于洪巖，周俊珍

（1.天津市天重江天重工有限公司，天津 300400；2.西北工業(yè)集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043）

呋喃樹(shù)脂自硬砂是指常溫下呋喃樹(shù)脂在固化劑的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使鑄型（芯）獲得固化成型的一種工藝方法。它具有許多優(yōu)點(diǎn)，如鑄件尺寸精度高，表面粗糙度好，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，尤其是鑄型（芯）潰散性好，鑄件清砂容易，舊砂通過(guò)再生可反復(fù)回用，再生率在90%以上，且再生后的舊砂性能與新砂相似，有些性能指標(biāo)甚至優(yōu)于新砂，既可作背砂，也可作面砂。采用呋喃樹(shù)脂自硬砂工藝生產(chǎn)鑄鋼件時(shí)，由于呋喃樹(shù)脂自硬砂發(fā)氣量大且迅速、鑄型導(dǎo)熱性差、高溫強(qiáng)度高、退讓性差，造成鑄鋼件質(zhì)量難以控制，表現(xiàn)在：易產(chǎn)生侵入性的皮下氣孔；鑄鋼件的熱裂傾向性大；澆注后砂型的導(dǎo)熱性差，不利于形成鑄件的順序凝固。但是，只要通過(guò)對(duì)造型原輔材料進(jìn)行科學(xué)合理的控制，采用符合呋喃樹(shù)脂自硬砂生產(chǎn)要求的鑄造工藝方法，并嚴(yán)格控制生產(chǎn)操作過(guò)程，呋喃樹(shù)脂自硬砂完全能夠生產(chǎn)出滿(mǎn)足使用要求的高質(zhì)量鑄鋼件。我廠2007年所上的呋喃樹(shù)脂自硬砂生產(chǎn)線，目前已經(jīng)形成規(guī)模性的生產(chǎn)。

1 造型用原輔材料的合理控制

1.1 原砂的選擇

我廠生產(chǎn)大型鑄鋼件的原砂主要是石英砂和鉻鐵礦砂。

作為生產(chǎn)大型鑄鋼件用砂，要求原砂必須具有一定的耐火度和熱穩(wěn)定性，不與金屬液發(fā)生反應(yīng)，選擇適合鑄鋼件生產(chǎn)的高品位擦洗烘干原砂，并控制好再生砂的相關(guān)指標(biāo)。通過(guò)我廠幾年來(lái)的生產(chǎn)實(shí)踐，石英砂的SiO2含量應(yīng)大于97%，粒度30/70目（集中度≥85%），含泥量≤0.3%，細(xì)粉含量≤1.0%，酸耗值≤5ml，水分含量≤0.2%，酌減量≤0.5%，粒形：采用橢球形的天然石英砂或者多邊形的人工破碎石英砂，避免使用尖角砂。原砂應(yīng)具有良好的抗破碎性，以便于進(jìn)行再生。

鉻鐵礦砂中Cr2O3含量應(yīng)大于46%，粒度40/70目，細(xì)粉含量≤1.0%，酸耗值≤5ml，水分含量≤0.2%，酌減量≤0.5%。

在鑄鋼件的生產(chǎn)過(guò)程中，再生砂的性能指標(biāo)與鑄件質(zhì)量有直接關(guān)系，特別是灼減量和微粉含量直接影響到鑄件產(chǎn)品質(zhì)量，酸耗值則直接影響固化劑的加入量及固化效果。再生石英砂的SiO2含量應(yīng)大于97%，酌減量≤2.0%，細(xì)粉含量≤0.8%，酸耗值≤2，水分含量≤0.2%，含泥量≤0.3%。

1.2 樹(shù)脂和固化劑的選擇

生產(chǎn)大型鑄鋼件用的呋喃樹(shù)脂采用無(wú)氮的高糠醇呋喃樹(shù)脂，同時(shí)固化劑對(duì)于控制型芯砂的硬化速度和終強(qiáng)度也起到非常重要的作用，我們通常采用的固化劑為對(duì)甲苯磺酸或二甲苯磺酸。在樹(shù)脂和固化劑的選擇上，除了控制相應(yīng)的理化指標(biāo)外，更應(yīng)該對(duì)其硬化特性進(jìn)行控制，特別是對(duì)樹(shù)脂的硬透性進(jìn)行控制。由于在鑄鋼件的生產(chǎn)過(guò)程中不過(guò)分地追求較高的型芯砂終強(qiáng)度，但要求呋喃樹(shù)脂在硬化過(guò)程中表面砂型與中間層砂型的硬化速度差異性不能過(guò)大，即砂型有較好的硬透性。這樣有助于減少樹(shù)脂和固化劑的加入量，并合理的控制砂型的終強(qiáng)度。

