呋喃树脂自硬砂生产大型铸钢件工艺控制要点

于洪岩，周俊珍

（1.天津市天重江天重工有限公司，天津 300400；2.西北工业集团有限公司，陕西 西安 710043）

呋喃树脂自硬砂是指常温下呋喃树脂在固化剂的作用下发生化学反应，使铸型（芯）获得固化成型的一种工艺方法。它具有许多优点，如铸件尺寸精度高，表面粗糙度好，生产工艺简单，生产效率高，劳动强度低，尤其是铸型（芯）溃散性好，铸件清砂容易，旧砂通过再生可反复回用，再生率在90%以上，且再生后的旧砂性能与新砂相似，有些性能指标甚至优于新砂，既可作背砂，也可作面砂。采用呋喃树脂自硬砂工艺生产铸钢件时，由于呋喃树脂自硬砂发气量大且迅速、铸型导热性差、高温强度高、退让性差，造成铸钢件质量难以控制，表现在：易产生侵入性的皮下气孔；铸钢件的热裂倾向性大；浇注后砂型的导热性差，不利于形成铸件的顺序凝固。但是，只要通过对造型原辅材料进行科学合理的控制，采用符合呋喃树脂自硬砂生产要求的铸造工艺方法，并严格控制生产操作过程，呋喃树脂自硬砂完全能够生产出满足使用要求的高质量铸钢件。我厂2007年所上的呋喃树脂自硬砂生产线，目前已经形成规模性的生产。

1 造型用原辅材料的合理控制

1.1 原砂的选择

我厂生产大型铸钢件的原砂主要是石英砂和铬铁矿砂。

作为生产大型铸钢件用砂，要求原砂必须具有一定的耐火度和热稳定性，不与金属液发生反应，选择适合铸钢件生产的高品位擦洗烘干原砂，并控制好再生砂的相关指标。通过我厂几年来的生产实践，石英砂的SiO2含量应大于97%，粒度30/70目（集中度≥85%），含泥量≤0.3%，细粉含量≤1.0%，酸耗值≤5ml，水分含量≤0.2%，酌减量≤0.5%，粒形：采用椭球形的天然石英砂或者多边形的人工破碎石英砂，避免使用尖角砂。原砂应具有良好的抗破碎性，以便于进行再生。

铬铁矿砂中Cr2O3含量应大于46%，粒度40/70目，细粉含量≤1.0%，酸耗值≤5ml，水分含量≤0.2%，酌减量≤0.5%。

在铸钢件的生产过程中，再生砂的性能指标与铸件质量有直接关系，特别是灼减量和微粉含量直接影响到铸件产品质量，酸耗值则直接影响固化剂的加入量及固化效果。再生石英砂的SiO2含量应大于97%，酌减量≤2.0%，细粉含量≤0.8%，酸耗值≤2，水分含量≤0.2%，含泥量≤0.3%。

1.2 树脂和固化剂的选择

生产大型铸钢件用的呋喃树脂采用无氮的高糠醇呋喃树脂，同时固化剂对于控制型芯砂的硬化速度和终强度也起到非常重要的作用，我们通常采用的固化剂为对甲苯磺酸或二甲苯磺酸。在树脂和固化剂的选择上，除了控制相应的理化指标外，更应该对其硬化特性进行控制，特别是对树脂的硬透性进行控制。由于在铸钢件的生产过程中不过分地追求较高的型芯砂终强度，但要求呋喃树脂在硬化过程中表面砂型与中间层砂型的硬化速度差异性不能过大，即砂型有较好的硬透性。这样有助于减少树脂和固化剂的加入量，并合理的控制砂型的终强度。

1.3 对砂温控制要求

呋喃树脂自硬砂的硬化特性与砂温和环境温度有十分密切的关系，特别是砂温对硬化特性有十分重要的影响，合理的控制砂温，可以有效的减少固化剂的加入量，获得良好的硬化特性，同时减少铸件的渗硫趋势。通过砂调温器的控制，一般砂温应该控制在20℃～30℃。

