呋喃樹脂砂生產(chǎn)鑄鐵件過程控制

陳 銘，徐興莉，溫興雷

(寧夏新瑞鑄造有限公司，寧夏 銀川750000)

由于呋喃樹脂自硬砂鑄造生產(chǎn)出的鑄件表面質(zhì)量好、尺寸精度高、廢品率低低等優(yōu)點，國內(nèi)越來越多的公司(或企業(yè))選擇呋喃樹脂自硬砂鑄造手段［1］。同其它鑄造工藝一樣，樹脂砂鑄造過程環(huán)環(huán)相扣，任何環(huán)節(jié)的失誤都可能會前功盡棄。因此，生產(chǎn)中必須做好過程控制。

1 工藝控制

工藝設(shè)計時，不但要考慮操作的復(fù)雜性、砂型起吊重量、結(jié)構(gòu)合理性、經(jīng)濟性等方面，還要根據(jù)呋喃樹脂砂自身特點，設(shè)計澆注系統(tǒng)。因呋喃樹脂砂的特點是瞬間發(fā)氣量大，高溫潰散性好，易產(chǎn)生氣孔、夾渣和沖砂缺陷，在設(shè)計澆注系統(tǒng)時，應(yīng)堅持快速、平穩(wěn)、分散的澆注原則［2］。澆注系統(tǒng)中，內(nèi)澆道要分散放置，直澆道使用陶瓷管;在設(shè)計兩端澆注時，應(yīng)避免直澆道相連，以減少中間夾渣及氣孔缺陷。因樹脂砂強度高、退讓性小，可采用相對較高的澆注溫度，減少氣孔和夾渣缺陷。以灰鑄鐵件為例，小型、薄壁件澆注溫度為1 380℃左右，大型、厚壁鑄鐵件澆注溫度可控制在1 320℃～1 350℃。對于關(guān)鍵產(chǎn)品，應(yīng)制定詳細的操作說明、生產(chǎn)注意事項、澆注溫度及時間控制等。

2 造型控制

(1)混砂

樹脂砂鑄造用砂分為原砂和再生砂。原砂選擇30～70目的擦洗砂;再生砂工藝要求為:灼燒減量≤3%，微塵≤0.8%。在生產(chǎn)過程中，可定期、定量加入原砂，以保證型砂質(zhì)量的穩(wěn)定性。

型砂黏結(jié)劑為呋喃樹脂和磺酸固化劑，其中呋喃樹脂的加入量一般為原砂重量0.9%～1.0%。固化劑的加入量與其總酸含量、環(huán)境溫度和型砂溫度有直接關(guān)系，一般加入30%～65%(占樹脂量)較合適，太少可能引起混合不均勻，太多則因帶人太多水分量最終導致樹脂砂終強度偏低［3］。

呋喃樹脂砂關(guān)鍵控制可使用時間、型砂強度及起模時間。可使用時間通過調(diào)整固化劑加入量來控制，型砂一般控制在6～10 min，對于大型鑄型或砂芯，可延長至15 min。型砂強度分為初強度和終強度，初強度一般控制在0.1～0.4 MPa，它決定了砂型(芯)的起模時間;終強度應(yīng)控制在0.6～0.9MPa，主要根據(jù)鑄件的澆注時間、外觀質(zhì)量要求來調(diào)整，過高的終強度在增加生產(chǎn)成本同時，也增大了氣孔缺陷傾向，同時也會給舊砂再生處理增加麻煩。在生產(chǎn)中，起模時間往往以與砂箱接觸的型砂強度作為判斷依據(jù)，起模時間一般控制在0.5～1.5h，砂芯的起模時間應(yīng)小于砂型。

(2)制芯及制型

制芯(型)前，先對模型的完整性、干燥性進行檢查，準備好冷鐵、芯鐵。其次是對模型刷脫模劑，表面不可刷太厚，否則會影響鑄件外觀及砂芯(型)涂料的附著。刷涂脫模劑的模型必須等表面干燥后方可使用，否則模型易出現(xiàn)粘砂。

制芯(型)時，應(yīng)選用干燥、表面溫度較低(≤35℃的)的砂箱;盡量使用工作臺，以避免底板變形;對體積較大或出氣不暢的砂芯，制芯時應(yīng)預(yù)埋通氣繩或通氣管。填砂時，必須用手或木棒對型砂進行緊實，保證鑄型的緊實度，特別是凹部、角部、活塊、凸臺下部以及澆注系統(tǒng)等部位，必須舂實，否則容易產(chǎn)生機械粘砂和沖砂缺陷。為提高鑄型的透氣性，應(yīng)嚴格按工藝要求放置冒口，在填砂完成后，應(yīng)在砂箱表面扎通氣眼。

砂型(芯)脫模后，先對其表面進行打磨處理，特別是邊角處;然后對砂芯(型)表面刷涂耐火涂料，涂料層須致密，必須保證澆注系統(tǒng)和鑄型側(cè)面的刷涂質(zhì)量。為提高鑄件表面質(zhì)量，應(yīng)將非加工面的涂料層打磨平整，不能有明顯的刷痕。為保證鑄型的表面強度，對于工藝許可的“當天造型，當天合箱”的小鑄件的鑄型，在起模2 h后可刷涂料，其余產(chǎn)品的鑄型應(yīng)在造型次日刷涂料。

