1、TRAINING PROGRAM FOR THEISOCURE BINDER PROCESSISOCURE冷芯盒工艺培训手册ASHLAND (CHANDZHOU) CHEMICAL CO., LTD.亚什兰（常州）化学有限公司前言此书是为供给通常铸工工业界使用ISOCURE 冷芯盒技术速成训练及了解而准备的。第一章介绍经理部门对采用此工艺所应主意的事项。第二章是针对工程、保养、工具及制造部门所应主意之处，此资料是用来促成此工艺技术达到最理想地步。为了简化此资料，对于某些特殊型合金，混砂浇铸设计等技术问题在此暂时不讨论。第三章是针对机器操作的工人及生产线主管，在实际生产上可能发生的问题及解决的办
2、法。例如砂芯的品质，生产的速度及机器停修的时间。亚什兰（常州）化学有限公司2000.12.亚什兰 ISOCURE 冷芯盒工艺目录第一章 什么是 ISOCURE 冷芯盒工艺第二章 选择最佳制芯材料和制芯条件第三章 哎索科冷芯盒工艺技术问题解析第一章工艺简单介绍工艺操作化学材料工业使用范围环境清洁工艺操作此工艺是用在使砂芯或外模硬化的。因与模型直接接触，故其表面及再制砂芯上有高度的精确度，同时建立高的砂芯瞬时强度。此工艺不用外来热源加热模具。砂芯硬化是以气体催化剂通过砂芯而成。化学材料以下三种液体成分使用：ISOCURE 是一种酚醛树脂溶于溶剂中。ISOCURE 是一种异氰酸树脂溶于溶剂中。可用的
3、催化剂叔胺：ISOCURE 700TEA，三乙胺(C 2H5)3N 或者ISOCURE 702(DMEA,二甲基乙基胺)气态化的催化剂通过砂芯使以上两种混合的树脂立即硬化。工业使用范围已经使用在以下工业铸件：钢铁铜合金铝镁砂芯重量范围：0.3 磅至 1500 镑原砂使用种类：硅砂、湖砂、鉻铁矿砂、鋯砂。环境清洁虽然冷芯盒工艺是较新的技术(始于 1968 年)，但所使用的原料仍是旧的。酚醛树脂 1950 年已使用，1955 年用于壳型工艺，1965 年用于热芯盒工艺。异氰酸树脂自 1965 年已使用于自硬油砂工艺。胺催化剂也同时用在自硬油砂工艺中。以上材料安全数据资料全部备有以便索取。第二章选择
4、最佳制芯材料和制芯条件砂树脂填充料混合挤压硬化废气排放砂芯砂模涂料材料储存设备保养及清理通用材料比较砂 砂型：G.F.N- 砂粒细度Graln Shape-砂粒形状ADV-吸酸值PH-酸度值污染物 温度 含水量砂粒细度(G.F.N)最好G.F.N 5060典型可用范围：G.F.N 4090，但是高 G.F.N 会需要较多的树脂量，砂的吹送较困难，需用较多的催化剂，而且砂的透气度会减低。砂粒形状圆形对强度最利。次角形对减少毛刺或飞边有利。吸酸值(A.D.V)0 至 5 最好，5 至 20 为可用范围。吸酸值之重要是因为：冷芯盒数脂在碱性情况下提早反应硬化。吸酸值高则存放期缩短。酸度值(PH)以接
5、近中性为最好(PH7)。因为高碱性的混砂将缩短存放期。污染物成分（如粘土，氧化物等）粘土及氧化物的含量越低越好，可用范围如下：粘土 0 至 0.3%。氧化物 0 至 0.3%。砂的温度21至 27最好(70 0F 至 800F)，10至 41为可用温度范围。混砂存放温度要在 10至 41的原因是在储槽内砂温越高，其化学反应越快，因而混砂的存放期就会缩短。混砂存放温度低于 10，因为 ISOCURE 组份太粘而混拌不易。砂内水份含量最好是 0 至 0.1%，通常 0.25%以下为可用范围。0.25%以上水份含量，砂芯品质既大减，因为水份含量会产生以下问题：水份与数脂第二组份起化学反应。水份减低砂
