自硬呋喃树脂砂.doc

自硬呋喃树脂砂在高铬铸铁生产中的应用陈 木 林（湖北黄石东帆泵业有限公司 湖北黄石 435006）摘要：介绍了自硬呋喃树脂砂在高铬合金铸铁生产中的实际应用。从原材料的选取，树脂砂的制备工艺，到采用该砂进行造型制芯的操作要点均作了较为详细的阐述。实践证明，采用自硬呋喃树脂砂生产高铬铸铁泵类过流件，可较好地满足其尺寸精度、表面光洁度要求，能有效地克服裂纹等铸造缺陷的产生。关键词：自硬呋喃树脂砂 高铬合金铸铁Application of Self-setting Furan Resin Sand to High-chromium Iron Casting ProductionCHEN Mu-lin(Hubei Huangshi Dongfan Pump Industry Ltd.Co, Huangshi 435006, China)Abstract: The application of self-setting furan resin sand to high-chromium iron casting production has been discussed. In this paper the casting technique, in clouding the material choosing, resin sand preparation technology, operating rules of resin sand molding and coremaking, has been introduced. The production result shows that the casting size precision and surface smooth finish was increased and the crack defect was eliminated.Key words: self-setting furan resin sand; high-chromium iron casting 自硬呋喃树脂砂具有良好的工艺性能，在铸造生产中得到了广泛地应用，特别是在铸钢和普通灰口铸铁中应用较多，在高铬合金铸铁件生产上的使用则相对较少，结合生产实践，本文予以介绍。1 概况1997年以来，我矿与清华大学合资成立泵业公司，专门从事开发生产新型固液两相流耐磨渣浆泵。泵用过流件材质大多为高铬铸铁，而高铬铸铁属高合金铸铁，铸造性能不同于一般普通铸铁和铸钢，其熔化和浇注温度高、收缩率大、导热性差、且在浇注过程中极易产生高熔点合金结膜而挂渣，另外，过流件自身尺寸精度和表面光洁度要求较高，采用普通粘土石英干型（芯）砂铸造时，铸件质量难以达标。经实践，采用自硬呋喃树脂砂造型制芯后，泵过流件质量明显改善，铸件一次合格率提高1015%。2 原材料的选择 与普通粘土砂相比，自硬树脂砂具有其工艺上的特殊性，对所用原材料要求较高，因此，应合理选材。2.1 原砂的选择 树脂砂对石英原砂的要求较高，除了对化学成份有要求外，还必须严格控制含泥量、含水量、颗粒组成等，必要时，还应对酸耗值、表面状况、颗粒形状等指标进行控制。我们所选原砂的主要性能如下表1：表1 石英原砂的性能要求指标粒度SiO2含量含水量200#以上粉尘含量70#/140#97%0.4%0.3%2.2 树脂的选择 目前，呋喃树脂是我国应用较广的铸造树脂，其品种较多，选择余地大，根据泵类过流件的型芯结构及高铬合金铸铁的铸造工艺要求，并考虑本地气候条件，选择了高温强度和抗湿性均较好，氮和游离甲醛含量均适中的FFD121改性呋喃树脂，其各项性能指标见表2。表2 FFD121树脂性能指标名 称外 观含N量粘度（20）比重（20）游离甲醛含量PH值FFD-121淡黄至褐色液体5.5%0.075PaS1.11.2t/m31.0%682.3 固化剂的选择固化剂对树脂砂的重要性不亚于树脂，从控制硬化过程来看，它有决定作用。