水玻璃有机脂自硬砂的研究

水玻璃有机脂自硬砂的研究

一、前言：

在单件小批量的铸件生产中，我国应用自硬型砂工艺来改善手工造型工人的劳动条件，提高劳动效率，改善铸件质量，取得了积极的成果，我国从七十年代初期开始，便对水玻璃自硬砂着手研究开发。根据我国长期来在铸钢生产中应用这种自硬砂的体会，认为水玻璃有机脂没有呋喃树脂砂所存在的那么严重的环保，价格，气孔缺陷，铸钢增碳等问题，而且适应性强。

二、影响硬化反应的因素：

水玻璃有机脂自硬砂是以石英砂（或其它特种砂）为原砂，水玻璃为粘结剂，易水解的液状有机脂为硬化剂的自硬性型砂。影响水玻璃有机脂硬化反应的因素很多，其中主要有三个因素，有机脂的种类、水玻璃模数、环境温度。

1、脂的种类的影响

有机脂的种类很多，它们的化学性又大不相同，与水玻璃之间硬化反应的速度相差悬殊，据有关资料介绍可以快到几分钟，慢到几小时，这样就可以根据生产需要，选用不同速度的硬化剂搭配。

为了解决冬季MDT-901硬化反应过慢的问题，在MDT-901中加入适量的1#调节脂，硬化反应速度显著加快，表1是采用2.6模数水玻璃的对比试验数据。

2、水玻璃模数的影响

试验证明水玻璃模数越高，硬化反映速度越快。表2是不同模数的水玻璃硬化反应的数据。

混合脂和MDT-901硬化反映速度对比（其它条件相同）

表1

3、环境温度的影响

系统温度是大多数化学反应的条件之一，造型是在敞开的条件下操作，所以环境温度——气温对硬化反应速度的影响很大，为适应生产需要，低温季节必须使用硬化调节脂（见表1）表3数据说明温度对硬化反应的影响。

表2：不同模数的水玻璃硬化反应速度对比

表3：不同季节相同配方的型砂硬化反应速度对比

三、原材料及配方工艺

原材料及配方工艺

（一）原材料

1、原砂

水玻璃有机脂自硬砂对原砂的要求不象树脂砂那样苛刻，当然粒形比较好、灰、粉少，粒度分布好的原砂，水玻璃加入量可经减少，我们原则上规定，作为面砂的石英砂，其成分级别在2S以上粒度为5#（40/70或45/75目），水分含量＜1，过去在生产中应用江、浙一带的人工石英砂、粒形和灰、粉含量均不够理想，因而水玻璃加入量较多，一般为原砂量的1.5%左右，采用粒形好，粉尘少的海砂，水玻璃加入量为原砂的.3%。

2、水玻璃

前面已经说明，水玻璃的模数明显影响型砂的硬化反应速度，同时对型砂强度和溃散性也有较大影响，在生产中所使用的水玻璃，其模数为2.4左右，浓度为48-52Be。

3、有机脂

脂的种类很多，而它们的化学活性又不相同，用它们作为水玻璃型砂的硬化剂，可以在很大的范围内调节反应速度，目前根据国内资源和价格情况，应用MDT-901和1#调节脂，对其质量要求如下：

（1）MDT-901：脂含量＞96%，游离酸含量＜0.5%。

（2）1#调节脂：（工业级）随着我国石油化工生产的迅速发展，不但为有机脂的生产提供了丰富的原料，而且已经开发出系列有机脂硬化剂，其硬化反应速度可根据工艺需要选择。

（二）配方及混砂工艺

1、型砂配方

根据工艺需要，可以选用不同种类的原砂配制水玻璃有机脂自硬砂，以获得优质铸件，通常应用最多的是石英砂，其配方表4。

表4：水玻璃有机脂自硬砂配方表

2、混砂工艺

拌匀拌匀

原砂+硬化剂+水玻璃放砂

混砂要求拌和均匀，越快越好，采用连续式混砂机配制型砂随混随用，二节搅拌槽，搅拌时间约15秒钟。

四、型砂性能及其对铸造生产和铸件质量影响

水玻璃有机脂自硬砂具有良好综合性能，强度高，水分低，透气性和流动性好，适应于大件、单件、小批量产品组织机械化流水线生产。

1、型砂硬化速度快，强度高见表5

表5：生产现场型砂自硬砂测试记录之一

由于型砂强度高，造型时芯骨可以简化，砂型表面不需插园钉，铸件不产生夹砂，结疤缺陷，既节约辅助材料，又提高生产效率。

另一方面由于型砂强度高，型砂硬化后起模就比较困难，因而要求木模有较大的拔模斜度，最好采用抽芯结构的木模。

2、型砂透气性好

水玻璃有机脂自硬砂由于不加粉料，不用碾压，在采用相同原砂时其透气性比其它种类的型砂好，采用5#人造石英砂配制的普通水玻璃的透气率仅有700AFA左右，提高了型砂的透气性，必然减少铸件的气孔缺陷，并能消除铸件表面气孔，改善铸件表面粗糙度。

3、型砂水分量低

水玻璃有机脂自硬砂水分含量在3%左右，普通水玻璃砂约5%左右，因而型砂硬化后不需进一步干燥，便能浇注铸件一般不会产生气孔缺陷，而普通水玻璃砂铸件产生气孔缺陷的倾向较大。

4、型砂流动性好

我们用如下试验提供一个可比较的数据，以φ100*100之圆筒，灌满型砂，刮平后垂直提起，测得塌落高度（即100减去残留高度）作为流动性指标（见表6）。

表6：几种型砂流动性对比表

表中数据说明水玻璃有机脂自硬砂的流动性很好，极易充满型腔，容易紧实，因而为实现造型机械化开了方便之路，实践证明，采用搌实台紧实水玻璃有机脂自硬砂砂型，动力省，速度快，效果好。

5、粘模性

水玻璃有机脂自硬砂对于一般模型不粘模，不需要特殊脱模剂，但对于新油漆的木模，由于MDT 系列脂是一种良好的有机溶剂，能溶解漆模，因而产生粘模现象，故水玻璃有机脂自硬砂用的木模，只要求表面光洁，可不上油漆，或上有脂中不溶的树脂漆。

6、成型性良好

由于水玻璃有机脂自硬砂具有的流动性和较高的硬化强度，又不粘模，这就构成了良好的成型性，砂型轮廓清晰，即使是黏附在砂箱壁上的极薄的型砂，也不塌落。

7、粘附性

水玻璃有机脂自硬砂具有的粘附性，新配制的型砂能够牢固地粘附在已硬化的型砂表面，利用这一性能，在型砂损坏部位修型时只要在损坏部位插几园钉，复上新配制的型砂，待其硬化到适当强度，修刮成型。

8、发气性