浅谈树脂砂工艺及在球墨铸铁中的应用.doc

浅谈树脂砂工艺的几点经验/user1/18/archives/2006/8703.htm与传统的粘土砂生产铸件相比，用树脂砂生产的铸件具有表面粗糙度小，尺寸精度高，品质好的特点，已日益受到市场的青睐，得到了迅速发展，已逐步成为铸件市场的主流产品。为适应市场的发展，提高我公司产品的外观质量，增强产品在市场上的竞争优势，我厂决定采用树脂砂代替原来的粘土砂进行铸件的生产。树脂砂上世纪50年代开始在铸造行业出现和使用，到现在已经有几十年的历史了，其生产工艺和设备已相当成熟和完善。我厂根据本公司产品结构复杂，品种多，批量小，重量差别大和特点，通过对树脂砂几种生产工艺的比较，选择了具有适应性好，操作简单的呋喃树脂自硬砂的工艺。2003年9月，我厂购买了一台间歇式树脂混砂机，开始生产树脂砂铸件。在最初阶段，主要生产小型铸件，逐步摸索树脂砂的工艺在生产中的应用。经过一年的发展，树脂砂铸件质量不断提高，产量迅速扩大，并于2004年9月修建了新的树脂砂生产专用车间，同时购进了一套5吨的简易树脂砂生产设备（包括破碎机，再生机和混砂机），通过不断的发展和完善，现在已成功的用树脂砂来代替粘土砂生产铸件，生产铸件由原来的年产量不足500吨上升到了1800吨，且所生产的铸件与粘土砂生产的铸件相比，表面粗糙度明显降低，形位及尺寸精度明显提高，废品率不断降低，取得了良好的市场和经济效益。过去我厂一直采用粘土砂造型，工人和管理人员都没有接触过树脂砂的生产工艺，对其了解较少，但通过对树脂砂的学习和使用，我们认为树脂的生产工艺并不神秘，只要对其有了正确的认识，遵循了其工艺规律，就能很好的掌握和使用这一造型方法。在一年多的树脂砂生产实践中，克服一些工艺过程中经常遇到的问题，取得了较大的进步。下面，就我厂在树脂砂生产过程中，如何解决生产过程中遇到的工艺上的问题，浅谈在这方面所取得的经验：一、砂温对树脂砂硬化的影响及控制呋喃树脂自硬砂的硬化原理是：树脂在固化剂的催化作用下逐渐发生交联反应而自行硬化，固化剂的催化作用受温度的影响较大，温度升高催化作用加速，温度下降，催化作用减慢，因而呋喃树脂自硬砂在硬化过程中，硬化反应的速率与砂温有密切的关系，同时硬化反应速率对硬化后铸型的强度有着重要的影响。所以，要得到满足生产需要的铸型强度，就必须控制砂温。我厂在树脂砂造型的生产中，就曾受到砂温这一问题的困扰。每年的6，7，8月份，环境的温度一般都在30度以上，我厂的型砂是循环使用，在没有得到有效的降温情况下，就重新再生产和使用。混制出的树脂砂温度常常超过了50度，这种条件下的树脂砂的可用时间（即从混制出砂到开始硬化的时间）只有几分钟，一个铸型还没制好，底层已经开始硬化，并且硬化后的铸型表面脆化，用手指在铸型表面一按，铸型表面呈蜂窝状的疏松，在起模翻箱过程中，经常出现破坏断裂的情况。由于没有达到使用强度，在浇注过程中出现铸型开裂，造成跑水的严重情况，对我厂的生产造成了损失。根据我们的实践经验，砂温每增加10度，硬化反应速率将提高一倍，砂温一旦超过50度，混制出的树脂砂铸型已很难满足生产所需的强度。为解决这一问题，我厂选用了一台水循环砂温调节设备，温度较高的型砂进入砂温调节设备后，通过设备内低温水的循环来使型砂温度降低，当砂温低于30度时，该设备自动打开出砂门，将降温后的型砂通过皮带输送到混砂设备中去。通过该降温设备的调节，型砂的温度基本上适应了生产的需要，减少了由于型砂温度过高带来的损失。砂温过高影响生产，砂温过低也不利生产，当砂温过低时，固化剂不能有效的对树脂起催化作用，树脂的交联反应过慢，且反应不能够充分进行，铸型不能达到应有的强度，并且延长了起模时间，降低了生产效率。