型砂粘結劑簡史

中國古代鑄造所用泥型(古代稱為陶范)的基本材料是粘結能力很強的粘土。隨著技術的發(fā)展，泥型中夾有大量砂粒，并逐漸以砂子為主要材料，則粘土就成了粘結劑。粘土至今仍在廣泛使用。后來相繼出現(xiàn)各種無機和有機粘結劑，如植物油、松香、糊精、水玻璃及合成樹脂等。1943年德國J.克羅寧發(fā)明用酚醛樹脂作粘結劑制造薄殼砂型。1947年捷克斯洛伐克L.彼德熱拉用水玻璃作為型砂粘結劑，吹CO2氣體使其硬化,制成砂型和型芯。這兩種粘結劑的應用開辟了砂型和型芯以化學方式硬化的新途徑?；瘜W硬化就是將少量硬化劑加入到某些有機或無機粘結劑中，通過它們之間的化學物理作用，達到使砂型和型芯在短時間內硬化的目的?；瘜W硬化砂型澆出的鑄件尺寸精度、表面光潔度和生產率都大為提高，很快得到廣泛使用。自50年代后期起，各國陸續(xù)采用呋喃樹脂粘結劑，在加熱的芯盒中制芯1~2分鐘后，型芯即能硬化。

粘結劑和砂?；旌虾蟀采傲３蔀檎辰Y劑膜，使砂?；ハ嗾尺B起來(見圖)，從而賦與砂型和型芯以足夠的強度，使其在搬運、組裝和澆注過程中不致變形和破碎。

型砂粘結劑按化學組成可分為無機粘結劑和有機粘結劑兩大類。主要的無機粘結劑有粘土、水玻璃和水泥、磷酸鹽等，其中以粘土、水玻璃應用較多。有機粘結劑主要有植物油、糖漿、糊精、羧甲基纖維素、松香、合脂、減壓渣油、瀝青、紙漿廢液、合成樹脂等，以植物油、合成樹脂應用較多。

使用最廣，用量最大的型砂粘結劑。粘土主要是由細小結晶質的粘土礦物組成，如高嶺石和蒙脫石等。粘土依含有的粘土礦物種類和性能的不同，主要分為普通粘土和膨潤土兩類。普通粘土通常又稱白泥，是由高嶺土類的粘土礦物組成，其中含Al2O3較多,耐火性較高的稱為耐火粘土。普通粘土多用于干砂型。膨潤土主要是由蒙脫石類礦物組成，根據(jù)吸附的陽離子不同又可分為鈣膨潤土和鈉膨潤土。鈣膨潤土吸附的陽離子以Ca為主;鈉膨潤土吸附的陽離子以Na為主。膨潤土的濕態(tài)粘結力比普通粘土高，一般用于濕砂型。

常用的是硅酸鈉或硅酸鉀的水溶液。它們在液態(tài)時具有粘性，并在一定條件下能轉變成凝膠狀態(tài)，因而可用來作型砂或芯砂的粘結劑。以水玻璃為粘結劑的砂型和型芯中如吹入CO2氣體,只需幾秒到幾十秒鐘就能硬化。在水玻璃型砂中加入硅酸二鈣或有機酯，能使砂型和型芯自行硬化。水玻璃的價格低、無氣味，對環(huán)境污染少。水玻璃砂的潰散性差和舊砂回用較困難等問題，已開始得到解決。