(3)合箱

合箱前，應(yīng)準備好芯撐、封箱泥條，應(yīng)盡量使用鑄鐵芯撐，減少鍍鋅芯撐使用，以避免氣孔的產(chǎn)生。合箱作業(yè)重點防止跑火、嗆火等以及夾砂缺陷，其中跑火原因有封箱泥條未壓實、箱卡未緊固、鑄型返潮、冒口堵塞等。合箱前，應(yīng)將陶瓷管中和冒口根部的型砂清理干凈;合箱后，應(yīng)在冒口部位放置冒口圈并用型砂固定，并向箱卡灌散砂，以防鐵液流入;對大型件，應(yīng)對箱縫塞砂，可防止輕微的跑火。為便于澆注，相同材質(zhì)的鑄型要集中放置，砂箱間距要合適。

3 熔煉及澆注

(1)熔煉

首先，必須保證爐料的簡單、潔凈、干燥。鑄鐵熔煉使用的爐料主要為廢鋼及廢機鐵。廢鋼因其來源廣、種類多，且表面附著物復(fù)雜，使得鐵液成分控制困難，同時因廢鋼的遺傳性能，造成同成分鑄鐵性能有差異。因此，在廢鋼進廠后，應(yīng)先除銹、除雜，再根據(jù)其來源、類別及成分分區(qū)堆放。企業(yè)使用的廢機鐵多為自產(chǎn)，為節(jié)約成本，表面附砂不拋丸處理，造成熔煉后期造渣嚴重，影響操作及爐體壽命，且樹脂燃燒后的組分進入鐵液，影響產(chǎn)品質(zhì)量。潮濕的爐料在熔煉中后期易產(chǎn)生鐵液飛濺，易造成事故。其次，是爐料的投加順序。熔煉前期加入廢鋼及增碳劑，后期加入機鐵及鐵合金。實踐證明，熔煉前期加入增碳劑，增碳效率高，而在后期，碳多數(shù)隨渣而被扒除;熔煉后期加入鐵合金，合金損失小。再次，熔煉過程中主要控制爐料配比準確性、過熱溫度、鐵液靜置時間、孕育處理。準確的物料添加是鐵液成分控制的前提，成分的調(diào)整以光譜儀檢測為主、三角試塊為輔來調(diào)整。鐵液過熱、靜置處理，除進一步凈化外，也降低了物料的遺傳性。鐵液過熱溫度為1 500～1 510℃，靜置時間為10～15min。最后，鐵液孕育處理。鑄鐵多使用隨流孕育，優(yōu)先選用二級孕育槽孕育工藝，孕育處理時間應(yīng)該大于出鐵時間70%及以上。

(2)澆注

澆注作業(yè)前，澆注工應(yīng)對鐵液包進行修砌，將包壁上粘附的熔渣清理干凈，修砌完的澆包在使用前應(yīng)充分烘烤。因樹脂砂發(fā)氣量大，極易產(chǎn)生氣孔和夾渣缺陷，所以應(yīng)按“適溫、快速澆注”的原則澆注。澆注時，澆注高度應(yīng)小于600mm，防止鐵液飛濺和沖砂;澆注過程應(yīng)采取大流澆注，保證水口液位充滿狀態(tài)，及時對冒口引火，以提高充型速度;澆注后期，應(yīng)控制澆注速度，當看見冒口泛紅時，準備停止?jié)沧⒆鳂I(yè)，避免鐵液溢流過多。要嚴格控制每包鐵液的澆注數(shù)量、澆注溫度，遵循“重要件、薄壁件優(yōu)先澆注”原則，每包澆注時間控制在10min以內(nèi)，避免孕育衰退;對澆注時間延長的，可采取浮硅孕育，保證孕育質(zhì)量。

4 后序清理

應(yīng)按工藝要求嚴格控制開箱時間，避免因開箱過早導致鑄件變形。已落砂的鑄件，要根據(jù)其結(jié)構(gòu)，水平放置，以防止變形。落砂后的鑄件，進入拋丸清理，清除鑄件表面的浮砂，吊掛方式和拋打時間應(yīng)根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)確定，拋丸后的鑄件內(nèi)外表面不應(yīng)有明顯的粘砂、氧化皮及鐵銹。拋丸后的鑄件，應(yīng)進行硬度、金相、外觀表面檢測，合格件進行鏟磨處理。對于非全加工的鑄件，在鏟磨及熱處理工序完成后應(yīng)進行二次拋丸清理，拋丸清理后應(yīng)將鑄件中的鐵丸清理干凈。

5 結(jié)語

“細節(jié)決定成敗”，鑄造企業(yè)應(yīng)從每個環(huán)節(jié)入手，進一步去探索、積累，重視過程控制與研發(fā)，從而獲得精品鑄件。

［1］史明華.呋喃樹脂砂鑄造過程中應(yīng)注意的幾個問題［J］.現(xiàn)代鑄鐵，2007.2

［2］姚 青，陳文斌，李俊峰，呋喃樹脂砂在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用及質(zhì)量控制［J］.鑄造，2007.2.

［3］謝樹忠，劉春晶.呋喃樹脂砂在鑄造生產(chǎn)應(yīng)用中的若干問題［J］.維普資訊，2003.2.