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呋喃樹脂自硬砂造型（芯）是我廠生產(chǎn)鑄鐵件的主要工藝技術(shù)，車間產(chǎn)品的對(duì)象是宣工主導(dǎo)產(chǎn)品平架推土機(jī)和高架推土機(jī)上所使用的灰鑄鐵及球墨鑄鐵件，青海齒輪箱廠的精度比較高的鑄鐵件，以及一部分出口美國(guó)、日本、德國(guó)的鑄鐵件。車間配置有20t/h連續(xù)混砂機(jī)機(jī)動(dòng)線兩條，20t/h和10t/h連續(xù)混砂機(jī)手動(dòng)線兩條，以及制芯用10t/h連續(xù)混砂機(jī)一臺(tái)和碗形混砂機(jī)一臺(tái)。砂處理系統(tǒng)由氣力輸送、機(jī)械再生、沸騰冷卻等設(shè)備組成，涂刷鑄型（芯）工藝由流涂機(jī)和手工刷涂?jī)刹糠謽?gòu)成。樹脂砂造型以其鑄型硬度、強(qiáng)度高，鑄型精度好，以及表面粗糙度值低的優(yōu)勢(shì)成為近二十年來(lái)推廣應(yīng)用最快的方法之一，然而在生產(chǎn)過(guò)程中我們體會(huì)到樹脂砂工藝過(guò)程遠(yuǎn)比粘土砂成形和水玻璃V法成形復(fù)雜，其產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的工藝技術(shù)質(zhì)量控制是實(shí)現(xiàn)鑄造生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的關(guān)鍵。

樹脂砂造型（制芯）其特點(diǎn)是要經(jīng)歷一個(gè)化學(xué)自硬過(guò)程，因而對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)嚴(yán)格控制，原輔材料的性能，成形的環(huán)境條件，成形過(guò)程中的工藝技術(shù)要點(diǎn)都是同樣重要的因素，現(xiàn)結(jié)合我廠的生產(chǎn)實(shí)際分述如下。

1.原輔材料的性能控制

樹脂砂造型用的主要材料有原砂，粘接劑（多用呋喃樹脂）和固化劑（酸類），輔助材料有涂料、脫模劑等。

（1）原砂 根據(jù)我廠的產(chǎn)品特點(diǎn)，選用硅砂作為樹脂砂造型（芯）用的原砂。對(duì)于鑄鐵件，要求其SiO2含量>92%，以確保原砂的耐火度和復(fù)用性，同時(shí)出于對(duì)鑄件質(zhì)量和成本的考慮，力求使用較少的粘接劑和固化劑，且能混制出性能最佳的型砂，因此需選用低酸耗值、低灼減量，且表面干凈、無(wú)污染的擦洗砂。我廠所用的原砂技術(shù)指標(biāo)見表1。

（2）樹脂 針對(duì)我廠生產(chǎn)的球墨鑄鐵件和灰鑄鐵件的產(chǎn)品特點(diǎn)，我們選用技術(shù)相對(duì)成熟、成本相對(duì)低廉、供貨來(lái)源廣泛且質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定的高糠醇中氮呋喃樹脂作為自硬砂粘結(jié)劑。樹脂的黏度不僅影響到混砂設(shè)備計(jì)量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，也影響到樹脂對(duì)砂粒的包覆程度，因而影響到樹脂砂的比強(qiáng)度，而樹脂中的甲醛含量則影響到操作人員的勞動(dòng)環(huán)境，因此必須對(duì)其提出嚴(yán)格的要求，具體指標(biāo)見表2。

我廠在自硬砂制備過(guò)程中，呋喃樹脂加入量一般為型砂（原砂+再生砂）總量的0.85%～1.1%。

表1 樹脂砂用擦洗硅砂技術(shù)指標(biāo)

表2 呋喃樹脂技術(shù)指標(biāo)

