呋喃树脂自硬砂生产大型铸钢件工艺控制要点概要.doc

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1、2011年第3期Jun.20113铸造设备和工艺呋喃树脂自硬砂是指常温下呋喃树脂在固化剂作用下发生化学反应,使铸型(芯获得固化成型一种工艺方法。它具有许多优点,如铸件尺寸精度高,表面粗糙度好,生产工艺简单,生产效率高,劳动强度低,尤其是铸型(芯溃散性好,铸件清砂容易,旧砂通过再生可反复回用,再生率在90%以上,且再生后旧砂性能和新砂相似,有些性能指标甚至优于新砂,既可作背砂,也可作面砂。采用呋喃树脂自硬砂工艺生产铸钢件时,由于呋喃树脂自硬砂发气量大且迅速、铸型导热性差、高温强度高、退让性差,造成铸钢件质量难以控制,表现在:易产生侵入性皮下气孔;铸钢件热裂倾向性大;浇注后砂型导热性差,不利于形成

2、铸件顺序凝固。但是,只要通过对造型原辅材料进行科学合理控制,采用符合呋喃树脂自硬砂生产要求铸造工艺方法,并严格控制生产操作过程,呋喃树脂自硬砂完全能够生产出满足使用要求高质量铸钢件。我厂2007年所上呋喃树脂自硬砂生产线,目前已经形成规模性生产。1造型用原辅材料合理控制1.1原砂选择我厂生产大型铸钢件原砂主要是石英砂和铬铁矿砂。作为生产大型铸钢件用砂,要求原砂必须具有一定耐火度和热稳定性,不和金属液发生反应,选择适合铸钢件生产高品位擦洗烘干原砂,并控制好再生砂相关指标。通过我厂几年来生产实践,石英砂SiO 2含量应大于97%,粒度30/70目(集中度85%,含泥量0.3%,细粉含量1.0%,酸

3、耗值5ml ,水分含量0.2%,酌减量0.5%,粒形:采用椭球形天然石英砂或者多边形人工破碎石英砂,避免使用尖角砂。原砂应具有良好抗破碎性,以便于进行再生。铬铁矿砂中Cr 2O 3含量应大于46%,粒度40/70目,细粉含量1.0%,酸耗值5ml ,水分含量0.2%,酌减量0.5%。在铸钢件生产过程中,再生砂性能指标和铸件质量有直接关系,特别是灼减量和微粉含量直呋喃树脂自硬砂生产大型铸钢件工艺控制要点于洪岩1,周俊珍2(1.天津市天重江天重工有限公司,天津300400;2.西北工业集团有限公司,陕西西安710043摘要:结合多年呋喃树脂自硬砂生产大型铸钢件经验,针对常出现发气量大、退让性差、热

4、裂倾向大问题,摸索出合理解决办法,实践证明通过科学控制造型原辅材料,采用符合呋喃树脂自硬砂生产要求铸造工艺方法,并严格控制生产操作过程等措施,即可以生产出满足用户要求合格产品。关键词:呋喃树脂自硬砂;大型铸钢件;铸造工艺中图分类号:TG24文献标识码:A文章编号:1674-6694(201103-0022-03Process Control of No-bake Furan Resin Sand for Producing Heavy Steel CastingYU Hong-yan 1,ZHOU Jun-Zhen 2(1.Tianjin Tianzhong Jiangtian Heavy I

5、ndustry CO.,LTD ,Tianjin 300400,China ;2.Northwest industry group co.,LTD ,Xian Shanxi 710043,ChinaAbstract:Combining with years of Furan resin sand production experience in heavy steel castings ,we worked out reasonable solutions aimming at the problems of large gas evolution ,low sand deformabilit

6、y ,hot tear tendency.The practice proves that controlling the raw molding materials scientifically ,using the casting method meeting the production requirements of furan resin sand ,and strictly controlling the production operation and so on can ensure to produce qualified products meeting the user

7、s requirements.Key words :furan resin sand ,large steel casting铸造工艺收稿日期:2011-05-20作者简介:于洪岩(1982-,男,吉林四平人,工学学士,主要从事大型铸钢件车间生产技术质量工作。铸造设备和工艺FOUNDRY EQUIPMENT AND TECHNOLOGY2011年第3期Jun.201132011年6月222011年第3期铸造设备和工艺接影响到铸件产品质量,酸耗值则直接影响固化剂加入量及固化效果。再生石英砂SiO2含量应大于97%,酌减量2.0%,细粉含量0.8%,酸耗值2,水分含量0.2%,含泥量0.3%。1.

