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浅谈铸铁件呋喃树脂自硬砂生产技术及应用

浅谈铸铁件呋喃树脂自硬砂生产技术及应用 2011年12月04日 来源： 我国加入世贸组织以后，铸铁件的出口量增长迅猛，与此同时国际市场对铸件的要求也越来越高。因砂型铸造中呋喃树脂粘结剂的应用，明显的提高了铸件的质量，给国内铸造行业带来了较为显著的经济效益，得到了铸造界的一致认同。但在生产过程中，也存在着一些问题，如果不加以重视和解决，势必会带来不必要的经济损失。因此，我们在树脂砂生产技术方面，作了一些工作与探索，为我公司进一步加大国外来图加工业务，拓宽出口范围，作出了努力。1.呋喃树脂砂的优缺点1.1优点1) 铸件的尺寸精度高、外部轮廓清晰；铸件表面光洁，外观质量好；组织致密，铸件综合品质高。由于树脂砂具有较好的流动性、易紧实、脱模时间可调节、硬化后强度高、在其后的搬运及合箱过程中不变形；因树脂砂的刚度高，在浇注和凝固过程基本上无形壁位移现象，所以铸件的尺寸精度高，它比粘土砂及油砂生产的铸件可提高1-2个级别。2) 不用烘干，缩短了生产周期，节省了能源。3) 省去了烘干工序，型砂易紧实，溃散性好易清理等，大幅度降低了工人的劳动强度，为实现机械化生产创造了条件。1.2不足之处1) 对原砂质量要求高；2) 造型和浇注现场，在生产过程中有刺激性气味。3) 采用树脂砂生产，成本较高，应综合考虑。由上所述可以看出，树脂砂的优点较为突出，因此在国内得到了推广应用。2.呋喃树脂砂的生产工艺技术2.1原材料的选用1) 铸造用砂的要求原砂对呋喃树脂砂的性能粘结剂用量以及铸件表面质量的影响很大，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组别，中件21组别，小件15或10组别。2) 呋喃树脂含糠醇的树脂称为呋喃树脂，其糠醇含量较高，树脂的存放性能得以改善，热强度高但增加了成本。树脂中的游离甲醛是生产中产生刺激性气体的来源，也是恶化环境的因素之一，应加控制。铸铁件生产应选用低氮或无氮树脂，实际应用根据铸件的技术要求和结构来选择。3) 固化剂一般采用有机磺酸溶液按其水溶液或醇溶液的浓度来调节固化速度。4) 添加剂为改善呋喃树脂自硬砂的性能，配比中常加入一些添加剂。加入少量的硅烷作偶联剂，可明显的提高树脂砂强度，但随着时间的延长作用逐渐减弱，一般两个月将消失。因此在国内由用户在使用之前加入并搅拌均匀，应尽快用完。2.2呋喃树脂自硬砂的再生回用旧砂能很好的回收与再生是呋喃树脂砂的一大优点之一。如何控制好再生砂的质量，是生产出高质量树脂砂铸件的关键质量树脂砂铸件的关键。1) 砂温调节稳定砂温是呋喃树脂自硬砂的关键，因此砂温调节是必不可少的，尤其是再生砂的砂温。如果砂温能控制好的话，它即可提高生产效率，减少砂型损坏和铸造缺陷，又可减少数珠加入量，减低成本，改善作业环境。2) 再生砂的质量指标①灼减量和发气量灼减量是衡量树脂砂型中硬化粘结剂的残留量的大致标准。它随回用次数的增加，其增长率逐次下降，一般经过10～15次循环后即可达到稳定值。铸铁件生产可控制在2.5%之内。 灼减量和发气量之间几乎呈直线关系，可通过灼减量来推算发气量。如果能控制好灼减量粒度分布微粉含量，就可以有效的防止铸件出现气孔缺陷。②酸耗值和PH值对于用酸作固化剂的呋喃树脂， 酸耗值通常取负值；PH值过高就较难确定酸固化剂合适的加入量，一般PH值控制在3～6的范围。3) 再生砂反复使用以后，砂粒易细粒化，将会影响型砂的透气性，生产过程应多加注意观察。2.3混制工艺1) 配比及混制a混合料配比呋喃树脂的加入量一般占砂重的0.8～1.5%，而固化剂的加入量占树脂重的20～70%，依据季节的温度变化来调节。b混制工艺造型最好采用连续式混砂机混制。一般是将原砂、再生砂、固化剂、树脂依次快速混合而成，随混随用。用间歇式混砂机时，应先加砂，开动混砂机后小心加入固化剂，混拌1～2min之后加入树脂，混匀后立即卸砂。制芯采用碗型混砂机(间歇式)，按所制芯的重量大小选择混制量的多与少。2) 硬化工艺树脂砂硬化速度与砂温、环境温度、空气湿度以及固化剂的种类、加入量关系很大。