重型鑄件呋喃樹脂自硬砂造型生產(chǎn)實(shí)踐

姚建柱，鄭馨秋

根據(jù)樹脂砂的特點(diǎn)，我廠在生產(chǎn)重型鑄件的造型過程中，提出對原材料的基本要求，對型砂強(qiáng)度與可使用時間進(jìn)行控制，同時采取相應(yīng)措施加強(qiáng)型腔的排氣及退讓性。與粘土砂相比，采用樹脂砂造型不但縮短了造型時間，提高生產(chǎn)效率，而且可減少手工勞動工作量，提高鑄件表面質(zhì)量。

1.對原材料的要求

（1）型砂 我廠生產(chǎn)重型鑄鋼件的原砂主要是硅砂和鉻鐵礦砂。作為生產(chǎn)重型鑄鋼件用砂，要求原砂必須具有一定的耐火度和熱穩(wěn)定性，不與金屬液發(fā)生反應(yīng)，選擇適合鑄鋼件生產(chǎn)的高品質(zhì)擦洗烘干原砂，并控制好再生砂的相關(guān)指標(biāo)。我廠造型用砂主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

（2）樹脂及固化劑 固化劑對于控制型芯砂的硬化速度和終強(qiáng)度有非常重要的作用，我們采用的固化劑為對甲苯磺酸或二甲苯磺酸。我廠用的呋喃樹脂采用無氮的高糠醇呋喃樹脂，其主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

（3）其他輔助材料 主要有澆注系統(tǒng)用的陶瓷磚管，專用外冷鐵，以及排氣用草繩或尼龍繩，增強(qiáng)型砂強(qiáng)度用的圓鋼等輔助材料。

2.硬化參數(shù)控制

（1）24h抗拉強(qiáng)度 樹脂自硬砂的試樣硬化24h后所獲得的抗拉強(qiáng)度，要求不低于0.8MPa。

（2）可使用時間 指樹脂自硬砂從卸砂到造型、制芯完畢能保證型芯性能合格的時間，實(shí)際可使用時間控制在12～15min。

在造型前，根據(jù)強(qiáng)度與可使用時間確定樹脂與固化劑的加入比例：樹脂與硅砂的占比為1.16%，固化劑與樹脂占比為27%；樹脂與鉻鐵礦砂的占比為1.21%，其固化劑與樹脂的占比為30%。

3.造型過程控制

以某軋機(jī)機(jī)架為例，其輪廓尺寸約12m×3.8m×0.85m，鑄件凈重197t，毛重232t。采用移動式雙臂樹脂砂混砂機(jī)設(shè)備。

（1）舂模開以下部分 首先，舂制硬砂床，按操作規(guī)范硬砂床鋪設(shè)φ100～φ150mm排氣管至少6根。排氣管上周身鉆孔并纏空心尼龍繩或草繩。其次，拉中心基準(zhǔn)線，按照基準(zhǔn)線位置測量各活塊位置，平面刮平。按工藝規(guī)定的規(guī)格、數(shù)量放置外冷鐵。為保證排氣通暢，距鑄件表面150～200mm的位置放置草繩，并引出型腔外（見圖1）。

表1 造型用砂主要技術(shù)指標(biāo)

表2 呋喃樹脂和固化劑主要技術(shù)指標(biāo)

（2）舂模樣周圍 模樣對齊后，先刷脫模劑再制作澆注系統(tǒng)。由于樹脂砂退讓性差，起模相對困難，因此模樣在首次使用前必須刷脫模劑（見圖2）。在脫模劑未完全干燥前，嚴(yán)禁填砂造型或制芯，否則型砂易與模樣產(chǎn)生粘連。在對模樣涂刷脫模劑時，嚴(yán)禁在模樣附近進(jìn)行焊接等明火作業(yè)，以防焊接火花等將脫模劑引燃。

（3）制作澆注系統(tǒng) 使用膠布把陶瓷磚管按照工藝要求的大小、數(shù)量、位置連接在一起（見圖2），不但保證澆注系統(tǒng)內(nèi)清潔，避免放砂過程中忙亂操作失誤，又保證內(nèi)澆道在同一平面，澆注時鋼液能同時進(jìn)入型腔。需注意的是，澆注系統(tǒng)周圍的型砂一定要舂實(shí)，以免澆注過程中陶瓷磚管開裂跑火。舂砂時盡量慢速舂實(shí)，避免砸碎陶瓷磚管。