6、之流动性。所以水份会降低砂芯强度及硬度。含水量与强度的关系含水量与存放期关系树脂与催化剂树脂第一组份与第二组份第一组份-ISOCURE 酚醛树脂在溶剂中第二组份-ISOCURE 聚异氰酸树脂在溶剂中选择第二组份树脂时吸酸值及砂之温度有关系，是因为高吸酸值及高温度会缩短砂之存放时间。砂存放时间与树脂第二组份关系砂存放时间意思是混合好的砂有多久可使用的时间，ISOCURE 系统中第二组份树脂已加以改良使它增加可使用时间，不同的树脂第二组份有不同的存放时间，也会有不同的抗拉强度，其实际结果要看实际应用的情况而定（例如混砂运输系统、砂之种类、室温、设备等不同的情形） 。催化剂TEA（三乙胺）-在用量大
7、，臭味小及闪点较高的情况下使用。供应容器有 55 加仑与 110 加仑圆桶。DMEA（二甲基乙基胺）-有 CO2或 N2气体载体及用量情形下使用，供应容器有 55 加仑园桶。DEMA/CO2-为小用量及方便情形下使用，费用较贵。TEA/DMEA 比较表在 210C，1 大气压饱和情况下计算值名称特性 DMEA TEA蒸汽压(液体 200C) 435mmHg 54mmHg含胺重量百分比 51.1 11.7用氮量(FT 3/lb 胺) 13.2 103.5用氮量（FT 3/CC 胺） 0.2 1.6所以如果要输送等量的胺气 TEA 需用惰性气体(CO 2)量是 DMEA 之7.3 倍。混砂填充料有
8、两种加填料已知对亚什兰冷芯盒工艺使用很成功。1 改良砂的性质方面：红色氧化铁黑色氧化铁抑制剂（铝及镁铸件方面）2 改良树脂方面：增流剂增粘剂砂性的改良红氧化铁：混红氧化铁量在总砂量之 0.25%至 3%可减少一些容易发生表面针孔的合金制品，象低碳钢。但是有些红氧化铁可以减少内浇口的冲损，此类氧化铁的纯度应该高于 82%。黑氧化铁：混黑氧化铁在混砂量之 0.25%至 3%也如红氧化铁一样可以减少合金表面针孔，但并不需要多加树脂去弥补因混砂中过多细粉而损失的强度。抑制剂：有些铝及镁合金铸件可能因 ISOCURE 系统有公差，通常加入总砂量 0.1%至 1.0%氟硼酸钾及 0.250.5%硫黄。树脂
9、性质改良亚什兰出产的 ISOFLO 不但增进砂芯脱模及砂流动性，而且增强中期及长期抗拉强度 25%30%。通常加入树脂第一组份量的 4%至10%， ISOFLO 应同时与树脂第一组份一同加入砂中。增粘剂。加入增粘剂增加粘合及防潮性，对某些砂有利，但真正效果要实际试用才能确定。通常加入量在树脂第一组份之 0.5%至 1.0%。混砂 设备种类 校准、安装位置 输送系统 混砂品质检验混砂机种类连续式：无滞留连续性混砂机及直接输送砂入储槽是对混砂存放期及送砂量调整伸缩性大者最合适。间歇式：间歇式带有自动或非自动树脂加料设备之混砂机，最适合变换树脂配量，混砂效率及加入干料之操作，但机器不要生热太高，也不
