鑄鐵件呋喃樹脂自硬砂淺析
發(fā)布時間：2017-01-6
我國加入世貿(mào)組織以后，鑄鐵件的出口量增長迅猛，與此同時國際市場對鑄件的要求也越來越高。因砂型鑄造中呋喃樹脂粘結(jié)劑的應(yīng)用，明顯的提高了鑄件的質(zhì)量，給國內(nèi)鑄造行業(yè)帶來了較為顯著的經(jīng)濟效益，得到了鑄造界的一致認(rèn)同。但在生產(chǎn)過程中，也存在著一些問題，如果不加以重視和解決，勢必會帶來不必要的經(jīng)濟損失。因此，我們在樹脂砂生產(chǎn)技術(shù)方面，作了一些工作與探索，為我公司進一步加大國外來圖加工業(yè)務(wù)，拓寬出口范圍，作出了努力。
1.呋喃樹脂砂的優(yōu)缺點
1.1優(yōu)點
1) 鑄件的尺寸精度高、外部輪廓清晰；鑄件表面光潔，外觀質(zhì)量好；組織致密，鑄件綜合品質(zhì)高。
由于樹脂砂具有較好的流動性、易緊實、脫模時間可調(diào)節(jié)、硬化后強度高、在其后的搬運及合箱過程中不變形；因樹脂砂的剛度高，在澆注和凝固過程基本上無形壁位移現(xiàn)象，所以鑄件的尺寸精度高，它比粘土砂及油砂生產(chǎn)的鑄件可提高1-2個級別。
2) 不用烘干，縮短了生產(chǎn)周期，節(jié)省了能源。
3) 省去了烘干工序，型砂易緊實，潰散性好易清理等，大幅度降低了工人的勞動強度，為實現(xiàn)機械化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。
1.2不足之處
1) 對原砂質(zhì)量要求高；
2) 造型和澆注現(xiàn)場，在生產(chǎn)過程中有刺激性氣味。
3) 采用樹脂砂生產(chǎn)，成本較高，應(yīng)綜合考慮。
由上所述可以看出，樹脂砂的優(yōu)點較為突出，因此在國內(nèi)得到了推廣應(yīng)用。
2.呋喃樹脂砂的生產(chǎn)工藝技術(shù)
2.1原材料的選用
1) 鑄造用砂的要求
原砂對呋喃樹脂砂的性能粘結(jié)劑用量以及鑄件表面質(zhì)量的影響很大，要求原砂中的SiO2含量要高，含泥量和酸耗值要低。粒度：大件42或30組別，中件21組別，小件15或10組別。
2) 呋喃樹脂
含糠醇的樹脂稱為呋喃樹脂，其糠醇含量較高，樹脂的存放性能得以改善，熱強度高但增加了成本。樹脂中的游離甲醛是生產(chǎn)中產(chǎn)生刺激性氣體的來源，也是惡化環(huán)境的因素之一，應(yīng)加控制。鑄鐵件生產(chǎn)應(yīng)選用低氮或無氮樹脂，實際應(yīng)用根據(jù)鑄件的技術(shù)要求和結(jié)構(gòu)來選擇。
3) 固化劑
一般采用有機磺酸溶液按其水溶液或醇溶液的濃度來調(diào)節(jié)固化速度。
4) 添加劑
為改善呋喃樹脂自硬砂的性能，配比中常加入一些添加劑。加入少量的硅烷作偶聯(lián)劑，可明顯的提高樹脂砂強度，但隨著時間的延長作用逐漸減弱，一般兩個月將消失。因此在國內(nèi)由用戶在使用之前加入并攪拌均勻，應(yīng)盡快用完。
2.2呋喃樹脂自硬砂的再生回用
舊砂能很好的回收與再生是呋喃樹脂砂的一大優(yōu)點之一。如何控制好再生砂的質(zhì)量，是生產(chǎn)出高質(zhì)量樹脂砂鑄件的關(guān)鍵質(zhì)量樹脂砂鑄件的關(guān)鍵。
1) 砂溫調(diào)節(jié)
