呋喃树脂自硬砂生产球铁的过程控制与问题探讨

冷自硬树脂砂用于球铁生产的过程控制

及问题探讨

高连国

(荆州环宇汽车零部件荆州4340000)

【摘要】冷自硬树脂砂型除受树脂本身的性能影响外，还受气温、砂温、原砂的特性、固化剂的种类、酸度值、固化剂的加入量以及混砂方式，混砂时间长短等等方面的影响，在用于生产球墨铸铁件时，铸型表面的涂料特性以及球铁本身的固有特性等都将对球铁铸件产生影响。本文针对以上方面，并结合生产实际就冷自硬树脂砂用于球铁生产的过程控制及问题进行一些探讨，求教于广大铸造，以期对冷自硬树脂砂用于球铁生产有所帮助。

【关键词】冷自硬树脂砂固化剂涂料球墨铸铁

随着铸件采购商对毛坯外观和铸件尺寸精度要求的提高，潮模砂生产铸件的方式显得越来越落伍了，特别是在较大型的机床、阀门类铸件的生产方面，无论是铸件的外观还是尺寸精度，尤其是铸件的在质量甚至生产周期，树脂砂生产的优势变得越来越明显，并逐渐被广大铸造工作者和铸件采购商所认同。虽然呋喃树脂并不是新东西，文献表明早在1873年就有了起源于玉米制品的呋喃乙醇树脂记载，但国用呋喃树脂作为粘结剂用于铸造生产却只有二十多年的历史，并已有最新成果“碱性酚醛自硬树脂”等。树脂砂在国发展的这二十多年来，随着国对树脂、固化剂等研究的深入和成熟，生产中的应用也越来越广泛，并且无论是造型还是制芯，无论是加热固化还是催化固化——即所谓自硬都被大量应用，本文仅对加酸硬化的冷自硬树脂砂在球墨铸铁生产中的运用过程及产生的一些影响产品质量的问题进行分析探讨并提出结合自己生产实际的解决办法，以求得到方家的指正。

一、树脂质量对球铁质量的影响及控制方法

所谓冷自硬树脂砂就是用树脂作粘结剂用酸作催化剂，不用加热，常温下即能使砂型（芯）达到所要求的硬度的一种型（芯）砂。

要得到表面光洁、几何尺寸精确（相对而言）、在质量高的铸件，铸型（芯）的表面必须光洁，铸型的几何尺寸必须符合金属液的凝固、收缩特点而精确；要得到在质量高的铸件，在铸型（芯）上要做的文章更多，而树脂的质量则对铸型（芯）的质量起着决定性的作用，树脂就是通过影响铸型（芯）的质量从而影响到铸件的质量的。

1、树脂含氮量对球铁件皮下气孔的影响及控制方法

现在，我们通常使用的树脂全称：糠醇脲醛改性呋喃树脂，是由主要原料：糠醇（C5H4O2）、尿素（（COCNH2）2）、甲醛（HCHO）等组成的高分子聚合物，球铁铁水温度一般在1350℃以上，在球化过程中已产生了大量镁蒸气；作为铸型粘结剂的树脂在高温铁水的作用下发生裂解，产生H2、N2、CO2和H2O等气体；且树脂用量越大发气量越大，特别是树脂中尿素含量高时即含氮量高发气量更高，这些气体有一部分透过铸型排放到空气中，一部分则溶解到高温铁水中，待铁水温度下降，这些气体在铁水中的溶解度降低而逸出时，铸件形成后则分布在铸件的表面上形成铸造缺陷——皮下气孔，特别是当铸型透气性差的时候，铸件的下型下表面更为严重。

而研究表明，适当增加树脂中尿素的含量会提高树脂的粘结强度，这就出现了一对矛盾，即若要提高树脂的粘接强度就要增加树脂原料中含氮较高的尿素的比例，而尿素增加，含氮量增加，球铁件的

皮下气孔缺陷也要增加。

生产中还要考虑到成本因素的影响，尿素比例高的树脂价格相对便宜，凡此种种，所以生产选用树脂时要遵循这样的原则：大型铸件加工余量大可选含氮相对较高的树脂，小型铸件加工余量小要选含氮量相对较低的树脂，并不是生产球铁也跟生产铸钢一样选用树脂含氮越低越好，铸件产生了皮下气孔，只要能加工去除也是没有关系的。当然，只要确保了铸型的刚度和强度，尽量降低树脂的用量和降低树脂的含氮量是有利于消除球铁件的皮下气孔缺陷的。

2、树脂粘度对铸型强度的影响及其控制方法

如果树脂粘度大，在配砂时，特别是用间歇式混砂机混砂时，集中加入进混砂机的树脂容易结团，不易对砂粒完全浸润而均匀包覆在砂粒表面，同样也不易与固化剂均匀接触而发生固化反应，生产中表现为型砂局部树脂含量高，不易固化，局部树脂含量低固化后强度又不高。所以，选用树脂的粘度时既要考虑其粘接强度又要考虑其对型砂的浸润性。

树脂砂的终强度要在24小时后才达到，其终强度并不一定是它的最高强度。有些工厂受生产班次的影响，铸型固化后往往不到24小时就要浇注，这样会损失树脂砂的部分强度，或者需要增加树脂加入量以保证提前浇注时树脂砂的使用强度。

3、树脂砂型刚度对球铁补缩性能的影响及其控制方法

球铁的最大特点就是在球铁水冷却过程中有一个石墨化过程，铁水中的石墨碳在球化剂中的球化元素的作用下形成球状石墨，并且在

这一个过程中球铁会发生体积膨胀——所谓石墨化膨胀，这一过程大概发生在铁水浇注入型腔后的五分钟左右时间，如果铸型刚度不够，那么就会使铸型开裂，有时在砂型强度低时还会发生穿箱事故，这种现象在采用无箱造型时更为普遍；若有砂箱时还可能使上箱的型砂成整块的上抬、冒出砂箱，使型腔变大，发生这种情况后铸件若得不到很好的补缩就会形成缩松、缩孔等缺陷而致废。

因为树脂是有机高分子的聚合物，分子链长短受聚合过程的温度和时间的影响较大，仅从生产实践方面来看，在有效期（指树脂不发生老化、水解、分解等），存放时间长的树脂比新鲜树脂好，表现在：铸型刚度好，即既具有一定的砂型表面硬度和粘接度，又具有一定的韧性。树脂存放一定的时间，比如三个月左右，其配制的型砂固化后硬度均匀，强度均匀，性能稳定。

此外，向树脂中滴加硅烷也能很好地改善树脂的使用性能。硅烷是一系列含四价键硅的高分子聚合物，有长效、速效之分。树脂中加入硅烷后，砂型脆断和开裂的情况会大大改善，这样，在球铁凝固并发生石墨化膨胀阶段，铸型保持原有的尺寸，只要浇冒系统和铁水成份合宜就不会发生缩孔、缩松等缺陷，并且还可有效地利用铸型刚度进行球铁的“自补缩”，减小甚至取消球铁的冒口并实现“均衡凝固”以提高铸件的工艺出品率。

二、固化剂对球铁质量的影响及控制方法

没有催化剂或不进行加热，树脂砂是不会很快硬化成形的，树脂与酸发生放热的化学反应来使树脂固化，并使型砂硬化，酸在树脂的