10、要混砂超过 20 分钟的供应量。混砂机校准每班应检查树脂加入量及砂运送量。树脂与砂的比例应保持最低可用比率。保持准确之校准须：勿让杂物、砂及水份进入树脂储存器内。放置树脂储存器接近泵，有较大出口管路及高于泵位置。装置泵及储存器在均匀温度地方或装备温度控制。储存器与泵之间应装有过滤器。保持树脂第二组份储存器不沾水份，用小型空气干燥器或 N2 保护。砂输送系统最好是直接把混砂落入制芯机上之储槽内（可调整至 20 分钟砂供应量） 。如果用输送带盛斗、吊车绳索或斜槽使用时应主意：尽量不要多暴露于空气之中。容易清洗。注意：勿用空气输送混好之砂。混砂品质检验每一工作班应作以下检验： 抗拉强度试验 烧损量
11、原砂含水量、吸酸值及温度。抗拉强度试验普通用设备：小型吹砂机及空气压力调整器；三型腔制芯盒（AFS 8 字试片机） ；检验步骤：记录：记录检验时间及量，树脂第一组份及第二组份各多少，混砂温度及平均抗拉强度（取三个试块的平均值） 。吹砂及同催化剂：混砂后 5 分钟内做 6 个 8 字试块。吹砂压力=80PSI 2吹砂时间= 半秒钟吹胺时间=1 秒钟吹胺吹胺压力=40PSI净化时间=4 秒钟净化压力=40PSI拉断：三个 8 字试块在 30 秒钟内拉断，另三个 8 字试块在 30 分钟内拉断。存放期之测定是在混砂后每隔 5 分钟作试块抗拉强度检验，一直到其抗拉强度达最初值之一半。紧实度 砂芯紧实度
12、要看砂模之形式，吹砂管，透气之设计及吹砂之压力而定（详细资料请参考“Tooling Design for the Ashland Cold Box Process） 。紧实砂型之方法最好方法：空气压力吹砂（大量制芯用）其它方法：震实，震实及挤压；手舀；半手舀半滚压；砂芯之紧实程度将影响砂芯的品质，因为芯砂的流动性非常好，在砂硬化之前震动会使砂下沉而变型。吹砂管优选：直通大内径，或用缩颈管于小型砂芯。供使用参考： 吹砂管内径：5/8 至 5/4。 带有氟橡胶倾斜座密封垫的钢管。 氨基甲酸酯或尼龙管用螺纹拧进吹砂板，或用发兰螺栓连接。吹砂管的大小及位置很重要，因为： 大吹管降低冲击速度，减少树指残
13、留在芯盒壁上；吹到芯子的深部时，降低树指残留在芯盒上。具有合适的吹砂管总面积尤为重要，因为：ISOCURE 工艺要求高的砂芯紧实度，低吹砂压力和低砂速。面积最小定律： 大型厚实的砂芯要求 0.2 平方英寸/磅砂。 细薄砂芯要求 0.35 平方英寸/磅砂。排气芯盒腔内要求正压，以促使胺气渗入砂的混合物中。通常排气孔的面积应小于进气入口面积，并且排气孔的位置应尽量安放在芯盒最深部位，远离入气口。最佳的排气塞是铁丝网状排气塞。选择排气塞时要考虑开放率，即开口面积与外径面积的比例。类型不同，差异很大：铁丝网状的开放率是 40%。片网状的开放率是 25%。槽片型的开放率是 13%。槽片型的排气塞需要更多
14、的清理时间。吹砂压力最佳吹砂压力范围是 35PSI 至 55PSI。虽然其它的吹砂压力也可以用，但是选择是重要的，因为要考虑：低吹砂压力使树脂残留在芯盒上的机会减少。低吹砂压力减少芯盒内腔的磨损。但是在模具设计上必须具备低吹砂压力的条件。硬化 气体发生器 硬化压力 催化气的注入与排除 管路设计 吹砂空气和硬化气的干燥 硬化气体温度 芯盒内气体的流动 硬化速率及催化剂的用量 密封气体发生器已知可使用者：A 汽化器B 泵式注入器C 定时注入器D 沸腾式/定比器硬化压力在正常情形下，通胺压力在 2 至 9PSI 之间为最理想，排气压力应在 15 至 30PSI。选择硬化压力非常重要，因为：发泡机式发
