树脂自硬砂工艺设计

1、-树脂自硬砂工艺在中小型铸造车间的选择与应用机械工业部第九设计研究院树脂自硬砂工艺在中小型铸造车间的应用机械工业部第九设计研究院吴殿杰摘要:树脂自硬砂工艺与普通潮模砂工艺相比,不管从环保角度,还是从经济效益,社会效益来看,都已显示出广阔的应用前景。随着人们对产品质量，资源利用和环净保护意识的增强，尤其针对我国目前上万家中小型铸造车间存在的严重能耗及铸件质量问题，更加迫切地要求我们在生产过程及其产品消耗的资源尽可能少，对环境的污染尽可能少。通过全国400多家树脂砂铸造车间经历证明，采用树脂自硬砂工艺对促进铸造产品上质量，上水平，上效益，加强环保及提高企业竞争能力具有独特的优越性和推广价值。主题词

2、：树脂自硬砂环保效益1.国树脂砂工艺应用概况1.1国中小型铸造车间生产状况目前，我国铸造行业单件小批生产的中小型铸造车间占很大比重，约占厂点数的85%90%，约占全国铸件年产量的50%左右。其中绝大局部仍采用较落后的生产工艺和方法，普遍存在着铸件质量差，能耗大，工人劳动强度大，经济效益差的局面。进些年来，许多铸造生产厂家为了适应市场经济的开展，尤其为适应引进产品制造技术的需要，相应地对现有铸造车间进展了技术改造。其中许多厂家采用了树脂自硬砂工艺。如柴油机厂，汽车发动机厂，*燃机厂以及许多机床厂，阀门厂，水泵，兵器，船舶等行业都相继采用了树脂自硬砂生产工艺。据不完全统计，到目前为止，国大陆约有4

3、00余铸造厂家(点)采用树脂自硬砂工艺，其经济效益和社会效益非常显著。1. 2主要采用的树脂自硬砂工艺通常用于铸造生产的树脂自硬砂工艺有酸固化呋喃树脂自硬砂工艺和碱固化酚醛尿烷树脂自硬砂工艺(PEP SET工艺)。前者多用于机床，泵，阀体行业等中小批量铸件的生产，后者多用于汽车铸造行业等批量较大的铸件生产。“自硬法(NO BAKE),就是不需加热的工艺。目前用于铸造生产的树脂自硬砂工艺还有如下：酸固化酚醛树脂砂工艺(Phenolic/Acid)酚醛-酯自硬砂工艺(Phenolic/Ester)油尿烷工艺(Oil/Urethan)水玻璃酯自硬工艺(Silicate/Ester)磷酸氧化铝工艺(A

4、lumina/Phosphate)所有树脂自硬砂工艺所涉及到的都包括树脂组份,催化剂,添加剂以及温度,水份含量,原砂质量,混砂操作等。1. 2.1呋喃树脂自硬砂工艺这是国目前采用比较普遍且较为成熟的一种工艺，从树脂等原辅材料到造型，制芯，再生设备等，国都已形成一定的生产规模。呋喃树脂自硬砂工艺能使砂型(芯)到达高的尺寸精度及砂铁(及其它合金)临界面的稳定性，且脱模性好，又有高的抗拉强度和高温热强度，可用于脱箱造型，砂铁比可低于2:1。是许多机床，泵，阀门等铸造行业的主要选择工艺之一。呋喃树脂的参加量通常是0.9%2.0%(对砂子),催(固)化剂的参加量通常是20%60%(对树脂)。为了提高铸型

5、的强度和耐湿性，往往还加些硅烷耦合剂。1.2.2 PEP SET树脂自硬砂工艺由两种组份即酚醛和异氰酸酯树脂再参加液体胺来促进型砂硬化。此工艺有独特的硬化特性，即可使用时间与起模时间之比很高(达75%),在75%的可使用时间,型砂流动性极佳。起模时间可以根据催化剂的参加量而进展调节，一般从2min15min可调，且硬化均匀。PEP SET树脂自硬砂工艺广泛用于铸铁，铸钢及有色金属铸造上，特别适用于中小型件的高速造型。此法树脂粘结剂参加量为砂子的1%2%，酚醛(组份1)与聚异氰酸酯(组份2)的添加比例为55:4560:40。催(固)化剂的计入量为酚醛(组份1)的0.4%8%。在型砂中参加2%3%

