度尺寸精度高三乙胺法；②出砂性优良，对铝镁合金也极易出砂；③树脂砂有效期长，混好砂不接触SO2气体不会硬化；④发气量是有机粘结剂中最低的，约为三乙胺法的50%，浇注时烟雾气味小；⑤强度增加快，脱模强度为终强度的75%~90%；⑥生产率高，劳动强度小；⑦节约能源消耗；

第71页：SO2法的缺点

SO2法的缺点

：①SO2法腐蚀性很大，虽然所有工程材料可作为芯盒材料，但都要涂漆防护；②SO2法用树脂粘结剂不能直接与任何酸催化剂混合，空桶要远离火花和明火，否则易燃烧；③过氧化物为强氧化剂，易燃烧，要妥善保管；④SO2气体有臭味，空气中含量为1ppm时即可感到，要严格检查系统的密封性，以防泄漏；⑤过氧化物、SO2及洗涤塔中的NaOH溶液对人都有害，不能与皮肤直接接触，要加强防护，如果不慎溅到皮肤或眼内，要立刻冲洗，否则会明显损伤。

第72页：阅读材料7-4 二氧化硫法与三乙胺法比较

阅读材料7-4 二氧化硫法与三乙胺法比较

阅读材料请阅读材料7-4《二氧化硫法和三乙胺法的比较》

第73页：7.4.3物理气硬法

7.4.3物理气硬法

• 物理气硬法是波兰铸造研究所研制的一种制芯方法，实质是用1%~10%的溶解在有机溶剂（如石油烃）中的聚苯乙稀作粘结剂，制成砂芯后，向芯盒中吹入一种无毒的气体进行硬化。
• 根据砂芯的大小和形状，一般用0.3~0.6MPa的压缩空气吹5~180s，使粘结剂内的溶剂迅速蒸发而硬化。
• 所用的原砂含泥量不超过0.5%，最好为圆形或半圆形砂，粘结剂加入量为3%~5%。

第74页：7.4.4其它方法

7.4.4其它方法

• 1980年问世的自由基硬化冷芯盒工艺是到目前为止硬化速度最快的方法，该方法有时也称为FRC（Free Radical Cure）法。
• 所用的树脂为多种含易反应碳—碳双键的乙烯基不饱和树脂的混合物，粘度很低，密度略高于水。
• 催化剂为有机过酸类，硬化气为SO2，其作用是使过酸类分解为自由基，硬化气中SO2浓度为1%~5%即可。
• 此法与SO2法相似，型砂发气性低，变形小，保存性好，型砂性优良，可用于复杂薄壁件，但粘结剂较贵。

第75页：7.5自硬树脂砂

7.5自硬树脂砂

• 自硬树脂砂，有时也称为不烘树脂砂或冷硬树脂砂，是与粘土干型和油砂型芯对比而言的。
• 铸造行业用于自硬树脂砂树脂按化学性能可分为：①酸硬化的，如呋喃树脂、酚醛自硬树脂等②异氰酸盐基硬化，主要是各类改性尿烷树脂
• 因此，所用的自硬砂也主要有：呋喃树脂自硬砂、酚醛树脂自硬砂和尿烷树脂自硬砂等。

第76页：7.5.1呋喃树脂自硬砂

表7-10：下表列出相关数据。

7.5.1呋喃树脂自硬砂

• 1.呋喃树脂自硬砂的原材料
• 呋喃树脂自硬砂包括原砂、呋喃树脂、硬化剂和偶联剂等。1)原砂原砂对树脂砂的质量、树脂用量和铸件表面质量影响很大，生产中一般采用50/100的砂粒，要求原砂中SiO2含量大于95%、含泥量小于0.5%、PH值呈中性或弱酸性。2)呋喃树脂呋喃树脂的加入量一般为砂重的0.75%~2.00%。前面讲过，通常所说的呋喃树脂是糠醇与脲醛、酚醛、甲醛共聚（缩聚）而成的树脂。改变各组分的比例，可改变树脂的性能，表7-10给出了改变树脂中各组分对其性能及铸件质量的影响。

说明：本页源表格数据存在粘连，未作切分还原，原文数据如下——7.5.1呋喃树脂自硬砂1.呋喃树脂自硬砂的原材料呋喃树脂自硬砂包括原砂、呋喃树脂、硬化剂和偶联剂等。1)原砂原砂对树脂砂的质量、树脂用量和铸件表面质量影响很大，生产中一般采用50/100的砂粒，要求原砂中SiO2含量大于95%、含泥量小于0.5%、PH值呈中性或弱酸性。2)呋喃树脂呋喃树脂的加入量一般为砂重的0.75%~2.00%。前面讲过，通常所说的呋喃树脂是糠醇与脲醛、酚醛、甲醛共聚（缩聚）而成的树脂。改变各组分的比例，可改变树脂的性能，表7-10给出了改变树脂中各组分对其性能及铸件质量的影响。

第77页：呋喃树脂自硬砂的原材料

表7-10：下表列出相关数据。

呋喃树脂自硬砂的原材料

增加酚醛增加脲醛增加糠醇有糠醇则减少有脲醛则增加降低提高成本性能指标减少增加减少含氮量降低有酚醛则提高有酚醛则增加强度增加减少有酚醛则减少有脲醛则提高脆性减少有糠醇则减少增加硬透性有糠醇则增加有糠醇则增加减少发气量减少有糠醇则减少增加使用适应性有脲醛则增加减少有脲醛则增加脉纹缺陷减少增加减少粘砂减少增加减少气孔表7-10改变树脂中各组分与性能的关系

说明：本页源表格数据存在粘连，未作切分还原，原文数据如下——1.呋喃树脂自硬砂的原材料增加酚醛增加脲醛增加糠醇有糠醇则减少有脲醛则增加降低提高成本性能指标减少增加减少含氮量降低有酚醛则提高有酚醛则增加强度增加减少有酚醛则减少有脲醛则提高脆性减少有糠醇则减少增加硬透性有糠醇则增加有糠醇则增加减少发气量减少有糠醇则减少增加使用适应性有脲醛则增加减少有脲醛则增加脉纹缺陷减少增加减少粘砂减少增加减少气孔表7-10改变树脂中各组分与性能的关系