因而在冬天时为避免砂温过低的情况，我们在落砂后，型砂还没有冷却时，即对其进行再生处理，利用砂的余热将砂温控制在正常的范围。根据我厂的积累的经验来看，只要砂温控制在15到30度之间，选用合适的树脂及固化剂，就能较好的控制呋喃树脂自硬砂的硬化过程，使其达到较好使用性能。二、固化剂的加入量和酸值对铸型的影响及控制固化剂的加入量是按其占树脂的比例来确定的。在固化剂酸值一定的情况下固化剂加入量愈大，树脂砂的硬化速率就愈快，反之，愈慢。在固化剂加入量一定的情况睛，所用固化剂酸值愈高，树脂砂硬化速率愈快，反之，愈慢。树脂砂铸型的硬化速率过快或过慢，都会降低铸型硬化后的强度，因此必须合理控制树脂砂的硬化速度。我厂的产品结构复杂，批量较小，产品重量差别较大，在生产中，为了获得较为合适的硬化时间和较好的硬化强度，我们对每天的温度、湿度及加入量都做了详细的记录，同时，为我厂提供固化剂的荆州泰盟产业有限公司的技术人员根据我厂的生产特点，经过研究和实验，开发出了多种酸值牌号的固化剂，以供在铸造生产中，根据不同的季节，不同的温度情况下选用。我厂的配砂工程师在生产过程中，随时根据产品的重量，环境温度及湿度随时调节固化剂的加入量及不同酸值固化剂的应用。三、树脂砂生产对模具工艺的要求与粘土砂相比，树脂砂铸件的外观质量依赖于模具的质量，因而树脂砂对模具的质量要求较高。我厂的技术人员在设计模具工艺时，充分考虑了树脂砂的特点对原粘土砂模具工艺做了较大修改，使其较好的适应树脂砂造型的需要，主要在以下几个方面：1、拔模斜度：树脂砂在起模时已具有一定的硬化强度，较小的退让性，较大的摩擦力，若采用敲击的方法起模，容易损坏模具，同时树脂砂的可修补性差，起模时，若受到破坏，较难修补。采用树脂砂造型时，应根据生产实际和产品结构加大模具的拔模斜度，能顺利的起模，得到质量较好的铸型。2、模具的表面粗糙度：模具表面的粗糙度对树脂砂铸件的表面粗糙度起决定性的作用，因而尽量降低模具表面粗糙度，是获得高品质铸件的重要措施。3、加工余量：硬化后的树脂砂铸型有较好的刚度和较高的尺寸精度，且不易变形，所以在选择工艺参数时，可以选取较小的机械加工余量，从而减少金属溶液的消耗和机械加工的成本，我厂根据自己的产品结构特点，采用树脂造型后，在原粘土砂铸件机械加工余量的基础上提升了两个等级，从而提高了铸件的尺寸精度。四、用树脂砂生产大型铸件的工艺尝试我厂自从采用树脂砂造型后，生产的基本上都是中小铸件。在对其他它使用呋喃树脂自硬砂进行生产的铸造企业参观时，看到他们生产的铸件也多为中小铸件，较少使用呋喃树脂自硬砂生产大型铸件。呋喃树脂砂生产大型铸件的工艺效果如何，没有成熟的经验可供参考。为了摸索树脂砂生产大型铸件的工艺，满足生产上的需要，我厂对树脂砂生产大型铸件的工艺方法进行大胆的尝试时，采取下列几种措施：1、调整树脂砂的可使用时间我们使用的混砂机，混砂生产率5吨/小时，过去我们在生产中小铸件时，树脂砂的可用时间一般控制在30分钟左右，即能满足生产的需要，但生产大型铸件时，30分钟的可用时间是不可能达到生产要求的，为了延长树脂砂的可用时间，保证硬化的强度。我们将树脂加入量由生产中小铸件时的1.2%调到1.5%，将固化剂的酸值降低了一个牌号，加入量由原来的60%降至45%。通过调整后，树脂砂的可用时间延长至50分钟，满足了生产需求。2、砂箱的使用在生产中小铸件时，我厂采用是木制脱箱造型，没有金属砂箱。在生产大型铸件时，根据铸件的结构及尺寸特点，设计制作了专用的焊接砂箱，使其具有较高的强度，较小的重量，同时减小了吃砂量，将砂铁比由原来的13.5降至12.5，大大减轻了铸型的重量，节约了成本，而且便于生产过程工人的操作，保证了生产的安全。