（3）固化劑 呋喃樹脂砂可用酸作為固化劑，通過(guò)砂處理再生系統(tǒng)，我廠已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了再生砂的完全回用，在以再生砂為主混制呋喃樹脂砂的情況下，固化劑以采用二甲苯磺酸為宜，其易分解性、樹脂砂的潰散性和舊砂的再生性能都較好，且適應(yīng)性廣，根據(jù)其酸值和濃度的不同，一年四季都可使用。近年來(lái)，一些廠家還開發(fā)出了兩組配合使用的磺酸類組合固化劑，調(diào)整兩組分配比，可適應(yīng)不同季節(jié)、環(huán)境的生產(chǎn)要求。我廠目前采用的是濟(jì)南圣泉公司生產(chǎn)的固化劑，SQ-A適用于低溫，SQ-B適用于高溫，GS-04則適用于早春和深秋季。由計(jì)算機(jī)程序根據(jù)砂溫自動(dòng)控制兩組固化劑定量泵，以適應(yīng)不同砂溫，控制型砂的固化速度在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)起模，表3是我廠用固化劑的技術(shù)指標(biāo)。

（4）脫模劑 樹脂砂型的起模是在砂型（芯）硬化后起模，因此不像粘土砂那樣可以松動(dòng)一下模樣后起模，所以如果不在模樣上涂脫模劑，會(huì)給起模造成很大的困難，且極易損壞模樣，并造成砂型表面不光潔，修補(bǔ)困難，直接影響鑄件的尺寸精度和表面粗糙度，甚至造成粘砂和砂眼，嚴(yán)重影響鑄件質(zhì)量，制約清理工序的生產(chǎn)。因此，為減少起模摩擦力，防止損壞模樣及樹脂固化劑在模樣表面產(chǎn)生粘砂現(xiàn)象，保證型、芯質(zhì)量，均在模具表面刷鑄造脫模劑。

（5）涂料 對(duì)于自硬樹脂砂來(lái)說(shuō)，由于有機(jī)粘結(jié)劑在高溫下不能承受較長(zhǎng)時(shí)間，且砂型孔隙率較大，因此為了提高鑄件表面質(zhì)量，改善鑄件局部的表面性能和表層內(nèi)的質(zhì)量，減少砂型鑄造時(shí)易產(chǎn)生的許多鑄造缺陷，需選用懸浮性、黏度及曝?zé)峥沽研跃^好的涂料。目前我廠生產(chǎn)所使用的是宣化辛莊子涂料廠生產(chǎn)的醇基涂料，其主要技術(shù)指標(biāo)見表4。

2.樹脂砂造型的其他影響因素

在樹脂砂造型（芯）生產(chǎn)過(guò)程中，樹脂砂的可使用時(shí)間、脫模時(shí)間和型砂強(qiáng)度是幾個(gè)關(guān)鍵性的重要參數(shù)，它直接影響到鑄型及鑄件質(zhì)量，并對(duì)生產(chǎn)率等一系列經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也有一定的影響。我廠樹脂砂的可使用時(shí)間根據(jù)砂箱大小及脫模時(shí)間不同都有相應(yīng)的規(guī)定。我廠使用樹脂砂的6h抗拉強(qiáng)度為0.6～0.8MPa，24h抗拉強(qiáng)度為1.0～1.2MPa。呋喃樹脂砂的實(shí)際使用時(shí)間、脫模時(shí)間和終強(qiáng)度，受溫度、濕度等環(huán)境條件變化的影響較大，要使其控制在設(shè)定范圍內(nèi)，則必須對(duì)成形的環(huán)境條件實(shí)施有效的控制，或根據(jù)環(huán)境條件的變化采用相應(yīng)的措施。

