呋喃樹脂自硬砂的工藝實(shí)踐

20世紀(jì)50年代末，利用自凈自硬砂，以較少的能源消耗、較低的勞動(dòng)強(qiáng)度和較輕的污染，制成了高品質(zhì)的精、輕材料。它是目前國(guó)內(nèi)外廣泛使用的一種造型材料。呋喃樹脂自硬砂具有以下工藝特點(diǎn):流動(dòng)性好,充填性強(qiáng),不需風(fēng)動(dòng)或人工搗實(shí),造型操作省力省時(shí);吃砂量少,降低了造型材料的消耗量和再生砂的灼燒減量,舊砂回用率高,可降低生產(chǎn)成本;鑄型(芯)自行硬化,不需烘干,節(jié)省能源;鑄件不易出現(xiàn)脹砂缺陷,工藝設(shè)計(jì)時(shí)可適當(dāng)減少冒口,某些鑄件可實(shí)現(xiàn)無(wú)冒口鑄造,工藝出品率高;砂箱結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,重量輕,工裝成本投入減少,還便于組織生產(chǎn);所用芯骨簡(jiǎn)單化,全部芯骨和吊環(huán)用量很少,可以反復(fù)使用;澆注后型(芯)砂潰散性好,容易落砂;鑄件精度高,加工余量小,內(nèi)部組織致密,鑄件缺陷焊補(bǔ)量較少;對(duì)于大批量生產(chǎn)的鑄件,易于上加工中心,其后續(xù)工序的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益亦較高,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力強(qiáng)。從1996年起,某紡機(jī)鑄造廠將原粘土干型砂工藝生產(chǎn)的箱體類鑄鐵件鑄造工藝改為呋喃樹脂自硬砂工藝,生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鑄件,并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。筆者通過(guò)近年來(lái)的呋喃樹脂砂工藝實(shí)踐對(duì)該工藝過(guò)程及應(yīng)用效果進(jìn)行了詳細(xì)總結(jié),擬與廣大鑄造同行交流和推廣。1由硬砂精制、研磨和成堆的材料1.1原材料1.1.1原砂選擇承德川廣工業(yè)用砂有限責(zé)任公司生產(chǎn)的擦洗砂,規(guī)格50∕100(目)。1.1.2粘合劑選擇某化工廠生產(chǎn)的FFD-105呋喃樹脂,見(jiàn)表1。1.1.3磺酸鹽溶液配制選擇磺酸固化劑,它是由甲苯、二甲苯經(jīng)過(guò)磺化制成的磺酸鹽溶液。通過(guò)改變苯類和其配比、溶液的種類和控制固化劑的主要技術(shù)指標(biāo),制成不同固化速度的磺酸固化劑,以適應(yīng)不同季節(jié)的生產(chǎn)條件,見(jiàn)表2。1.1.4硅烷基樹脂的混砂采用γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550硅烷),預(yù)先加入到樹脂中充分?jǐn)噭蚝笤龠M(jìn)行混砂,硅烷的加入量為樹脂量的0.1%～0.3%。1.2樹脂砂的制備1.2.1固化劑的加入量(1)根據(jù)氣候變化情況,結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,所用樹脂砂的主體配方見(jiàn)表3。(2)固化劑的加入量依所要求的硬化速度、氣溫、濕度、砂溫和樹脂種類進(jìn)行調(diào)整,對(duì)呋喃樹脂、固化劑的加入量一般為樹脂重量的30%-50%,加入量增加,硬化速度加快,但不能過(guò)量;否則,樹脂膜焦化,強(qiáng)度明顯降低。(3)對(duì)于固化劑的加入量的確定,當(dāng)制作一些形狀簡(jiǎn)單、體積小、硬化時(shí)間短的型芯時(shí),呋喃樹脂砂的可使用時(shí)間以短為好,加入量取上限;當(dāng)手工制作一些形狀復(fù)雜、體積較大、造型操作困難的型芯時(shí),呋喃樹脂砂的可使用時(shí)間以偏長(zhǎng)為好,應(yīng)適當(dāng)減少酸的加入量,即加入量取下限。(4)對(duì)于每一種類型的固化劑,當(dāng)氣溫高、濕度低及砂溫高、水分低時(shí)應(yīng)適當(dāng)減少固化劑的加入量,反之,應(yīng)當(dāng)增加比例。1.2.2采用自硬砂混合工藝及性能(1)混合砂處理使用S206間歇式混砂機(jī),其適宜的混砂工藝為:原砂+固化劑樹脂?→2min→2min和KH550混合液?→2min→2min出碾。(2)中等型芯采用表3配方與上述混砂工藝配制的樹脂砂可使用20min-40min,脫模時(shí)間20min-90min,24h抗拉強(qiáng)度0.204MPa-0.29MPa,滿足手工制作一般中等型芯的性能要求。2操作要點(diǎn)2.1起模和模具設(shè)計(jì)呋喃樹脂自硬砂工藝要求模樣的幾何形狀和尺寸很準(zhǔn)確。