3、浇注系统的设计树脂砂是用有机材料做粘结剂时，大型铸件的浇注系统长时间的受高温铁液的作用，会使浇注系统周围的粘结剂烧损，使其周围型砂丧失强度，造成夹砂的铸造缺陷。为解决这一问题，我厂根据铸型的结构设计了阶梯式浇注系统，使铁液从多个内浇口引入型腔，避免了局部过热的现象，减少了铸件的铸造缺陷。通过多次使用树脂砂生产大型铸件的工艺尝试，我们生产的铸件重量达到了4吨以上，并且铸件的品质大大超过了粘土砂铸件，取得了极大的成功。认识到生产实践中只要遵循了呋喃树脂砂的性能及规律，采取了正确的工艺方法，呋喃树脂自硬砂是完全可以生产出优质大型铸件的。五、舂砂及修型树脂砂造型时，型砂的紧实度对数脂砂硬化的铸型有较大影响，一般情况下，型砂愈紧实，其强度就越好，表面粗糙度愈小，铸型就不易损坏，但紧实度也不要过高，否则将降低生产效率，增加落砂时的难度。我厂根据自己产品的结构特点，对那些结构简单，规则形状的产品，用木棍将模样周围及箱档周围舂紧即可，对那些结构复杂，在筋片，活块及转角处，要用手去紧实。树脂砂虽然在硬化后具有较高的强度，但在实际生产中往往由于多种原因，也会有一些铸型破损的情况。破损的铸型如果不进行修补，将会降低铸件品质和造成铸造缺陷。在对铸型进行修补时，应根据破损位置及破损面积来采取不同方法。对那些面积不大，铁水不直接进行冲击的位置，可用刮刀将损坏处划出毛痕，清理干净，用新混制的树脂砂修补，待硬化后用砂纸或刮刀将其修至要求尺寸和形状；对那些破损面积大，受铁液直接冲击的位置，在修补时需要打入铁钉或钢筋来加固，避免铁水的冲击造成夹砂等缺陷。六、涂料的选用及刷涂方法树脂砂是由靠有机物做粘结剂的粘结作用来达到铸型强度的。其表面如直接接触高温金属溶液，将会使型腔表面的有机物烧损，造成粘砂和夹砂等铸造缺陷，因而在型腔表面刷涂合适的涂料对提高铸件精度有着重要的意义。考虑到产品的特点，我厂选用了湖北机电研究设计院铸造材料厂生产的醇基酒精快干涂料，该涂料具有耐火度高，刷涂性能好，涂层厚度合适的特点。我厂的产品结构复杂，属多品种，小批量，采用刷涂的方法较好。但在刷涂过程中，经常出现涂料有大量流痕和涂料堆积的现象，严重影响了铸件外观，为提高涂料的刷涂质量，我们根据醇基涂料具有粘度较低的特点，采取两次刷涂的方法，首先用搅拌均匀的酒精涂料将型腔刷涂一遍，再用纯酒精对刷过的涂料迅速在刷涂一遍，通过两次刷涂，减少了涂料的堆积和明显的流痕，这样操作虽然较为麻烦，但对改善外观质量起到了较好的作用。以上几点是我厂在使用呋喃树脂砂过程中，根据其原理，结合我厂的生产实际，采取的一些工艺措施，通过这些工艺方法的应用，大大提高了铸件的质量，使我公司的主机产品的品质上了一个新的台阶，在同行业取得了优势地位，许多客户在签字订购合同时，都要求产品的铸件用树脂砂铸件造型，获得良好的市场效益。随着市场对铸件产品外观质量要求的不断提高，树脂砂铸件在品质上的优势，必将日益受到重视，树脂砂这一铸件生产工艺，也必将得到迅速的发展和普及.树脂砂在球墨铸铁件生产中的应用一、引言我公司在1995年前是一个属于生产修配件、产品试制的铸造车间，月产量不超过400吨铸件；因而多用手工生产方式。1995年到2000年，为车桥发展壮大，铸造车间搬迁到新址，属于独立的铸造公司，完全配套生产车桥铸件。但其间产量也只在400600吨间，生产方式只是增加了一条自己设计组建的148E造型机生产线，制芯全为手工生产方式。但随着车桥市场迅速发展，铸件月产量由600吨以下，到2001年一下子上升到月产量800吨，以至于突破1800吨；造型上，通过加班还能满足；但在制芯上，原手工的方式不能满足大批量的生产要求。