第78页：呋喃树脂自硬砂的原材料（续1）

呋喃树脂自硬砂的原材料（续1）

• 1.呋喃树脂自硬砂的原材料
• 改变各组分的实质是改变树脂中的含氮量、糠醇含量、甲醛含量、苯酚含量及含水量，各组分对树脂性能及铸件质量的影响分述如下：(1)含氮量
• 当呋喃树脂中含氮量在某一范围内时，随着含氮量的增加，呋喃树脂砂常温强度提高。含氮高的树脂砂热变形量小。含氮量过高，铸件易产生针孔。(2)糠醇含量
• 糠醇含量增加，树脂砂硬透性增加，高温强度提高。(3)甲醛含量
• 合成树脂时，甲醛用量对树脂性能有重大影响。甲醛用量大，对人体的健康不利，因此，有碍推广使用。(4)游离酚含量
• 当苯酚在空气中的浓度超过某一极限时，对人体健康不利，游离酚大于5%时，就会引起严重的皮炎。(5)含水量
• 树脂合成时产生水，因此要进行脱水。

第79页：呋喃树脂自硬砂的原材料（续2）

呋喃树脂自硬砂的原材料（续2）

1.呋喃树脂自硬砂的原材料3)硬化剂呋喃树脂是酸硬化的树脂，用于自硬砂时，对酸硬化剂的用量相当敏感，对酸的品种则没有那么高的要求。目前，国内外采用较多的有以下几种：(1)磷酸溶液（H3PO4）磷酸是最先采用的硬化剂，常用70%~85%的水溶液，优点是价格便宜。用磷酸作硬化剂，最大的缺点是：砂再生时残留的磷酸盐较多，这将会导致用再生砂配制的树脂砂的强度下降。(2)硫酸乙酯硫酸乙酯是浓硫酸和乙醇作用而得的，其反应为：

第80页：呋喃树脂自硬砂的原材料（续3）

呋喃树脂自硬砂的原材料（续3）

1.呋喃树脂自硬砂的原材料硫酸乙酯的酸性太强，用其作硬化剂时，自硬砂的硬化反应过于强烈而难以控制，目前已不再采用。(3)有机磺酸用作自硬树脂砂的有机磺酸主要是芳香族磺酸，如苯磺酸、甲苯磺酸和二甲苯磺酸等。铸造行业中用的主要是水溶液，特殊情况下使用甲醇溶液。4)偶联剂在呋喃树脂自硬砂中加入少量的硅烷作偶联剂，可以明显地提高树脂砂的强度。硅烷应封存于深色瓶中并盖严，以防止在空气中逐渐水解缩合，从而影响偶联效果。

第81页：呋喃树脂自硬砂的原材料（续4）

呋喃树脂自硬砂的原材料（续4）

1.呋喃树脂自硬砂的原材料自硬呋喃树脂中加入KH550(-氨基丙基三乙氧基硅烷)硅烷后，KH550分子中的-Si(OC2H5)3基团在适当条件下，能与砂粒表面的羟基（-OH）产生缩合作用，释放出乙醇，形成硅氧键，硅烷就与砂粒“连结”起来了，而硅烷分子另一端的氨基与树脂进行交联。这样，砂粒与树脂膜之间就通过KH550的“架桥”作用就偶联起来了，从而大大提高树脂膜对石英砂表面的附着力。国内外主要采用-氨基丙基三乙氧基硅烷（商品名为KH550）、-缩水甘油丙基三甲氧基硅烷（商品名为KH560）和苯胺甲基三乙氧基硅烷（商品名为南大-42）

第82页：呋喃树脂自硬砂的混砂工艺

呋喃树脂自硬砂的混砂工艺

• 呋喃树脂的价格较高，加入量过多会增加成本强，在满足型砂高强度和长工作时间条件下，必须尽量减少呋喃树脂的加入量。
• 合理的选用混砂机，正确的加料顺序和恰当的混砂时间有利于得到高质量的树脂砂。当采用间歇式混砂机时的混砂工艺如下：
• 上述顺序不可颠倒，否则局部会发生剧烈的硬化反应而影响树脂砂的性能。

第83页：呋喃树脂自硬砂

呋喃树脂自硬砂

• 的硬化特性1)呋喃树脂自硬砂硬化过程的时间问题
• 实际上，呋喃树脂自硬砂的硬化反应是从树脂加入到已预混的混合料中的瞬间就开始的，因此硬化时间、可使用时间和可脱模时间应从加入树脂时算起，
• 但习惯上是从混砂完毕算起的，这样计算比较方便，况且整个混砂时间也不过1~2min。在树脂自硬砂试验中，通常以24h为硬化终了时间，24h时的强度为终强度，超过24h的时间为可使用时间。

第84页：呋喃树脂自硬砂（续1）

呋喃树脂自硬砂（续1）

呋喃树脂自硬砂的强度与硬化时间的关系2)呋喃树脂自硬砂的强度与硬化时间的关系图7.16呋喃树脂自硬砂的抗拉强度与硬化时间的关系随着硬化时间的延长，自硬砂的强度增大。开始时强度缓慢上升，随后迅速增加；正常情况下，经过3~5h硬化后，强度增加又变得缓慢，到24h后硬化反应还在进行，但由于以后强度提高甚少，故可认为硬化终了。

第85页：自硬砂的强度与硬化剂加入量的关系

自硬砂的强度与硬化剂加入量的关系

• 3)呋喃树脂自硬砂的强度与硬化剂加入量的关系图7.17(a)
• 硬化剂加入量不足时，所造成的酸性环境不足以使树脂发生完全的交联反应，且树脂的交联反应要产生水，会使硬化剂稀释，从而限制反应的进行，因此，呋喃树脂自硬砂的强度偏低。
• 自硬砂的强度随硬化剂加入量的增加而提高，在强度达到峰值后，继续增加硬化剂加入量，则强度急剧降低，这是因为交联反应的速率太高，树脂硬化形成的结构不完善，导致粘结膜和粘结桥脆化。因此，用呋喃树脂自硬砂时，必须控制硬化剂加入量。
• 以占树脂的百分数来计量硬化剂时，最佳的硬化剂加入量会因树脂加入量的不同而不同。树脂加入量为2%时，峰值强度所对应的硬化剂加入量约为18%；树脂加入2.5%时，最佳硬化剂加入量约为15%。可作如下解释：呋喃树脂对酸是敏感的，只要环境的酸浓度达到一定值，交联反应就会发生，而硬化剂在树脂砂中的百分数正好反映了树脂所处的环境的酸浓度。鉴于此，对于呋喃树脂自硬砂，以硬化剂占自硬砂的百分数来计算可能比较合适。

