介绍
树脂 沙子铸造 是现代铸造生产中用途最广泛、应用最广泛的造型方法之一.
它结合了良好的尺寸精度, 模具刚性高, 对复杂形状适应性强, 与铁的广泛相容性, 钢, 和有色合金.
同时, 树脂砂系统不是“一种材料, 一个结果。”
它们的性能取决于树脂化学性质, 固化剂类型, 沙子清洁度, 环境条件, 铸件尺寸, 浇注温度, 和复垦策略.
1. 为什么高氮呋喃自固化树脂常用磷酸作为固化剂, 但很少用于低氮呋喃树脂?
原因在于树脂化学之间的相互作用, 水行为, 和固化过程中网络的形成.
在低氮呋喃树脂中, 酸硬化通常较慢且效率较低, 这导致剥离时间更长和生坯强度更低.
相比之下, 高氮呋喃树脂对磷酸的反应更有效, 使系统能够达到实际成型和制芯所需的固化速度和最终强度.
一个关键的技术因素是磷酸与水分相互作用的方式. 在低氮系统中, 磷酸与树脂的混溶性较差，与水的亲和力较强.
因此, 来自树脂和固化过程中冷凝的水分会积聚在富酸区域周围, 在树脂薄膜中产生局部水滴或薄弱区域.
这会削弱固化的粘合结构并降低强度.
高氮呋喃树脂表现不同. 它们的水相容性更好, 水分不太可能聚集成浓缩的水滴, 且固化膜趋于致密、均匀.
这就是为什么磷酸在一种呋喃体系中可以成为一种实用的硬化剂，但在另一种呋喃体系中却是一个糟糕的选择.
2. 为什么酚醛聚氨酯自硬性树脂砂的硬化渗透性比呋喃自硬性树脂砂好?
酚醛-聚氨酯树脂体系主要通过聚合反应进行固化, 不会产生大量的挥发性副产物，例如水.
正因为如此, 通过砂团，固化速率趋于更加均匀, 而且外层和内层的差别比较小.
呋喃自凝树脂, 相比之下, 通过在硬化过程中产生水的缩合反应进行固化. 这些水必须从模具或型芯中扩散出来.
由于砂团的内部和外部区域干燥和固化的速度不同, 固化曲线变得不太均匀.
这就是为什么呋喃系统对环境湿度更敏感，并且通常表现出比酚醛聚氨酯系统更弱的硬化渗透性.
实际上, 酚醛聚氨酯树脂砂通常可以通过整个横截面提供更可靠的核心强度, 尤其是在较厚或更复杂的核心中.
3. 为什么高氮呋喃树脂可以用于铝、铜铸件?
主要原因是铝和铜在熔融金属中对氮的溶解度很低.
即使树脂在浇注和热分解过程中产生氮气, 熔融铝或铜不太可能大量吸收它.
因此, 与氮气相关的气体孔隙率的风险远低于铸钢中的风险.
这意味着当铸造厂想要实现良好的塌陷行为时可以选择高氮树脂, 高模具强度, 或合适的固化特性，不会在铝或铜铸件中产生严重的气体缺陷.
换句话说, 金属系统与树脂系统一样重要.
在钢铁生产中可能出现问题的树脂在有色金属生产中可能完全可以接受.
4. 当树脂砂用于重型铸件时，为什么首选陶瓷管作为浇注系统?
用于重型铸件, 浇注时间更长，熔融金属与浇注系统接触的时间更长.
在这些条件下, 高热负荷会过早削弱树脂砂并导致浇注通道塌陷或侵蚀.
这可能会导致夹砂, 金属湍流, 以及其他浇注缺陷.
陶瓷管通过提供比普通树脂砂通道更好的耐热性和耐腐蚀性来解决这个问题.
它们在浇道和流道系统中特别有用, 金属流最热且热攻击最强的地方.
陶瓷管还减少了某些区域的涂层需求，并为大型或重型铸件提供更稳定的流道.
5. 如何判断树脂砂的工作时间是否足够?
工作时间, 或工作台寿命, 必须足够长，以便在砂失去其可塑性和可压实性之前完成整个成型或制芯操作.
对于间歇式混砂机, 工作时间应超过混砂排出后至充分使用的时间间隔.
对于连续混合机, 工作时间应长于砂子从搅拌机出口经过一个完整的输砂周期并返回生产序列中同一点所需的时间.
