用呋喃樹脂砂生產(chǎn)鑄鋼件缺陷的原因分析

蒲軍(江蘇金石機(jī)械集團(tuán)有限公司 江蘇金湖 211600)

呋喃樹脂砂工藝自上個(gè)世紀(jì)70年代在我國(guó)研究和應(yīng)用以來，在生產(chǎn)時(shí)間和試驗(yàn)研究方面取得了很大的進(jìn)展，我公司自2002.12從保定維爾鑄造機(jī)械有限公司引進(jìn)一條呋喃樹脂砂的生產(chǎn)線在生產(chǎn)承壓鑄鋼件時(shí)，鑄件經(jīng)常形成氣孔、粘砂、裂紋等缺陷，本人經(jīng)過幾年的生產(chǎn)時(shí)間，在此類缺陷的防止與改進(jìn)方面積累了一些經(jīng)驗(yàn)，以供相關(guān)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(chǎn)生和應(yīng)錯(cuò)策略

氣泡在金屬凝固后，就會(huì)進(jìn)入到的金屬液中，然后出現(xiàn)空洞的氣泡，最后成為氣孔。防止氣孔的具體對(duì)策有以下幾個(gè)方面：

（1）樹脂種類的選取要適當(dāng)，并適量減少樹脂的混入數(shù)值

加入過量的樹脂或固化劑，都會(huì)導(dǎo)致樹脂的含氮量上升，從而致使發(fā)氣量逐漸增多。在整個(gè)過程中要想提高效率和質(zhì)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(xiàn)過多的氣孔。

（2)將微粉的量降低，以確保再生砂的性能和質(zhì)量

如果舊砂的質(zhì)量很差，導(dǎo)致微粉的含量超標(biāo)，就會(huì)導(dǎo)致型砂發(fā)氣量的提升和透氣性的下降，如若發(fā)現(xiàn)這種情況一定要等比例增加新砂的數(shù)量，并堅(jiān)持對(duì)再生設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，促使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

(3)提高烘干技術(shù)水平，嚴(yán)格控制涂刷時(shí)間

要想減少砂芯中的殘留水含量，降低發(fā)氣量，需要對(duì)砂芯和砂型進(jìn)行嚴(yán)格的控制和約束，同時(shí)要保證涂料的性能，干燥工作要做好。

(4)創(chuàng)新鑄造工藝和鑄造技術(shù)對(duì)砂型（芯）中的排氣通道進(jìn)行合理設(shè)置

想要保證砂芯排氣的通暢，就一定要對(duì)鑄造技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，在進(jìn)行排氣孔設(shè)置時(shí)必須要注意的是將砂型的氣眼跟砂芯的出氣道要一致，對(duì)齊，否則會(huì)出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，且要盡量提升壓頭。避免砂質(zhì)堵住出氣道或者芯頭出氣道在澆注的時(shí)候流入液體；在此基礎(chǔ)上，還要把握好澆注的頻率，不能使速度過低。

(5)對(duì)原砂的粒度進(jìn)行調(diào)節(jié)

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

(6)對(duì)澆注的溫度范圍進(jìn)行合理控制，保證不會(huì)出現(xiàn)氣孔，鑄件就不會(huì)粘砂。

2.機(jī)械粘砂的現(xiàn)象和應(yīng)對(duì)策略

由于很多化學(xué)和物理學(xué)反應(yīng)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(chǎn)生的一系列反應(yīng)過程，該反應(yīng)主要發(fā)生在界面上。而機(jī)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(chǎn)生的粘結(jié)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(xiàn)象。

如何處理粘砂問題，提高運(yùn)作效率，需要注意一下幾項(xiàng)：(1)原砂的合理選擇

利用多砂篩來對(duì)原砂的粒徑大小和粒度進(jìn)行控制，提高砂粒之間的密實(shí)度，增強(qiáng)金屬液的滲透阻力。

(2)合理的選擇涂料，優(yōu)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(fā)揮涂料的隔離作用。對(duì)此，對(duì)于受熱嚴(yán)重的部位應(yīng)盡量選擇雙層涂料進(jìn)行運(yùn)用，并保證其厚度；逐步改進(jìn)涂料的配置，實(shí)現(xiàn)性能的提升，鑄件的大小和鑄型工藝也要根據(jù)合金類型予以選用。

(3)在鑄鋼件生產(chǎn)的時(shí)候利用起再生砂的優(yōu)勢(shì)

經(jīng)過反復(fù)使用再生砂熱穩(wěn)定性好，砂粒形也較好。

(4)使模樣的表面質(zhì)量和型（芯）砂的緊實(shí)度得以提升

模樣表面質(zhì)量決定了鑄型（芯）的表面質(zhì)量，使型（芯）砂的緊實(shí)度得以提高，會(huì)把模樣表面變得更加完整，而型（芯）砂的緊實(shí)度也會(huì)予以提升，從而更好的防止粘砂情況的出現(xiàn)。所以，在對(duì)其進(jìn)行造型的時(shí)候，要保證鑄型（芯）砂的金屬鍍得到提升，特別是模樣凸臺(tái)地下部、凹角轉(zhuǎn)交處以及下部活塊的密實(shí)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(xiàn)冷隔缺陷和氣孔現(xiàn)象的情況下進(jìn)行。