第86页：自硬砂的强度与硬化剂加入量的关系（续1）

自硬砂的强度与硬化剂加入量的关系（续1）

• 自硬砂的强度与硬化剂加入量的关系
• 由图7.17(b)可知，不管树脂的加入量如何，与自硬砂峰值强度对应的硬化剂加入量都占自硬砂的0.4%左右。
• 实际生产中硬化剂加入量在此基础上增加20~30%，即在自硬砂中加入0.48~0.52%的硬化剂较适宜。图7.17(b)

第87页：可使用时间与硬化剂加入量关系

可使用时间与硬化剂加入量关系

• 4)呋喃树脂自硬砂可使用时间与硬化剂加入量关系混砂机中放出的刚混好的树脂砂有极好的流动性，随时间的延长，型砂逐渐失去流动性，此时型砂的可使用时间结束，不能继续使用。因此，可使用时间是树脂砂可用于造型和制芯一段时间。它有两种表示方法：
• 一种是：型砂抗压强度达到7kPa经历一段时间称为可使用时间；
• 另一种是：将混制好的树脂砂每隔一段时间制备几个标准试样，如果测得的抗压强度为刚混好的型砂制成试样强度的70%时所经历的时间称为可使用时间。
• 型砂过了可使用时间的终点后，如继续使用，型砂强度就逐渐降低，产生表面发“酥”现象。可使用时间与加入的原砂温度、环境温度和硬化剂加入量均有密切关系。一般可调节硬化剂加入量以控制可使用时间。

第88页：可使用时间与硬化剂加入量关系（续1）

可使用时间与硬化剂加入量关系（续1）

可使用时间与硬化剂加入量关系图7.18呋喃树脂自硬砂的可使用时间与硬化剂加入量的关系随硬化剂加入量的增多，反应加快，可使用时间显著变短。此外，当硬化剂加入量由占树脂的百分数变为在自硬砂中所占的百分数后，图(a)中三条曲线变为图(b)中的一条，也就是所，可使用时间只与硬化剂占自硬砂的百分数有关，而与树脂的加入量无关。

第89页：呋喃树脂自硬砂的脱模时间

呋喃树脂自硬砂的脱模时间

• 5)呋喃树脂自硬砂的脱模时间
• 脱模时间是指试样抗压强度达到0.14Mpa时所经历一段时间。脱模以后的试样，硬化还在继续进行，直至完全硬化为止。
• 实际生产中，型芯的脱模时间要根据型芯的尺寸和复杂程度来确定。型芯越大，形状越复杂，要求脱模强度也越大，即脱模时间也越长。
• 脱模时间的目的在于：在此时间起模，型芯已达到最起码的强度，保证不会塌箱和变形。脱模时间不应无必要地延长，这样，不仅影响生产率和芯盒的周转使用，而且降低型芯的终强度，且使脱模困难。

第90页：呋喃树脂自硬砂的脱模时间（续1）

呋喃树脂自硬砂的脱模时间（续1）

呋喃树脂自硬砂的脱模时间可使用时间75min左右脱模时间大约是可使用时间的4~5倍。因此，在强度损失和硬化速率之间应求得一合理的折中。脱模时间5~7h

第91页：影响呋喃树脂自硬砂性能的因素

影响呋喃树脂自硬砂性能的因素

• 影响呋喃树脂自硬砂的因素主要包括:(1)原砂、(2)硬化剂、(3)温度和湿度。(1)原砂
• 原砂的粒度、颗粒形状、含泥量、含水量、pH值、需酸量等都对呋喃树脂自硬砂的性能有很大影响。
• 在这些因素中，凡能使颗粒表面积增加的因素都使强度降低；凡能使树脂砂中总含水量增加的因素，都延缓硬化速度。
• 图7.19为粒度对树脂砂强度的影响。

第92页：粒度对自硬砂性能的影响

粒度对自硬砂性能的影响

图7.19粒度对树脂自硬砂强度的影响砂粒越细，总表面积就越大，砂粒表面覆盖一层树脂膜所需的树脂量就越多，当树脂量不变时，强度就降低。但若砂粒太粗，则砂粒与砂粒之间的总粘结点数就少，也使树脂砂强度降低。

第93页：颗粒形状对自硬砂性能的影响多角形砂粒

颗粒形状对自硬砂性能的影响多角形砂粒

比圆形砂粒表面积大，在其它条件相同的情况下，多角形树脂砂具有较小的强度，见图7.20。图7.20颗粒形状对树脂自硬砂强度的影响

第94页：含泥量和含水量对自硬砂性能的影响

含泥量和含水量对自硬砂性能的影响

图7.21原砂含泥量对树脂自硬砂强度的影响图7.22原砂含水量对树脂自硬砂强度的影响原砂的含泥量增多，将降低自硬砂的强度，见图7.21。原砂的含水量对树脂砂强度的影响见图7.22，由于水分稀释了砂粒表面上的硬化剂浓度，同时降低砂粒表面上的粘结剂的浓度，因而使树脂砂的强度和硬化速度降低。原砂最好呈中性。

第95页：硬化剂对呋喃树脂自硬砂性能的影响

硬化剂对呋喃树脂自硬砂性能的影响

(2)硬化剂硬化剂的加入量对呋喃树脂自硬砂的强度较大的影响，此外，硬化剂的种类和浓度也都影响呋喃树脂自硬砂的性能图7.24硬化剂浓度对自硬砂强度的影响图7.23硬化剂种类对自硬砂强度的影响