（1）環(huán)境溫度 樹脂砂硬化過(guò)程的環(huán)境溫度對(duì)其反應(yīng)速度影響極大。試驗(yàn)表明，一般呋喃樹脂砂最佳反應(yīng)溫度是30℃左右，這時(shí)無(wú)論是樹脂和固化劑的用量，還是樹脂砂的可使用時(shí)間、脫模時(shí)間和終極強(qiáng)度都處于較為理想的狀態(tài)。溫度過(guò)高會(huì)造成反應(yīng)速度過(guò)快，不僅會(huì)使樹脂砂硬化不均，而且還會(huì)由于其可使用時(shí)間太短而無(wú)法滿足造型時(shí)間要求。但是如果把反應(yīng)溫度降低到20℃，則其反應(yīng)速度就會(huì)降低一半，相應(yīng)的脫模時(shí)間也會(huì)延長(zhǎng)一倍。隨著溫度的進(jìn)一步降低，反應(yīng)速度降低的趨勢(shì)進(jìn)一步加劇，以致最終反應(yīng)趨于停止，此時(shí)我們可以通過(guò)更換固化劑種類和調(diào)整不同固化劑比例的方式控制硬化速度，但最好能控制環(huán)境溫度在10～25℃。冬季廠內(nèi)需安裝大量集中供熱暖氣片，保證車間溫度始終在10℃以上，以提供最好的硬化環(huán)境，保證型砂質(zhì)量。

（2）再生砂溫度 呋喃樹脂砂制備過(guò)程中，砂子占98%左右，且大部分是再生砂，新砂是在再生砂進(jìn)入砂冷卻器前加入的。毫無(wú)疑問(wèn)，砂溫是樹脂砂工藝過(guò)程中的重要參數(shù)，而控制砂溫的關(guān)鍵是控制再生砂溫度。在連續(xù)作業(yè)的條件下，舊砂再生前總是攜帶大量的熱量，我廠地處北緯40°，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，其氣候特點(diǎn)是：一年四季分明，冬季寒冷而漫長(zhǎng)；春季干燥多風(fēng)沙；夏季炎熱，降水集中；秋季晴朗冷暖適中。因此，對(duì)于砂溫的控制尤為重要，我廠再生砂采用沸騰床風(fēng)冷和水循環(huán)調(diào)溫設(shè)施，除塵降溫效果很好，砂溫一般控制在20～30℃，通過(guò)調(diào)節(jié)固化劑牌號(hào)保證生產(chǎn)。

表3 呋喃樹脂砂用酸固化劑技術(shù)指標(biāo)

表4 鑄鐵用醇基涂料主要技術(shù)指標(biāo)

（3）樹脂和固化劑溫度 在呋喃樹脂砂中，樹脂的加入量占砂重的0.85%～1.1%，固化劑占樹脂重量的30%～60%。因此，樹脂和固化劑本身的溫度對(duì)砂溫即固化溫度的影響是極小的。但是，由于砂粒的表面積大，要將如此少量的樹脂和固化劑分散到砂粒表面上形成很薄的樹脂膜，最好是能使固化劑和樹脂保持與砂粒相近的溫度。為此，我廠的樹脂加入裝置前設(shè)置由計(jì)算機(jī)控制的加熱容器，以使其保持最佳溫度，固化劑不加熱。

（4）模具溫度 在低溫環(huán)境下，模具和芯盒的溫度對(duì)樹脂硬化成形的影響也不容忽視。一般來(lái)說(shuō)，模具或芯盒的溫度會(huì)比型砂的溫度低一些，但是如果溫差太大，則模具和芯盒脫模就比較困難，因?yàn)樽杂采耙子陴じ皆谄浔砻嫔?。另外，溫度低的模具和芯盒?huì)從靠近其表面的自硬砂吸取熱量，從而減緩其硬化反應(yīng)速度，尤其是傳熱效果好的金屬模具在寒冷季節(jié)的問(wèn)題更為突出。從這點(diǎn)考慮，我廠的中小批量鑄件多采用傳熱效果差的木材或塑料來(lái)制作模具和芯盒，冬季環(huán)境氣溫較低時(shí)，大批量鑄件產(chǎn)品生產(chǎn)用的金屬模具或芯盒在使用前均需采取預(yù)熱措施。