3.導(dǎo)致粘膜的原因和應(yīng)對(duì)策略

鑄件表面的質(zhì)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(zhì)量，嚴(yán)重的會(huì)變成廢品。所以需要控制粘膜的因素。一方面，芯盒的表面質(zhì)量和模樣質(zhì)量達(dá)不到規(guī)定的要求；另一方面，使用脫模劑不合理；第三，過早的進(jìn)行起膜。綜上所述，預(yù)防粘模可采取的有效對(duì)策有以下幾點(diǎn)。

（1）保證模樣及芯盒的表面質(zhì)量得到提升。

（2）按照環(huán)境溫度的差異，確定最佳的脫模點(diǎn)，選擇合適的脫模劑。

4.固化時(shí)間

生產(chǎn)過程中時(shí)常會(huì)遇到固化太快和砂型脆性增強(qiáng)等，如果出現(xiàn)固化太慢，就會(huì)影響生產(chǎn)效率，且砂芯和砂型的質(zhì)量也會(huì)出現(xiàn)很大差異。

解決固化過快的步驟

大多數(shù)的夏季都會(huì)出現(xiàn)固化過快的情形，所以要采取行之有效的對(duì)策給予處理。

（1）夏季的高溫對(duì)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(huì)造成產(chǎn)品的質(zhì)量降低，影響生產(chǎn)效益，不利于企業(yè)的發(fā)展。

解決固化太慢的步驟

冬天大多是使固化過慢的時(shí)節(jié)，會(huì)導(dǎo)致原砂中的含水量過多或者含泥量過多，想要有效進(jìn)行預(yù)防要從以下對(duì)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(yù)熱一下模具，從而提升車間的內(nèi)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(biāo)達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，選取優(yōu)質(zhì)的原料。

二、樹脂和固化劑的準(zhǔn)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(jù)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(diǎn)跟環(huán)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(jù)季節(jié)、產(chǎn)品類型的變化以及質(zhì)量要求的變化適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行調(diào)整。

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三、降低粘結(jié)劑的消耗

1.對(duì)樹脂砂的強(qiáng)度進(jìn)行合理選用

樹脂的繳入量的增加會(huì)使樹脂砂的強(qiáng)度提升，不過加入的數(shù)量如果超出限度，那么反而會(huì)導(dǎo)致其強(qiáng)度上升的不突出。另外，設(shè)置樹脂砂的強(qiáng)度需要根據(jù)合金類型進(jìn)行確定，切記強(qiáng)度過大。根據(jù)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(qiáng)度控制在0.8-1.0MPa，復(fù)雜砂芯的抗拉強(qiáng)度為1.6-2.0MPa。

2.采用高質(zhì)量的原砂

院士的質(zhì)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(shù)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(huì)具有明顯的特點(diǎn)：

熱穩(wěn)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(shí)體積不斷變大，若將其冷卻，體積變化不大，相變后處于穩(wěn)定性較好的狀態(tài)。

經(jīng)過反復(fù)使用過的砂將會(huì)消耗較少量的酸值，因?yàn)樵霸诜磸?fù)的摩擦和運(yùn)作中會(huì)消掉很多堿性的氧化物，另外還會(huì)在固化過程中中和一些堿性成分。

再生砂的質(zhì)量比原砂好，但在操作過程中必須要按照規(guī)范進(jìn)行控制和約束，否則質(zhì)量會(huì)大大降低。通常來說，微份（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）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(zhì)量

定量精度和混砂技術(shù)的設(shè)備等因素決定了粘接劑的加入量，目前雙臂連續(xù)式混砂機(jī)的使用情況相對(duì)較多，而混砂技術(shù)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(jìn)行處理。

5.砂溫

砂芯和砂型的強(qiáng)度和硬化度等均會(huì)受到砂溫的影響。采用樹脂生產(chǎn)技術(shù)的時(shí)候，其理想砂溫是在20度到30度之間，所以在需要根據(jù)具體的環(huán)境和條件來合理的控制砂溫的情況，考慮設(shè)備的多少和產(chǎn)量多少，同時(shí)要注重冬季和夏季等特殊季節(jié)的影響。

6.砂鐵比和用鐵量控制

經(jīng)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(huì)降低生產(chǎn)過程中的資金投入，提高生產(chǎn)效率，保證了鑄件的質(zhì)量等。

（1）吃砂量較大的區(qū)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(qiáng)度，通常將吃砂量控制在50mm，如果存在造型就可以適當(dāng)調(diào)整。

[1]謝明師呋喃樹脂自硬砂使用技術(shù)北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1995.

[2]謝明師鑄造手冊(cè)（造型材料）北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1997.