第1章 緒論

1.1 造型材料的分類及特點

1.什么是造型材料?

造型材料,傳統的定義是指鑄造造型、制芯時所用的材料。隨著鑄造工藝技術的發展,這種分類方法已不能滿足教學、研究開發、學術和技術交流、采購、生產及商務合作等方面的需要。因此較為全面的定義是,在砂型鑄造、金屬型鑄造、熔模鑄造、消失模鑄造及其他特種鑄造生產中,經造型、制芯及合箱澆注過程所使用的一切非金屬的、金屬的、消耗性的(一次或數次)、不直接參與鑄件形成冶金過程的材料。

2.造型材料有哪些分類?

從造型材料的分類來看,總體上可分為無機礦物和有機化學品兩大類。造型材料的類別及作用見表1-1。

表1-1 造型材料的類別及作用

3.造型材料有哪些特點?其所面臨的問題又是什么?

造型材料的特點及其所面臨的問題如下:

(1)涉及學科多 其開發、生產和應用涉及硅酸鹽、礦物學、陶瓷、無機化學、高分子材料、有機合成、精細化工和鑄造工藝等諸多學科,遠遠超出了鑄造專業的研究范圍,是多學科結合的產物。從事研究開發及應用的相關人員必須有較寬的知識面和合理的專業結構。

(2)品種及規格繁多 其品種及規格成百上千,給生產、應用、管理和質量控制帶來了諸多問題,從而對其提出了更高的要求。

(3)材料消耗量大 在砂型鑄造中,每生產1t鑄件可能會消耗數千克至數十千克粘結劑,一般每生產1t合格鑄件需要1.2～1.44t原砂以及其他輔料。

(4)與工藝和裝備的聯系密切 不同的工藝與裝備,都對鑄型(芯)材料提出了不同的要求,都要有與之相適應的鑄型(芯)材料,它們是互相結合發展的,同時,有些工藝和裝備的不足可以通過改進鑄型(芯)材料的性能來彌補,反之亦然。因此,鑄型(芯)材料如何與工藝和設備結合,提高成型速度(固化速度),簡化操作,方便使用,將會對鑄造生產的效率產生重大影響。

(5)技術規范難以統一 由于造型材料涉及鑄造以外的多種學科,生產廠家和品種多,產品的特色性能強,存在技術保密和技術交流的限制,同時鑄造工廠以及不同的工藝對其要求和習慣各不相同,且其性能檢測的儀器開發滯后,導致了許多技術規范難以統一,給行業技術管理和標準制定造成了一定困難。

(6)對鑄件質量、成品率、生產效率和成本的影響大 造型材料直接受高溫金屬熔體的多種作用,它們自身的物理化學變化和與金屬熔體的多種反應,將會影響到鑄件的尺寸精度和表面質量。

造型材料均為消耗性的且大多為一次消耗性的材料,造型、制芯費用占鑄件生產總成本的1/2左右,金屬熔煉費用占1/4,其余1/4的成本花費在鑄件清理及其后處理工序上；鑄件清理、精整工序成本中的大約70%與造型材料有著密切的關系。由此可見,鑄件生產總成本中的70%左右和一半以上的質量問題都與造型材料有關。

目前,我國鑄件的廢品率在10%～15%范圍內,要達到世界先進水平(5%以下)的鑄件廢品率,造型材料承擔著重要責任。

選擇高質量、合適的鑄型(芯)材料對降低鑄件的生產成本意義重大。大量的生產實踐表明,優質的造型材料對提高鑄件質量和效益、改善作業條件都起著決定性作用。例如,采用樹脂自硬砂代替粘土砂生產機床鑄件,尺寸精度和表面粗糙度有明顯提高,鑄件廢品率可下降到3%以下,單位車間生產面積的產量可提高3倍。

(7)引起諸多的環境問題 造型車間、制芯車間、清理車間及澆注車間的操作者,都會接觸到造型材料產生的有害粉塵、氣體及各種分解物；鑄造工廠大量廢棄物也都是造型材料轉化來的；造型(芯)時的有機粘結劑會散發出游離醛、游離酚、三乙(叔)胺；濕型砂、消失模、樹脂自硬砂澆注后產生的CO、CO₂、SO₂和甲苯、二甲苯等有害氣體也嚴重污染環境；混砂、落砂、清理過程中產生粉塵污染。據統計,1t合格鑄件排放的粉塵約50kg,按3350萬t合格鑄件計算,排放的總粉塵高達200萬t之多。

據統計,我國每年共消耗新砂1000萬t以上,同時將排放大量廢棄的舊砂,如不能對舊砂進行再生處理及再利用,必定給工廠周圍的自然環境帶來污染和破壞,由此導致的環境問題直接關系到鑄造業的生存。采用少污染和無污染的先進造型材料和工藝,達到國家相關的環境排放標準意義重大。