呋喃樹脂砂生產(chǎn)鑄鐵件工藝

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呋喃樹脂自硬砂造型（芯）是我廠生產(chǎn)鑄鐵件的主要工藝技術(shù)，車間產(chǎn)品的對(duì)象是宣工主導(dǎo)產(chǎn)品平架推土機(jī)和高架推土機(jī)上所使用的灰鑄鐵及球墨鑄鐵件，青海齒輪箱廠的精度比較高的鑄鐵件，以及一部分出口美國、日本、德國的鑄鐵件。車間配置有20t/h連續(xù)混砂機(jī)機(jī)動(dòng)線兩條，20t/h和10t/h連續(xù)混砂機(jī)手動(dòng)線兩條，以及制芯用10t/h連續(xù)混砂機(jī)一臺(tái)和碗形混砂機(jī)一臺(tái)。砂處理系統(tǒng)由氣力輸送、機(jī)械再生、沸騰冷卻等設(shè)備組成，涂刷鑄型（芯）工藝由流涂機(jī)和手工刷涂兩部分構(gòu)成。樹脂砂造型以其鑄型硬度、強(qiáng)度高，鑄型精度好，以及表面粗糙度值低的優(yōu)勢成為近二十年來推廣應(yīng)用最快的方法之一，然而在生產(chǎn)過程中我們體會(huì)到樹脂砂工藝過程遠(yuǎn)比粘土砂成形和水玻璃V法成形復(fù)雜，其產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程中的工藝技術(shù)質(zhì)量控制是實(shí)現(xiàn)鑄造生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的關(guān)鍵。

樹脂砂造型（制芯）其特點(diǎn)是要經(jīng)歷一個(gè)化學(xué)自硬過程，因而對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)嚴(yán)格控制，原輔材料的性能，成形的環(huán)境條件，成形過程中的工藝技術(shù)要點(diǎn)都是同樣重要的因素，現(xiàn)結(jié)合我廠的生產(chǎn)實(shí)際分述如下。

1.原輔材料的性能控制

樹脂砂造型用的主要材料有原砂，粘接劑（多用呋喃樹脂）和固化劑（酸類），輔助材料有涂料、脫模劑等。

（1）原砂 根據(jù)我廠的產(chǎn)品特點(diǎn)，選用硅砂作為樹脂砂造型（芯）用的原砂。對(duì)于鑄鐵件，要求其SiO2含量>92%，以確保原砂的耐火度和復(fù)用性，同時(shí)出于對(duì)鑄件質(zhì)量和成本的考慮，力求使用較少的粘接劑和固化劑，且能混制出性能最佳的型砂，因此需選用低酸耗值、低灼減量，且表面干凈、無污染的擦洗砂。我廠所用的原砂技術(shù)指標(biāo)見表1。

（2）樹脂 針對(duì)我廠生產(chǎn)的球墨鑄鐵件和灰鑄鐵件的產(chǎn)品特點(diǎn)，我們選用技術(shù)相對(duì)成熟、成本相對(duì)低廉、供貨來源廣泛且質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定的高糠醇中氮呋喃樹脂作為自硬砂粘結(jié)劑。樹脂的黏度不僅影響到混砂設(shè)備計(jì)量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，也影響到樹脂對(duì)砂粒的包覆程度，因而影響到樹脂砂的比強(qiáng)度，而樹脂中的甲醛含量則影響到操作人員的勞動(dòng)環(huán)境，因此必須對(duì)其提出嚴(yán)格的要求，具體指標(biāo)見表2。

我廠在自硬砂制備過程中，呋喃樹脂加入量一般為型砂（原砂+再生砂）總量的0.85%～1.1%。

表1 樹脂砂用擦洗硅砂技術(shù)指標(biāo)

表2 呋喃樹脂技術(shù)指標(biāo)

（3）固化劑 呋喃樹脂砂可用酸作為固化劑，通過砂處理再生系統(tǒng)，我廠已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了再生砂的完全回用，在以再生砂為主混制呋喃樹脂砂的情況下，固化劑以采用二甲苯磺酸為宜，其易分解性、樹脂砂的潰散性和舊砂的再生性能都較好，且適應(yīng)性廣，根據(jù)其酸值和濃度的不同，一年四季都可使用。近年來，一些廠家還開發(fā)出了兩組配合使用的磺酸類組合固化劑，調(diào)整兩組分配比，可適應(yīng)不同季節(jié)、環(huán)境的生產(chǎn)要求。我廠目前采用的是濟(jì)南圣泉公司生產(chǎn)的固化劑，SQ-A適用于低溫，SQ-B適用于高溫，GS-04則適用于早春和深秋季。由計(jì)算機(jī)程序根據(jù)砂溫自動(dòng)控制兩組固化劑定量泵，以適應(yīng)不同砂溫，控制型砂的固化速度在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)起模，表3是我廠用固化劑的技術(shù)指標(biāo)。

