呋喃树脂自硬砂的工艺实践

呋喃树脂自硬砂的工艺实践

20世纪50年代末，利用自净自硬砂，以较少的能源消耗、较低的劳动强度和较轻的污染，制成了高品质的精、轻材料。它是目前国内外广泛使用的一种造型材料。呋喃树脂自硬砂具有以下工艺特点:流动性好,充填性强,不需风动或人工捣实,造型操作省力省时;吃砂量少,降低了造型材料的消耗量和再生砂的灼烧减量,旧砂回用率高,可降低生产成本;铸型(芯)自行硬化,不需烘干,节省能源;铸件不易出现胀砂缺陷,工艺设计时可适当减少冒口,某些铸件可实现无冒口铸造,工艺出品率高;砂箱结构比较简单,重量轻,工装成本投入减少,还便于组织生产;所用芯骨简单化,全部芯骨和吊环用量很少,可以反复使用;浇注后型(芯)砂溃散性好,容易落砂;铸件精度高,加工余量小,内部组织致密,铸件缺陷焊补量较少;对于大批量生产的铸件,易于上加工中心,其后续工序的生产效率和经济效益亦较高,市场竞争能力强。从1996年起,某纺机铸造厂将原粘土干型砂工艺生产的箱体类铸铁件铸造工艺改为呋喃树脂自硬砂工艺,生产出优质铸件,并取得了显著的经济效益。笔者通过近年来的呋喃树脂砂工艺实践对该工艺过程及应用效果进行了详细总结,拟与广大铸造同行交流和推广。1由硬砂精制、研磨和成堆的材料1.1原材料1.1.1原砂选择承德川广工业用砂有限责任公司生产的擦洗砂,规格50∕100(目)。1.1.2粘合剂选择某化工厂生产的FFD-105呋喃树脂,见表1。1.1.3磺酸盐溶液配制选择磺酸固化剂,它是由甲苯、二甲苯经过磺化制成的磺酸盐溶液。通过改变苯类和其配比、溶液的种类和控制固化剂的主要技术指标,制成不同固化速度的磺酸固化剂,以适应不同季节的生产条件,见表2。1.1.4硅烷基树脂的混砂采用γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550硅烷),预先加入到树脂中充分搅匀后再进行混砂,硅烷的加入量为树脂量的0.1%～0.3%。1.2树脂砂的制备1.2.1固化剂的加入量(1)根据气候变化情况,结合生产实际,所用树脂砂的主体配方见表3。(2)固化剂的加入量依所要求的硬化速度、气温、湿度、砂温和树脂种类进行调整,对呋喃树脂、固化剂的加入量一般为树脂重量的30%-50%,加入量增加,硬化速度加快,但不能过量;否则,树脂膜焦化,强度明显降低。(3)对于固化剂的加入量的确定,当制作一些形状简单、体积小、硬化时间短的型芯时,呋喃树脂砂的可使用时间以短为好,加入量取上限;当手工制作一些形状复杂、体积较大、造型操作困难的型芯时,呋喃树脂砂的可使用时间以偏长为好,应适当减少酸的加入量,即加入量取下限。(4)对于每一种类型的固化剂,当气温高、湿度低及砂温高、水分低时应适当减少固化剂的加入量,反之,应当增加比例。1.2.2采用自硬砂混合工艺及性能(1)混合砂处理使用S206间歇式混砂机,其适宜的混砂工艺为:原砂+固化剂树脂−→2min→2min和KH550混合液−→2min→2min出碾。(2)中等型芯采用表3配方与上述混砂工艺配制的树脂砂可使用20min-40min,脱模时间20min-90min,24h抗拉强度0.204MPa-0.29MPa,满足手工制作一般中等型芯的性能要求。2操作要点2.1起模和模具设计呋喃树脂自硬砂工艺要求模样的几何形状和尺寸很准确。为便于脱模,要求模样工作面必须光滑、无凸凹不平和变形、开裂等缺陷,尽量采用经机械加工的模样和芯盒。模样构造必须牢固,应有专门的起模结构和起模装置,最好做成可卸式的、抽心的或带漏斗式的模样,活块应做成燕尾镶块结构等。