15、生器在低气压下产生较浓之催化气。有足够及迅速的净化气体压力也是重要的，以把三乙胺气体从芯子中压到洗涤器中。催化气的注入与排除进气管路设计最好是大口径管路（以砂量为基准） 。管弯头越少越好，而且自发生器至制芯机之间管路以 2 至 10 英尺为限。进气管的设计是极其重要的，因为：管路太小口径与太长都会拖长砂硬化时间。因为催化气进入量受到限制，其量较进入的气压高低更影响硬化时间。进气尺寸指导：砂芯 1 至 15 磅重者用 1 英寸口径。砂芯 15 至 50 磅重者用 1 英寸口径。砂芯 50 至 100 磅重者用 1 英寸口径。砂芯 100 磅以上者用 1 英寸口径。排气管路设计芯盒的排气系统对于最
16、佳硬化，减少三乙胺气体的渗漏和芯子中的三乙胺残留量是非常重要的。最好设计排气量是进气量之三倍以上。尽量少用管弯头和 T 型接管。芯盒的排气面在吹砂与硬化过程中压力应该是1PSI。吹砂及硬化空气的干燥制造薄的砂芯时所用空气的露点最好在大气压下是-50 0F。制造大型砂芯时所用空气经冷冻式干燥机露点在-10 0F 也可以使用。空气干燥是重要的，因为：水份能在射砂室中冷凝，就可与树脂第二组份起反应而影响砂之粘结强度。水份又影响砂芯紧实的程度而减少其强度。注意：水份可来自以下来源： 所用之吹砂空气。 净化空气 原砂硬化气体温度应保持进气系统之温度在 100 至 1500F 之间。有些设备在空气进入发生
17、器以前加热，大部分发泡式发生器出来的管路有保温装置。胺混合气及净化空气温度之重要性是：发泡式发生器混合气温度越高，催化剂就越浓。管路保温能减少催化剂在管路中冷凝的可能。保持一定的温度就保持了一定的硬化时间。芯盒内气体的流动气体在芯盒内流动的原则： 进气面积尽可能为最大。 排气面积要比进气的小。 气体通过砂芯的通路要平衡。 气体不可能有倒流的情形。优良的模具设计工艺：在砂芯的一面全充满催化剂气体，布置适当之排气孔大小及位置，使气体均匀通过砂芯。气体的流动是重要的，因为气体在均匀的芯盒中通过得越多，其硬化就越快；若芯盒进气不均匀，就浪费更多的催化剂；均应的气体流动也减少砂芯中及工作环境中的臭味。简
18、单空气流路均匀气体流路进进气面积的计算所需要进气面积要看砂芯的重量及其形状而定。要考虑的面积是透气面积加上吹砂面积。定律（水平分模）：大块砂芯：每磅砂至少 0.25 平方英寸进气面积。崎岖型砂芯：每磅砂至少 0.40 平方英寸进气面积。定律（垂直分模）：各种砂芯都是每磅砂至少 0.25 平方英寸进气面积。排气面积的计算一定要小于进气面积，通常是其 60%至 80%。硬化与排气面之关系硬化速度与催化剂用量的关系此两项相互关联，过量的催化剂能加快硬化。硬化速度与砂芯形状、砂芯重量及芯盒透气效率有关。其表示方法：磅（砂芯重量）秒（催化剂气体通入时间）所需催化剂之用量要看砂芯的重量及芯盒的透气效率而定
19、。其表示方法：CC（每一循环所用之胺量）磅（吹入芯盒之砂量）硬化速率指标大块砂芯：高于每秒 10 磅。崎岖砂芯：高于每秒 3 磅。催化剂用量之指标大块砂芯：每吨砂用 1 磅或少些（0.3CC/每磅砂） 。崎岖砂芯：每吨砂用 1.6 磅或少些（0.5CC/每磅砂） 。实际情况中正常操作之下，平均催化剂用量与芯盒的透气、密封情形的不同而有所差异：大块砂芯：每吨砂用 1 至 2 磅。崎岖砂芯：每吨砂用 1.7 至 2.2 磅。在芯盒工装设计上造成慢速硬化及过量消耗催化剂的主要因素如下：输送空气至星盒的管路太小。催化剂混合气自发生器至芯盒的管路太小。催化剂混合气进气分布情况不好。芯盒透气面积太小。芯盒