（4）脫模劑 樹脂砂型的起模是在砂型（芯）硬化后起模，因此不像粘土砂那樣可以松動(dòng)一下模樣后起模，所以如果不在模樣上涂脫模劑，會(huì)給起模造成很大的困難，且極易損壞模樣，并造成砂型表面不光潔，修補(bǔ)困難，直接影響鑄件的尺寸精度和表面粗糙度，甚至造成粘砂和砂眼，嚴(yán)重影響鑄件質(zhì)量，制約清理工序的生產(chǎn)。因此，為減少起模摩擦力，防止損壞模樣及樹脂固化劑在模樣表面產(chǎn)生粘砂現(xiàn)象，保證型、芯質(zhì)量，均在模具表面刷鑄造脫模劑。

（5）涂料 對(duì)于自硬樹脂砂來說，由于有機(jī)粘結(jié)劑在高溫下不能承受較長時(shí)間，且砂型孔隙率較大，因此為了提高鑄件表面質(zhì)量，改善鑄件局部的表面性能和表層內(nèi)的質(zhì)量，減少砂型鑄造時(shí)易產(chǎn)生的許多鑄造缺陷，需選用懸浮性、黏度及曝?zé)峥沽研跃^好的涂料。目前我廠生產(chǎn)所使用的是宣化辛莊子涂料廠生產(chǎn)的醇基涂料，其主要技術(shù)指標(biāo)見表4。

2.樹脂砂造型的其他影響因素

在樹脂砂造型（芯）生產(chǎn)過程中，樹脂砂的可使用時(shí)間、脫模時(shí)間和型砂強(qiáng)度是幾個(gè)關(guān)鍵性的重要參數(shù)，它直接影響到鑄型及鑄件質(zhì)量，并對(duì)生產(chǎn)率等一系列經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也有一定的影響。我廠樹脂砂的可使用時(shí)間根據(jù)砂箱大小及脫模時(shí)間不同都有相應(yīng)的規(guī)定。我廠使用樹脂砂的6h抗拉強(qiáng)度為0.6～0.8MPa，24h抗拉強(qiáng)度為1.0～1.2MPa。呋喃樹脂砂的實(shí)際使用時(shí)間、脫模時(shí)間和終強(qiáng)度，受溫度、濕度等環(huán)境條件變化的影響較大，要使其控制在設(shè)定范圍內(nèi)，則必須對(duì)成形的環(huán)境條件實(shí)施有效的控制，或根據(jù)環(huán)境條件的變化采用相應(yīng)的措施。

（1）環(huán)境溫度 樹脂砂硬化過程的環(huán)境溫度對(duì)其反應(yīng)速度影響極大。試驗(yàn)表明，一般呋喃樹脂砂最佳反應(yīng)溫度是30℃左右，這時(shí)無論是樹脂和固化劑的用量，還是樹脂砂的可使用時(shí)間、脫模時(shí)間和終極強(qiáng)度都處于較為理想的狀態(tài)。溫度過高會(huì)造成反應(yīng)速度過快，不僅會(huì)使樹脂砂硬化不均，而且還會(huì)由于其可使用時(shí)間太短而無法滿足造型時(shí)間要求。但是如果把反應(yīng)溫度降低到20℃，則其反應(yīng)速度就會(huì)降低一半，相應(yīng)的脫模時(shí)間也會(huì)延長一倍。隨著溫度的進(jìn)一步降低，反應(yīng)速度降低的趨勢進(jìn)一步加劇，以致最終反應(yīng)趨于停止，此時(shí)我們可以通過更換固化劑種類和調(diào)整不同固化劑比例的方式控制硬化速度，但最好能控制環(huán)境溫度在10～25℃。冬季廠內(nèi)需安裝大量集中供熱暖氣片，保證車間溫度始終在10℃以上，以提供最好的硬化環(huán)境，保證型砂質(zhì)量。

（2）再生砂溫度 呋喃樹脂砂制備過程中，砂子占98%左右，且大部分是再生砂，新砂是在再生砂進(jìn)入砂冷卻器前加入的。毫無疑問，砂溫是樹脂砂工藝過程中的重要參數(shù)，而控制砂溫的關(guān)鍵是控制再生砂溫度。在連續(xù)作業(yè)的條件下，舊砂再生前總是攜帶大量的熱量，我廠地處北緯40°，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，其氣候特點(diǎn)是：一年四季分明，冬季寒冷而漫長；春季干燥多風(fēng)沙；夏季炎熱，降水集中；秋季晴朗冷暖適中。因此，對(duì)于砂溫的控制尤為重要，我廠再生砂采用沸騰床風(fēng)冷和水循環(huán)調(diào)溫設(shè)施，除塵降溫效果很好，砂溫一般控制在20～30℃，通過調(diào)節(jié)固化劑牌號(hào)保證生產(chǎn)。

表3 呋喃樹脂砂用酸固化劑技術(shù)指標(biāo)

表4 鑄鐵用醇基涂料主要技術(shù)指標(biāo)