穩(wěn)定砂溫是呋喃樹脂自硬砂的關(guān)鍵，因此砂溫調(diào)節(jié)是必不可少的，尤其是再生砂的砂溫。如果砂溫能控制好的話，它即可提高生產(chǎn)效率，減少砂型損壞和鑄造缺陷，又可減少數(shù)珠加入量，減低成本，改善作業(yè)環(huán)境。
2) 再生砂的質(zhì)量指標(biāo)
①灼減量和發(fā)氣量
灼減量是衡量樹脂砂型中硬化粘結(jié)劑的殘留量的大致標(biāo)準(zhǔn)。它隨回用次數(shù)的增加，其增長率逐次下降，一般經(jīng)過10～15次循環(huán)后即可達(dá)到穩(wěn)定值。鑄鐵件生產(chǎn)可控制在2.5%之內(nèi)。 灼減量和發(fā)氣量之間幾乎呈直線關(guān)系，可通過灼減量來推算發(fā)氣量。如果能控制好灼減量粒度分布微粉含量，就可以有效的防止鑄件出現(xiàn)氣孔缺陷。
②酸耗值和PH值
對于用酸作固化劑的呋喃樹脂， 酸耗值通常取負(fù)值；PH值過高就較難確定酸固化劑合適的加入量，一般PH值控制在3～6的范圍。
3) 再生砂反復(fù)使用以后，砂粒易細(xì)?；瑢绊懶蜕暗耐笟庑?，生產(chǎn)過程應(yīng)多加注意觀察。
2.3混制工藝
1) 配比及混制
a混合料配比
呋喃樹脂的加入量一般占砂重的0.8～1.5%，而固化劑的加入量占樹脂重的20～70%，依據(jù)季節(jié)的溫度變化來調(diào)節(jié)。
b混制工藝
造型最好采用連續(xù)式混砂機混制。一般是將原砂、再生砂、固化劑、樹脂依次快速混合而成，隨混隨用。用間歇式混砂機時，應(yīng)先加砂，開動混砂機后小心加入固化劑，混拌1～2min之后加入樹脂，混勻后立即卸砂。制芯采用碗型混砂機(間歇式)，按所制芯的重量大小選擇混制量的多與少。
2) 硬化工藝
樹脂砂硬化速度與砂溫、環(huán)境溫度、空氣濕度以及固化劑的種類、加入量關(guān)系很大。
a溫度
原砂溫度最好控制在20～35℃，原砂及工作環(huán)境溫度過低，硬化速度會變得很慢，延緩了脫模時間，降低了生產(chǎn)效率；而溫度過高，可使用時間過短，砂子的流動性變差，影響型芯的緊實。所以，應(yīng)控制好硬化速度，合理控制樹脂砂的可使用時間與脫模時間。
b固化特性
用可使用時間與脫模時間的比值來表示粘結(jié)劑的固化特性，比值愈大，表示該固化劑的固化特性愈佳，一般為0.3～0.5。
3.鑄造工藝設(shè)計及生產(chǎn)現(xiàn)場工藝控制
3.1 工藝設(shè)計
1)起模斜度應(yīng)比粘土砂大
樹脂砂的型芯在起模時，已經(jīng)具有一定的硬化強度，幾乎無退讓性，起模時摩擦力較大，一般不能采用敲模樣或芯盒框松動模樣來起模。因此，在制作模樣時，應(yīng)適當(dāng)增大拔模斜度，保證外觀質(zhì)量，以便于起模。
2)工藝設(shè)計應(yīng)充分考慮自硬砂特性，盡量減少活塊，能用砂芯的最好取消活塊，以提高生產(chǎn)效率。
3)砂箱設(shè)計
利用樹脂砂硬化后強度高這一特點，在滿足有效吃砂量的前題下(依據(jù)鑄件大小和復(fù)雜程度，吃砂量可在30-100mm之間選擇)，減小砂箱尺寸，降低砂鐵比，減少生產(chǎn)成本。
4)澆冒系統(tǒng)設(shè)計：
①設(shè)計澆冒口的原則是：宜少設(shè)補縮冒口，多設(shè)出氣和溢流冒口。 因樹脂砂型剛度好，澆注初期鑄型強度高，有條件利用鑄鐵凝固過程的石墨化膨脹，有效的消除縮孔、縮松，實現(xiàn)灰鑄鐵、球墨鑄鐵鑄件的少冒口或無冒口鑄造。