第96页：温度和湿度对自硬砂性能的影响

温度和湿度对自硬砂性能的影响

(3)温度和湿度工作场地的温度和湿度对树脂砂性能的影响也很大。图7.25温度对树脂自硬砂强度的影响图7.26湿度对树脂自硬砂强度的影响

第97页：7.5.2酸硬化甲阶酚醛树脂自硬砂

7.5.2酸硬化甲阶酚醛树脂自硬砂

• 20世纪60年代末，由于糠醇资源的短缺，一些工业国家开始着手研究甲阶酚醛树脂在自硬砂方面的应用。当时，由于用于呋喃树脂自硬砂的磷酸不适应这种树脂，甲阶酚醛树脂自硬砂未被推广应用。后来，随着有机磺酸的使用，甲阶酚醛树脂自硬砂有了较大的发展。
• 酸硬化甲阶酚醛树脂自硬砂多用于生产铸钢件。主要优点有：价格比呋呋喃树脂低30%~40%，高温强度较好，不含氮。其主要缺点是：树脂保存期短，浇注时烟气大，硬化剂用量较多。

第98页：酸硬化甲阶酚醛树脂自硬砂的硬化剂

酸硬化甲阶酚醛树脂自硬砂的硬化剂

• 酸硬化的甲阶酚醛树脂自硬砂，对酸性硬化剂的品种非常敏感，硬化剂选用不当，自硬砂的强度将大幅下降。
• 适用的硬化剂为游离硫酸含量较低的有机磺酸。随着硬化剂中游离硫酸含量的增多，自硬砂的强度急剧下降。一些在低温条件下用于呋喃树脂自硬砂的甲苯磺酸，由于游离硫酸含量较高（≥12%），不能用于酸硬化的甲阶酚醛树脂自硬砂，而且硬化后的强度极低。
• 此外，磷酸和硫酸乙酯也不能用于甲阶酚醛树脂自硬砂。在冬季可采用总酸度高、游离酸量较低的二甲苯磺酸醇溶液作为硬化剂。

第99页：酸硬化甲阶酚醛树脂自硬砂的混砂工艺

酸硬化甲阶酚醛树脂自硬砂的混砂工艺

图7.31加料顺序对自硬砂强度的影响混砂时，可先加树脂后加硬化剂，也可先加硬化剂后加树脂。从图中可以看出，加料顺序对其强度影响并不敏感。

第100页：酸硬化甲阶酚醛树脂自硬砂的硬化特性

酸硬化甲阶酚醛树脂自硬砂的硬化特性

• 甲阶酚醛树脂自硬砂硬化剂不参与树脂的硬化反应，只起催化作用，与呋喃树脂自硬砂相同之处。
• 这种树脂有两点与呋喃树脂大不相同：①树脂是由苯酚和甲醛在碱性催化剂作用下缩合而成的，出厂前用酸将碱性催化剂中和并使其呈弱酸性。因此，树脂对酸性硬化剂不如呋喃树脂那样敏感，在酸浓度相当高时才发生交联反应；②此种树脂的含水量高，一般都在15%左右或更高一些。发生交联反应时，除树脂本身缩合产生水外，还要释放很多与树脂互溶的水，这些水将使硬化剂稀释。

第101页：自硬砂强度与硬化剂加入量关系

自硬砂强度与硬化剂加入量关系

• 1)酸硬化甲阶酚醛树脂自硬砂强度与硬化剂加入量关系
• 自硬砂中的树脂加入量增加，自硬砂硬化时对硬化剂的稀释作用加强，因而不得不增加硬化剂的加入量。所以，对于甲阶酚醛树脂自硬砂，硬化剂的加入量应以占树脂的百分数计算较为适宜，这一点也不同于呋喃树脂自硬砂。
• 实际生产中，硬化剂的加入量以55%~60%为宜。当要求加速硬化时，可增加硬化剂加入量，不必担心影响强度。但要注意，硬化剂过多，将导致自硬砂的发气量增大，浇注后有机磺酸受热分解而产生的SO2气体也增多。

第102页：自硬砂强度与硬化剂加入量关系（续1）

自硬砂强度与硬化剂加入量关系（续1）

自硬砂强度与硬化剂加入量关系图7.32自硬砂的强度与硬化剂加入量的关系在硬化剂加入量为树脂的60%左右时，自硬砂的强度达最高值。此后，继续增加硬化剂加入量，直到其为树脂加入量的120%，自硬砂的强度保持其最高值不变

第103页：可使用时间与硬化剂加入量关系（续2）

可使用时间与硬化剂加入量关系（续2）

• 可使用时间与硬化剂加入量关系2)酸硬化甲阶酚醛树脂自硬砂可使用时间与硬化剂加入量关系
• 在环境温度为27~28℃、相对湿度为50%~70%的条件下，自硬砂的可使用时间与硬化剂加入量的关系见图7.33。图7.33可使用时间与硬化剂加入量的关系不管树脂加入量如何，只要硬化剂占树脂的百分数相同，自硬砂的可使用时间都大致相同。也就是说，就不同的树脂加入量，分别求出可使用时间与硬化剂加入量的关系，如硬化剂加入量以其占树脂的百分数表示，则所得的曲线重合。

第104页：可使用时间与硬化剂加入量关系（续3）

可使用时间与硬化剂加入量关系（续3）

• 可使用时间与硬化剂加入量关系
• 环境温度为20℃左右时，可使用时间稍稍延长些。
• 环境温度低于10℃，树脂自硬砂的终强度变化不大，但硬化的进程极为缓慢，即使硬化剂为树脂的150%，可使用时间仍在140min左右。铸型经一星期仍不能硬透。
• 因此，环境温度较低时，用有机磺酸水溶液作硬化剂，自硬砂很难硬化，采用总酸度高的二甲苯磺酸醇溶液作为硬化剂，可以较好的解决这一问题。

第105页：7.5.3酯硬化甲阶酚醛树脂自硬砂

7.5.3酯硬化甲阶酚醛树脂自硬砂

• 这种自硬工艺是英国Bordon公司开发的，也称为工艺，于1981年获得专利，1984开始被广泛采用。
• 工艺不采用大量磺酸硬化剂，浇注时不产生SO2气体，这是其主要的优点。该工艺最先是用于铸钢生产，现已广泛用于非铁合金、铸铁及高镍铬合金中。

