邦尼树脂在铸钢型砂中的应用及质量控制

2.树脂固化剂的定量
经实验：
2.1.配比分别为加入1%、1.2%、1.4%的邦尼树脂，加入固化剂的量占树脂的35%，分别比较24小时的抗拉、抗压强度（表1-1）。
图1-1 树脂加入量对强度的影响
在固化剂加入比例相同的前提下，同一时间随着树脂加入量的增加，强度逐渐升高。
2.2.选取树脂加入量相同，固化剂量分别为30%，35%，40%的一组数据进行分析，规律如图1-2所示。
项目
酯硬化
水玻璃
呋喃树脂
碱酚醛树脂
邦尼树脂
硬化性能
冬季硬透性一般
硬化时间可调，不灵活
冬季硬透性好
硬化时间可调，灵活
冬季硬透性尚可
硬化时源自文库可调，灵活，有高温二次硬化特性
冬季硬透性尚可
硬化时间可调，灵活，有高温二次硬化特性
24h抗拉强度
0.3-1.0MPa
0.4-1.6MPa
0.4-1.6MPa
0.4-1.6MPa
4.二次硬化
邦尼砂具有甲阶酚醛树脂砂特点，受热后具有明显的二次硬化性能，二次硬化发生在70℃-- 140℃之间，150℃后高温残留强度下降。经生产验证，邦尼树脂砂的终强度即使在0.5MPa左右仍能满足生产的需要，起模韧性好，上涂料不出现浮砂问题。
5.卓越的溃散性：邦尼砂浇注后型砂溃散性极好，与呋喃树脂砂基本一样，利于清理及回收。
本文通过对几种常见铸造型砂工艺的比较，突出邦尼树脂这一新型树脂砂工艺的优势，结合实际生产中积累的操作经验，解析邦尼树脂在铸钢型砂应用中各个环节的质量控制要点。
【关键词】
邦尼树脂铸钢型砂工艺质量控制
一．邦尼树脂在生产应用中显示的性能特点
经过长期的生产应用验证，邦尼树脂性能特点主要体现在：
1.邦尼树脂的原材料是可再生资源农作物茎料等，代替了由不可再生的石油中所提取的甲醛与苯酚，环保无毒，混砂时没有毒性刺激，浇注后刺激气味很小，是一种完全无甲醛与苯酚的环保树脂。
2.由于组份的改变，其分子中含有高分子结构，邦尼树脂砂和目前主流的几种树脂砂相比具有更高的强度，树脂的加入量低（0.8%-1.2%），硬化速度调节灵活。
3.型砂表面稳定性高
邦尼树脂砂由于其自身组织结构优势，使得型砂表面有一层特殊的油膜，型砂表面稳定性及安定性是所有型砂非常好，利于起模及铸件表面质量提高；表层在高温下发生热解形成光亮碳，在铸型与金属界面上形成还原性气氛，防止了金属表面的氧化，使铸件表面粗糙度细化，达到25μm～50μm的水平。
高温热塑性
大
小
中
中
铸型退让性
好
差
较好
较好
砂型表面稳定性
差
一般
一般
好
发气量
小
大
中
中
铸件表面质量尺寸精度
差
一般
好
好
气孔倾向
低
高
中
中
热烈倾向
低
高
低
低
型芯落砂
溃散性一般，清理难易程度与水玻璃加入量有关
溃散性极佳，极易清理
溃散性较好，易清理
溃散性极佳，极易清理
再生砂回用性
可干法+热法再生，旧砂指标严重影响旧砂强度性能
邦尼
【摘要】
我国铸钢件的生产从20世纪70年代开始一直采用水玻璃砂CO2工艺。随着用户对产品质量要求越来越高, 老的型砂工艺已很难满足铸件质量的要求，大多需通过后续的精整手段来达到铸件所需的质量要求，这不仅增加了铸件的制造成本,也延长了铸件的生产周期。同时国家对清洁生产和节能减排的要求越来高, 改善劳动环境及提高铸造废砂回收利用则成为铸造企业所需迫切解决的难题。新型邦尼树脂砂型凭借其环保方面的独特优势和理想的综合性能，被国内越来越多的铸造企业采用，尤其在铸钢件的生产中已被广泛应用并取得了很好的使用效果。
7.定期数据检测
为稳定产品生产质量，须每天对型砂强度进行监控，根据监控结果适当调整，至少每周对混砂机砂流量以及树脂固化剂流量进行定量校验，并检测原砂特别是旧砂的粒度分布、灼烧减量等性能数据,做到及时发现异常或提早预防。
三．邦尼树脂在铸钢厂的实例应用效果
江苏某铸造企业自2008年使用邦尼树脂砂工艺，先在中小型铸钢件上进行试验，然后在中型铸钢件上进行试验，再在大型、厚壁铸钢件上进行试验，对原有的有机脂硬化砂生产线的混砂机进行了局部改造，将邦尼树脂砂工艺全面应用到全厂铸钢件的生产上，已成功生产出薄壁、厚壁以及厚壁差很大的大中小型铸件，铸件的材料包含碳钢和中低合金钢。
实际生产中，随着砂温（一般混砂机给砂斗处砂温按10℃-30℃控制，砂温不得超过36℃）、环境温度及湿度的不同，固化剂种类和加入量也应做相应灵活调整以适应生产节奏。
3.强化排气措施
