重型铸件呋喃树脂自硬砂造型生产实践

姚建柱，郑馨秋

根据树脂砂的特点，我厂在生产重型铸件的造型过程中，提出对原材料的基本要求，对型砂强度与可使用时间进行控制，同时采取相应措施加强型腔的排气及退让性。与粘土砂相比，采用树脂砂造型不但缩短了造型时间，提高生产效率，而且可减少手工劳动工作量，提高铸件表面质量。

1.对原材料的要求

（1）型砂 我厂生产重型铸钢件的原砂主要是硅砂和铬铁矿砂。作为生产重型铸钢件用砂，要求原砂必须具有一定的耐火度和热稳定性，不与金属液发生反应，选择适合铸钢件生产的高品质擦洗烘干原砂，并控制好再生砂的相关指标。我厂造型用砂主要技术指标见表1。

（2）树脂及固化剂 固化剂对于控制型芯砂的硬化速度和终强度有非常重要的作用，我们采用的固化剂为对甲苯磺酸或二甲苯磺酸。我厂用的呋喃树脂采用无氮的高糠醇呋喃树脂，其主要技术指标见表2。

（3）其他辅助材料 主要有浇注系统用的陶瓷砖管，专用外冷铁，以及排气用草绳或尼龙绳，增强型砂强度用的圆钢等辅助材料。

2.硬化参数控制

（1）24h抗拉强度 树脂自硬砂的试样硬化24h后所获得的抗拉强度，要求不低于0.8MPa。

（2）可使用时间 指树脂自硬砂从卸砂到造型、制芯完毕能保证型芯性能合格的时间，实际可使用时间控制在12～15min。

在造型前，根据强度与可使用时间确定树脂与固化剂的加入比例：树脂与硅砂的占比为1.16%，固化剂与树脂占比为27%；树脂与铬铁矿砂的占比为1.21%，其固化剂与树脂的占比为30%。

3.造型过程控制

以某轧机机架为例，其轮廓尺寸约12m×3.8m×0.85m，铸件净重197t，毛重232t。采用移动式双臂树脂砂混砂机设备。

（1）舂模开以下部分 首先，舂制硬砂床，按操作规范硬砂床铺设φ100～φ150mm排气管至少6根。排气管上周身钻孔并缠空心尼龙绳或草绳。其次，拉中心基准线，按照基准线位置测量各活块位置，平面刮平。按工艺规定的规格、数量放置外冷铁。为保证排气通畅，距铸件表面150～200mm的位置放置草绳，并引出型腔外（见图1）。

表1 造型用砂主要技术指标

表2 呋喃树脂和固化剂主要技术指标

（2）舂模样周围 模样对齐后，先刷脱模剂再制作浇注系统。由于树脂砂退让性差，起模相对困难，因此模样在首次使用前必须刷脱模剂（见图2）。在脱模剂未完全干燥前，严禁填砂造型或制芯，否则型砂易与模样产生粘连。在对模样涂刷脱模剂时，严禁在模样附近进行焊接等明火作业，以防焊接火花等将脱模剂引燃。

（3）制作浇注系统 使用胶布把陶瓷砖管按照工艺要求的大小、数量、位置连接在一起（见图2），不但保证浇注系统内清洁，避免放砂过程中忙乱操作失误，又保证内浇道在同一平面，浇注时钢液能同时进入型腔。需注意的是，浇注系统周围的型砂一定要舂实，以免浇注过程中陶瓷砖管开裂跑火。舂砂时尽量慢速舂实，避免砸碎陶瓷砖管。

舂砂时用挡砂块将主型分成几部分，每一个部分单独舂砂，结束后将挡砂块移走撞下一部分，防止造型时型砂出现分层现象。造型面砂用铬铁矿砂树脂砂，厚度50～60mm，背砂使用硅砂树脂砂。窗口芯舂制时，先放填料模样，窗口转角处300mm×300mm范围内及其他热节集中的转角位置全部用铬铁矿砂舂满，并放置挂砂钩。完成取出后放干砂、草绳或苯板等作为疏松层。舂四周型砂时注意放置排气材料（见图3）。下型舂平后，在型腔侧立面距铸件表面150mm砂型上扎排气孔，间距200～300mm。

（4）舂上箱 首先，为了增加上型强度，焊接拍子，使用φ10～φ12mm圆钢焊接拍子（见图4），圆钢之间的间距200～250mm。使用圆钢把拍子连接在箱带上。其次，上箱与下型使用金属销定位，保证上箱内的各种活块、冒口台等位置要准确。在上箱工艺要求的位置设φ140mm的出气孔。

（5）起模、刷涂料 严格控制起模时间，在不粘模和不影响型芯尺寸精度的条件下尽可能及时起模。起模后。造型人员首先检查型腔表面紧实度与强度。对紧实度或强度低的地方，使用铬铁矿树脂砂修复，并自然放置6～8h后方可刷涂料。涂料采用醇基涂料，使用前必须充分搅拌，且刷涂料时保证涂刷均匀，型腔表面刷涂料2～3遍，保证涂刷厚度在1.5～2mm。

（6）合箱 所有的排气尼龙绳引到型腔外。冒口周围型砂采用硅砂树脂砂即可。浇注前，清理型腔，冒口上用纸壳盖好，避免桥式起重机吊运时落下砂子，或开包孔时金属液飞溅落入冒口。浇注时，点燃排气孔并及时引气，保证排气通畅。

4.其他注意事项

（1）严禁树脂和固化剂直接混合，树脂和固化剂的包装要有明显区别，并划分区域，防止混放。

（2）操作者应穿戴好防护用品， 避免树脂或固化剂飞溅。

（3）在树脂砂混制过程中，混砂机操作者要严密监控树脂和固化剂的流量是否正常，观察型砂中是否混有干砂，设备是否出现异常现象等。

图1

图2

图3

图4

（4）混砂机混制的“头砂”只能作为填充砂使用，不能作为面砂，使用“头砂”时距离铸件表面要大于400mm。

5.与粘土砂造型比较分析

与采用粘土砂造型相比，树脂砂造型准备工作相对较长，但可以同步作业；原来采用粘土砂造型时必须使用风冲子舂实型砂，而树脂砂具有良好的流动性，造型过程中用简单工具对铸件表面型砂进行舂实即可，减少了操作者的劳动量；原来为了加快生产速度，采取多人操作的办法，现在造型现场只需3人操作即可；原来型腔烘干时间至少48h，烘干砂箱还需专用烘干炉等设备，而树脂砂造型只需在湿气较重的天气鼓热风。原来整个造型周期至少需要7天时间，而现在最多只需3天时间。原粘土砂造型时，高温状态下，铸件表面型砂处于烧结熔融状态，易产生粘砂缺陷，铸件尺寸也不准确，而采用树脂砂造型，铸件表面型砂依然为固态型砂，可避免粘砂缺陷，也保证了铸件尺寸。

总之，应用树脂砂不但大幅提高了生产效率，降低了劳动强度，而且大幅提高了铸件表面质量与尺寸精度。