第106页：树脂的特点

树脂的特点

• 该工艺所用的树脂是在酸硬化甲阶酚醛树脂的基础上研制发展起来的，据报道此种树脂供应状态的pH值为11~13.5，故有人称之为碱性酚醛树脂。树脂的外观为暗红色的粘稠液体，粘度为150~160mPa.s，密度小于1.29g/cm3；闪点低，大约65℃，易燃，能溶于水；不含氮，游离甲醛含量小于0.5%。
• 此种树脂的缺点是保存期短，20℃以下可存放6个月，30℃下为2~3个月。

第107页：硬化剂和硬化特性

硬化剂和硬化特性

• 硬化剂以有机酯为主。多种低级有机酯均可作硬化剂，可视对硬化速率的要求选用。
• 硬化剂的用量大约是树脂的15%~20%。由于硬化剂参与树脂的交联反应，不能用改变硬化剂用量的办法来调节自硬砂的硬化速率，只能通过改变硬化剂的品种来达到目的。这是与酸硬化甲阶酚醛树脂自硬砂的重要差别。
• 碱性树脂在硬化剂的作用下只发生部分交联反应，自硬砂硬化后仍有一定的热塑性，浇注金属后，还有一个因受热而完成交联反应的过程。这也是与酸硬化甲阶酚醛树脂自硬砂不同之处。
• 用此工艺所制的铸型或型芯，硬化后的强度不高，抗压强度只为2~4MPa。但是，在浇注后还有受热再硬化的过程，因而铸型的尺寸稳定性及热稳定好，制得的铸件尺寸精度高、表面质量好、不易发生脉状纹缺陷。

第108页：7.5.4尿烷树脂

7.5.4尿烷树脂

自硬砂1.酚醛尿烷树脂自硬砂2.醇酸尿烷树脂自硬砂3.多元醇尿烷树脂自硬砂

第109页：酚醛尿烷树脂自硬砂

酚醛尿烷树脂自硬砂

• 这种工艺采用的粘结剂由三部分组成，即酚醛树脂（组分I），聚异氰酸脂（组分II）和碱性硬化剂（组分III），三种成分均为液体，组分I中不含氮，组分II中含氮6.0%~7.6%。
• 当两组分等量加入时，树脂体系中的含氮量为3.0~3.8%，与含氮量低的中氮呋喃树脂相当，用于铸钢和铸铁件不会有问题。
• 碱性硬化剂用于调整树脂砂的硬化速度，通常采用叔胺，它是氨的三个氢原子均被烃基取代而生成的化合物。如果觉得用叔胺时作用太快，也可采用吡啶，但其气味恶臭。
• 硬化剂的加入量因环境温度、砂温及硬化速度不同而不同，夏季用量为树脂加入量的0.05~0.1%，冬季为0.25~0.35%。由于硬化剂的用量很少，直接加入砂中时定量泵不易准确控制，且也难以均匀弥散，通常都由厂家将硬化剂加在树脂的组分I中。

第110页：酚醛尿烷树脂自硬砂（续1）

酚醛尿烷树脂自硬砂（续1）

• 酚醛尿烷树脂自硬砂
• 混砂方法先把酚醛树脂和硬化剂混合，使硬化剂均匀地分散在树脂中，或直接使用以添加硬化剂的成品树脂。混砂时，再把含有硬化剂的酚醛树脂和聚异氰酸脂依次加到砂中，最好使用高效混砂机。
• 工艺特点树脂的硬化反应没有副产品，不像酸硬化自硬砂那样析出水，因而铸型或芯子表面与内部几乎同时硬化，硬化后很快即可脱模，脱模时间只需3~6min，可使用时间与脱模时间的比值接近1。该方法无甲醛气味，对原砂质量要求不高，但含水量要低（<0.1%）；硬化迅速，可立即浇注，旧砂可再生，游离酚对环境有污染。

第111页：醇酸尿烷树脂自硬砂

表7-11：下表列出相关数据。

醇酸尿烷树脂自硬砂

• 这种工艺采用油——尿烷系树脂，粘结剂由三部分组成：油改性醇酸树脂(组分A)、胺类金属催干剂(组分B)和聚异氰酸脂(组分C)，三种成份均液体，其中A和C是主要成分。
• 醇酸尿烷树脂砂粘结剂的加入量要根据铸件合金种类而定，见表7-11。表7-11醇酸尿烷树脂自硬砂中粘结剂的加入量

说明：本页源表格数据存在粘连，未作切分还原，原文数据如下——2.醇酸尿烷树脂自硬砂这种工艺采用油——尿烷系树脂，粘结剂由三部分组成：油改性醇酸树脂(组分A)、胺类金属催干剂(组分B)和聚异氰酸脂(组分C)，三种成份均液体，其中A和C是主要成分。醇酸尿烷树脂砂粘结剂的加入量要根据铸件合金种类而定，见表7-11。表7-11醇酸尿烷树脂自硬砂中粘结剂的加入量

第112页：醇酸尿烷树脂自硬砂（续1）

醇酸尿烷树脂自硬砂（续1）

• 醇酸尿烷树脂自硬砂
• 混砂工艺如下：当采用间歇式混砂机混砂时，先将组分A、B加入砂中混合，然后加入组分C，直到混合均匀。当采用连续式混砂机时，按A、B、C顺序依次与砂混合。混合砂的可使用时间为20~30min，1h左右即可脱模，适合于多品种小批量生产。此工艺的优缺点与酚醛尿烷树脂自硬砂的相同，优点是：对原砂要求不严格，包括碱性砂子在内的各种原砂都可使用，旧砂也易于再生。由于粘结剂具有较低的热强度，因此往往需添加氧化铁以改善热强度。由于粘结剂受热分解，形成具有光泽的碳质，在很多情况下可以改进铸件的表面粗糙度，但过量的碳质在铸件表面会呈现类似冷隔的发光折皱。混砂和浇注时有烟气，对呼吸系统有害。