6、的氧化铁,可使铸钢件外表光洁又可防止碳黑缺陷。将组份1与组份2的配比加大到60:40,可防止由树脂中的氮引起的铸造缺陷。在型砂中参加0.25%的氧化铁,可防止皮下气孔。树脂自硬砂工艺应用比照呋喃树脂自硬砂工艺和酚醛聚氨酯(PEP SET工艺)及它工艺比较起来,各自应用围见下表：树脂砂类型硬化特性可操作时间(min)起模时间(min)适应围备注呋喃树脂树脂与硬化剂一接触就硬化混好就用,就能生产出优质铸件大于15min机床,泵,阀,船舶等中小批量硬化慢且吸湿性大PEP SET酚醛聚氨酯可调(215min)75%(215min)215min中小型铸件的快速生产在操作时间流动性极佳然后迅速均匀固化酸固

7、化酚醛(呋喃替代品)树脂与硬化剂一接触就硬化大型铸铁件及有色合金温度100C380C,难于管理酚醛-酯(水溶性树脂和硬化剂)增加硬化剂量可以增加硬化速度操作性好290min铸钢，本钱高,环境好,铸造性好不含糠醇和氮,游离苯酚和甲醛少油尿烷芯子油+异氰酸酯时间较长时间较长大型铸件有逐年减少趋势水玻璃酯硬化的铸型储存性比水玻璃CO2铸型好,使用方便,效果好适用于各种铸件, 操作环境好有利于环保磷酸氧化铝(无机)砂子种类对硬化速度影响大,橄榄石砂(碱性)会促进硬化,落砂性差选用不同固化剂参加量,2. 5min2h之间可调铸钢件为满足大气污染法研制得的 抗拉强度Kpa 150 100 PEP SET工

8、艺 50 呋喃树脂自硬砂工艺 0 1 3 5 7 9 11 时间(min)图1硬化速度曲线另外,呋喃树脂砂中的酸性固化剂在混制过程中,要被石英砂外表的碱性氧化膜中和一局部,故树脂要多消耗一些。此外还根据地区温差大和湿度大的特点，采用PEP SET树脂自硬砂工艺就更适宜。整个系统采用JIT(准时化)生产方式,中间库存面积小,各制型(芯)生产线连续向组型(芯)工位提供合格型(芯)。涂料采用浸喷相结合方式,外表枯燥炉为贯穿热风循环式燃气枯燥炉。烘干时间在1015min可调，温度在1502000C也可调。组型(芯)工位全部采用手工装配方式，并配以悬挂起重机和平衡吊协助完成夹持，起吊，翻转等。套箱由自行

9、葫芦吊运并循环使用。砂型在两条开式布置的封闭冷却输送线上冷却，然后进入落砂机。托型底板由电动葫芦运至造型制芯工位。两台串联的振动落砂机加上悬挂磁选机完成预处理。然后进入再生系统。再生系统包括破碎，脱膜，分选。冷却。实践证明，再生后残留在砂粒外表的惰性膜连续覆盖砂粒，不仅使砂粒变得园整，而且热稳定性和高温强度也明显提高。另外，PEP SET树脂自硬砂工艺操作简单，适应性强，占地面积小，设备投资低，节省能源，操作条件好，生产准备周期短以及铸件质量高等一系列优点，是中小型铸造车间的适用工艺。柴油机厂以及发动机厂等许多厂家的树脂自硬砂工艺的采用都已证实了这一点。树脂自硬砂生产线的选用树脂自硬砂生产线一

