用呋喃樹脂砂生產鑄鋼件缺陷的原因分析

蒲軍(江蘇金石機械集團有限公司 江蘇金湖 211600)

呋喃樹脂砂工藝自上個世紀70年代在我國研究和應用以來，在生產時間和試驗研究方面取得了很大的進展，我公司自2002.12從保定維爾鑄造機械有限公司引進一條呋喃樹脂砂的生產線在生產承壓鑄鋼件時，鑄件經常形成氣孔、粘砂、裂紋等缺陷，本人經過幾年的生產時間，在此類缺陷的防止與改進方面積累了一些經驗，以供相關人員參考。

一、樹脂砂使用過程中常見鑄造缺陷及防止措施

1.氣孔類缺陷的產生和應錯策略

氣泡在金屬凝固后，就會進入到的金屬液中，然后出現空洞的氣泡，最后成為氣孔。防止氣孔的具體對策有以下幾個方面：

（1）樹脂種類的選取要適當，并適量減少樹脂的混入數值

加入過量的樹脂或固化劑，都會導致樹脂的含氮量上升，從而致使發氣量逐漸增多。在整個過程中要想提高效率和質量，就需要將固化劑和樹脂的量降低，采用無氮樹脂或者是低氮樹脂，避免出現過多的氣孔。

（2)將微粉的量降低，以確保再生砂的性能和質量

如果舊砂的質量很差，導致微粉的含量超標，就會導致型砂發氣量的提升和透氣性的下降，如若發現這種情況一定要等比例增加新砂的數量，并堅持對再生設備進行改進，促使其達到標準。

(3)提高烘干技術水平，嚴格控制涂刷時間

要想減少砂芯中的殘留水含量，降低發氣量，需要對砂芯和砂型進行嚴格的控制和約束，同時要保證涂料的性能，干燥工作要做好。

(4)創新鑄造工藝和鑄造技術對砂型（芯）中的排氣通道進行合理設置

想要保證砂芯排氣的通暢，就一定要對鑄造技術進行改進，在進行排氣孔設置時必須要注意的是將砂型的氣眼跟砂芯的出氣道要一致，對齊，否則會出現漏氣現象，且要盡量提升壓頭。避免砂質堵住出氣道或者芯頭出氣道在澆注的時候流入液體；在此基礎上，還要把握好澆注的頻率，不能使速度過低。

(5)對原砂的粒度進行調節

當鑄件的表面質量能夠保證的前提下，要適當控制原砂的粒度，相對粗一些的砂粒能夠使砂型的透氣性得到提升。

(6)對澆注的溫度范圍進行合理控制，保證不會出現氣孔，鑄件就不會粘砂。

2.機械粘砂的現象和應對策略

由于很多化學和物理學反應等引起了粘砂問題，主要是在鑄型材料和金屬液、氣體之間產生的一系列反應過程，該反應主要發生在界面上。而機械粘砂是由于壓力的作用下，滲入到鑄型壁隙中，然后在壁隙中產生的粘結和摻合作用，主要涉及到的就是砂粒和金屬液之間的作用現象。

如何處理粘砂問題，提高運作效率，需要注意一下幾項：(1)原砂的合理選擇

利用多砂篩來對原砂的粒徑大小和粒度進行控制，提高砂粒之間的密實度，增強金屬液的滲透阻力。

(2)合理的選擇涂料，優化涂刷工藝

涂料層一定要具有良好的滲透性，其滲入深度要合理，從而才能發揮涂料的隔離作用。對此，對于受熱嚴重的部位應盡量選擇雙層涂料進行運用，并保證其厚度；逐步改進涂料的配置，實現性能的提升，鑄件的大小和鑄型工藝也要根據合金類型予以選用。

(3)在鑄鋼件生產的時候利用起再生砂的優勢

經過反復使用再生砂熱穩定性好，砂粒形也較好。

(4)使模樣的表面質量和型（芯）砂的緊實度得以提升

模樣表面質量決定了鑄型（芯）的表面質量，使型（芯）砂的緊實度得以提高，會把模樣表面變得更加完整，而型（芯）砂的緊實度也會予以提升，從而更好的防止粘砂情況的出現。所以，在對其進行造型的時候，要保證鑄型（芯）砂的金屬鍍得到提升，特別是模樣凸臺地下部、凹角轉交處以及下部活塊的密實度。

(5)控制澆注過程中的溫度

澆注的溫度主要受壁厚、尺寸和形狀等條件的限制，確保澆注溫度的合理，一般情況下，降低澆注溫度需要保證在沒有出現冷隔缺陷和氣孔現象的情況下進行。

3.導致粘膜的原因和應對策略

鑄件表面的質量和美觀度受模樣的影響較大，但模樣難以起出，降低了鑄件表面的質量，嚴重的會變成廢品。所以需要控制粘膜的因素。一方面，芯盒的表面質量和模樣質量達不到規定的要求；另一方面，使用脫模劑不合理；第三，過早的進行起膜。綜上所述，預防粘模可采取的有效對策有以下幾點。