為便于脫模,要求模樣工作面必須光滑、無(wú)凸凹不平和變形、開裂等缺陷,盡量采用經(jīng)機(jī)械加工的模樣和芯盒。模樣構(gòu)造必須牢固,應(yīng)有專門的起模結(jié)構(gòu)和起模裝置,最好做成可卸式的、抽心的或帶漏斗式的模樣,活塊應(yīng)做成燕尾鑲塊結(jié)構(gòu)等。芯盒結(jié)構(gòu)采用可拆卸式、多活塊式構(gòu)造,盡量使填砂方向與下芯方向一致,以使制芯時(shí)不需翻轉(zhuǎn)芯盒,簡(jiǎn)化操作,提高效率。2.2脫模劑為了脫模方便,模樣在每次使用前都必須刷上一層專用脫模劑,涂刷時(shí),應(yīng)搖晃容器并攪拌,使之呈懸濁態(tài),再均勻涂刷,幾分鐘即自干。2.3砂芯的制作由于樹脂砂的可使用時(shí)間有限,當(dāng)手工造型制芯時(shí),型芯砂應(yīng)現(xiàn)混現(xiàn)用,按需混制,可采取大小鑄型(芯)搭配制作來(lái)處理所剩余砂。最后仍有余砂時(shí),應(yīng)收集起來(lái),做成砂塊,可作型芯的中間填充料用;填砂時(shí),應(yīng)先填充模樣表面、轉(zhuǎn)角、凹坑等重點(diǎn)部位,在吃砂量較厚處的中間部位可填充余砂硬塊;制作大而復(fù)雜的型芯時(shí),要抓緊時(shí)間,一邊制作一邊硬化。當(dāng)制作較復(fù)雜砂芯,比如當(dāng)采用刮板制芯時(shí),操作時(shí)間較長(zhǎng),其芯砂應(yīng)單獨(dú)配制。呋喃樹脂自硬砂在高溫下分解出大量氣體,故對(duì)砂芯排氣要特別講究,以保證澆注時(shí)所產(chǎn)生的大量氣體能順利排除。對(duì)厚大實(shí)心芯,可在預(yù)定位置埋設(shè)通氣道模樣,待中部芯砂硬化到一定強(qiáng)度后,將之拔出,形成排氣道。對(duì)于形狀較復(fù)雜的砂芯,也可利用尼綸網(wǎng)空心繩和聚苯乙烯泡沫塑料條單獨(dú)或結(jié)合使用作為排氣道。由于型芯是在固化后脫模,在生產(chǎn)中易造成型芯開裂損壞,對(duì)于殘缺者,不要廢棄,在保證質(zhì)量的前提下,可以粘結(jié)或修補(bǔ)。粘結(jié)時(shí),先在斷口浸涂專用砂型粘接膏進(jìn)行對(duì)接,然后在室溫下固化4h,其粘接處的抗拉強(qiáng)度可達(dá)0.3MPa以上。經(jīng)多次驗(yàn)證,粘結(jié)后的型芯24h固化后,其斷口的粘結(jié)強(qiáng)度略高于型芯的基本強(qiáng)度。若破斷脫落部分已經(jīng)損壞,則應(yīng)填充新混制的呋喃樹脂自硬砂進(jìn)行修補(bǔ)。若破損部位較大時(shí),宜先在損壞處插鐵釘固定,再填砂修補(bǔ),固化后再磨削修整成形。2.4t-1型涂料涂料對(duì)提高鑄件的表面質(zhì)量起著重要作用,采用TC-1型醇基快干涂料,獲得良好效果。這種涂料的常溫和高溫強(qiáng)度都比較好。型芯脫模一定時(shí)間后,需均勻涂刷1～3遍TC-1型涂料,涂層厚度一般部位為0.5mm～1.0mm,受熱集中部位>1.0mm～1.5mm。刷完涂料后,在涂料層表面點(diǎn)火,使涂料層中稀釋劑燃燒揮發(fā)掉,涂料層硬化。2.5排氣系統(tǒng)的確定合箱時(shí),應(yīng)加強(qiáng)排氣措施,注意砂芯排氣道與砂型排氣道保持暢通,對(duì)按設(shè)的排氣繩、排氣溝、排氣管等均要引出型外。澆注時(shí),要嚴(yán)格控制鐵液的澆注溫度,并做到快澆、不斷流,及時(shí)引火,保證大量氣體順利排出,以防止鑄件產(chǎn)生氣孔。3使用示例3.1砂芯質(zhì)量缺陷材質(zhì)HT200,外形尺寸840mm×736mm×256mm,主要壁厚12mm,鑄件毛坯重223kg,1#大砂芯上放置若干直立小砂芯,采取一端雨淋澆注,一端安放排氣冒口工藝,同時(shí)在頂面均勻設(shè)置6個(gè)Φ10mm出氣冒口。原來(lái)采用普通粘土砂干型(芯)工藝時(shí),1#芯及外型烘烤時(shí)常有裂紋、變形等產(chǎn)生,造成鑄件表面尤其是內(nèi)腔清理困難。改用呋喃樹脂自硬砂后,鑄件質(zhì)量較好,只是偶爾出現(xiàn)少量由于在鑄型合箱后叉車運(yùn)往澆注地點(diǎn)時(shí)因受震動(dòng)造成的頂部幾個(gè)直立砂芯偏心的缺陷。圖1為箱體鑄造工藝圖。3.2呋喃樹脂自硬砂芯骨砂芯材質(zhì)HT200,鑄件毛坯重196kg,外形輪廓尺寸900mm×395mm×540mm,主要壁厚12mm,原來(lái)采用普通粘土砂干型時(shí),曾使用較復(fù)雜的鑄鐵芯骨,而且砂芯極易從中間斷裂,形成裂紋和掉砂缺陷,造成鑄件清困難,時(shí)而產(chǎn)生大量廢品,改為呋喃樹脂自硬砂工藝后,芯骨制作簡(jiǎn)單了,鑄件內(nèi)外表面都很光潔,尺寸準(zhǔn)確,鑄件質(zhì)量明顯得到改善,如圖2所示。以上幾種箱體類鑄件經(jīng)原粘土砂干型工藝改為呋喃樹脂自硬砂工藝后,取得了良好效果,鑄件廢品率由原來(lái)粘土砂干型的10%下降到5%以下,內(nèi)在及外觀