呋喃树脂砂生产过程控制

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从生产实际出发，对呋喃树脂自硬砂铸造的主要工艺性能：强度、硬化时间及发气量的影响因素及其控制措施作了具体的介绍，并集中讨论了树脂砂生产中易产生的缺陷及应对措施。

　　我公司铸铁分厂采用呋喃树脂自硬砂工艺已有20年，主要生产工程机械产品所用的箱体、轮毂、阀体类灰铸铁和球墨铸铁件，单重从几公斤到几百公斤，品种达300多种。在长期的工艺实践中，根据生产实际情况，我们对呋喃树脂自硬砂的质量控制及铸件的质量控制总结出了一些经验，现写出来以供铸造同行商榷。

　　一、呋喃树脂砂型砂质量控制

　　优质的型砂是生产优质铸件的基础，型砂质量不仅影响铸件外观质量，而且能影响铸件内在质量。

　　1. 原材料的影响

　　(1)原砂优质的原砂是树脂砂生产的基础，它不仅影响强度，而且影响固化速度，是影响固化剂用量的主要因素。

　　①原砂的耗酸量。在选用原砂时，耗酸量是影响固化剂用量的主要因素，尤其对于不回收旧砂的厂家更为重要。耗酸量高时大部分固化剂用来与原砂中的碱性氧化物反应，剩余的才能起催化作用。进行耗酸量检测的办法可用盐酸滴定法，也可以用型砂工艺试验的方法，在室温下，用脱模时间超过1h的固化剂加入量来判断。因此，使用不同地区的原砂固化剂加入量差别很大。

　　②粒度分布和水分的大小。原砂的粒度分布和水分对型砂强度有直接的影响。树脂砂应用四筛砂，对于含泥量及微粉要严格控制，这已成为共识。有必要说明，细砂粒虽然表面积大，会降低树脂膜的厚度，但是它也会增加粘结桥的数量，对于强度的最终影响需由试验证明，粒度0.10mm(150目)的原砂不应作为微粉处理，否则不但会造成砂子的浪费，而且影响树脂砂的强度，提高树脂加入量。实践发现，新砂粒度中0.10mm 的比例达到5%、微粉小于0.4%时为宜。

　　对于再生砂来说，砂粒过细会提高硬化速度，这一点与新砂不同。这是因为再生砂中细砂粒比表面积大，比粗砂粒含有更多的树脂和固化剂，细砂的灼烧减量明显高于粗砂的灼烧减量，当再次加入树脂时，残留的固化剂继续起催化作用，提高了固化速度。综合考虑强度和硬化速度两方面因素，在使用再生砂时要每周检测粒度分布，加强抽尘装置维护，经过长期实践。

　　树脂砂对原砂水分要求非常严格，因为原砂中的水分不但会影响树脂膜与砂粒的结合强度，而且还会减慢硬化速度，使型砂“外焦里嫩”，铸件易产生气孔缺陷。一般要求水分含量小于0.2%。对于再生砂，如果在夏季采用喷水的方法降温，一定要检查水分，不得高于0.4%。

　　③再生砂灼烧减量的影响。灼烧减量对于硬化速度的影响不可忽视。灼烧减量的大小取决于再生砂中残留树脂和固化剂的多少，在树脂的硬化过程中，固化剂只起催化作用，硬化后仍滞留在树脂膜中。再生砂中残留的固化剂在下次加入树脂时仍然在起作用，因此随着旧砂使用次数的增加，灼减量会有所提高，造成硬化速度加快。经试验，灼减量提高0.5%，硬化速度大致提高50%，这对于气温低的冬季极为有利，但对于夏季却造成硬化太快的不利局面。灼烧减量的增加还会提高发气量，使铸件形成气孔缺陷。结合其他因素，我们将灼减量控制在4.0%以下，主要措施是坚持添加10%~15%的新砂，减小铸件吃砂量。

　　(2)树脂这是决定强度的关键因素，树脂中糠醇含量及其粘度对型砂强度有很大的影响。加入量一定时，糠醇含量越高，强度也越高，因此我们要求树脂中糠醇含量大于90%。当要求强度一定时，树脂粘度值的波动，直接影响树脂加入量。粘度越低，砂粒上树脂膜的厚度就越薄，树脂加入量也就越低。当粘度低于16mPa•s时，树脂加入量为0.65%，型砂混制均匀，终强度可达到0.7MPa;当粘度为20mPa•s时，树脂最低加入量必须为0.8%，才能避免型砂混不匀现象。目前，树脂生产厂家众多，质量差别很大(主要是糠醇含量不同)，针对不同厂家的树脂，我们做了以下对比试验(见表2)。对于每批树脂进厂后，我们都要进行工艺试验和粘度检测，要求树脂加入量为1%时，新砂抗拉强度大于0.7 MPa，旧砂大于0.6 MPa，粘度低于16mPa•s。总之，高糠醇含量，低含氮量，低游离甲醛是优质树脂的要求。

　　(3)固化剂对强度的影响主要与脱模时间有关，在脱模时间合适的情况下，固化剂加入量对于强度无明显影响，硬化太快或太慢均对强度不利，太快时树脂膜脆化而使强度降低;太慢时，树脂的粘结力则没有充分发挥，因此必须有合适的硬化速度才能保证型砂的强度。

　　合适的脱模时间为15~40min。在原砂确定的情况下，影响脱模时间的主要因素是砂温、室温、湿度，其中影响最大的是砂温，与树脂加入量关系不大。我厂固化剂加入量范围为0.4%~1.2%(占原砂)，冬天室温在5℃时，固化剂加入量很高，但强度并不降低。需要特别指出的是，固化剂中游离酸含量对强度影响很大，尤其对于再生砂。当游离酸大于10%，即使硬化时间合适，强度也会降低0.2MPa左右，因此固化剂中游离酸必须小于10%。固化剂除加入量进行调整外，固化剂酸度也可作较大调整。