1.4 追求合理的砂型强度

在采用呋喃树脂自硬砂进行生产时，树脂砂的强度随着树脂加入量的增加而提高，但是加入量超过一定限度以后，强度进一步提高就不再明显，过高的砂型芯强度并不利于铸钢件的生产，反而会影响铸钢件的收缩，增加铸件的热裂倾向。因此要在合理控制呋喃树脂的硬化特性的前提下，控制砂型强度满足工艺要求即可，以保证铸钢件的生产要求，通常应保证型（芯）在搬运、下芯、合型、浇注时有足够的强度而不致损坏，这与型（芯）本身的大小、形状和工艺操作的需要有关，一般型砂的终强度为 0.6 MPa～0.8 MPa，芯砂为 0.8 MPa～1.0MPa，复杂砂芯为 1.6 MPa～2.0MPa。

1.5 合理的树脂和固化剂的加入量

我厂目前实际的树脂加入量控制在1.0%～1.2%之间，通过合理的控制砂温和硬化特性，固化剂的加入量最好控制在树脂加入量的30%～50%之间，过高或过低的固化剂的加入量均不利于获得良好的砂型硬化特性。

由于冬夏温度差别较大，所以要根据气候条件及时更换固化剂牌号，防止因使用不当造成型芯质量问题。

2 工艺设计原则

由于呋喃树脂自硬砂各方面性能较黏土砂、水玻璃砂有较大的区别，铸件在凝固过程中的温度梯度相对较小，形成顺序凝固更加困难，加上树脂砂砂型在浇注过程中的其他特性，因此，在采用呋喃树脂自硬砂生产铸钢件时，除了铸钢件生产中普遍的工艺设计原则外，同时要注意以下事项：

1）由于树脂砂硬化速度比较快，对于大型铸钢件而言，无论是实样子造型还是刮板造型均不太适宜，因此，工艺设计尽量多采用组芯造型，填砂方向尽量朝着铸件表面，这样可以保证铸件表面型砂紧实度比较高，防止掉砂造成砂眼缺陷。同时，面砂几乎均采用铬铁矿砂，提高型腔的耐高温性能，防止掉砂或粘砂缺陷。

2）由于树脂砂退让性相对较差，因此在确定铸造缩尺的时候，一定要慎重，以保证得到尺寸准确的铸件。

3）由于树脂砂散热性差，铸件凝固时间长，因此冒口的设置位置要更有利于铸件的顺序凝固，同时应多使用保温冒口，加高效覆盖剂以延长冒口的凝固时间，提高冒口的补缩效率。

4）由于树脂砂发气量特别大，如若排气不畅将会造成大面积的气孔缺陷，因此一方面要要尽可能多地设置气眼，扎出气孔，另一方面尽可能多采用底注式浇注系统，即内浇道开设在型腔底侧或底部的浇注系统，使金属液能够平稳地充填铸型，型腔内气体比较容易逐渐排出，尽量避免气孔缺陷。

5）由于树脂砂保温性能特别好，在设置冷铁时，要尽量设置成带斜坡过渡的，这样可以避免因直角直接接触而导致被激冷处和与其相连的部分处产生热裂纹。

结合ArcGIS平台特性，在对《中国海图图式》GB 12319—1998中的注记规范进行研究总结的基础上，设计注记控制文件，其以xml文件存储。海图注记控制文件包括两个文件，一个是注记配置文件，一个是缩略词文件。根据建立的注记控制文件，使用Maplex引擎自动生成海图标注。Maplex引擎是ArcGIS平台的高级智能标注引擎，提供了丰富的高级注记功能，可以进行复杂的注记配置。

6）“低温快浇”是大型铸钢的浇注原则，对于树脂砂而言，更需要做到这一点。因为树脂砂在高温情况下，与钢水接触的界面强度会急剧下降甚至失去，这样在浇注过程中很容易发生涂料层剥落或破损的现象，进而形成缺陷。同时，由于树脂砂采用有机黏接剂，铸型在浇注后的发气量在很短时间内就可以达到峰值，因此，提高浇注速度，让钢水快速充满型腔，这样在铸型大量发气时，钢水就已经建立了足够的静压力，可以防止气体的侵入，并减少钢水对砂型的热辐射时间，防止因为高温钢水的长时间热作用而造成涂料、砂子脱落，产生砂眼等铸造缺陷。