②盡量避免在冒口處集中開設(shè)澆口，應(yīng)在提高擋渣和充型能力的前提之下，采用分散、徑向引入加溢流的方式，橫澆口端面為高梯形，內(nèi)澆口開設(shè)原則為短、薄、寬；擋渣措施首選離心集渣包改變橫澆道末端區(qū)截面形狀，防止?jié)驳牢鼩?、鐵液二次氧化。
③生產(chǎn)重量大的鑄件，澆注系統(tǒng)優(yōu)先采用陶瓷管制作，防止出現(xiàn)因沖砂造成的砂眼缺陷。
5)與粘土砂相比可適當(dāng)減小加工余量，提高機加工效率。
3.2 現(xiàn)場工藝控制
1)造型工序最好使用震實臺提高鑄型的緊實度，保證型腔的幾何形狀和鑄件的尺寸精度。
2)加強型芯的排氣，多設(shè)出氣孔和氣道，澆注過程中保證型芯內(nèi)的氣體及時排除型外。
3)應(yīng)注意剛起模的型芯不宜立刻上涂料，因此時樹脂硬化反映還處于初期階段，若遇水基涂料中的水分會影響硬化的正常進行；若刷醇基涂料立刻點燃也會使未反映的樹脂過燒，影響型芯的表面溫度性。
4)夏天潮濕季節(jié)生產(chǎn)時，樹脂砂型最好要進行表干處理以去除潮氣，防止出現(xiàn)因“嗆火”引起的氣孔缺陷。鑄型存放小時后方可合箱澆注。
5)樹脂砂鑄件的材質(zhì)控制：應(yīng)充分利用樹脂砂的保溫性，生產(chǎn)過程分別采取措施，確保材質(zhì)質(zhì)量。
①灰鑄鐵：
澆注樹脂砂灰鑄鐵材質(zhì)的鑄件，因它獨到的保溫性，一般會降低0.5～2個牌號，生產(chǎn)時應(yīng)根據(jù)鑄件的實際壁厚和大小靈活掌握。
②球墨鑄鐵：
利用它的保溫性，采取壓火保溫、延長出活時間的工藝方法，在鑄態(tài)條件下可穩(wěn)定生產(chǎn)以鐵素體為主的球鐵鑄件(如QT400-18、QT450-10等)；但生產(chǎn)珠光體球鐵和抗磨球鐵鑄件(如QT600-3、QT700-2等)，應(yīng)采取特殊工藝加以保證。
③生產(chǎn)球鐵時，應(yīng)注意球化不良現(xiàn)象的發(fā)生，這與采用磺酸固化劑中的硫滲入有關(guān)，預(yù)防措施為適當(dāng)加大球化劑用量，使鐵液殘留Mg在0.045～0.055以上。
4.樹脂砂鑄件缺陷分析及對策
呋喃樹脂砂與其他砂型相比，具有鑄件缺陷少，廢品率低，鑄件尺寸精度高，表面光潔輪廓清晰等優(yōu)點，但是，如果現(xiàn)場使用不當(dāng)，也會出現(xiàn)質(zhì)量問題，有時甚至引起成批報廢。
4.1氣孔：
主要有兩種：
一是因樹脂砂發(fā)氣量大，氣體來不及排出形成的侵入性氣孔；
二是樹脂中含氮的化合物，澆注后分解出的原子氮和氫進入鐵液，冷凝時溶入的氣體來不及析出，形成針孔。對鑄鐵件而言，防止措施是，在滿足型砂使用強度的條件下，降低樹脂加入量；再者加強型芯排氣，澆注時注意點火引氣。
4.2粘砂：
原因是，樹脂在500℃左右分解，樹脂模被燒蝕，砂粒間隙增大并喪失粘結(jié)力，鐵液滲入形成粘砂。
防止措施為：
(1)增加型芯緊實度；
(2)厚壁處可采用特殊原砂如鋯英砂鉻鐵礦砂及冷鐵等；
(3)刷耐火涂料及適當(dāng)減低澆注溫度；
(4)選用合適的呋喃樹脂類型。
4.3熱裂：
澆注薄壁鑄件時，樹脂砂型不能被燒透，形成一層堅固的結(jié)焦殘?zhí)紝樱璧K鑄件收縮，產(chǎn)生熱裂紋。因生產(chǎn)時不能追求高的砂型強度，型芯采用中空結(jié)構(gòu)，鑄型中可填入砂塊或埋入塑性好的材料，提高型砂的退讓性。
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