芯盒结构采用可拆卸式、多活块式构造,尽量使填砂方向与下芯方向一致,以使制芯时不需翻转芯盒,简化操作,提高效率。2.2脱模剂为了脱模方便,模样在每次使用前都必须刷上一层专用脱模剂,涂刷时,应摇晃容器并搅拌,使之呈悬浊态,再均匀涂刷,几分钟即自干。2.3砂芯的制作由于树脂砂的可使用时间有限,当手工造型制芯时,型芯砂应现混现用,按需混制,可采取大小铸型(芯)搭配制作来处理所剩余砂。最后仍有余砂时,应收集起来,做成砂块,可作型芯的中间填充料用;填砂时,应先填充模样表面、转角、凹坑等重点部位,在吃砂量较厚处的中间部位可填充余砂硬块;制作大而复杂的型芯时,要抓紧时间,一边制作一边硬化。当制作较复杂砂芯,比如当采用刮板制芯时,操作时间较长,其芯砂应单独配制。呋喃树脂自硬砂在高温下分解出大量气体,故对砂芯排气要特别讲究,以保证浇注时所产生的大量气体能顺利排除。对厚大实心芯,可在预定位置埋设通气道模样,待中部芯砂硬化到一定强度后,将之拔出,形成排气道。对于形状较复杂的砂芯,也可利用尼纶网空心绳和聚苯乙烯泡沫塑料条单独或结合使用作为排气道。由于型芯是在固化后脱模,在生产中易造成型芯开裂损坏,对于残缺者,不要废弃,在保证质量的前提下,可以粘结或修补。粘结时,先在断口浸涂专用砂型粘接膏进行对接,然后在室温下固化4h,其粘接处的抗拉强度可达0.3MPa以上。经多次验证,粘结后的型芯24h固化后,其断口的粘结强度略高于型芯的基本强度。若破断脱落部分已经损坏,则应填充新混制的呋喃树脂自硬砂进行修补。若破损部位较大时,宜先在损坏处插铁钉固定,再填砂修补,固化后再磨削修整成形。2.4t-1型涂料涂料对提高铸件的表面质量起着重要作用,采用TC-1型醇基快干涂料,获得良好效果。这种涂料的常温和高温强度都比较好。型芯脱模一定时间后,需均匀涂刷1～3遍TC-1型涂料,涂层厚度一般部位为0.5mm～1.0mm,受热集中部位>1.0mm～1.5mm。刷完涂料后,在涂料层表面点火,使涂料层中稀释剂燃烧挥发掉,涂料层硬化。2.5排气系统的确定合箱时,应加强排气措施,注意砂芯排气道与砂型排气道保持畅通,对按设的排气绳、排气沟、排气管等均要引出型外。浇注时,要严格控制铁液的浇注温度,并做到快浇、不断流,及时引火,保证大量气体顺利排出,以防止铸件产生气孔。3使用示例3.1砂芯质量缺陷材质HT200,外形尺寸840mm×736mm×256mm,主要壁厚12mm,铸件毛坯重223kg,1#大砂芯上放置若干直立小砂芯,采取一端雨淋浇注,一端安放排气冒口工艺,同时在顶面均匀设置6个Φ10mm出气冒口。原来采用普通粘土砂干型(芯)工艺时,1#芯及外型烘烤时常有裂纹、变形等产生,造成铸件表面尤其是内腔清理困难。改用呋喃树脂自硬砂后,铸件质量较好,只是偶尔出现少量由于在铸型合箱后叉车运往浇注地点时因受震动造成的顶部几个直立砂芯偏心的缺陷。图1为箱体铸造工艺图。3.2呋喃树脂自硬砂芯骨砂芯材质HT200,铸件毛坯重196kg,外形轮廓尺寸900mm×395mm×540mm,主要壁厚12mm,原来采用普通粘土砂干型时,曾使用较复杂的铸铁芯骨,而且砂芯极易从中间断裂,形成裂纹和掉砂缺陷,造成铸件清困难,时而产生大量废品,改为呋喃树脂自硬砂工艺后,芯骨制作简单了,铸件内外表面都很光洁,尺寸准确,铸件质量明显得到改善,如图2所示。以上几种箱体类铸件经原粘土砂干型工艺改为呋喃树脂自硬砂工艺后,取得了良好效果,铸件废品率由原来粘土砂干型的10%下降到5%以下,内在及外观