实践, 这不仅仅是一个理论参数.
如果工作时间太短, 运行过程中沙子开始变硬, 造成压实不良, 尺寸不一致, 和表面缺陷.
安全的工艺设计总是在工作台寿命和实际生产时间之间留下有意义的余量.
6. 为什么树脂砂型的拔模斜度要大于粘土砂的拔模斜度?
树脂砂型和型芯硬化后具有相对较高的刚性，并且在脱模过程中塌陷能力非常小.
与粘土砂不同, 树脂砂不易变形或屈服以释放图案. 因此, 提款摩擦较大, 并且损坏模具表面的风险更大.
同时, 树脂砂模和型芯的可修复性比粘土砂模差.
如果模具表面在脱模过程中被撕裂或破裂, 维修更加困难并且可能会影响最终质量.
较大的拔模角可降低拔模阻力, 降低损坏的几率, 并提高脱模一致性.
7. 为什么在树脂砂铸铁生产中通常首选较少的收缩冒口和较多的排气冒口?
树脂砂模刚性好，在浇注过程中能很好地保持形状, 尤其是在初始阶段.
这使得它们特别适合利用铸铁凝固中的石墨膨胀.
在灰铸铁和球墨铸铁生产中, 膨胀有助于减少甚至消除收缩缺陷, 意味着可能需要更少的热缩冒口.
然而, 树脂砂在加热分解过程中也会产生气体. 因为模具坚固且相对封闭, 气体必须有效排出.
这就是为什么通常需要更多排气立管的原因. 他们的作用不是喂金属, 但为浇注过程中产生的气体和蒸汽提供逸出路径.
简单地, 树脂砂支持低冒口铸造理念, 但前提是通风设计得当.
8. 为什么含70%~80%糠醇的呋喃自凝树脂通常表现出最高的室温最终强度?
这个范围代表了力量发展之间的实际平衡, 含水量, 和固化效率.
如果糠醇含量太低, 树脂受到其他树脂成分的影响更加严重，水含量上升, 这会减慢固化速度并降低最终强度.
如果糠醇含量过高, 含氮部分变得太低, 并且树脂网络可能无法达到相同的固化结构或最终性能.
大约在 70%–80% 范围内, 树脂配方往往在反应性之间达到最佳平衡, 网络形成, 和固化结构密度.
这就是为什么室温最终强度通常在此成分窗口中最大化的原因.
9. 为什么固化剂活性过高, 或固化剂用量过多, 降低树脂砂的最终强度?
如果固化开始太快, 树脂可能在其分子链有足够的时间延伸之前发生交联, 东方, 并形成完善的网络.
换句话说, 系统过早“锁定”.
非常活跃的硬化剂可以快速产生初始强度, 在车间里看起来可能很有吸引力.
但如果聚合物网络形成得太快, 由此产生的结构可能会变得不太完整且效率较低, 留下一些未使用的反应基团.
当固化剂用量过多时也会出现同样的问题. 结果往往是早期强度较高，但最终强度较低.
这是处理速度与最终质量冲突的典型案例. 如果牺牲固化树脂网络的完整性，更快的固化并不总是更好.
10. 旧砂再生为什么不能使用磷酸硬化树脂砂?
问题是磷酸在浇注后会在砂粒上留下磷酸盐残留物.
这些残留物不易被熔融金属的热作用破坏，并且在回收过程中难以去除.
因此, 再生砂受到污染，直接影响未来的树脂粘合.
磷酸盐残留物会降低重复使用的砂混合物的强度，还会增加模具膨胀趋势和夹砂风险.
如果铸造厂依赖于再利用和回收, 留下持久矿物残留物的硬化剂通常是一个糟糕的长期选择.
11. 酸硬化酚醛树脂砂为何选用游离酸含量低、总酸度高的有机酸比较好?
酸硬化的酚醛树脂通常含有相对较高的水分含量.
固化期间, 树脂本身通过冷凝产生水, 并且系统中可能已经存在额外的水. 水会稀释酸硬化剂并减慢反应.
如果游离酸含量过高, 固化可以加速, 但沙子的强度可能会下降太多.
所以, 理想的固化剂是一种能够提供足够的总酸度以有效地驱动反应，同时将游离酸保持在适度水平的固化剂，这样就不会过度牺牲强度.