还有就是车桥公司对铸件的质量要求越来越高，手工制芯的铸件表面粗糙，而且铸件废品率高。由于树脂砂制芯有能耗少、劳动强度低、砂芯的尺寸精度高，还有树脂砂芯生产的铸件，轮廓清晰、棱角分明、披缝较少、铸件加工余量少。基于产量、质量、市场竞争，本公司决定放弃原糊精砂制芯方式，改用树脂砂制芯的工艺。二、树脂砂的选用：（一）砂芯的种类及特点：1、以水玻璃为粘结剂的砂芯：它是水玻璃在CO2作用下，生产的硅酸凝聚和CO2的脱水作用。但它在使用时间短，吹不硬，粘模，表面易粉化，铸件易出现气孔、粘砂、出砂困难。2、以油类为粘结剂的砂芯：以植物油为粘结剂的砂芯，其硬化原理主要是烘干过程中不饱和烃基之间的双键碳原子破坏并与空气中的氧起“架桥”作用，结合成过氧化物。其特点是：湿态强度低，流动性好，干强度高；有时加入糊精、纸浆残液、膨润土，以提高湿态强度，但干强度会下降。3、以水泥为粘结剂的砂芯：是由水泥遇水后起水化反应生成各种水化物所致。4、以树脂为粘结剂的砂芯：壳芯砂芯：流动性好，能制造复杂的砂芯，铸件尺寸精度高，砂子耗量少，可浇注薄壁铸件，生产率高、劳动强度低、保存期长；但其价格高，制芯时散发有害气体。热芯盒砂芯：制芯方便，价格适中；但易吸湿、存放期短、易产生气孔、渗碳。冷芯盒砂芯：将原砂与冷芯盒树脂混合后吹入芯盒，然后吹入气体固化，砂芯在常温下固化；但其强度低、表面有光亮碳或皱皮、气孔。呋喃树脂自硬砂：其特点是不用烘干、缩短生产周期、节省了能源，省去烘干工序、砂子易紧实、溃散性好、易清理、大大减清了劳动强度并便于实现机械化，铸件尺寸精度、表面粗糙度比粘土砂好，其缺点是对原砂质量要求高，有刺激性气味，树指成本较高。（二）树脂砂种类的选用：由于1、2、3类制芯方式都有各自特点和缺点，且生产率低、劳动强度大；本公司以前使用的糊精砂也有这一缺点、而且易产生蠕变。现在结合本公司的实际情况，决定选用热芯盒树脂砂和蚨喃树脂自硬砂制芯。呋喃树脂是以糠醇为基础，它多采用苯酚甲醛和尿素，甲醛改性，以满足不同要求，在催化剂下发生缩聚而硬化，是酸硬化树脂。它分三类：类别 糠醇含量（%） 树脂含氮量（%）高糠醇呋喃 80100 03中糠醇呋喃 6080 28低糠醇呋喃 60 815其中的糠醇、苯酚及甲醛不含氮，其中的氮是由尿素带入的；含氮高，价格便宜，浇注后溃散性好，但易产生气孔类缺陷。综合本公司的情况热芯盒选用中氮树脂，自硬砂选用低氮树脂。决定了树脂品种后，对树脂砂的原砂、工艺有相关的规定。1、原砂：要求擦洗砂70/140不小于75%，50/140不小于85%，5号以上筛之和应5%；10号及以下筛这和应10%，水份0.5%2、工艺方式：热芯盒用树脂工艺：工艺配比：项目 原砂 固化剂 树脂比例 100% 20%（占树脂重量） 2.02.5%混制工艺干砂 + 固化剂混12分钟+ 树脂混34分钟出砂在制芯机温控指示仪上的温度为22020时，开始工作。自硬砂制芯工艺：工艺配比：项目 原砂 固化剂 树脂比例100% （占树脂重量）冬季4060%，其余2540% 1.21.8%混制工艺：干砂 + 固化剂混1015S+ 树脂混1530S出砂3、涂料：由于热芯盒树脂砂芯紧实度较高、不需要刷涂料；自硬砂由于是手工紧实度不高、又易粘砂，一般刷醇基浅色涂料。三、使用中存在的一些问题：在具体使用中我们发现了一系列的问题，就两种树脂砂芯比较，热芯盒砂芯问题较少，自硬砂的砂芯问题 较多；下面主要指自硬砂的问题。（一）机械粘砂：在没有刷涂料时，问题比较严重；后来从原砂上要求，选用合理的涂料，提高砂芯的紧实度，芯