1.3 對(duì)砂溫控制要求

呋喃樹(shù)脂自硬砂的硬化特性與砂溫和環(huán)境溫度有十分密切的關(guān)系，特別是砂溫對(duì)硬化特性有十分重要的影響，合理的控制砂溫，可以有效的減少固化劑的加入量，獲得良好的硬化特性，同時(shí)減少鑄件的滲硫趨勢(shì)。通過(guò)砂調(diào)溫器的控制，一般砂溫應(yīng)該控制在20℃～30℃。

1.4 追求合理的砂型強(qiáng)度

在采用呋喃樹(shù)脂自硬砂進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，樹(shù)脂砂的強(qiáng)度隨著樹(shù)脂加入量的增加而提高，但是加入量超過(guò)一定限度以后，強(qiáng)度進(jìn)一步提高就不再明顯，過(guò)高的砂型芯強(qiáng)度并不利于鑄鋼件的生產(chǎn)，反而會(huì)影響鑄鋼件的收縮，增加鑄件的熱裂傾向。因此要在合理控制呋喃樹(shù)脂的硬化特性的前提下，控制砂型強(qiáng)度滿(mǎn)足工藝要求即可，以保證鑄鋼件的生產(chǎn)要求，通常應(yīng)保證型（芯）在搬運(yùn)、下芯、合型、澆注時(shí)有足夠的強(qiáng)度而不致?lián)p壞，這與型（芯）本身的大小、形狀和工藝操作的需要有關(guān)，一般型砂的終強(qiáng)度為 0.6 MPa～0.8 MPa，芯砂為 0.8 MPa～1.0MPa，復(fù)雜砂芯為 1.6 MPa～2.0MPa。

1.5 合理的樹(shù)脂和固化劑的加入量

我廠目前實(shí)際的樹(shù)脂加入量控制在1.0%～1.2%之間，通過(guò)合理的控制砂溫和硬化特性，固化劑的加入量最好控制在樹(shù)脂加入量的30%～50%之間，過(guò)高或過(guò)低的固化劑的加入量均不利于獲得良好的砂型硬化特性。

由于冬夏溫度差別較大，所以要根據(jù)氣候條件及時(shí)更換固化劑牌號(hào)，防止因使用不當(dāng)造成型芯質(zhì)量問(wèn)題。

2 工藝設(shè)計(jì)原則

由于呋喃樹(shù)脂自硬砂各方面性能較黏土砂、水玻璃砂有較大的區(qū)別，鑄件在凝固過(guò)程中的溫度梯度相對(duì)較小，形成順序凝固更加困難，加上樹(shù)脂砂砂型在澆注過(guò)程中的其他特性，因此，在采用呋喃樹(shù)脂自硬砂生產(chǎn)鑄鋼件時(shí)，除了鑄鋼件生產(chǎn)中普遍的工藝設(shè)計(jì)原則外，同時(shí)要注意以下事項(xiàng)：

1）由于樹(shù)脂砂硬化速度比較快，對(duì)于大型鑄鋼件而言，無(wú)論是實(shí)樣子造型還是刮板造型均不太適宜，因此，工藝設(shè)計(jì)盡量多采用組芯造型，填砂方向盡量朝著鑄件表面，這樣可以保證鑄件表面型砂緊實(shí)度比較高，防止掉砂造成砂眼缺陷。同時(shí)，面砂幾乎均采用鉻鐵礦砂，提高型腔的耐高溫性能，防止掉砂或粘砂缺陷。

2）由于樹(shù)脂砂退讓性相對(duì)較差，因此在確定鑄造縮尺的時(shí)候，一定要慎重，以保證得到尺寸準(zhǔn)確的鑄件。

3）由于樹(shù)脂砂散熱性差，鑄件凝固時(shí)間長(zhǎng)，因此冒口的設(shè)置位置要更有利于鑄件的順序凝固，同時(shí)應(yīng)多使用保溫冒口，加高效覆蓋劑以延長(zhǎng)冒口的凝固時(shí)間，提高冒口的補(bǔ)縮效率。