因此，对于此类树脂体系，具有高总酸度和相对低游离酸的有机酸通常可以更好地平衡.
12. 酸硬化酚醛树脂砂的硬化剂用量为何要用树脂的百分比来表示?
正确的用量很大程度上取决于系统中树脂的量, 因为酸必须作用于树脂物质，其水含量和化学负荷随着树脂添加而变化.
酚醛树脂系统对酸的敏感性低于某些呋喃系统, 因此，只有当酸浓度达到足够高的水平时，才可能发生有意义的治愈.
因为树脂本身含有水分，在固化过程中会释放出更多的水, 增加树脂量会增加对硬化剂的稀释效果.
保持相同的固化速度, 因此，固化剂用量必须随树脂用量的增加而增加.
将固化剂表示为树脂的百分比提供了更现实和可控的配方基础.
13. 为什么新剥离或新修复的铁芯不应该立即涂覆?
当核心刚刚被剥离或修复时, 树脂硬化反应仍处于早期阶段.
如果立即涂装水性涂料, 水或溶剂会干扰正在进行的固化, 尤其是在对湿度敏感的系统中.
在酚醛-聚氨酯树脂体系中, 未反应的异氰酸酯组分也可能与水反应, 这可能会破坏预期的固化化学反应.
如果使用醇基涂料, 干燥过程中的点火可能会使仍在反应的树脂表面过热或过度燃烧.
在这两种情况下, 过早涂层可能会削弱表面稳定性并降低模具或型芯的可靠性.
通常需要短暂的等待时间，以便在涂覆之前使表面稳定.
14. 为什么从碱性酚醛树脂体系中回收旧砂很困难?
碱性酚醛树脂体系通常具有高碱度, 并且树脂可能含有大量的碱, 例如氢氧化钾.
浇注时, 这种碱可以与硅砂反应形成低熔点硅酸盐.
这些硅酸盐可以牢固地融合到沙粒表面, 使它们在回收过程中难以去除.
因此, 回用砂质量下降, 清洁负担增加, 并且回收的材料变得更难恢复到稳定状态.
这就是为什么碱性酚醛系统在长期砂回收中比许多其他树脂系统更具挑战性.
15. 选择铸件树脂类型时应考虑哪些因素?
树脂的选择绝不能仅凭习惯. 应以铸造合金为主, 铸件的尺寸和壁厚, 浇注温度, 以及与结构相关的缺陷风险.
第一的, 铸造材料很重要.
如果铸件是钢或高合金铁，则氮孔隙率是一个问题, 低氮或无氮树脂通常更安全.
如果铸件是灰铁或球墨铸铁, 氮孔隙度不太受关注的地方, 中氮树脂可能是可以接受的.
用于铜和铝铸件, 氮气不易被熔融金属吸收的地方, 高氮树脂可能是一个实用的选择.
第二, 尺寸和厚度很重要.
重的, 厚壁铸件和高浇注温度需要具有更强高温性能的树脂体系.
在这种情况下, 通常优选具有较高糠醇含量和较低脲醛含量的树脂，以便型芯或模具可以在加热下保持足够的强度.
对于较小, 浇注温度较低的薄壁铸件, 具有较高尿素含量的低成本树脂可能就足够了.
第三, 铸件的结构趋势很重要.
如果铸件容易产生热裂纹, 热强度较低的粘合剂实际上可能是不可取的; 树脂必须支撑金属直至凝固稳定.
如果铸件容易出现冷裂, 浇注后粘合剂应充分塌陷，以便铸件可以自由收缩而不会受到过度限制.
简而言之, 树脂选择是一个匹配问题. 正确的树脂是平衡气体产生的树脂, 热强度, 崩溃行为, 固化速度, 开垦表现, 以及特定铸件的缺陷风险.
结论
树脂砂铸造是化学与冶金紧密相连的工艺.
同一铸造厂只需更换硬化剂即可达到截然不同的结果, 树脂家族, 回收方法, 或涂层时机.
这就是为什么实践知识在这个领域如此重要.
好的树脂砂工艺不仅速度快而且强度大. 也很稳定, 可预测的, 并与铸造合金相容, 几何学, 和生产周期.
当树脂系统正确选择和控制时, 树脂砂铸造成为生产精确、复杂金属铸件的最有效方法之一.