常用的有酚醛樹脂、呋喃樹脂、異氰酸脂、尿脘樹脂等。用合成樹脂作粘結劑，一般應結合硬化方法加入適當?shù)挠不瘎?。常用的硬化方法?3種。①加熱硬化:以酚醛樹脂為粘結劑，用加熱的金屬模樣或芯盒制造薄殼砂型或型芯，或者以呋喃樹脂為粘結劑在加熱的芯盒中制造型芯，硬化速度快,生產效率高,鑄件的形狀和尺寸精度以及表面質量都很好。在大量生產的汽車、拖拉機等工業(yè)中被普遍應用。②氣霧硬化:以異氰酸酯、尿脘樹脂和酚醛樹脂為粘結劑，吹入胺類氣霧;或者以呋喃樹脂為粘結劑,混砂時加入過氧化物,吹入SO2氣體。用這種硬化方法可以使型芯在幾秒至30秒以內迅速硬化。型芯生產速度快，鑄件形狀和尺寸精度高，而且節(jié)省能源，在汽車、拖拉機工業(yè)和其他成批生產鑄件的工業(yè)中使用日益增多。③常溫自硬:以呋喃樹脂、甲階酚醛樹脂或異氰酸脂和有羥基的樹脂為粘結劑，同時在型砂中加入液體硬化劑，制成的砂型和型芯在常溫下放置可逐漸自行硬化。由于砂型和型芯不需要加熱烘干，硬化后強度高，澆注后潰散性能好,鑄件表面質量好,可制造小型、中型及大型砂型和型芯，在機床、礦山機械、動力機械、冶金機械等工業(yè)生產中使用較多

較理想的型砂粘結劑應具有的特性是:①液體粘結劑的粘度低,混砂時輕易與砂粒混合均勻,而且混好的型砂流動性好，可以制成外形復雜的、準確反映模樣表面外形的砂型和型芯。②硬化速度快，最好不經加熱就能硬化，以節(jié)約能源和使用價格低廉的非金屬或鋁合金模樣和芯盒。如能采取先硬化、后脫模的方法，就可顯著提高鑄件的外形和尺寸精度。③硬化后強度高，能用來制造外形復雜、截面細薄的型芯，并可減少粘結劑加入量，以便降低鑄件生產成本和減少澆注過程中氣體發(fā)生量，減少鑄件產生氣孔缺陷的可能性。④發(fā)氣量少，要求粘結劑受熱發(fā)氣緩慢、量少。對于和等類鑄件還要求粘結劑的含氮量低，以防止產生皮下氣孔、針孔等缺陷。⑤潰散性好，粘結劑受到高溫作用能自行分解潰散，以防止鑄件凝固后產生內應力、裂紋，并使鑄件輕易清砂。此外，還要求粘結劑不易吸潮或變質，混砂后可使用時間長，不粘附模樣和芯盒，對人體無害，對環(huán)境無污染，來源豐富，價格低廉等。

砂型制造砂型的基本原材料是鑄造砂和型砂粘結劑。最常用的鑄造砂是硅質砂。硅砂的高溫性能不能滿足使用要求時則使用鋯英砂、鉻鐵礦砂、剛玉砂等特種砂。為使制成的砂型和型芯具有一定的強度，在搬運、合型及澆注液態(tài)金屬時不致變形或損壞，一般要在鑄造中加入型砂粘結劑，將松散的砂粒粘結起來成為型砂。應用最廣的型砂粘結劑是粘土，也可采用各種干性油或半干性油、水溶性硅酸鹽或磷酸鹽和各種合成樹脂作型砂粘結劑。砂型鑄造中所用的外砂型按型砂所用的粘結劑及其建立強度的方式不同分為粘土濕砂型、粘土干砂型和化學硬化砂型3種。20世紀初鑄造業(yè)開始采用輾輪式混砂機混砂，使粘土濕型砂的質量大為改善。新型大功率混砂機可使混砂工作達到高效率、高質量。以震實為主的震擊壓實式造型機的出現(xiàn)，又顯著提高了鑄型的緊實度和均勻性。隨著對鑄件尺寸精度和表面質量要求的提高，又出現(xiàn)了以壓實為主的高壓造型機。用高壓造型機制造粘土濕砂型，不但可使鑄件尺寸精度提高，表面質量改善，而且使緊實鑄型的動作簡化、周期縮短，使造型、合型全工序實現(xiàn)高速化和自動化。氣體沖擊加壓的新型造型機，利用粘土漿的觸變性,可由瞬時施以0.5兆帕的壓力而得到非常緊密的鑄型。這些進展是粘土濕砂型鑄造能適應現(xiàn)代工業(yè)要求的重要條件。因而這種傳統(tǒng)的工藝方法一直被用來生產大量優(yōu)質鑄件。