第113页：多元醇尿烷树脂自硬砂

多元醇尿烷树脂自硬砂

• 粘结剂分两部分：第I部分是一种透明淡黄色的有机多元醇，也是粘结剂所需的活性羟基官能团（-OH）的来源，其特点在于具有很高程度的直链邻位联结的亚甲醚的结构。
• 第II部分是二苯基甲烷二异氰酸酯，以MDI类的多聚物的形式来提供活性的异氰酸酯的官能（-NCO）。第I部分的存储期在15~25.6℃下可超过一年，而第II分只友在密封的容器中才具有长期存储的稳定性。
• 粘结剂的第I部部分和第II部分都可用脂肪或芳香族的溶剂进行稀释，其主要作用是减少粘结剂的粘度。在大多数黑色金属铸件的应用中，粘结剂总量为占砂重的0.8~2.0%；在铝合金的应用中，为便于型芯落砂，粘结剂用量范围为0.8~1.0%。

第114页：7.5.5影响树脂自硬砂的工艺因素

7.5.5影响树脂自硬砂的工艺因素

• 采用树脂自硬砂时，如控制的恰当，则能生产出优质的铸件，得到很好的效益。如使用不当，就会造成废品。因此，在生产条件下，对一些工艺条件，特别是砂温、紧实度和发气性应予以重视。(1)温度
• 砂温升高10℃，则反应速度将提高一倍；砂温降低10℃，速度将降低50%。必须充分重视原砂的温度。最合适的砂温是25~30℃，在此条件下，硬化剂的用量可减到最少；树脂砂的流动性也很好，铸型或型芯较易于紧实。
• 在生产条件下，砂温在20~35℃之间都是可行的。可通过稍稍调整硬化剂用量，以使脱模时间不变，并获得良好的效果。砂温超过40℃，则硬化太快，会导致铸型或型芯表面脆化。砂温太低，则硬化太慢，脱模时间明显增长，影响生产节拍。
• 在大批量生产的条件下，应设有砂温控制装置，包括加热和冷却两个方面。

第115页：影响树脂自硬砂的工艺因素

影响树脂自硬砂的工艺因素

(2)铸型的紧实度树脂砂的流动性好，紧实铸型所需的能量远低于粘土砂，这是树脂砂的优点之一。但是，考虑到铸型的紧实度对其实际的强度影响极大，而且疏松部分在树脂热解之后极易剥落，用树脂砂造型时，对铸型或型芯的紧实度决不可松懈。造型时，最好用振实台，否则要用手工舂实。(3)发气性一般情况下，树脂自硬砂的发气性较大，因此，为了防止气孔缺陷，扎气孔是最有效、最简便易行的办法，操作时应认真做好。

第116页：7.6树脂砂中常见的铸造缺陷

7.6树脂砂中常见的铸造缺陷

与一般的砂型铸造相比，用树脂砂制得的铸件尺寸精较高，表面粗糙度较细，轮廓清晰并能较好地反映模样的状况。但是，如果使用不当，也会产生铸件很多诸如:1.粘砂2.冲砂3.气孔4.铁毛刺5.裂纹6.铸钢件表面增碳

第117页：粘砂

粘砂

用树脂砂生产铸件不易产生夹砂、鼠尾之类的膨胀缺陷，但比较容易出现粘砂和铁毛刺等缺陷。粘砂的产生是有多种因素造成的，主要包括:①浇注温度过高，造成金属过分氧化；②原砂颗粒太粗，或型砂未很好紧实；③由于树脂砂中不加入粘土或其他粉状辅料，如用均匀率很好的三筛砂作原砂，砂粒之间的空隙较一般型砂要大，因而较易于出现液态金属钻入铸型的情况。④原砂不纯，含有易熔杂质；⑤型腔中气体爆发，产生的动压力迫使金属液钻入砂中；⑥涂料不好或施涂技术不佳。

第118页：粘砂（续1）

粘砂（续1）

• 1.粘砂
• 主要的预防措施有：①虽然树脂砂的流动性很好，但不可因此而忽视型砂的紧实。各处的面砂都要用手工按紧，并注意振实或舂实；②选用较细的原砂或用四筛砂、五筛砂作原砂③增加呋喃树脂中的糠醇含量，这可以提高树脂砂的高温强度，减轻金属液渗入的程度；④不使用超过了可使用时间的型砂，以免舂实不足⑤特殊条件下，选用非石英质原砂；⑥正确选用涂料，并注意施涂技术。

第119页：冲砂

冲砂

• 冲砂是浇注时铸型或芯子表面的砂子被金属液流冲掉而造成的，冲砂可使掉砂处多肉；冲下的砂子漂到他处形成砂眼。
• 用树脂砂制成的型或型芯抗冲砂能力较强，产生冲砂的情况并不多见。呋喃树脂中糠醇含量愈高，则型砂的高温强度愈好，抗冲砂的能力也就愈强。
• 冲砂产生的原因如下：脱模时树脂砂已基本硬化，铸型和型芯如有损坏，修补时不易粘合好，冲砂往往就发生在修补的地方。
• 导致铸型（芯）损坏的原因主要有方面：①脱模时间未掌握好。脱模过早，型砂尚未建立脱模所需的强度，容易粘模，并会导致铸型（芯）损坏或完全坍塌。脱模过晚，则型砂没有必要的塑性，脱模时也易于损坏铸型（芯）；②树脂和硬化剂中都含有水，树脂在硬化过程中还要释放出水，如果水分不易排出，则树脂的硬化就会减缓，因此，有部分型砂已建立了脱模强度，但有些部分型砂强度还很低，脱模时就容易损坏；③模具不光滑或没有足够的拔模斜度。

第120页：冲砂针对树脂砂产生冲砂的原因

冲砂针对树脂砂产生冲砂的原因

• ，可采取以下预防措施：
• ①改善浇注系统，使液流平稳，并尽量避免金属液直接冲击型壁或型芯；
• ②如改善浇注系统不能解决问题，宜改用热强度较高的树脂作粘结剂；
• ③避免浇注温度过高；
• ④控制原砂、树脂及硬化剂的温度，以便准确掌握脱模时间；
• ⑤注意模具质量，选用合适的分模剂，并使用较好的涂料。

