知识篇——树脂砂使用中的常见缺陷及防止措施，及树脂与固化剂的合理选用
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树脂自硬砂铸造工艺和其它工艺一样，有自身的规律，如果在原材料选用、工艺设计、制型(芯)操作，生产管理等方面控制不当，将会出现一系列铸造缺陷，降低铸件质量。本文将对呋喃树脂自硬砂使用过程中若干问题进行分析。
一、树脂砂使用中的常见缺陷及防止措施
呋喃树脂自硬砂若使用不当，常出现气孔、机械粘砂、粘模等铸造缺陷。
01
气孔的产生及防止措施
金属凝固过程中，陷入金属液中的气泡在铸件中形成孔洞，称之为气孔。通过观察孔洞的形状、孔壁特征、表面形貌及产生部位等特征可区别于缩孔、缩松、砂眼、渣孔等铸造缺陷。
防止气孔产生的主要措施如下：
a.选择合适的树脂种类，适当减少树脂加入量
树脂或固化剂加入量过多，树脂含氮量过高，都要引起发气量增加，因此，要防止气孔产生应选用低氮树脂，尽量降低树脂和固化剂的加入量。
b.提高再生砂的质量，降低其灼烧减量和微粉含量
若旧砂再生不良，使旧砂的灼烧减量失控，微粉尘含量过高，会造成型(芯)砂发气量增大，透气性降低，出现这种现象时应适当加大新砂比例，同时改进旧砂再生设备，使再生砂达到要求指标。
c.严格控制涂料的涂刷时间和烘干工艺
砂型、砂芯硬化不良，涂刷涂料或烘干不当，涂料质量不好或干燥不充分，均使砂型(芯)中残留水分过多，发气量增大。
d.改进铸造工艺设计，合理设置砂型(芯)中的排气通道
改进铸造工艺设计，适当提高压头，使砂芯排气通畅；砂型合理设置排气孔，合型时应将砂芯出气道与砂型气眼连通并引出，防止出气道被砂堵塞或浇注时铁液进入芯头出气道；控制浇注速度，避免浇注过慢，使浇注系统金属液充满。
e.调整原砂粒度
适当调整原砂粒度，在保证铸件表面质量的前提下，原砂适当粗些可提高砂型的透气性。
f.适当控制浇注温度
控制最佳的浇注温度范围，确保既不出气孔，又不至于引起粘砂
02
机械粘砂的产生及防止措施
机械粘砂是金属液在压力作用下渗入铸型型壁砂孔隙中产生金属和砂粒互相掺和、互相粘结的现象。粘砂是金属液与铸型间发生界而反应的结果，金属液注入铸型以后，在界面上，金属液、铸型材料和型内气体之间要发生一系列物理化学反应，粘砂就是这许多反应的综合结果。
防止粘砂可采取的主要措施如下：
a.合理选用原砂
选用多(四)筛砂的粒度级配，使砂粒间隙减少，增大金属液的渗透阻力。
b.合理选用涂料及涂刷工艺
涂料的作用是隔离铸型(芯)和金属液，所以涂料层要有一定的厚度和一定的渗入深度。在受热严重的部位，可采用双层涂料。底层涂料主要保证涂料有一定的渗透深度，而表层涂料要保证一定的厚度；改善涂料配方，提高涂料性能。
应根据合金类别、铸件大小以及铸型工艺来选择涂料。
c.多用再生砂
经过反复使用再生的砂热稳定性好，砂粒形也较好。
d.提高模样表面质量，提高型(芯)砂的紧实度
铸型(芯)的表面质量取决于模样的表面质量和型(芯)砂的紧实度，因此模样表面越好，型(芯)砂紧实度越高，越容易防止粘砂。造型时，尽量提高铸型(芯)的紧实度，尤其模样凸台的下部、凹角转弯处以及活块下部等处的紧实。
e.控制浇注温度
浇注温度不宜过高，应根据铸件形状、尺寸、壁厚、重量等特点，选择合适的浇注温度，原则上，在不产生气孔和浇不足、冷隔等缺陷的前提下，尽量降低浇注温度。
03
粘模的产生及防止措施
模样不易起出，或在起模时模样上粘砂，结果导致铸件表面质量差，甚至成废品。粘模产生的原因有多种：
(1)模样或芯盒表面质量差；