10、般包括混砂造型制芯系统和落砂再生系统。砂再生系统的选择至关重要。砂再生过程中的破碎，磁选，脱膜，筛分，去灰，冷却是一个综合处理过程。选择适宜的吃砂量和砂铁比，保证落砂破碎性能，使进入再生系统的砂团小于3mm是重要一环。同样，根据树脂砂类型选择软再生或硬再生设备同样也很重要。象柴油机厂的PEP SET树脂砂再生设备选用美国DF公司的机械旋转碰搓再生机。与日本太阳铸机公司的RC型离心再生机相似，属于软再生。日本SINTON公司，意大利IFM公司，美国IMM公司的气流撞击式再生设备属于硬再生，动能消耗大，脱膜率高，适合铸钢或牌号高的铸铁车间。德国KLEIN公司的机械振动式再生设备对小型铸造车间较适宜

11、。国如通力铸造机械厂，锡南铸造机械厂，螺河，天泰等10多个厂家都已生产出各种型号系列再生设备，如3t/h,5t/h,10t/h,15t/h,20t/h机械离心式或机械振动式再生设备，已有几十台套分别用于中小规模的树脂砂铸造车间。树脂自硬砂工艺的选用 从我国目前树脂自硬砂工艺应用状况来看,大约有100多条自硬砂生产线在运转。自硬型树脂全年用量大约2500吨3000吨左右，其中约1000吨左右为酚醛聚氨酯即PEP SET树脂(含三乙胺冷芯盒法),其余大局部仍为呋喃树脂及其它。 如前所述，自硬砂粘结剂有多种。但常用的仍为呋喃树脂和PEP SET树脂。选择何种粘结剂要根据本厂实际情况，铸件种类，生产纲

12、领等综合考虑。选择尺度见下表。类型工艺型芯数量(个/a)铸件年产量(t/a)备注呋喃树脂40000左右3000以下中小型铸造车间或阀，泵，机床行业铸造车间PEP SET树脂30万左右30008000年产10000台斯太尔发动机缸体或50000台495柴油机缸体如*柴油机厂铸造车间年产30000台份6110柴油机缸盖，凸轮轴，曲轴毛坯。如果用潮模砂高压造型线，则设备负荷率就显得很低。采用PEP SET树脂自硬砂工艺比较适宜。又如*煤矿阀门厂年产1000吨铸铁和合金铸铁件，车间面积1200m2。采用呋喃树脂自硬砂工艺较为适宜。如果订单扩大一倍以上，还可以在原场地改为PEP SET工艺即可满足要求。

13、1. 3.4树脂供应状况PEP SET自硬树脂粘结剂是有机化工厂从美国阿什兰公司引进的专利技术,目前已到达年产800010000吨的生产能力。生产树脂的工厂还有市第二化学厂，树脂厂，245厂，溶剂厂，化工厂，化工厂，日用化工厂，有机化工厂，油脂化工厂，塑料厂等，生产呋喃系列树脂。但是从质量上与国外差距很大且不稳定，有的树脂游离甲醛含量偏高，刺激味较大。虽然生产厂家较多，但大都不是专门生产铸造树脂，故产量和质量都不能满足铸造上的需求。下表是国常用树脂的成份及适应围。序号树脂种类成份含量适应围1高呋喃树脂含氮<2%铸钢2中呋喃树脂含氮2%4%球铁和合金铸铁 3低呋喃树脂含氮4%10%灰铸铁和

14、有色合金 4PEP SET树脂组份1 酚醛树脂=组份2 聚异氰酸酯 50 50铸铁和有色合金 60 40铸钢2. 树脂自硬砂的经济效益2.1车间本钱比照下表是柴油机厂铸造车间在选择斯太尔发动机缸体毛坯的铸造工艺时对选用简易气冲造型线与PEP SET树脂砂工艺生产线的车间本钱比较表。序号工程简易空气冲击造型线PEP SET树脂自硬砂生产线 1设备3吨冲天炉，3吨工频炉造型单主机引进，国配辅机3吨冲天炉，3吨工频炉树脂自硬砂设备全套引进2总投资(含土建公用)1600万元其中设备1140万元1250万元其中设备940万元 3年生产纲领缸体(256Kg) 12500件/a曲轴箱 10000件/a折合缸