由于邦尼树脂自身的结构特点，树脂瞬间发气量较大，但发气总量小于呋喃和碱酚醛，生产中除了有效的控制树脂和固化剂的加入量以减少发气量外，还必须要加强排气，可通过砂箱壁上的排气孔进行排气，由于树脂砂的流动性比较好，砂箱壁的排气孔不宜太大，但砂箱的排气孔数量应该适当增多；在砂型（芯）硬化前扎相当数量（上型间距300mm左右）的排气孔，确保出气顺畅；刮地皮时刮出出气槽或预埋出气管，使砂型芯浇注后产生的气体能够顺利地排出，芯子里预埋通气管，下好芯引出型外，与大气相通，保证芯子排气通畅；浇注时及时点火进行引气，使浇注产生的大量气体能够及时迅速的排出型腔。
6.旧砂回收率高：一般都在90%—95%以上，仅用普通机械再生即可，再生设备投资及再生费用均较低。
7.铸造合金适应性强：除在普通碳钢和合金钢铸件有明显的优势外，在灰铁和球铁铸件上也可以使用，尤其对球铁铸件的表面渗硫问题有显著的改善。
8.对比几种自硬型砂工艺性分析邦尼树脂是有优势的（表1-1）：
表1-1：几种型砂粘接剂工艺技术性分析
图1-2 固化剂加入量对强度的影响
由图1-2可以看出：即时强度、2小时强度、4小时强度、24小时强度在不同固化剂加入量下差别不大。因此，固化剂加入量只会影响树脂砂砂的可使用时间、起模时间的长短，对砂型强度影响不是很显现。
据经验，树脂加入量占砂重量0.9%—1.2%，固化剂加入量占树脂重量30%—40%时，型砂综合性能最好。
6.涂料
由于铸钢件浇注时温度较高，生产中多采用锆英粉涂料或复合涂料，采取流涂、喷涂或刷涂等方式，使涂料均匀的分布在铸型（芯）表面。涂料须在型（芯）充分硬化后进行，以免破坏树脂和固化剂之间的交联反应，影响型（芯）强度；刷涂料前后都要对型（芯）作表面烘干，将型腔中、浇道内的浮砂、灰尘清除干净；涂料使用前搅拌均匀，刷涂料要自上而下进行，涂刷平整，不得使涂料流挂堆积，盖箱顶面的浇冒口、出气口周围也要刷涂料，以防合箱时砂粒掉入型腔。涂刷后点火自燃，检查自燃程度和表面质量，保证型（芯）轮廓清晰，对于燃烧不充分的部分应用喷枪补充干燥，但火力不宜太猛，以免过烧。为保证足够的涂料层厚度，根据铸件大小，通常要刷3-5遍涂料，使涂料层厚度达到0.3-0.5mm以上。
[4] 朱以松 . 铸钢型砂工艺和设备改造与升级.铸钢型砂专题论文 . 2012.
[5] 李传栻，李魁盛 . 铸造技术应用手册：第4卷 铸造工艺及造型材料 . 北京：
中国电力出版社 . 2012.
作 者：池绍华 （1983.08— ） 江苏淮安人；现在从事客户铸造技术服务工作
邮箱：chishaohua@126.com
可干法再生会用，旧砂指标不影响旧砂强度性能
可干法再生会用，旧砂指标影响旧砂强度性能
干法再生最好，旧砂指标不影响旧砂强度性能
再生砂回用率
75%
95%
75%
95%
劳动条件
好
一般
较好
较好
环境保护
废砂污染
废气污染
废砂污染
污染很小
设备要求
高
低
一般
低
型砂控制要求
高
低
高
低
二．质量控制
1.原砂要求
铸钢用原砂（多用海砂）质量要求：SiO2含量不少于97%，酸耗值少于5ml，含泥量0.2%以内，粒度 ：40/70目 50/100目，要求三筛不小于85%；低于140筛的细粉少于0.3 %，水份少于0.2%，灼减量不超过0.5%（旧砂少于2%），角形系数小于1.3，应接近圆形，大于1.45不得使用。
该厂在随后举办地的全国铸造现场会议上展示了大量高质量的铸件（下图），为企业增加了知名度。
船用件 尾柱 出口日本渣罐
山特维克铸 船用件 挂舵臂
【参考文献】
[1] 李传栻.“自硬砂黏结剂的应用和发展”，铸钢型砂专题论文集 .2012.
[2] 马敬仲 . 邦尼树脂一种环保节能减排的树脂 . 2011 .
[3] 蔡震升，等 . 造型材料及砂处理 . 北京：化学工业出版社 . 2010.3 .
4.加强紧实
在造型和制芯操作过程中，必须保证型芯的紧实度，否则极易导致铸件产生粘砂类缺陷；使用合适的工具与混砂机的填砂路线相同边放砂边捣实，对于不易操作的部位也必须采取措施捣实，而且要使型芯的紧实度均匀一致。
5.铬铁矿砂的使用
在铸件内圆角处、钢液包覆型芯、浇冒口根部及厚壁铸件表面等部位，浇注凝固时热量较高，很容易产生粘砂等铸造缺陷，须配合放置铬铁矿砂来解决，通常用覆砂的方式，覆砂厚度5-20mm,圆角处覆砂范围为圆角大小的1.5倍。