（1）保證模樣及芯盒的表面質量得到提升。

（2）按照環境溫度的差異，確定最佳的脫模點，選擇合適的脫模劑。

4.固化時間

生產過程中時常會遇到固化太快和砂型脆性增強等，如果出現固化太慢，就會影響生產效率，且砂芯和砂型的質量也會出現很大差異。

解決固化過快的步驟

大多數的夏季都會出現固化過快的情形，所以要采取行之有效的對策給予處理。

（1）夏季的高溫對固化過程影響較大，通常將砂溫控制在35度以下為宜。

（2）添加新的固化劑類型，或者將原有的固化劑的量減少。

（3）如果采用增加固化劑的做法來提高固化速度，就會造成產品的質量降低，影響生產效益，不利于企業的發展。

解決固化太慢的步驟

冬天大多是使固化過慢的時節，會導致原砂中的含水量過多或者含泥量過多，想要有效進行預防要從以下對策入手。

第一，保證砂溫超過10度；第二，冬季可以在每班開始前預熱一下模具，從而提升車間的內部溫度；第三，冬天較為特殊，溫度較低，需要增加固化劑含量，或者增加濃度；第四，保證原砂的指標達到規定標準，選取優質的原料。

二、樹脂和固化劑的準確選用

要按照鑄件的類型，也稱為合金的類型來選用樹脂的成分和壁的厚度，根據具體情況來合理的選擇適合的固化劑種類，但要保證選擇的固化劑特點跟環境、溫度等條件等相匹配。

1.樹脂的概念

無氮樹脂（圣泉FL105或XY90-0），適用于合金鋼、碳素鋼鑄件

2.樹脂與固化劑的匹配

根據季節、產品類型的變化以及質量要求的變化適當的進行調整。

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三、降低粘結劑的消耗

1.對樹脂砂的強度進行合理選用

樹脂的繳入量的增加會使樹脂砂的強度提升，不過加入的數量如果超出限度，那么反而會導致其強度上升的不突出。另外，設置樹脂砂的強度需要根據合金類型進行確定，切記強度過大。根據不同的工藝條件來確定鑄件的尺寸等。一般采用樹脂砂鑄型抗拉強度控制在0.8-1.0MPa，復雜砂芯的抗拉強度為1.6-2.0MPa。

2.采用高質量的原砂

院士的質量要求：粒度控制戴大件為：30/50或40/70目，中件為40-70目，小件為50/100或100/140目，角形系數小于1.35，微粉含量小于0.8%，含泥量小于0.2%，含水量小于0.2%，灼減量小于0.5%。

3.再生砂利用

原砂跟多次使用的再生砂會具有明顯的特點：

熱穩定性較好，原砂的主要成分為二氧化硅，在高溫高壓下使石英編程了鱗片狀，這時體積不斷變大，若將其冷卻，體積變化不大，相變后處于穩定性較好的狀態。

經過反復使用過的砂將會消耗較少量的酸值，因為原砂在反復的摩擦和運作中會消掉很多堿性的氧化物，另外還會在固化過程中中和一些堿性成分。

再生砂的質量比原砂好，但在操作過程中必須要按照規范進行控制和約束，否則質量會大大降低。通常來說，微份（質量分數）在0.8%以下，灼燒減量，鑄鋼件一般小于等于1.5%

4.提高混砂質量

定量精度和混砂技術的設備等因素決定了粘接劑的加入量，目前雙臂連續式混砂機的使用情況相對較多，而混砂技術多為單砂兩次混制工藝，也就是說要先將固化劑加入，然后加入混砂進行處理。

5.砂溫

砂芯和砂型的強度和硬化度等均會受到砂溫的影響。采用樹脂生產技術的時候，其理想砂溫是在20度到30度之間，所以在需要根據具體的環境和條件來合理的控制砂溫的情況，考慮設備的多少和產量多少，同時要注重冬季和夏季等特殊季節的影響。

6.砂鐵比和用鐵量控制

經過研究表明，將砂鐵比降低，不僅能有效的降低固化劑的添加量，還會降低生產過程中的資金投入，提高生產效率，保證了鑄件的質量等。

（1）吃砂量較大的區域可以采用填充料的方式來解決，主要采用的材料的有石塊、磚塊和木塊等。

（2）成型的沙箱樹脂具有很大的強度，通常將吃砂量控制在50mm，如果存在造型就可以適當調整。

[1]謝明師呋喃樹脂自硬砂使用技術北京：機械工業出版社.1995.

[2]謝明師鑄造手冊（造型材料）北京：機械工業出版社.1997.