15、体 17500件/a(63件/d)4计算参数年工作天数: 254d年时基数:4000h工人:260人砂型质量:2.25t/型砂芯质量:0.3t/型总质量:2.55t/型0,92t/型(树脂砂) 5 造型制芯费用1356019140熔化费用4104040000公用动力费用1186010900厂房及设备折旧33002450工资及福利1650016500车间经费1300013000废品损失146261800本钱合计(元/d)113886103790每个缸体(元/个)18081647每吨铸件(元/个)69756357 6销售价格每个缸体(元/个)21272127每吨铸件(元/吨)820682062.

16、2经济效益和社会效益由上表可以看出:如按每年生产17500个缸体(折合)计算,由潮模高压造型改为树脂自硬砂工艺,则每年可节省277万元人民币。另外,树脂自硬砂工艺投资省,上马快,利用现有厂房和公用设施略加以改造就可投产。下表为不同铸件产量与面积和投资的关系。序号年产量(t/a)车间面积(m2)设备投资(万元)备注1<10001200左右120左右简易线或半机械化生产线2100020002000左右200左右简易线或半机械化生产线3200040002500左右400左右半机械化或机械化生产线4400080004000左右550左右半机械化或机械化生产线树脂自硬砂与其它砂子相比，溃散性好，再

17、生容易，选择适宜的再生装置，95%的旧砂都可以再生回用。即节省了原砂资源，又减少了工业废弃物，保护了环境又减少了公害。有关人士针对我国目前树脂自硬砂工艺所采用的工艺方法，原辅材料，以及工艺设备的防尘防毒的实际情况，提出了如下综合评价：2. 2.1树脂自硬砂工艺是一种比粘土砂工艺更为先进的铸件生产方法。它可大大提高生产率和铸件尺寸精度及外表光洁度，可减少20%的清理工作量，可明显降低车间粉尘。车间噪音明显降低到70db。树脂自硬砂工艺的有毒气体主要是CO,在北方局部地区冬季浇注后的CO的测定值超标到达排放标准的211倍，而粘土砂超标26倍。如果采取良好的通风措施，排放浓度可降低到50ppm以下。

18、2. 2.3车间粉尘明显减少,但仍超过国家标准。主要是清理工部粉尘浓度比粘土砂工艺明显增加。虽然树脂砂溃散性好以及清理工作量较粘土砂工艺减少20%，但仍需加强通风除尘才能到达国家排放标准。2. 2.4在保证铸件质量前提下,严格控制砂铁比，合理选择树脂砂工艺，严格操作规程保证砂温恒定，混制均匀并尽量降低树脂参加量。完善混砂机出口的通风除尘罩,应根据具体情况选用通风排风设施.2. 2.6加强对操作者各人的防护。3. 推广树脂自硬砂工艺的建议3.1国铸造行业根本情况分析据不完全统计,目前我国有铸造厂(车间)约22000个,职工约120万(其中工程技术人员约占3.5%),年产铸件1200万吨.见下表:

19、 序号年产量(t/a)占厂点总数(%)占总产量(%)备注1<100060652021000300015203033000500015104>5000540从上表可以看出，许多年产量在1000吨以下的小型铸造车间(点)数量占全国铸造厂(点)数量的60%65，乡镇企业和私营铸造厂仍星罗旗布且开展势头强劲。但普遍存在着工艺水平低下，铸件质量差，劳动环境恶劣，劳动生产率低，经济效益差的局面。“八五以来随汽车及其它产业引进产品国产化的进展，引进了相当数量的较先进成套的铸造技术和装备，其中400多个厂点相继引进并采用了树脂自硬砂生产线并取得了成功的经历。如前所述，树脂自硬砂工艺有较强的适应性，投资省，上马快，环境好，能耗低，质量高，效