3 严格控制生产操作过程

3.1 保证型芯紧实度

呋喃树脂自硬砂在造型和制芯操作过程中，必须保证型芯的紧实度，否则极易导致铸件产生粘砂类缺陷。千万不可任由混砂机将砂子放出来，然后刮平就完。在造型、制芯过程中，使用合适的工具与混砂机的填砂路线相同边放砂边捣实，对于不易操作的部位也必须采取措施捣实，而且要使型芯的紧实度均匀一致。

3.2 涂料的涂刷

涂料对于铸钢件的生产有着至关重要的作用。与呋喃树脂自硬砂相配合，可以获得良好的铸件表面质量，防止钢水渗入砂型；对砂型芯产生的大量气体形成阻挡界面；防止粘砂，气孔等铸造缺陷的出现。

与大型铸钢件相配合使用的是醇基锆英粉涂料，呋喃树脂自硬砂型芯起模后，不可马上涂刷涂料，应放置几小时后方可刷涂料，涂料使用前，必须进行充分的搅拌，最好使用专用的搅拌机械，防止耐火骨料发生沉积，影响涂料的性能，涂料涂覆时，应加强操作场地的通风措施，且每次涂覆涂料的型芯面积不宜过大，防止涂料点火发生困难，一般涂刷两到三遍，以保证有足够的渗透深度和涂层厚度，大型铸钢件要求一般为1mm～1.5mm，以提高涂料的抗粘砂能力。

3.3 加强型芯的排气措施：

由于呋喃树脂自硬砂本身发气量特别大，高温强度高，砂型退让性差，产生侵入性气孔和裂纹的倾向性大，要解决铸件与气体有关的缺陷和裂纹问题，除了有效的控制树脂和固化剂的加入量以外，必须要加强型芯的排气和退让措施。

砂箱板排气，通过砂箱板上的排气孔进行排气，由于树脂砂的流动性比较好，砂箱的排气孔不宜太大，但砂箱的排气孔数量应该适当增多；

砂型（芯）上多扎排气孔，在砂型（芯）硬化前扎相当数量的排气孔，确保出气顺畅；

刮地势时刮出出气槽或预埋出气管，使砂型芯浇注后产生的气体能够顺利地排出。

芯子里预埋出气管，下好芯后用通气绳引出型外，与大气相通，保证芯子排气通畅；

浇注时及时点火进行引气，使浇注产生的大量气体能够及时迅速的排出型腔。

3.4 提高砂型芯的退让性

在保证满足生产使用要求强度的前提下，降低树脂加入量，树脂加入量对型砂的强度有明显的影响，随着树脂加入量的减少，降低了型砂的整体强度，可以有效的改善了型砂的退让性。

对于阻碍铸件收缩的型芯要通过在砂芯和砂型中放入草绳、空心尼龙绳、树脂砂残砂块等退让性材料，提高砂型芯的退让性。

尽可能降低铸件的砂铁比，由于呋喃树脂自硬砂的铸型导热性能很差，仅有接触钢液表面的很少部分型砂能够自行溃散掉，稍远的型砂仍然保持较高的残留强度，因此，降低砂铁比相当于提高了砂型的退让性。

4 结 论

通过多年的生产实践，从生产效率、产品质量、环境保护和旧砂回用等各个方面，呋喃树脂自硬砂生产铸钢件有其非常明显的工艺优势，但是同时也存在发气量大、退让性差、热裂倾向大等不利因素。但是，只要对造型原辅材料进行合理的控制，并采用符合呋喃树脂自硬砂生产要求的铸造工艺方法，控制好生产操作过程，完全可以克服以上不利因素，使用呋喃树脂自硬砂生产出合格的大型铸钢件。

［1］谢明师.呋喃树脂自硬砂实用技术［M］.北京：机械工业出版社，1995.

［2］刘彦平.树脂自硬砂使用中常见问题初探［J］.铸造世界报，2000（6）：28.

［3］冯胜山，黄志光.砂型铸造生产技术500问（下册）——造型材料与铸件缺陷防止［M］，北京：化学工业出版社，2007.

［4］于家茂，薛修治，金广明。铸钢件生产指南［M］，北京：化学工业出版社，2008.