(2)脱模剂使用不当；
(3)起模时间过早等。
因此防止粘模可采取的相应措施如下。
(1)提高模样及芯盒的表面质量。
(2)根据环境温度的不同，准确控制最佳脱模时间，合理选用脱模剂。
04
合理控制固化时间
生产中会遇到固化太快，砂型、砂芯变脆，强度降低和固化太慢，砂型砂芯硬化不良导致生产效率低以及砂型、砂芯质量太差两种极端现象。
（1）防止固化太快的措施
固化太快一般多出现在夏季。防止固化太快的主要措施有：
①控制砂温，特别在夏季，环境温度又高，应采取措施，尽量使砂温降到35℃以下。
②降低固化剂的加入量，或更换酸度较小的固化剂。
③严防靠增加固化剂的量来加快固化速度，达到提高生产效率的错误做法。
（2）防止固化太慢的措施
固化太慢，冬季出现的较多，或原砂含水量过高，或含泥量及微粉含量过高，另外常出现在一些刚开始采用树脂砂工艺的企业和产量较少的情况下。防止固化太慢的主要措施有：
①提高砂温至10℃以上。
②在冬季，可适当提高车间内的环境温度，每班开始时，可对模具进行适当预热。
③调整固化剂加入量，在冬季可适当增加固化剂用量并选用酸度较大的固化剂。
④选用优质原砂，建议采用擦洗砂，指标应达到3.2规定的要求。
二、合理选用树脂与固化剂
树脂成分应根据铸件类别，即合金种类，铸件大小，壁的厚薄及复杂程度来选择，固化剂种类应结合铸件特点、环境状况(主要是环境温度)与树脂合理搭配。
01
树脂
按树脂含氮量分：
（1）W级：N的质量分数低于0.3%，无氮树脂，适用于大型铸钢件；
（2）D级：0.3%-2.0%N，低氮树脂，适用合金钢、小型铸钢件、球铁件；
（3）Z级：2.0%-5.0%N，中氮树脂，适用于铸铁件；
（4）G级：高氮树脂，适用于有色铸件、一般铸铁件。
按糠醇质量分：
高糠醇树脂质量分数在85%以上，适用于球铁件、铸钢件；
中糠醇树脂质量分数70%-85%，适用于铸铁件；
低糠醇树脂质量分数50%-70%，适用于有色铸件。
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固化剂
在选用时主要考虑：
总酸度小于20%，游离磺酸量小于4%，适用于高于10℃的环境温度；
总酸度大于20%，游离磺酸量大于4%，适用于低于10℃的环境温度。
03
树脂与固化剂匹配
实际使用中还要注意树脂的种类要与固化剂的种类相匹配。如无机酸固化剂适用于高氮树脂，有机酸固化剂适用于中、低氮树脂。
在选用树脂及固化剂时，可根据自己的条件，经试验后确定，还应根据季节、产品类别的变化以及质量要求的变化适时进行调整。
三、降低粘结剂的消耗
呋喃树脂自硬砂中的粘结剂包括树脂和固化剂，粘结剂加入量过高，容易造成铸件缺陷增加，质量下降，铸件成本升高。原机电部树脂砂技术推广小组制定的订购技术指标中，重要的一项指标就是树脂加入量(质量分数)应控制在1%左右。实际生产中由于多种因素的影响，树脂加入量常常高于1%。应深入分析影响粘结剂加入量的因素，有针对性地采取措施，以尽量降低粘结剂的加入量。生产中可采取的措施如下：
01
合理选择树脂砂的强度
树脂砂的强度随树脂加入量的增加而提高，但是加入量超过一定限度以后，强度进一步提高不明显。另外树脂砂的强度也不宜过高，在满足工艺要求的前提下，应尽量降低。
树脂砂强度值的大小应视合金种类，铸件大小以及工艺条件不同而异。目前，推荐树脂砂抗拉强度为0.8-1.0MPa，砂芯抗拉强度为1.0-1.2MPa，复杂砂芯为1.6-2.0MPa，多数工厂树脂的加入量(质量分数)控制在0.8%-1.2%，固化剂加入(质量分数)一般为树脂的30%-40%。