（3）樹脂和固化劑溫度 在呋喃樹脂砂中，樹脂的加入量占砂重的0.85%～1.1%，固化劑占樹脂重量的30%～60%。因此，樹脂和固化劑本身的溫度對(duì)砂溫即固化溫度的影響是極小的。但是，由于砂粒的表面積大，要將如此少量的樹脂和固化劑分散到砂粒表面上形成很薄的樹脂膜，最好是能使固化劑和樹脂保持與砂粒相近的溫度。為此，我廠的樹脂加入裝置前設(shè)置由計(jì)算機(jī)控制的加熱容器，以使其保持最佳溫度，固化劑不加熱。

（4）模具溫度 在低溫環(huán)境下，模具和芯盒的溫度對(duì)樹脂硬化成形的影響也不容忽視。一般來說，模具或芯盒的溫度會(huì)比型砂的溫度低一些，但是如果溫差太大，則模具和芯盒脫模就比較困難，因?yàn)樽杂采耙子陴じ皆谄浔砻嫔稀Ａ硗?，溫度低的模具和芯盒?huì)從靠近其表面的自硬砂吸取熱量，從而減緩其硬化反應(yīng)速度，尤其是傳熱效果好的金屬模具在寒冷季節(jié)的問題更為突出。從這點(diǎn)考慮，我廠的中小批量鑄件多采用傳熱效果差的木材或塑料來制作模具和芯盒，冬季環(huán)境氣溫較低時(shí)，大批量鑄件產(chǎn)品生產(chǎn)用的金屬模具或芯盒在使用前均需采取預(yù)熱措施。

（5）濕度 在鑄造生產(chǎn)中，不論何種成形工藝，潮濕的環(huán)境總是需力求避免的，樹脂砂工藝也不例外。型砂中的水分不僅會(huì)影響砂型的固化速度和鑄型剛度，還會(huì)惡化樹脂的一系列性能，如型砂中水分過大會(huì)增加鑄件的氣孔缺陷等?？諝鉂穸葘?duì)樹脂砂終強(qiáng)度的影響很大，因?yàn)闈穸却髸r(shí)，硬化產(chǎn)生的水分蒸發(fā)速度變慢。當(dāng)相對(duì)濕度大于60%時(shí)，型砂硬化不徹底，強(qiáng)度可降低30%。因此，型砂要經(jīng)過必要的干燥處理，按要求嚴(yán)格控制型砂中的水分，且在潮濕的環(huán)境下除了利用再生砂的余熱進(jìn)行驅(qū)濕處理外，還要對(duì)造好的砂型進(jìn)行必要的烘干后方可進(jìn)行澆注。

（6）水分 樹脂砂對(duì)原砂水分要求非常嚴(yán)格，因?yàn)樵爸械乃植坏珪?huì)影響樹脂膜與砂粒的結(jié)合強(qiáng)度，還會(huì)減慢硬化速度，使型砂“外焦里嫩”，產(chǎn)生氣孔等缺陷。一般要求水分含量＜0.2%。如果用灑水方法降低砂溫時(shí)要嚴(yán)格檢測水分，但有良好的砂處理設(shè)備時(shí)可不必考慮此因素。

（7）砂型緊實(shí)度 樹脂砂流動(dòng)性好，充填性強(qiáng)，但在造型過程中仍需十分注意活塊處、法蘭下部等不易充填部位的緊實(shí)。樹脂砂造型搗砂緊實(shí)非常重要，對(duì)于造型線而言，可以通過震實(shí)臺(tái)進(jìn)行震實(shí)，但是對(duì)于活塊較多以及冷鐵較多不易上震實(shí)臺(tái)的鑄件而言就需人工搗實(shí)，從而避免由于砂型緊實(shí)度不夠而造成的鑄件粘砂、脹砂等一些列鑄造缺陷。同時(shí)在造型過程中，“頭砂”和“尾砂”的處理也尤為重要。

（8）發(fā)氣量 由于樹脂和固化劑都是以C、H、S、O為原子的有機(jī)物，遇到高溫時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，所以雖然樹脂砂的透氣性很好，但仍需注意排氣，否則會(huì)產(chǎn)生氣孔。發(fā)氣量的大小主要由兩個(gè)因素決定：①樹脂、固化劑的加入量。樹脂、固化劑加入量的提高都會(huì)增加發(fā)氣量，因此應(yīng)盡量降低其加入量，這樣不僅會(huì)降低鑄件成本，還會(huì)減少氣孔缺陷，提高鑄件質(zhì)量。②灼燒減量。灼燒減量越高，發(fā)氣量越大，幾乎成線性關(guān)系。型砂的發(fā)氣量應(yīng)控制在22mL/g，因此生產(chǎn)中要適量補(bǔ)充新砂，嚴(yán)格限制再生砂的灼燒減量，其值一般≤0.3%，我廠新砂補(bǔ)充量為12%。

3.結(jié)語

樹脂砂造型工藝具有較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且砂型具有強(qiáng)度高、表面粗糙度及精度都較好的鑄造生產(chǎn)方式，適合于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的砂型（芯），能滿足自動(dòng)化、機(jī)械化輸送要求。

綜上所述，樹脂砂的影響因素非常多，樹脂砂的工藝控制可以說是一個(gè)系統(tǒng)工程，只有對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)都很好地控制，才能高效、高質(zhì)量地使用樹脂砂，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄件打下良好的基礎(chǔ)。