20、透气的装置不妥。芯盒排气的废气管太长或太小。密封可用的类型：各种压缩式密封材料。选择低压缩密封（25PSI）是很重要的，因为它可能与芯盒的关闭或移动相冲突。选择合适的密封能减少硬化时间，催化剂用量及停工时间，而且还提供一个安全的工作环境。 废气排出 设备种类 排气管大小 工作区废气之控制设备种类通用型-胺/酸洗涤器填料塔（用于多台机器装置）高速发泡器（用于单台机器装置）其它：废气燃烧（不推荐）直接排除式（不推荐，因不卫生）胺酸洗涤器操作以下步骤可以在 ASHLAND 工艺废气中经过酸洗涤器达到最小量之胺排出去。1 在干净的洗涤器中加入硫酸液，如果使用三乙胺时，溶液须含有 23%浓度的硫酸（ 6
21、6baume或 95%浓度） ；如果使用二甲基乙基胺时，溶液须含有 29%浓度的硫酸。液位在洗涤器内要保持正常。如果溶液要在洗涤器内配制的话，要先加水然后再慢慢把浓硫酸加入，而且要有好的搅拌，硫酸与水混合时会产生相当的热量。2 如果溶液在洗涤器内的量因蒸发而减少，只需加水而保持液位。3 液体之 PH 值须经常检验，当其 PH 高于 4.5 时，就废酸了，整个洗涤器中溶液须倒出，再从新加入新溶液（上述第一步骤） 。如果时间上不允许，可加一些浓硫酸暂延一下使用时间。废酸内仍有硫酸，必须小心处理，要避免与强碱接触。排气管尺寸至少是进气管路面积的三倍，与芯盒排气室直接相连。讨论： 排气管尺寸之设计以吹
22、砂及通胺硬化时所产生的背压或负压不超过1PSI 为原则。 尽可能少用管弯头和 T 型接管。 排气側至洗涤器之间应使用砂粒捕集器进行保护，避免砂粒进入洗涤器。 排气管之背压若太高会降低硬化率，若太多负压时树脂容易堵塞排气塞及气体在砂芯中会产生短路或旁道。工作区废气的控制最有效的方法：芯盒排气直接至洗涤器。辅助的方法：整个制芯机用排气罩围住，在分型面处装吸气罩。可用但不推荐者：通用之空气疏散及风扇（必须是芯盒密封及排气装置良好者） 。砂芯涂料的种类只要注意一些问题，可采用多种涂料进行浸涂、刷涂及喷涂。水基： 低湿润型涂料效用最佳。 砂芯硬化后应立即上涂料。 上涂料后尽快使砂芯干燥。 砂芯的高紧密性
23、，可避免强度的减弱和储存过程中砂芯的变形。挥发性溶剂式： 砂芯脱模后的 30 分钟后加涂料。 溶剂应该挥发后再浇铸。涂料烘干最佳烘干温度为 2500F3500F，同时烘炉中应有大量空气流通。注意： 有些铸件的砂芯并不需用上涂料。因为 ISOCURE 砂芯比其它方法的砂芯容易被铁“浸湿” 。 烘干只是对涂料之水份而言，ISOCURE 砂芯本身并不需要烘干。 在 3500F 温度下烘烤太久，将会降低砂芯强度。 烘炉内低气流循环的加热方式，可导致薄砂芯的翘曲变形。材料的储存 污染 着火危险 人体伤害污染最通常的污染情形是来自水份，因为水与树脂第二组份起反应而生成二氧化碳气。预防的方法是材料应放在室内，储桶平放或口面朝下。第二种污染问题是来自热芯盒树脂及其催化剂，此污染物常出现于存放处而会损害 ISOCURE 系统。预防的方法是不要溢洒的材料；要用干净的量器；储槽，管路及泵上涂上颜色以便鉴别；传输管路要有专人负责。