8、2树脂和固化剂选择生产大型铸钢件用呋喃树脂采用无氮高糠醇呋喃树脂,同时固化剂对于控制型芯砂硬化速度和终强度也起到非常重要作用,我们通常采用固化剂为对甲苯磺酸或二甲苯磺酸。在树脂和固化剂选择上,除了控制相应理化指标外,更应该对其硬化特性进行控制,特别是对树脂硬透性进行控制。由于在铸钢件生产过程中不过分地追求较高型芯砂终强度,但要求呋喃树脂在硬化过程中表面砂型和中间层砂型硬化速度差异性不能过大,即砂型有较好硬透性。这样有助于减少树脂和固化剂加入量,并合理控制砂型终强度。1.3对砂温控制要求呋喃树脂自硬砂硬化特性和砂温和环境温度有十分密切关系,特别是砂温对硬化特性有十分重要影响,合理控制砂温,可以有

9、效减少固化剂加入量,获得良好硬化特性,同时减少铸件渗硫趋势。通过砂调温器控制,一般砂温应该控制在2030。1.4追求合理砂型强度在采用呋喃树脂自硬砂进行生产时,树脂砂强度随着树脂加入量增加而提高,但是加入量超过一定限度以后,强度进一步提高就不再明显,过高砂型芯强度并不利于铸钢件生产,反而会影响铸钢件收缩,增加铸件热裂倾向。因此要在合理控制呋喃树脂硬化特性前提下,控制砂型强度满足工艺要求即可,以保证铸钢件生产要求,通常应保证型(芯在搬运、下芯、合型、浇注时有足够强度而不致损坏,这和型(芯本身大小、形状和工艺操作需要有关,一般型砂终强度为0.6MPa0.8MPa,芯砂为0.8MPa1.0MPa,复

10、杂砂芯为1.6MPa2.0MPa。1.5合理树脂和固化剂加入量我厂目前实际树脂加入量控制在1.0% 1.2%之间,通过合理控制砂温和硬化特性,固化剂加入量最好控制在树脂加入量30%50%之间,过高或过低固化剂加入量均不利于获得良好砂型硬化特性。由于冬夏温度差别较大,所以要根据气候条件及时更换固化剂牌号,防止因使用不当造成型芯质量问题。2工艺设计原则由于呋喃树脂自硬砂各方面性能较黏土砂、水玻璃砂有较大区别,铸件在凝固过程中温度梯度相对较小,形成顺序凝固更加困难,加上树脂砂砂型在浇注过程中其他特性,因此,在采用呋喃树脂自硬砂生产铸钢件时,除了铸钢件生产中普遍工艺设计原则外,同时要注意以下事项:1由

11、于树脂砂硬化速度比较快,对于大型铸钢件而言,无论是实样子造型还是刮板造型均不太适宜,因此,工艺设计尽量多采用组芯造型,填砂方向尽量朝着铸件表面,这样可以保证铸件表面型砂紧实度比较高,防止掉砂造成砂眼缺陷。同时,面砂几乎均采用铬铁矿砂,提高型腔耐高温性能,防止掉砂或粘砂缺陷。2由于树脂砂退让性相对较差,因此在确定铸造缩尺时候,一定要慎重,以保证得到尺寸准确铸件。3由于树脂砂散热性差,铸件凝固时间长,因此冒口设置位置要更有利于铸件顺序凝固,同时应多使用保温冒口,加高效覆盖剂以延长冒口凝固时间,提高冒口补缩效率。4由于树脂砂发气量特别大,如若排气不畅将会造成大面积气孔缺陷,因此一方面要要尽可能多地设

12、置气眼,扎出气孔,另一方面尽可能多采用底注式浇注系统,即内浇道开设在型腔底侧或底部浇注系统,使金属液能够平稳地充填铸型,型腔内气体比较容易逐渐排出,尽量避免气孔缺陷。5由于树脂砂保温性能特别好,在设置冷铁时,要尽量设置成带斜坡过渡,这样可以避免因直角直接接触而导致被激冷处和和其相连部分处产生热裂纹。6“低温快浇”是大型铸钢浇注原则,对于树脂砂而言,更需要做到这一点。因为树脂砂在高温情况下,和钢水接触界面强度会急剧下降甚至失去,这样在浇注过程中很容易发生涂料层剥落或破损现象,进而形成缺陷。同时,由于树脂砂采用有机黏接剂,铸型在浇注后发气量在很短时间内就可以达到峰值,因此,提高浇注速度,让钢水快速