（5）濕度 在鑄造生產(chǎn)中，不論何種成形工藝，潮濕的環(huán)境總是需力求避免的，樹脂砂工藝也不例外。型砂中的水分不僅會(huì)影響砂型的固化速度和鑄型剛度，還會(huì)惡化樹脂的一系列性能，如型砂中水分過(guò)大會(huì)增加鑄件的氣孔缺陷等。空氣濕度對(duì)樹脂砂終強(qiáng)度的影響很大，因?yàn)闈穸却髸r(shí)，硬化產(chǎn)生的水分蒸發(fā)速度變慢。當(dāng)相對(duì)濕度大于60%時(shí)，型砂硬化不徹底，強(qiáng)度可降低30%。因此，型砂要經(jīng)過(guò)必要的干燥處理，按要求嚴(yán)格控制型砂中的水分，且在潮濕的環(huán)境下除了利用再生砂的余熱進(jìn)行驅(qū)濕處理外，還要對(duì)造好的砂型進(jìn)行必要的烘干后方可進(jìn)行澆注。

（6）水分 樹脂砂對(duì)原砂水分要求非常嚴(yán)格，因?yàn)樵爸械乃植坏珪?huì)影響樹脂膜與砂粒的結(jié)合強(qiáng)度，還會(huì)減慢硬化速度，使型砂“外焦里嫩”，產(chǎn)生氣孔等缺陷。一般要求水分含量＜0.2%。如果用灑水方法降低砂溫時(shí)要嚴(yán)格檢測(cè)水分，但有良好的砂處理設(shè)備時(shí)可不必考慮此因素。

（7）砂型緊實(shí)度 樹脂砂流動(dòng)性好，充填性強(qiáng)，但在造型過(guò)程中仍需十分注意活塊處、法蘭下部等不易充填部位的緊實(shí)。樹脂砂造型搗砂緊實(shí)非常重要，對(duì)于造型線而言，可以通過(guò)震實(shí)臺(tái)進(jìn)行震實(shí)，但是對(duì)于活塊較多以及冷鐵較多不易上震實(shí)臺(tái)的鑄件而言就需人工搗實(shí)，從而避免由于砂型緊實(shí)度不夠而造成的鑄件粘砂、脹砂等一些列鑄造缺陷。同時(shí)在造型過(guò)程中，“頭砂”和“尾砂”的處理也尤為重要。

（8）發(fā)氣量 由于樹脂和固化劑都是以C、H、S、O為原子的有機(jī)物，遇到高溫時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，所以雖然樹脂砂的透氣性很好，但仍需注意排氣，否則會(huì)產(chǎn)生氣孔。發(fā)氣量的大小主要由兩個(gè)因素決定：①樹脂、固化劑的加入量。樹脂、固化劑加入量的提高都會(huì)增加發(fā)氣量，因此應(yīng)盡量降低其加入量，這樣不僅會(huì)降低鑄件成本，還會(huì)減少氣孔缺陷，提高鑄件質(zhì)量。②灼燒減量。灼燒減量越高，發(fā)氣量越大，幾乎成線性關(guān)系。型砂的發(fā)氣量應(yīng)控制在22mL/g，因此生產(chǎn)中要適量補(bǔ)充新砂，嚴(yán)格限制再生砂的灼燒減量，其值一般≤0.3%，我廠新砂補(bǔ)充量為12%。

3.結(jié)語(yǔ)

樹脂砂造型工藝具有較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且砂型具有強(qiáng)度高、表面粗糙度及精度都較好的鑄造生產(chǎn)方式，適合于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的砂型（芯），能滿足自動(dòng)化、機(jī)械化輸送要求。

綜上所述，樹脂砂的影響因素非常多，樹脂砂的工藝控制可以說(shuō)是一個(gè)系統(tǒng)工程，只有對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)都很好地控制，才能高效、高質(zhì)量地使用樹脂砂，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄件打下良好的基礎(chǔ)。