冷芯盒制芯技术及应用现状

开发了 SO2 法（呋喃树脂/SO2 法、环氧树脂/SO2 法、酚醛树脂/SO2 法、自由基硬化法）、低毒或无毒 的气硬促硬法（钠水玻璃/CO2 法、酚醛树脂/脂法、有机粘结剂/CO2 法）、FRC 法，但目前应用最多的 仍是 ISOCURE 法。
ISOCURE 法是在原砂中加入一定量的组分 I（液态的酚醛树脂）和 II 组分（聚异氰酸脂），在
混碾
混匀
原砂+组分 I
组分 II
出砂
其实，先加哪一组分并没有特别的优点，两组分同时加入也可以（但不可存放时混合）。砂芯
的强度随树脂的加入量增加而增加，但同时铸件产生脉纹的倾向加大，而且，树脂加入量过高，成
本加大，发气量增加，因此，一般控制树脂加入量在 2.0%以内（国外生产轻金属合金时树脂的加入
量最低可至 0.6%，国内黑色铸造一般为 1.2-2.0%）。在树脂加入量一定时，随着组分 II 的增加，砂
II=10-30mpa.s（均在 25℃时）），但如果温度太低（如低于 10℃），因树脂中的组分 I 变得粘性增加
而造成混碾不匀；相反，如果砂温过高，则树脂反应加快，混好的砂子存放期就会变短。目前使用
的树脂，要求原砂温度最好在 21-27℃之间，10-40℃虽然也能使用，但对砂芯质量有一定的影响。
２、 混砂
砂芯强度也最为有利。但次角形的砂对减少飞边或毛刺有利。一般要求原砂的角形系数<1.3,AFS 细
度为 50-60，并且分布不要过于集中，最好分布在相邻的 5-6 个筛号，以利用浇注时不同粒度砂的
膨胀时间差异来防止铸件产生脉纹现象。
因为冷芯盒树脂在碱性情况下提早发生反应，所以，原砂吸酸值高则芯砂的可使用时间缩短。
混砂
射砂
吹气硬化
洗涤

取芯
后硬化
尽管冷芯盒树脂的硬化过程很快，但在生产过程中，原砂、水分、温度及工装对制芯过程和砂
芯质量有很大的影响。
１、 原砂
所有用树脂作黏结剂的原砂都要求粒形好，粒度适当，以减少树脂的加入量，降低浇注时的砂
芯发气量。冷芯盒树脂要求原砂最好是圆形的，这样，原砂表面积最小，可以减少树脂的用量，对
虽然冷芯盒混砂可以使用任何类型的混砂机，但是，使用碗形快速混砂机最好，并且随用随混。
混砂时，一方面要使混砂时间短些，以便不影响芯砂的可使用时间（空气的湿度、混砂时的发热和
溶剂的挥发都可以影响到芯砂的可使用时间）；另一方面，又必须混匀，使树脂均匀的包覆在砂粒的
表面，发挥最大的粘结强度。
混砂时一般为先加原砂，再加组分 I，混碾一定时间后，再加组分 II，混匀后出砂，即
芯终强度和抗吸湿性增加，在 50：50 时达到最高，之后，随着组分 II 的继续增加，砂芯终强度和
抗吸湿性下降，在组分 II 的加入量为 80%时，砂芯强度几乎完全丧失；随着组分 II 的减少，制芯
时降低了粘模性，取芯变得容易，铸件产生脉纹的倾向减少，而且由于含氮量降低（组分 II 中含有
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水分能够与冷芯盒树脂中的组分 II 发生反应，而且水分的存在还能降低芯砂的流动性，造成 砂芯疏松，使砂芯质量大大降低。所以，冷芯盒工艺中对原砂的水分要求严格，原砂的水分最好在 0.1%以下。随着水分的增加，砂芯强度下降（如图 1），铸件产生脉纹的倾向加大。原砂水分<0.25% 的也可用，但水分>0.25%，则砂芯的品质大降。
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冷芯盒制芯技术及应用现状
前言
自 1968 年美国的阿什兰公司发明并推广冷芯盒技术以来，冷芯盒制芯因其生产效率高、节能，
砂芯尺寸精度高、发气量低，芯盒寿命长、变形量小，铸件表面光洁、尺寸精度高（可达到 CT7 级），
浇注后砂芯溃散性好等特点而被广泛采用。尽管冷芯盒法除了 ISOCURE 法（阿什兰法）外，后来还
一、 冷芯盒生产中应注意的问题：
冷芯盒技术的本质是组分 I（液态的酚醛树脂）和 II 组分（聚异氰酸脂）在催化剂的作用下，
生成尿烷的过程，即：
催化剂
酚醛树脂+聚异氰酸脂
尿烷
组分 I 的酚醛树脂结构要求为苯醚型，组分 II 为 4，4’二苯基甲烷二异氰酸酯（MDA）或多次
甲基多苯基多异氰酸脂（PAPI）等，美国推荐使用 MDA，我国主要用 PAPI。组分 I 和组分 II 通常用
砂，冷芯盒砂芯可小到 136g，大到 840Kg，最大达到 1000 磅；砂芯壁厚从 3mm 到 170mm。在国内外，
冷芯盒技术已成功的应用于汽车、拖拉机、飞机、机床、泵业等行业，但在实际生产中，冷芯盒制
芯工艺受到许多因素的影响，包括原材料、工装、工艺参数等。本文对冷芯盒技术的应用中应注意
的问题作了一定的综述，并对国内应用冷芯盒技术的情况作了说明。
混砂机中混匀后，用射芯机射砂或人工填砂制芯，用干燥的空气、CO2 气体或氮气作载体，通入约 5% 浓度的催化剂气体，使组分 I 中的酚醛树脂的羟基和组分 II 中的异氰酸基在催化剂的作用下，发生
聚合反应生成尿烷树脂而固化。
冷芯盒的适应性强，它可以应用于铸造所有种类的黑色和有色合金以及适用于大多数铸造用
原砂的吸酸值为 0-5 最好，5-20 为可用范围。同样，原砂的 PH=6-8 是最好的。许多金属氧化物呈
碱性，过多的氧化物也会降低芯砂的可使用时间，故原砂中的氧化物含量要求<0.3%。
原砂的含泥量要尽可能的小。含泥量增加，不仅降低了砂芯强度，降低了透气性，还使铸件产
生脉纹缺陷的倾向增加，一般要求含泥量<0.3%。
高沸点的酯或酮稀释，以增加树脂的流动性和可泵性，使树脂容易包覆在砂粒表面，也增加芯砂的
流动性，使砂芯致密。催化剂为叔胺，可使用三乙胺（TEA）、二甲基乙胺（DMEA）、异丙基乙胺或三
甲胺（TMA），因为三乙胺便宜，通常采用三乙胺作催化剂。该反应过程非常迅速，在催化剂的作用
下，可以立即完成反应。
冷芯盒的生产过程通常为：
抗拉强度（MPa）
3 2.5
2 1.5
1 0.5
0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 含水量（%）
图 1：砂芯抗拉强度与原砂含水量的关系
冷芯盒制芯对原砂和树脂的温度要求也较为严格。尽管目前冷芯盒树脂的粘度较低（如苏州兴
业 的 组 分 I ≤ 300mpa.s, 组 分 II ≤ 100mpa.s ； 亚 什 兰 （ 常 州 ） 的 组 分 I=120-200mpa.s, 组 分