13、充满型腔,这样在铸型大量发气时,钢水就已经建立了足够静压力,可以防止气体侵入,并减少钢水对砂型热辐射时间,防止因为高温钢水长时于洪岩,周俊珍:呋喃树脂自硬砂生产大型铸钢件工艺控制要点232011年第3期Jun.20113铸造设备和工艺间热作用而造成涂料、砂子脱落,产生砂眼等铸造缺陷。3严格控制生产操作过程3.1保证型芯紧实度呋喃树脂自硬砂在造型和制芯操作过程中,必须保证型芯紧实度,否则极易导致铸件产生粘砂类缺陷。千万不可任由混砂机将砂子放出来,然后刮平就完。在造型、制芯过程中,使用合适工具和混砂机填砂路线相同边放砂边捣实,对于不易操作部位也必须采取措施捣实,而且要使型芯紧实度均匀一致。3.2涂

14、料涂刷涂料对于铸钢件生产有着至关重要作用。和呋喃树脂自硬砂相配合,可以获得良好铸件表面质量,防止钢水渗入砂型;对砂型芯产生大量气体形成阻挡界面;防止粘砂,气孔等铸造缺陷出现。和大型铸钢件相配合使用是醇基锆英粉涂料,呋喃树脂自硬砂型芯起模后,不可马上涂刷涂料,应放置几小时后方可刷涂料,涂料使用前,必须进行充分搅拌,最好使用专用搅拌机械,防止耐火骨料发生沉积,影响涂料性能,涂料涂覆时,应加强操作场地通风措施,且每次涂覆涂料型芯面积不宜过大,防止涂料点火发生困难,一般涂刷两到三遍,以保证有足够渗透深度和涂层厚度,大型铸钢件要求一般为1mm1.5mm ,以提高涂料抗粘砂能力。3.3加强型芯排气措施:由

15、于呋喃树脂自硬砂本身发气量特别大,高温强度高,砂型退让性差,产生侵入性气孔和裂纹倾向性大,要解决铸件和气体有关缺陷和裂纹问题,除了有效控制树脂和固化剂加入量以外,必须要加强型芯排气和退让措施。砂箱板排气,通过砂箱板上排气孔进行排气,由于树脂砂流动性比较好,砂箱排气孔不宜太大,但砂箱排气孔数量应该适当增多;砂型(芯上多扎排气孔,在砂型(芯硬化前扎相当数量排气孔,确保出气顺畅;刮地势时刮出出气槽或预埋出气管,使砂型芯浇注后产生气体能够顺利地排出。芯子里预埋出气管,下好芯后用通气绳引出型外,和大气相通,保证芯子排气通畅;浇注时及时点火进行引气,使浇注产生大量气体能够及时迅速排出型腔。3.4提高砂型芯

16、退让性在保证满足生产使用要求强度前提下,降低树脂加入量,树脂加入量对型砂强度有明显影响,随着树脂加入量减少,降低了型砂整体强度,可以有效改善了型砂退让性。对于阻碍铸件收缩型芯要通过在砂芯和砂型中放入草绳、空心尼龙绳、树脂砂残砂块等退让性材料,提高砂型芯退让性。尽可能降低铸件砂铁比,由于呋喃树脂自硬砂铸型导热性能很差,仅有接触钢液表面很少部分型砂能够自行溃散掉,稍远型砂仍然保持较高残留强度,因此,降低砂铁比相当于提高了砂型退让性。4结论通过多年生产实践,从生产效率、产品质量、环境保护和旧砂回用等各个方面,呋喃树脂自硬砂生产铸钢件有其非常明显工艺优势,但是同时也存在发气量大、退让性差、热裂倾向大等不利因素。但是,只要对造型原辅材料进行合理控制,并采用符合呋喃树脂自硬砂生产要求铸造工艺方法,控制好生产操作过程,完全可以克服以上不利因素,使用呋喃树脂自硬砂生产出合格大型铸钢件。参考文献:1谢明师.呋喃树脂自硬砂实用技术M .北京:机械工业出版社,1995.2刘彦平.树脂自硬砂使用中常见问题初探J .铸造世界报,2000(6:28.3冯胜山,黄志光.砂型铸造生产技术500问(下册造型材料和铸件缺陷防止M ,北京:化学工业出版社,2007.4于家茂,薛修治,金广明。铸钢件生产指南M ,北京:化学工业出版社,2008.铸造设备和工艺杂志欢迎订阅,欢迎投稿24