4）由于樹(shù)脂砂發(fā)氣量特別大，如若排氣不暢將會(huì)造成大面積的氣孔缺陷，因此一方面要要盡可能多地設(shè)置氣眼，扎出氣孔，另一方面盡可能多采用底注式澆注系統(tǒng)，即內(nèi)澆道開(kāi)設(shè)在型腔底側(cè)或底部的澆注系統(tǒng)，使金屬液能夠平穩(wěn)地充填鑄型，型腔內(nèi)氣體比較容易逐漸排出，盡量避免氣孔缺陷。

5）由于樹(shù)脂砂保溫性能特別好，在設(shè)置冷鐵時(shí)，要盡量設(shè)置成帶斜坡過(guò)渡的，這樣可以避免因直角直接接觸而導(dǎo)致被激冷處和與其相連的部分處產(chǎn)生熱裂紋。

結(jié)合ArcGIS平臺(tái)特性，在對(duì)《中國(guó)海圖圖式》GB 12319—1998中的注記規(guī)范進(jìn)行研究總結(jié)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)注記控制文件，其以xml文件存儲(chǔ)。海圖注記控制文件包括兩個(gè)文件，一個(gè)是注記配置文件，一個(gè)是縮略詞文件。根據(jù)建立的注記控制文件，使用Maplex引擎自動(dòng)生成海圖標(biāo)注。Maplex引擎是ArcGIS平臺(tái)的高級(jí)智能標(biāo)注引擎，提供了豐富的高級(jí)注記功能，可以進(jìn)行復(fù)雜的注記配置。

6）“低溫快澆”是大型鑄鋼的澆注原則，對(duì)于樹(shù)脂砂而言，更需要做到這一點(diǎn)。因?yàn)闃?shù)脂砂在高溫情況下，與鋼水接觸的界面強(qiáng)度會(huì)急劇下降甚至失去，這樣在澆注過(guò)程中很容易發(fā)生涂料層剝落或破損的現(xiàn)象，進(jìn)而形成缺陷。同時(shí)，由于樹(shù)脂砂采用有機(jī)黏接劑，鑄型在澆注后的發(fā)氣量在很短時(shí)間內(nèi)就可以達(dá)到峰值，因此，提高澆注速度，讓鋼水快速充滿(mǎn)型腔，這樣在鑄型大量發(fā)氣時(shí)，鋼水就已經(jīng)建立了足夠的靜壓力，可以防止氣體的侵入，并減少鋼水對(duì)砂型的熱輻射時(shí)間，防止因?yàn)楦邷劁撍拈L(zhǎng)時(shí)間熱作用而造成涂料、砂子脫落，產(chǎn)生砂眼等鑄造缺陷。

3 嚴(yán)格控制生產(chǎn)操作過(guò)程

3.1 保證型芯緊實(shí)度

呋喃樹(shù)脂自硬砂在造型和制芯操作過(guò)程中，必須保證型芯的緊實(shí)度，否則極易導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生粘砂類(lèi)缺陷。千萬(wàn)不可任由混砂機(jī)將砂子放出來(lái)，然后刮平就完。在造型、制芯過(guò)程中，使用合適的工具與混砂機(jī)的填砂路線相同邊放砂邊搗實(shí)，對(duì)于不易操作的部位也必須采取措施搗實(shí)，而且要使型芯的緊實(shí)度均勻一致。

3.2 涂料的涂刷

涂料對(duì)于鑄鋼件的生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用。與呋喃樹(shù)脂自硬砂相配合，可以獲得良好的鑄件表面質(zhì)量，防止鋼水滲入砂型；對(duì)砂型芯產(chǎn)生的大量氣體形成阻擋界面；防止粘砂，氣孔等鑄造缺陷的出現(xiàn)。

