第1章 绪论

1.1 造型材料的分类及特点

1.什么是造型材料?

造型材料,传统的定义是指铸造造型、制芯时所用的材料。随着铸造工艺技术的发展,这种分类方法已不能满足教学、研究开发、学术和技术交流、采购、生产及商务合作等方面的需要。因此较为全面的定义是,在砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、消失模铸造及其他特种铸造生产中,经造型、制芯及合箱浇注过程所使用的一切非金属的、金属的、消耗性的(一次或数次)、不直接参与铸件形成冶金过程的材料。

2.造型材料有哪些分类?

从造型材料的分类来看,总体上可分为无机矿物和有机化学品两大类。造型材料的类别及作用见表1-1。

表1-1 造型材料的类别及作用

3.造型材料有哪些特点?其所面临的问题又是什么?

造型材料的特点及其所面临的问题如下:

(1)涉及学科多 其开发、生产和应用涉及硅酸盐、矿物学、陶瓷、无机化学、高分子材料、有机合成、精细化工和铸造工艺等诸多学科,远远超出了铸造专业的研究范围,是多学科结合的产物。从事研究开发及应用的相关人员必须有较宽的知识面和合理的专业结构。

(2)品种及规格繁多 其品种及规格成百上千,给生产、应用、管理和质量控制带来了诸多问题,从而对其提出了更高的要求。

(3)材料消耗量大 在砂型铸造中,每生产1t铸件可能会消耗数千克至数十千克粘结剂,一般每生产1t合格铸件需要1.2～1.44t原砂以及其他辅料。

(4)与工艺和装备的联系密切 不同的工艺与装备,都对铸型(芯)材料提出了不同的要求,都要有与之相适应的铸型(芯)材料,它们是互相结合发展的,同时,有些工艺和装备的不足可以通过改进铸型(芯)材料的性能来弥补,反之亦然。因此,铸型(芯)材料如何与工艺和设备结合,提高成型速度(固化速度),简化操作,方便使用,将会对铸造生产的效率产生重大影响。

(5)技术规范难以统一 由于造型材料涉及铸造以外的多种学科,生产厂家和品种多,产品的特色性能强,存在技术保密和技术交流的限制,同时铸造工厂以及不同的工艺对其要求和习惯各不相同,且其性能检测的仪器开发滞后,导致了许多技术规范难以统一,给行业技术管理和标准制定造成了一定困难。

(6)对铸件质量、成品率、生产效率和成本的影响大 造型材料直接受高温金属熔体的多种作用,它们自身的物理化学变化和与金属熔体的多种反应,将会影响到铸件的尺寸精度和表面质量。

造型材料均为消耗性的且大多为一次消耗性的材料,造型、制芯费用占铸件生产总成本的1/2左右,金属熔炼费用占1/4,其余1/4的成本花费在铸件清理及其后处理工序上；铸件清理、精整工序成本中的大约70%与造型材料有着密切的关系。由此可见,铸件生产总成本中的70%左右和一半以上的质量问题都与造型材料有关。

目前,我国铸件的废品率在10%～15%范围内,要达到世界先进水平(5%以下)的铸件废品率,造型材料承担着重要责任。

选择高质量、合适的铸型(芯)材料对降低铸件的生产成本意义重大。大量的生产实践表明,优质的造型材料对提高铸件质量和效益、改善作业条件都起着决定性作用。例如,采用树脂自硬砂代替粘土砂生产机床铸件,尺寸精度和表面粗糙度有明显提高,铸件废品率可下降到3%以下,单位车间生产面积的产量可提高3倍。

(7)引起诸多的环境问题 造型车间、制芯车间、清理车间及浇注车间的操作者,都会接触到造型材料产生的有害粉尘、气体及各种分解物；铸造工厂大量废弃物也都是造型材料转化来的；造型(芯)时的有机粘结剂会散发出游离醛、游离酚、三乙(叔)胺；湿型砂、消失模、树脂自硬砂浇注后产生的CO、CO₂、SO₂和甲苯、二甲苯等有害气体也严重污染环境；混砂、落砂、清理过程中产生粉尘污染。据统计,1t合格铸件排放的粉尘约50kg,按3350万t合格铸件计算,排放的总粉尘高达200万t之多。

据统计,我国每年共消耗新砂1000万t以上,同时将排放大量废弃的旧砂,如不能对旧砂进行再生处理及再利用,必定给工厂周围的自然环境带来污染和破坏,由此导致的环境问题直接关系到铸造业的生存。采用少污染和无污染的先进造型材料和工艺,达到国家相关的环境排放标准意义重大。