第121页：气孔

气孔

• 铸件上的气孔有多种不同的形态，可由不同的原因造成。但是，就树脂砂而言，往往是氮气造成的分散性针孔。1)氮针孔产生的原因及部位
• 浇注时树脂分解出的氮气，相当的一部分会被熔融金属所吸收。金属凝固期间，氮的溶解度急剧下降，就会析出氮而形成氮针孔或裂隙样的分散气孔。如果用含氮高的树脂作铸型（芯）的粘结剂，又在型芯上施以含氮的涂料，则情况就会更糟。
• 氮针孔一般都是出现在铸件皮下的针孔，或为表面光滑而形状不规则的孔隙，靠近树脂砂铸型（芯）；有时氮针孔也会出现在离铸型（芯）有一定距离的地方，尤其易产生于铸件的热节部位；也可能出现在打掉浇口的断口处，树脂砂芯和湿砂型连接处，或靠近芯子的上部。铸钢件中，皮下氮针孔出现在30mm以下的截面上；铸铁件则是愈厚的部位（35mm以上）愈容易产生。

第122页：气孔（氮的来源）

气孔（氮的来源）

• 气孔2)氮的来源液态金属所感受的氮来自多种途径。在金属浇注温度下，氨氮较其它形式的氮更易于热解产生初生氮，初生氮易被金属吸收而导致产生气孔。在型砂总氮量相同情况下，聚异氰酸酯中的氮导致气孔的倾向就比尿素中氮小。
• 应考虑以下各种氮源：①树脂及硬化剂产生的氮；②再生砂中积累的氮；③浇注之前金属液原有的氮；④型砂中的含氮附加物和涂料中的氮。
• 以脲醛和糠醇为基的呋喃树脂，会因其中加有的尿素而含有相当数量的氮。
• 浇注前金属中的原含氮量也是很重要的。

第123页：预防氮针孔的措施

预防氮针孔的措施

• 造成氮针孔的因素很多，可能采取的措施也不少，但主要的因素是氮源，其次就是加以正确的控制。
• 如果铸件有氮针孔缺陷，可根据具体情况有选择地采取以下措施：①选用含氮量低的树脂，但要注意，树脂氮量降低，则树脂砂硬化缓慢；②尽量降低树脂加入量，并加以严格的控制；③选用含氮量低的涂料且涂料应彻底干透；④根据再生砂中的含氮量，限定再生砂的用量；⑤改进浇注系统，以求缩短浇注时间并消除热节；⑥避免浇注温度过高；⑦往铁水中加钛，以抵消氮的影响；⑧避免使用含氮的增碳剂；⑨用无氮的酚醛呋喃树脂配面砂，用价格梗宜的高氮树脂配背砂。
• 粘土湿砂型中下树脂砂芯时，如铁水被铝污染，有时会产生氢—氮复合针孔。

第124页：铁毛刺

铁毛刺

• 铁毛刺是铸件表面上突起的一些形状不规则的毛刺，也叫脉状纹。铁毛刺多见于铸件的转角。产生铁毛刺的直接原因是铸型或型芯开裂，金属渗入裂缝中，凝固后就是突起在铸件上的铁毛刺。浇注时，造型材料的热膨胀，粘结剂受热脆化等都会导致铸型（芯）开裂。
• 石英受热后有相变，若表面强度低就会产生裂纹，液态金属可渗入其中。石英砂愈干净，砂子颗粒愈均匀，则愈易于产生铁毛刺。以锆英砂和熟料砂为原砂时，由于它们的热膨胀少，就不易产生铁毛刺。
• 树脂的高温强度较好，或在高温下有某种程度的塑性，则有利于减少铁毛刺。树脂在贮存过程中老化，会增强型砂在高温下的脆性，易于产生铁毛刺。
• 铁水含磷量低于0.15%或铸件设计不良，也易于出现铁毛刺。

第125页：铁毛刺（续1）

铁毛刺（续1）

• 铁毛刺
• 在实际生产中，若不改善铸件设计或用锆英砂等热稳定性好的原砂代替石英砂，很难完全消除铁毛刺。
• 注意以下几点可大大降低产生铁毛刺的几率。
• ①适当调整树脂的成分。树脂中的酚醛含最高，则树脂砂的塑性较差，铸型较易于开裂。因此，提高树脂中的糠醇含量或脲醛含最，可能会使铁毛刺有所减轻；
• ②增加原砂颗粒组成的分散程度；
• ③树脂不要超过保存期贮存；
• ④型砂中的硬化剂不宜太多。

第126页：裂纹

裂纹

• 用树脂砂型生产的钢铸件、白口铸铁件、铜合金及铝合金铸件，其薄壁部分都容易产生裂纹。
• 这主要是因为铸型（芯）的强度很高，薄壁部分冷却、收缩时，型砂还没有溃散，或铸件冷却释放的热根本不足以使型砂溃散，而这种未溃散的型砂又阻碍铸件收缩。36mm以上的厚壁部分一般都不会出现裂纹。非铁合金铸件，浇注温度很低，型砂不易溃散，裂纹缺陷也就更易产生。
• 树脂中尿素含量愈高，含氮量愈高，则型砂的高温强度较低，从受热到溃散所经的时间愈短，就愈不容易出现裂纹。

第127页：裂纹（续1）

裂纹（续1）

• 裂纹
• 生产中，可采取以下措施预防裂纹：①采用空心芯子，或挖空铸件收缩受阻部分的铸型；②在铸型中装塑性好的退让块；③避免高温浇注；④尽量降低树脂加入量，不追求型砂有太高的强度；⑤改用含氮量较高、糠醇量较低的树脂。

第128页：铸钢件表面增碳

铸钢件表面增碳

• 用树脂砂制造厚壁低碳钢铸件时，当型砂中的树脂量过高且型砂的透气性很差时，很容易出现这种缺陷。铸件表面增碳往往会导致气割时产生裂纹。
• 用石英砂作树脂砂的原砂，树脂的加入量不超过2.5%，且铸型排气顺畅时，铸件表面一般都不会有明显的增碳现象。
• 表面增碳主要发生在用锆英砂作原砂大型铸件上，其原因是：
• ①铸造用的锆英砂一般都比石英砂细得多，所以需要的树脂量较大；
• ②锆英砂的密度（4.6g/cm3）比石英砂大得多。如果型砂中加入的树脂的百分数相同，锆英砂单位体积中的树脂大约要比石英砂多74%，也就是说，以锆英砂作原砂的树脂砂，如树脂加入量为1.5%，就其单位体积中所含的树脂而言，相当于石英砂中加2.6%的树脂；
• ③大型铸件长期保持很高的温度，便于渗碳反应的进行。