02
采用高质量的原砂
建议采用袋装四筛擦洗烘干砂。原砂质量应达到：集中度大于85%，微粉含量(质量分数)不超过0.5%(微粉含量指硅砂中粒度为0.075mm至底盘的颗粒部分，即0.106mm筛以下的部分)；含泥量(质量分数)不超过0.2%，酸耗值不大于5mL/50g，水分不超过0.2%；原砂粒形用堆积密度测量，树脂砂用的原砂，其堆积密度应不小于1.55g·cm-3。
粒度的选择是：中大件采用40-70目砂，薄小件不刷涂料采用50-100目砂，也可采用非标70-100目砂，PH为7。SiO2含量(质量分数)，铸钢件用砂应大于97%，铸铁件用砂大于90%。
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多用再生砂
经过使用再生后的砂子与原砂相比，具有以下特点：
（1）热稳定性好。原砂主要成分是SiO2，在870℃左右，石英变为磷片石英，体积发生膨胀，冷却后再加热，体积变化较小，即经过相变后的磷片石英体积稳定性好。
（2）耗酸值低。再生砂耗酸值低于新砂，一般小于3mL/50g，这主要是反复使用，在混砂过程中固化剂已中和了一部分碱性物质，另一方而多次反复擦搓，去掉了原砂表面的碱性氧化物。
（3）再生砂粒形更趋合理。砂子反复擦搓，尖角变纯，圆整度提高，即粒形更好。
再生砂的质量控制得好，性能优于原砂；如果控制不当，其性能不仅不能优于新砂，甚至更差。一般再生砂应达到：微粉(质量分数)小于0.8%，灼烧减量；铸钢用砂不超过(质量分数)2.0%，球铁用砂不超过3.0%，一般铸铁件不超过3.5%。
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提高混砂质量
树脂砂混砂工艺使用设备与定量精度等都在一定程度上影响粘结剂的加入量。
目前，生产中使用较多的是双臂连续混砂机，树脂砂的混制工艺为单砂二次混，即先加固化剂预混，然后再加入树脂混制。试验和实践证明，连续混砂机优于间歇式混砂机，达到同样的型砂强度，前者比后者少加树脂(质量分数)10%-20%。无论使用何种混砂机，均应先加固化剂，充分预混后，再加入树脂混制。
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控制砂温
砂温影响砂型砂芯的强度，硬化的程度和均匀性，以及固化时间等。用树脂砂生产，最理想的砂温是20-30℃。生产中应根据产量的大小，设备条件，合理控制砂温，特别是在冬季和夏季，应采取不同的措施。
四、降低砂铁比，减少用砂量
实际生产表明，降低砂铁比，减少用砂量，不仅能有效降低树脂和固化剂的加入量，还利于提高铸件质量，降低生产成本。粗略计算，砂铁比降低1，铸件成本下降200-300元。
减少砂用量的办法主要有：
（1）使用填充料。在吃砂量较大的部位，可以加填充料。填充料有旧砂块、木块、砖块、石块等；
（2）使用成型砂箱。树脂砂强度高，一般情况下，打砂胎吃砂量在50mm即可，有砂箱造型时，还能适当减少。使用成型砂箱可使铸件四周的吃砂量接近一致，能大大降低用砂量；
（3）采用空心砂芯。用自硬砂制芯可以象覆膜砂壳芯一样做成空心砂芯，这样既可降低砂铁比，又能提高砂芯的透气性。如制作管件，阀体等铸件的圆柱形砂芯时，中间插入木棒或钢管，固化后抽出(钢管上打孔，亦可留在芯内)，做成空心砂芯。
另外，采用铁型覆砂、叠箱造型都能有效降低砂铁比。
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