舂砂時用擋砂塊將主型分成幾部分，每一個部分單獨(dú)舂砂，結(jié)束后將擋砂塊移走撞下一部分，防止造型時型砂出現(xiàn)分層現(xiàn)象。造型面砂用鉻鐵礦砂樹脂砂，厚度50～60mm，背砂使用硅砂樹脂砂。窗口芯舂制時，先放填料模樣，窗口轉(zhuǎn)角處300mm×300mm范圍內(nèi)及其他熱節(jié)集中的轉(zhuǎn)角位置全部用鉻鐵礦砂舂滿，并放置掛砂鉤。完成取出后放干砂、草繩或苯板等作為疏松層。舂四周型砂時注意放置排氣材料（見圖3）。下型舂平后，在型腔側(cè)立面距鑄件表面150mm砂型上扎排氣孔，間距200～300mm。

（4）舂上箱 首先，為了增加上型強(qiáng)度，焊接拍子，使用φ10～φ12mm圓鋼焊接拍子（見圖4），圓鋼之間的間距200～250mm。使用圓鋼把拍子連接在箱帶上。其次，上箱與下型使用金屬銷定位，保證上箱內(nèi)的各種活塊、冒口臺等位置要準(zhǔn)確。在上箱工藝要求的位置設(shè)φ140mm的出氣孔。

（5）起模、刷涂料 嚴(yán)格控制起模時間，在不粘模和不影響型芯尺寸精度的條件下盡可能及時起模。起模后。造型人員首先檢查型腔表面緊實(shí)度與強(qiáng)度。對緊實(shí)度或強(qiáng)度低的地方，使用鉻鐵礦樹脂砂修復(fù)，并自然放置6～8h后方可刷涂料。涂料采用醇基涂料，使用前必須充分?jǐn)嚢瑁宜⑼苛蠒r保證涂刷均勻，型腔表面刷涂料2～3遍，保證涂刷厚度在1.5～2mm。

（6）合箱 所有的排氣尼龍繩引到型腔外。冒口周圍型砂采用硅砂樹脂砂即可。澆注前，清理型腔，冒口上用紙殼蓋好，避免橋式起重機(jī)吊運(yùn)時落下砂子，或開包孔時金屬液飛濺落入冒口。澆注時，點(diǎn)燃排氣孔并及時引氣，保證排氣通暢。

4.其他注意事項(xiàng)

（1）嚴(yán)禁樹脂和固化劑直接混合，樹脂和固化劑的包裝要有明顯區(qū)別，并劃分區(qū)域，防止混放。

（2）操作者應(yīng)穿戴好防護(hù)用品， 避免樹脂或固化劑飛濺。

（3）在樹脂砂混制過程中，混砂機(jī)操作者要嚴(yán)密監(jiān)控樹脂和固化劑的流量是否正常，觀察型砂中是否混有干砂，設(shè)備是否出現(xiàn)異常現(xiàn)象等。

圖1

圖2

圖3

圖4

（4）混砂機(jī)混制的“頭砂”只能作為填充砂使用，不能作為面砂，使用“頭砂”時距離鑄件表面要大于400mm。

5.與粘土砂造型比較分析

與采用粘土砂造型相比，樹脂砂造型準(zhǔn)備工作相對較長，但可以同步作業(yè)；原來采用粘土砂造型時必須使用風(fēng)沖子舂實(shí)型砂，而樹脂砂具有良好的流動性，造型過程中用簡單工具對鑄件表面型砂進(jìn)行舂實(shí)即可，減少了操作者的勞動量；原來為了加快生產(chǎn)速度，采取多人操作的辦法，現(xiàn)在造型現(xiàn)場只需3人操作即可；原來型腔烘干時間至少48h，烘干砂箱還需專用烘干爐等設(shè)備，而樹脂砂造型只需在濕氣較重的天氣鼓熱風(fēng)。原來整個造型周期至少需要7天時間，而現(xiàn)在最多只需3天時間。原粘土砂造型時，高溫狀態(tài)下，鑄件表面型砂處于燒結(jié)熔融狀態(tài)，易產(chǎn)生粘砂缺陷，鑄件尺寸也不準(zhǔn)確，而采用樹脂砂造型，鑄件表面型砂依然為固態(tài)型砂，可避免粘砂缺陷，也保證了鑄件尺寸。

總之，應(yīng)用樹脂砂不但大幅提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強(qiáng)度，而且大幅提高了鑄件表面質(zhì)量與尺寸精度。