自硬砂造型工艺研究.

自硬砂造型工艺研究
随着机械行业的发展，对外经济贸易的扩大，以及环境污染、能源紧张、材料涨价等问题的日益严重，对铸造生产和铸件质量提出了更高的要求，要能满足这些要求，特别是造型制芯工艺的选择上更应满足这些要求，先进造型制芯工艺应具备以下基本条件：
①生产的铸件质量好、尺寸精度高、铸造缺陷少；
②劳动条件好、环境污染少；
③生产成本低、生产效率高；
④最大限度地利用自然资源、节省能源。

传统的型砂工艺已经不能满足以上的条件，这就要求选用适合自己的先进型砂工艺。

近几年来，主要使用的先进型砂工艺有：新型水玻璃自硬砂工艺、碱性酚醛树脂自硬砂工艺和呋喃树脂自硬砂工艺等自硬砂型砂工艺。

下面以我们公司为例对型砂工艺进行简单阐述：
一．型砂工艺的选用
1．现用型砂工艺性能分析
1.1现用造型材料及造型方式
（1）面砂、芯砂——CO
硬化水玻璃砂、“70”砂、铬铁矿砂
2
（2）背砂——粘土砂
（3）手工造型
（4）烘干窑烘干小型砂型及坭芯，移动烘干大型砂型
（5）表面刷醇基涂料
1.2现造型材料的生产特点
（1）人工加砂，劳动强度大，生产效率低，砂型、坭芯的紧实度主要靠人工打风锤，硬化主；
要吹CO
2
（2）水玻璃加入量高（≥9%），造成成本高，型（芯）砂溃散性差，铸件清理难度大，效率低；
（3）旧砂直接破碎再生，再生后只能作背砂，不能作面砂，回用率低，新砂耗量高，型砂成本高，废砂大量排放，严重污染环境；
（4）铸件尺寸精度低，表面粗糙度差，铸件综合质量不高，后道工序工作量增大，工作效率就低；
（5）型（芯）砂冬季硬透性差，CO
耗量大。

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1.3铸件质量情况
铸件尺寸精度低，表面粗糙，多气孔、砂眼，产生裂纹多，导致后道工序修理大，成本高，效率低。

2、新型水玻璃自硬砂工艺性能分析
2.1原辅材料
（1）原砂：新工艺对原砂要求较高，尽可能选取泥份、微粉含量少，颗粒形貌好的原砂（2）改性水玻璃
（3）有机酯固化剂
2.2工艺优势及特点：
（1）水玻璃加入量大大降低（2.5--3.5％）；
（2）型砂溃散性大大改善，铸件清砂容易；
（3）旧砂可干法再生回用，回用率≥80％；
（4）系列化水玻璃与固化剂配套使用，型砂综合工艺性能优良，冬季硬透性好，硬化速度可调（10-90 min），可实现大批量机械化生产；
（5）有效防止铸件裂纹、气孔等缺陷，铸钢件综合质量优于呋喃树脂砂工艺的铸件；
（6）生产成本低，劳动环境好，环境污染少。

2.3工艺存在的问题：
|（1）型芯砂溃散性得到大幅度改善，但仍不及树脂砂工艺；
（2）型芯在湿度较大时有吸湿现象，需在设备、工艺上采取适宜的措施，加强生产管理和型砂工艺控制。

3、呋喃树脂自硬砂工艺：
3.1工艺优势及特点：
（1）铸件表面质量好、尺寸精度高；
（2）型芯溃散性好，铸件落砂清理容易；
（3）旧砂干法再生回用容易，回用率高（≥90％）；
（4）提高工艺装备水平和生产效率，降低工人劳动强度。

3.2工艺及设备现状：
（1）机器化的生产线造型制芯，人工辅助；
（2）采用型内硬化，硬化后起模，辅助型外表干；
（3）采用机器化的旧砂再生回用生产线，干法再生回用容易，回用率约90% 。

