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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.