　　(4)硅烷能提高使用新砂时型砂的强度，提高抗湿性，但对于再生砂的作用则微乎其微，而且价格高，保质期短，因此不建议使用硅烷。

　　2. 生产工艺的影响

　　(1)混砂质量的影响目前树脂砂混砂主要采用搅笼式连续混砂机，混砂时间为定值，树脂、固化剂的定量检测及泵的清洗工作非常重要，应根据原砂及铸件大小确定好树脂加入量，坚持每周至少检测一次。另外，还要注意混砂机刀头的定期更换，当刀头磨损时，会造成混砂不匀，表现为刷涂料后型砂表面有斑点状不硬化处存在，易形成气孔，而且会降低强度。

　　(2)型砂紧实率的影响由于树脂砂流动性好，型砂的紧实率容易被忽视。其实树脂砂的紧实状况对强度的影响更为明显，因为其强度的建立依靠各砂粒之间树脂膜的连接程度，由于树脂加入量少，当紧实度差时，砂粒之间的树脂膜建立不起连接桥，不仅强度会明显降低，而且由于树脂砂中无粉状物，砂粒间隙大，会造成机械粘砂。因此，应该使用震实台，以减少人工紧实的误差，对局部较小凹处要先人工紧实，并要有合适的硬化速度，以保证型砂的流动性，提高紧实率。

　　总之，呋喃树脂砂强度及脱模时间的要求应根据铸件大小而定，盲目追求高强度的型砂，不但会提高铸件成本，而且还会阻碍铸件收缩，增加铸件应力，造成落砂困难。针对分厂主要生产300kg以下铸件的实际情况，我们将型砂终强度控制在抗拉强度0.6MPa，硬化时间20min左右，完全满足生产要求。

　　二、呋喃树脂砂铸铁件质量控制

　　1.常见缺陷

　　使用呋喃树脂砂生产铸件件，铸件粘砂、夹砂、砂孔缺陷很少，主要存在以下几种缺陷。

　　(1)气孔由于呋喃树脂砂所用粘结剂为有机物，与其他种类粘结剂相比，存在发气量大、发气速度快的问题。

　　为避免气孔缺陷的产生，可采取以下几种措施：①砂芯的排气要到位。在芯头扎排气孔，复杂砂芯要放置尼龙气道，在铸型的芯头处也要相应扎排气孔(上箱放出气棒)，并保护好气眼，防止铁液钻入。②对大中型内腔封闭的铸件，其内腔砂芯的排气更应重视，制芯时可以在无芯头的侧面扎排气孔，与芯头处的主要排气孔相通，最后再堵好，以防止无芯头处无法排气。③对于较大的侧芯头，可在铸型芯头处灌白砂，以防止气孔被堵。

　　铸型的排气方式：铸型的排气主要采用在铸型上放出气片、溢流冒口的方式排除进入型腔中的气体及冷铁液，防止铸件产生侵入性气孔(呛火)或局部浇不足，尤其是有复杂砂芯的薄壁小件，放置溢流冒口是防止气孔的有效措施。

　　砂芯中的液料加入量要尽量减少，尤其在冬季，要检测发气量，不得超过24mL/g(850℃)，砂芯放置48h才可使用。

　　(2)缩孔缩松缺陷由于树脂砂粘结剂为有机物，而且型砂孔隙率高，所以导热性差，铸件冷却速度慢，易造成缩孔、缩松缺陷。很多用粘土砂生产时组织致密的铸件，改用树脂砂生产时产生了缩孔、缩松缺陷，因此必须在工艺上设冒口或冷铁，这一点对于中小球墨铸铁件表现的更为明显，编制铸件工艺时要注意到树脂砂的特性。

　　2.表面质量控制

　　和粘土砂相比，树脂砂由于原砂微粉少，不加入粘土等粉状物，砂粒间孔隙大 ;在起模时砂型退让性差，铸型表面易拉伤和起坏且难以修复;而且使用醇基快干涂料，涂料流平性差，这些都需要树脂砂表面质量加强控制。

　　模样制作时应留有相对较大的起模斜度，并应刷不与脱模剂反应的油漆(比如：锌磷酸盐环氧漆)。日常使用中应注意模样表面的清理，必须在模样完全清理后再刷脱模剂。模样表面质量应列为日常质量考核的主要内容。

　　表面要求高的铸件应先刷一遍较稠的涂料，用粗布打磨平滑后再刷一遍较稀的涂料。有条件的可优先考虑流涂工艺。

　　3.对球化质量的影响

　　由于树脂砂普遍采用磺酸作为固化剂，浇注时产生的SO2等气体会扩散至铸件表面，使铸件表面层球化不良。宏观上表现为类似石墨漂浮的黑色层，上下表面都有，厚度3～10mm，金相上表现为片状或开花状石墨。对于组织要求高的球墨铸铁件应特别注意。

　　三、结语

　　近年来，随着树脂价格和质量的趋于稳定，树脂砂工艺技术的进一步成熟，以及配套装备的系列化、标准化，树脂砂工艺已在铸造铸铁件生产中得到普及。需要说明的是，不同产地的原砂，以及不同厂家的树脂及固化剂，对于型砂的最终使用性能是不同的。一些树脂砂特有的规律也必须得到及时的总结和应对。因此厂家不应完全照搬手册和文献中的数据和经验，而应在借鉴的基础上开展工艺试验和总结，尽快找出适合于自身的工艺参数和管理方法。