3.3工艺存在的问题：
（1）型芯砂高温退让性差，铸件裂纹倾向大，尤其是薄壁、壁厚差大、结构复杂的铸件更易产生；
（2）固化剂含S，易导致铸件表层增硫，造成表面微裂纹；
（3）型砂发气量大、且迅速，铸件易产生气孔缺陷；
（4）铸件焊补回火率高，清整成本高，铸件综合成本较高；
（5）混砂、造型、浇注、保温、落砂过程中产生SO
2、H
2
S、CO等有害气体，作业环境差，污染
环境；
（6）废弃物中的呋喃是持久性污染物，已列入《斯德哥尔摩公约》十二种物质黑名单，全球即将禁止使用。

根据我们公司产品生产特点来说，新型水玻璃自硬砂工艺是最适合我们的型砂型砂工艺，所以我们选用新型水玻璃自硬砂工艺作为我们的新的型砂工艺。

二、新型水玻璃自硬砂工艺
1、新工艺用原砂
新工艺对原砂的要求与树脂砂类似，但比树脂对原砂的敏感性小，并且原砂适用范围广，可以用硅砂，铬铁矿砂，镁橄榄石砂等多种砂，其指标要求如下：
粒度 30--100
角形系数 <1.45
含水量 <0.5%
2、混砂工艺
原砂＋酯固化剂――混砂―― ＋粘结剂――混砂―― 出砂
3、新工艺的型砂配制
型砂的硬化性能受原砂质量，粘结剂和固化剂的种类及加入量、外界环境条件、混砂工艺设备等因素影响，使用厂可根据现场原砂的种类、状态，型（芯）砂的生产工艺要求，外界条件（温度、湿度）选择相应的粘结剂、固化剂的种类及加入量来调整型砂的硬化性能，满足铸件生产的要求。

下表为推荐的型砂配比：
表1 推荐配比
1．型砂实验室的建立
1.1型砂试验室检测仪器
（1）SHY树脂砂混砂机一台
（2）SWY液压强度试验机或XQY-Ⅱ型智能强度机一台
（3）SSZ震摆式筛砂机一台
（4）∞字试样芯盒两个，非金属的，每个芯盒可制12个∞字试样
1.2化学分析试验仪器
（1）红外线电烘箱一台（300℃）
（2）万分之一g分析天平一台
0~1000g托盘天平一台
0~500g托盘天平一台
（3）0~200g电子天平一台（分度值0.01g）
（4）磁力加热搅拌器一台（78-Ⅰ型）
（5）玻璃器皿：
烧杯：200ml, 100ml, 50ml 若干
量筒：200ml, 100ml, 50ml,10 ml若干
移液管：10 ml 两支
酸、碱式滴定管：25ml 各一支
锥型烧瓶：25ml 若干
温度计：100℃若干
（6）湿温度计
（7）秒表一块
在公司原来实验室的基础上，我们替换掉了陈旧老损的实验器材。

2．原砂的选用
原砂的一些指标对强度影响较大，我们按以下要求选用原砂：SiO
≥97%，角形因数<1.20，
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微粉≤0.8%，含泥量≤0.3%，含水量≤0.5%，砂温≤35℃，粒度40-100目，用福建平潭标准砂和漳浦标准砂来进行工艺验证
3．水玻璃和固化剂的选用
对于自硬砂，关键的就是改性水玻璃和固化剂，所以，选用合适的水玻璃和固化剂尤其重要。

经过多方考察及同行的建议，我们选用重庆和深圳两厂家提供的水玻璃和固化剂来进行实验。

4．型砂工艺
原砂＋酯固化剂――混砂（30秒）―― ＋水玻璃――混砂（30秒）―― 出砂
5．实验结果
我们根据不同的配比、不同的原砂和不同单位提供的水玻璃、固化剂进行了多组实验，下面
四、结论
新型水玻璃自硬砂工艺不管在铸件质量，还是在减少工人劳动强度，尤其是在节能减排上都是比较理想的型砂工艺。

对于企业，不仅要考虑可观的经济效益，更要考虑怎么样去节约能源、减少环境的污染。

所以，就要根据自己的实际情况去选择适合自己的型砂工艺。