a温度原砂温度最好控制在20～35℃，原砂及工作环境温度过低，硬化速度会变得很慢，延缓了脱模时间，降低了生产效率；而温度过高，可使用时间过短，砂子的流动性变差，影响型芯的紧实。所以，应控制好硬化速度，合理控制树脂砂的可使用时间与脱模时间。b固化特性用可使用时间与脱模时间的比值来表示粘结剂的固化特性，比值愈大，表示该固化剂的固化特性愈佳，一般为0.3～0.5。3.铸造工艺设计及生产现场工艺控制3.1 工艺设计1)起模斜度应比粘土砂大树脂砂的型芯在起模时，已经具有一定的硬化强度，几乎无退让性，起模时摩擦力较大，一般不能采用敲模样或芯盒框松动模样来起模。因此，在制作模样时，应适当增大拔模斜度，保证外观质量，以便于起模。2)工艺设计应充分考虑自硬砂特性，尽量减少活块，能用砂芯的最好取消活块，以提高生产效率。3)砂箱设计利用树脂砂硬化后强度高这一特点，在满足有效吃砂量的前题下(依据铸件大小和复杂程度，吃砂量可在30-100mm之间选择)，减小砂箱尺寸，降低砂铁比，减少生产成本。4)浇冒系统设计：①设计浇冒口的原则是：宜少设补缩冒口，多设出气和溢流冒口。 因树脂砂型刚度好，浇注初期铸型强度高，有条件利用铸铁凝固过程的石墨化膨胀，有效的消除缩孔、缩松，实现灰铸铁、球墨铸铁铸件的少冒口或无冒口铸造。②尽量避免在冒口处集中开设浇口，应在提高挡渣和充型能力的前提之下，采用分散、径向引入加溢流的方式，横浇口端面为高梯形，内浇口开设原则为短、薄、宽；挡渣措施首选离心集渣包改变横浇道末端区截面形状，防止浇道吸气、铁液二次氧化。③生产重量大的铸件，浇注系统优先采用陶瓷管制作，防止出现因冲砂造成的砂眼缺陷。5)与粘土砂相比可适当减小加工余量，提高机加工效率。3.2 现场工艺控制1)造型工序最好使用震实台提高铸型的紧实度，保证型腔的几何形状和铸件的尺寸精度。2)加强型芯的排气，多设出气孔和气道，浇注过程中保证型芯内的气体及时排除型外。3)应注意刚起模的型芯不宜立刻上涂料，因此时树脂硬化反映还处于初期阶段，若遇水基涂料中的水分会影响硬化的正常进行；若刷醇基涂料立刻点燃也会使未反映的树脂过烧，影响型芯的表面温度性。4)夏天潮湿季节生产时，树脂砂型最好要进行表干处理以去除潮气，防止出现因“呛火”引起的气孔缺陷。铸型存放小时后方可合箱浇注。5)树脂砂铸件的材质控制：应充分利用树脂砂的保温性，生产过程分别采取措施，确保材质质量。①灰铸铁：浇注树脂砂灰铸铁材质的铸件，因它独到的保温性，一般会降低0.5～2个牌号，生产时应根据铸件的实际壁厚和大小灵活掌握。②球墨铸铁：利用它的保温性，采取压火保温、延长出活时间的工艺方法，在铸态条件下可稳定生产以铁素体为主的球铁铸件(如QT400-18、QT450-10等)；但生产珠光体球铁和抗磨球铁铸件(如QT600-3、QT700-2等)，应采取特殊工艺加以保证。③生产球铁时，应注意球化不良现象的发生，这与采用磺酸固化剂中的硫渗入有关，预防措施为适当加大球化剂用量，使铁液残留Mg在0.045～0.055以上。4.树脂砂铸件缺陷分析及对策呋喃树脂砂与其他砂型相比，具有铸件缺陷少，废品率低，铸件尺寸精度高，表面光洁轮廓清晰等优点，但是，如果现场使用不当，也会出现质量问题，有时甚至引起成批报废。4.1气孔：主要有两种：一是因树脂砂发气量大，气体来不及排出形成的侵入性气孔；二是树脂中含氮的化合物，浇注后分解出的原子氮和氢进入铁液，冷凝时溶入的气体来不及析出，形成针孔。对铸铁件而言，防止措施是，在满足型砂使用强度的条件下，降低树脂加入量；再者加强型芯排气，浇注时注意点火引气。4.2粘砂：原因是，树脂在500℃左右分解，树脂模被烧蚀，砂粒间隙增大并丧失粘结力，铁液渗入形成粘砂。防止措施为：(1)增加型芯紧实度；(2)厚壁处可采用特殊原砂如锆英砂铬铁矿砂及冷铁等；(3)刷耐火涂料及适当减低浇注温度；(4)选用合适的呋喃树脂类型。4.3热裂：浇注薄壁铸件时，树脂砂型不能被烧透，形成一层坚固的结焦残碳层，阻碍铸件收缩，产生热裂纹。因生产时不能追求高的砂型强度，型芯采用中空结构，铸型中可填入砂块或埋入塑性好的材料，提高型砂的退让性。(end)

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