常用固化剂有对甲苯磺酸、苯磺酸、磷酸等及其混合物，使用较多的是对甲苯磺酸。 在相同条件下，使用不同的酸，树脂砂的硬化速度则不相同，对甲苯磺酸在有机酸中酸性较弱，硬化速度缓慢，适用于高温天气和复杂型芯的手工操作。 结合本地实际及生产条件，我们选用了固化速度缓和、型（芯）砂可使用时间长、固化后强度高、保持高强度时间长的对甲苯磺酸，其质量指标如下表3。表3 对甲苯磺酸性能表名 称外 观总酸（以硫酸计）游离硫酸对甲苯磺酸棕色油状液体18.522.0%3%2.4 偶联剂的选择 用树脂作粘结剂时，粘结膜是树脂发生交联反应的产物，是有机的，对无机的SiO2砂粒表面附着不牢，而且它又很脆，量也不多，树脂砂的破断一般都是以附着破裂为主，加入偶联剂硅烷后，通过化学键加强了树脂与砂粒间的结合，有效地改善了树脂粘结膜对砂粒表面的附着力，能成倍地提高树脂砂的强度。 树脂砂所用偶联剂的品种较多，可选择KH550、KH560、KH570等。3 树脂砂的制备3.1 配方的确定 树脂和固化剂的加入量对树脂砂性能的影响很大，其适宜的配比范围和组合，一般应根据所用材料、季节和型芯性能要求等情况，通过型试手段，用正交试验法得出。3.1.1 树脂加入量的确定 随着树脂加入量的增加，型芯砂的强度显著增加（参见图1），当超过一定值后，使得树脂液聚集，形成小液滴，充满砂粒间的孔隙，造成透气性下降；同时，液滴在重力和表面张力的作用下，润湿模样表面，形成一层树脂膜，引起粘模；浇注时型芯砂的发气量也增大，易使铸件产生气孔缺陷，另外，用量增加也使生产成本升高。因此，树脂的加入量应在满足型芯性能（如强度等）要求的前提下尽量少加，一般添加2%即可。3.1.2 固化剂加入量的确定温度：18湿度：75%树脂加入量（%） 10 15抗拉强度 105Pa图1 树脂加入量与抗拉强度的关系 固化剂对甲苯磺酸的加入量必须与树脂成一定的比例，同时，还须结合以下三个方面的具体要求来确定。 树脂砂的可使用时间要求。这一参数控制得准确与否，对型芯品种变化大的手工造型作业来讲，具有重要意义。当制作那些形状简单、体积小、制作时间短的型芯时，树脂砂的可使用时间以短为好，即应适当加大固化剂的比例；反之，当手工制作那些形状复杂、体积较大、造型操作困难的型芯时，树脂砂的可使用时间以偏长为好，即应适当减少酸的加入量。 型芯的强度要求。当固化剂加入量很少时，不足以使树脂硬化反应完全，型芯硬化后的强度很低，表面稳定性差，随着固化剂加入量的增加，强度明显提高，达到高峰值后，继续增加固化剂，强度则下降，过量时，树脂砂焦化变黑，与树脂的化学反应气味明显加重，浇注时的发气量加大并提高了生产成本（见图2、图3）发气量 （ml/g）1-树脂含量1.5%2-树脂含量2.0%3-树脂含量2.3% 10 60 50 40 30 20 时间(秒)图3 树脂含量与发气量的关系图环境的影响。气温高、湿度低及砂温高、水份低时则应适当减少固化剂的加入量，反之，温度：18湿度：75%树脂：1.5%固化剂加入量（） 抗拉强度105Pa图固化剂加入量与抗拉强度的关系应增加比例。 根据气候变化情况，结合生产实际，我们所用树脂砂的主体配方见表4表4 树脂砂配方范围原材料名称石英砂FFD121树脂对甲苯磺酸KH550重量百分比（%）100占砂重的1.82.2占树脂量的3060占树脂量的0.20.33.2 树脂砂的混制工艺及其性能3.2.1 混砂工艺 使用碗形高速树脂混砂机以及手工造型制芯时，其适宜的混砂工艺为：原砂 + 固化剂（对甲苯磺酸）混2分钟 + FFD121树脂和硅烷混合液 混2分钟 出碾。3.2.2 性能范围 采用表4配方与上述混砂工艺配制的树脂砂性能结果如表5所列，满足了手工制作一般中等型芯的性能要求。