第129页：铸钢件表面增碳（续1）

铸钢件表面增碳（续1）

• 铸钢件表面增碳
• 如锆英砂中树脂加入量不超过1.3%，并采用适当的涂料，也不会有明显的增碳现象。如果发生表面增碳现象，可以采用以下预防措施：
• ①改用较粗的锆英砂作原砂，并相应地降低树脂用量；
• ②在厚壁部位的铸型上，至少上两层涂料。

第130页：本章小结

本章小结

• 】
• 酚醛树脂、呋喃树脂和尿烷树脂砂是树脂砂最为常用的粘结剂。
• 酚醛树脂是以甲醛和苯酚为原料，在催化剂作用下经缩聚而成。根据所用甲醛、苯酚含量的不同和催化剂的不同，可分为甲阶酚醛树脂和诺沃腊克型酚醛树脂两种。
• 呋喃树脂以糠醇为基础，根据其基本构成可分为糠醇树脂、脲醛呋喃树脂、酚醛呋喃树脂和甲醛呋喃树脂等。
• 尿烷树脂由含羟基的树脂和聚异氰酸酯两种组分组成，硬化剂为胺，由于硬化过程中无水分生成，故硬透性极好。
• 加热硬化工艺有壳芯工艺、热芯盒工艺和温芯盒工艺三种，其中前两种应用的较广。

第131页：本章小结

本章小结

• 】
• 壳芯工艺一般采用翻斗法，利用吹射方式将砂料送入芯盒，它分为顶吹和底吹两种方法，所用砂料为壳芯砂。壳芯砂用诺沃腊克型酚醛树脂作粘结剂，用六亚甲基四胺作潜硬化剂。当芯盒受热时，在潜硬化剂作用下树脂熔化，将砂粒粘结在一起。壳芯砂可分为粉状砂和覆膜砂两种，当前应用最广的是覆膜砂，为了改善覆膜砂的流动性，并有利于壳型脱模，经常加入硬脂酸钙润滑。
• 热芯盒工艺是用射芯机将湿态砂料射入加热至一定温度(180~260℃)的芯盒内，经几十秒后从热芯盒中取出型芯，利用型芯余热继续硬化。与壳芯相比，硬化周期更短。砂料常采用呋喃I型树脂砂和呋喃II型树脂砂。呋喃I型树脂砂采用呋喃I型树脂作为粘结剂，氯化铵水溶液作潜硬化剂，尿素作为缓冲剂，以防止在室温下树脂砂硬化。呋喃II型树脂砂用于生产铸钢件和球墨铸铁件，采用呋喃II型树脂作粘结剂，六亚甲基四胺作潜硬化剂。

第132页：本章小结

本章小结

• 】
• 温芯盒工艺克服了热芯盒工艺的许多缺点，但是由于成本较高而应用较少。虽然温芯盒工艺所用设备与热芯盒工艺相同，但它们有本质的区别，温芯盒工艺采用低氮、低水分、低游离甲醛、无游离酚的高糠醇树脂作为粘结剂，铜盐的水溶液或醇溶液作潜硬化剂。
• 吹气（雾）硬化工艺是在热芯盒工艺的基础上，为克服需要加热的缺点而发展起来的。根据所使用粘结剂和所吹气体的不同，有三乙胺法、二氧化硫法、物理气硬法等。
• 三乙胺法采用尿烷树脂作粘结剂，此法的主要缺点是粘结剂和硬化剂都易燃，需要妥善储存。二氧化硫法采用普通酚醛树脂、呋喃树脂或糠醇树脂作粘结剂，硅烷作增强剂，过氧化甲乙酮作氧化剂。硬化过程如下：首先二氧化硫与氧化剂生成三氧化硫，溶于水后形成硫酸，在硫酸的作用下，粘结剂发挥粘结性，将砂粒粘结在一起。三乙胺法

第133页：本章小结

本章小结

• 】三乙胺法和二氧化硫法都需要在洗涤塔中进行尾气处理，前者采用稀硫酸溶液，后者采用NaOH溶液。物理气硬法采用聚苯乙稀溶液作粘结剂，硬化的过程即为粘结剂内的溶剂蒸发的过程。
• 呋喃树脂自硬砂采用磷酸溶液、硫酸乙酯或有机磺酸作硬化剂，少量的硅烷作偶联剂。混砂时，先将砂和硬化剂混匀，再加入树脂混匀，此顺序不可颠倒。自硬砂的强度随着硬化时间的延长而增大，经过3~5h后，强度增加变得缓慢。当粘结剂加入量为自硬砂重量的0.48%~0.52%时，强度达到最大值。由于脱模时间大约是可使用时间的4~5倍。因此，在使用呋喃树脂自硬砂时，必须在强度损失和硬化速率之间求得一合理的折中。

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本章小结

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• 酸硬化甲阶酚醛树脂自硬砂和酯硬化甲阶酚醛树脂自硬砂都用甲阶酚醛树脂作粘结剂，但前者用游离硫酸含量较低的有机磺酸作硬化剂，它不参与树脂的硬化反应，可通过改变硬化剂加入量的方法来调节硬化速度；后者采用有机酯作硬化剂，它参与粘结剂的硬化反应，因此，只能改变硬化剂的种类来调节硬化速度。与呋喃树脂自硬砂不同，甲阶酚醛树脂自硬砂混砂时，可先加树脂后加硬化剂，也可先加硬化剂后加树脂。
• 与一般的砂型铸造相比，用树脂砂铸造时，出现铸造缺陷的几率相对较小。但是，如果使用不当，也产生一些铸造缺陷，常见的铸造缺陷有粘砂、冲砂、气孔、铁毛刺、裂纹和铸件表面增碳等。

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