與大型鑄鋼件相配合使用的是醇基鋯英粉涂料，呋喃樹(shù)脂自硬砂型芯起模后，不可馬上涂刷涂料，應(yīng)放置幾小時(shí)后方可刷涂料，涂料使用前，必須進(jìn)行充分的攪拌，最好使用專(zhuān)用的攪拌機(jī)械，防止耐火骨料發(fā)生沉積，影響涂料的性能，涂料涂覆時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)操作場(chǎng)地的通風(fēng)措施，且每次涂覆涂料的型芯面積不宜過(guò)大，防止涂料點(diǎn)火發(fā)生困難，一般涂刷兩到三遍，以保證有足夠的滲透深度和涂層厚度，大型鑄鋼件要求一般為1mm～1.5mm，以提高涂料的抗粘砂能力。

3.3 加強(qiáng)型芯的排氣措施：

由于呋喃樹(shù)脂自硬砂本身發(fā)氣量特別大，高溫強(qiáng)度高，砂型退讓性差，產(chǎn)生侵入性氣孔和裂紋的傾向性大，要解決鑄件與氣體有關(guān)的缺陷和裂紋問(wèn)題，除了有效的控制樹(shù)脂和固化劑的加入量以外，必須要加強(qiáng)型芯的排氣和退讓措施。

砂箱板排氣，通過(guò)砂箱板上的排氣孔進(jìn)行排氣，由于樹(shù)脂砂的流動(dòng)性比較好，砂箱的排氣孔不宜太大，但砂箱的排氣孔數(shù)量應(yīng)該適當(dāng)增多；

砂型（芯）上多扎排氣孔，在砂型（芯）硬化前扎相當(dāng)數(shù)量的排氣孔，確保出氣順暢；

刮地勢(shì)時(shí)刮出出氣槽或預(yù)埋出氣管，使砂型芯澆注后產(chǎn)生的氣體能夠順利地排出。

芯子里預(yù)埋出氣管，下好芯后用通氣繩引出型外，與大氣相通，保證芯子排氣通暢；

澆注時(shí)及時(shí)點(diǎn)火進(jìn)行引氣，使?jié)沧a(chǎn)生的大量氣體能夠及時(shí)迅速的排出型腔。

3.4 提高砂型芯的退讓性

在保證滿(mǎn)足生產(chǎn)使用要求強(qiáng)度的前提下，降低樹(shù)脂加入量，樹(shù)脂加入量對(duì)型砂的強(qiáng)度有明顯的影響，隨著樹(shù)脂加入量的減少，降低了型砂的整體強(qiáng)度，可以有效的改善了型砂的退讓性。

對(duì)于阻礙鑄件收縮的型芯要通過(guò)在砂芯和砂型中放入草繩、空心尼龍繩、樹(shù)脂砂殘砂塊等退讓性材料，提高砂型芯的退讓性。

盡可能降低鑄件的砂鐵比，由于呋喃樹(shù)脂自硬砂的鑄型導(dǎo)熱性能很差，僅有接觸鋼液表面的很少部分型砂能夠自行潰散掉，稍遠(yuǎn)的型砂仍然保持較高的殘留強(qiáng)度，因此，降低砂鐵比相當(dāng)于提高了砂型的退讓性。

4 結(jié) 論

通過(guò)多年的生產(chǎn)實(shí)踐，從生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)境保護(hù)和舊砂回用等各個(gè)方面，呋喃樹(shù)脂自硬砂生產(chǎn)鑄鋼件有其非常明顯的工藝優(yōu)勢(shì)，但是同時(shí)也存在發(fā)氣量大、退讓性差、熱裂傾向大等不利因素。但是，只要對(duì)造型原輔材料進(jìn)行合理的控制，并采用符合呋喃樹(shù)脂自硬砂生產(chǎn)要求的鑄造工藝方法，控制好生產(chǎn)操作過(guò)程，完全可以克服以上不利因素，使用呋喃樹(shù)脂自硬砂生產(chǎn)出合格的大型鑄鋼件。

［1］謝明師.呋喃樹(shù)脂自硬砂實(shí)用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

［2］劉彥平.樹(shù)脂自硬砂使用中常見(jiàn)問(wèn)題初探［J］.鑄造世界報(bào)，2000（6）：28.

［3］馮勝山，黃志光.砂型鑄造生產(chǎn)技術(shù)500問(wèn)（下冊(cè)）——造型材料與鑄件缺陷防止［M］，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［4］于家茂，薛修治，金廣明。鑄鋼件生產(chǎn)指南［M］，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.