表5 树脂砂性能范围名 称可使用时间脱模时间24hr抗拉强度值范 围2040min2090min(20.429.8)105Pa4 实际操作要点 采用树脂砂造型制芯时，必须结合其硬化时间有限、流动性好、易粘模、硬化后脱模、浇注时发气量大等性能特点，在生产实际中制订相应的工艺对策。4.1 模样和芯盒方面 由于树脂砂型芯是在硬化状态下起样脱模，因而比传统的粘土砂用木模和芯盒结构均有特殊要求，主要如下：4.1.1 工作表面必须光洁，无凸凹不平和变形、开裂等缺陷，能用金属模样和芯盒时，最好采用经机加工的模样及芯盒。4.1.2 模样构造必须牢固，应有专门的起模结构和起模装置；活块不宜插钉固定，应做成燕尾镶块结构等。4.1.3 拔模斜度要合适，对手工造型制芯的铸件，其拔模斜度值可参考表6执行。表6 手工造型树脂砂的模样拔模斜度值（mm）模样高度20215051150151300301500501800801120012011500拔模斜度0.51.01.52.03.03.54.04.54.1.4 芯盒结构一般宜采用可拆卸式、多活块式构造，尽量使填砂方向与下芯方向一致，以利于制芯时不必翻转芯盒。4.2 造型制芯方面 4.2.1 做好准备。操作前，必须备齐工装、工具、模样和芯盒等，以减少制作时间，力争使操作时间短于树脂型芯砂的可使用时间。4.2.2 刷脱模剂，方便脱模。模样及芯盒在使用前，应先清理干净，然后，在工作表面涂刷一层FFD-TL型冷芯盒脱模剂。涂刷时，先摇晃、搅拌，使之呈悬浊态，再均匀施涂，几分钟即自干，刷一次可使用数次。4.2.3 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，需多少混多少，尽量减少浪费，可采取大小铸型（芯）搭配制作来处理所剩余砂，仍有余砂时，应收集起来，做成砂块，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，中部可填充余砂硬块；制作大而复杂的型芯时，要抓紧时间，防止一边制作一边硬化；制作时，还要边填砂边均匀紧实，必要时，并辅以适度的敲击或震动；对厚大实心芯，应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，将之拨出，形成排气道。当制作叶轮筋片砂芯时，因采用刮板制芯，操作时间较长，其芯砂则应单独配制。图5 涡壳铸造工艺示意图4.2.4 粘结与修补。由于型芯是在固化后脱模，因此，易造成型芯损坏，对于残损者，不要废弃，可以粘结或修补，粘结时，先在断口浸涂FFDJ系列砂型拼接粘结剂并进行对接，然后在室温下固化，4小时后，其粘结处的抗拉强度便可达到3105Pa以上，多次实验证明，粘结后的型芯经24hr固化后，其断口的粘结强度略高于型芯的基体强度。若破断脱落部份已经损坏，则应填充新混树脂砂进行修补，破损部位较大时，宜先在损坏处插铁钉固定，再填砂修补，固化后再进行磨削修整。4.2.5 刷涂料。型芯脱模一定时间后，均匀涂刷13遍醇基锆英粉涂料，涂层厚度按以下情况掌握：一般部位0.51.0mm，受热集中部位应1.01.5mm。4.3 合箱浇注方面4.3.1 合箱时，应注意加强排气措施，安设排气绳、排气沟、排气管等。4.3.2 浇注时，要严格控制铁水的浇注温度，并做到快浇、不断流，及时引火，以减少气孔、裂纹等缺陷的产生。5 应用实例5.1 实例一：1、铸件名称：50Z-XH-470渣浆泵叶轮（参见图4）。2、铸件材质：KmTBCr263、铸件主体壁厚：25mm图4 叶轮铸造工艺示意图该件为渣浆泵过流件叶轮，其1#芯形状较为复杂，是形成叶片线型的关键砂芯，且为刮板成型，另外，在外形尺寸比例方面，与直径相比，其高度尺寸偏小，采用普通粘土干芯砂制芯时，1#芯强度偏低，浇注时极易上浮，造成偏芯，同时裂纹、变形缺陷较多，铸件清理困