呋喃樹脂、自硬樹脂砂鑄件常見缺陷及防止
呋喃樹脂砂鑄件質(zhì)量好，廢品率低，但若在原輔材料選用、工藝設(shè)計、造型(芯)操作、生產(chǎn)管理等方面控制不當，鑄件也會產(chǎn)生不少缺陷，甚至成批報廢。本文根據(jù)筆者經(jīng)驗并參閱有關(guān)資料，談?wù)勥秽珮渲拌T件常見缺陷及其防止措施。
一、呋喃樹脂砂鑄件常見缺陷及防止
1氣孔與針孔
呋喃樹脂砂透氣性很好，但比各種無機類鑄型的發(fā)氣量高，綜合看來較易發(fā)生氣體類缺陷。氣體來源有以下幾方面：
(1)目前國外先進指標樹脂加入量(質(zhì)量分數(shù))為0.6%～0.8%，國內(nèi)為0.8%～1.0%，但也有不少廠家樹脂和固化劑加的很多，樹脂w(N)量過高，加上型(芯)未完全硬化即行澆注等因素，使發(fā)氣量增大，引起氣孔類缺陷。
(2)原砂粒度偏細，透氣性降低(要求粒度是30/70，原砂水分的質(zhì)量分數(shù)低于0.2%)。
(3)涂料質(zhì)量不良或干燥不充分，使砂型(芯)殘留水分較高。
(4)舊砂再生不良，使系統(tǒng)中砂的灼減量失控,微粉含量超標，造成發(fā)氣量增大，透氣性降低。
(5)澆注時鑄型(芯)尚未充分硬化。
(6)工藝設(shè)計不當。如澆注系統(tǒng)設(shè)計不良，澆注速度慢，壓頭過低，砂芯出氣方案不當?shù)取?/span>
(7)操作不當引起。如造型(芯)時未考慮砂芯排氣，合型時未將砂芯出氣道與砂型排氣孔連通，或出氣口未封好，澆注時鐵液鉆入，上涂料時局部堆積嚴重，以致干燥不充分，芯頭被涂料封死，影響砂芯排氣，澆注速度過慢或斷流，使?jié)沧⑾到y(tǒng)未被金屬充滿。
防止措施：
(1)樹脂和固化劑加入量要附合標準，要選用糠醇含量高，尿素含量少的低N樹脂。根據(jù)季節(jié)不同,選用合適的固化劑品種，千方百計降低粘結(jié)劑加入量。充分硬化后，合型澆注，尤其是舊砂再生回用條件下，鑄鋼件樹脂w(N)控制在1%以下，鑄鐵件也應(yīng)控制在2%以下。在混砂前的樹脂中加入占樹脂質(zhì)量2%～0.3%的硅烷，可有效地提高粘結(jié)強度，從而降低樹脂用量。
(2)使用濃度較低的揮發(fā)性涂料，點火干燥后,鑄型中有殘留醇分的危險?？傊?，涂料的濃度調(diào)整到“30”波美以上。另外，揮發(fā)性涂料溶劑中可能有變質(zhì)酒精或含水分較高的酒精，點火干燥不徹底，使鑄型內(nèi)有殘留水分，這是產(chǎn)生氣孔的重要原因，故要求涂料中溶劑含水分不大于5%。除了應(yīng)注意涂料的溶劑質(zhì)量外，合箱前還應(yīng)對鑄型進行噴火干燥處理。
(3)造型后硬化所需時間隨氣溫、濕度、固化劑加入量、固化劑種類等因素的不同而變化，一般要經(jīng)過十幾個小時以后才能反應(yīng)完全，未反應(yīng)完全的鑄型發(fā)氣量較高，在冬季尤其應(yīng)注意砂芯最好能做到隔天使用，外型也起碼應(yīng)保持6～8 h以上再澆注，起模時間最好不少于20min，硬化后也不宜久放，否則起模困難。
(4)有機再生砂的灼減量與鑄型的發(fā)氣量成正比，與氣體缺陷有密切關(guān)系，鑄鐵的灼減量應(yīng)低于3%，而微粉含量應(yīng)控制0.8%以下。另外，盡量降低砂鐵比“S/M”，為此，對批量重復生產(chǎn)的鑄件可采用專用砂箱，減少吃砂量，或采用鋼板焊制各種形狀中空箱框或隔板，安放在砂箱轉(zhuǎn)角或代替型砂充填在箱內(nèi)，也可在距型腔一定距離處埋入舊砂塊或泡沫塑料塊等，一般將“S/M”比控制在3以下為宜。
(5)澆注時應(yīng)掌握好速度，決不能中途斷流，澆注開始后還應(yīng)點火引氣等。
(6)造型工藝要注意下列情況：樹脂砂的宏觀透氣性很好，但澆注時有機物發(fā)氣速度較快，只靠分散出氣還來不及，為及時排除型腔氣體要適當增加上型出氣，在上型的大平面及凸起部位，應(yīng)設(shè)置出氣孔(可在合箱前用電鉆鉆出，或在造型前在木模上放好出氣銷，(扁形規(guī)格80 mm×10 mm，80 mm×8 mm,圓形規(guī)格φ20 mm)。
同時，設(shè)計澆注系統(tǒng)要注意直、橫、內(nèi)澆道的封閉性，注意直澆道的形狀，防止金屬液發(fā)生紊流，將空氣卷入，使呋喃樹脂燃燒產(chǎn)生更多氣體，通常選用F直：F橫：F內(nèi)=1.5：1.25：1的封閉澆注系統(tǒng)為宜。原則上采用底注較為安全合理。澆注系統(tǒng)要認真上好涂料，假如直澆道較深，以陶瓷管來代替。
2機械粘砂
(1)原砂粒度較粗，分布過于集中，造成砂粒間隙大，金屬液容易滲入砂型中去，呈“鐵夾砂”狀態(tài)的機械粘砂。
(2)涂料層不良引起。涂料的波美濃度要大于“30”。受熱嚴酷的厚大部位，可采用雙層涂料，底層涂料有一定滲透深度，面層涂料建立一定涂層厚度。
對于鑄鐵而言，石墨涂料仍不失為防粘砂性能優(yōu)秀的涂料，但為了提高熱沖擊的抵抗力，骨料中最好配入20%以上的鋯英粉。
(3)型(芯)的緊實度不夠，使型(芯)表面疏松,穩(wěn)定性差，對機械粘砂的抵抗力差。
(4)新砂的比例高時，抗粘砂能力較再生砂差。
(5)影響砂型表面穩(wěn)定性的其他因素，如使用了超過使用時間的型砂，砂溫過高等，均降低了抵抗機械粘砂的能力。
3脈紋
由于石英砂的SiO2含量高，其膨脹系數(shù)較高，新砂的熱膨脹系數(shù)和涂料熱膨脹系數(shù)低不一樣，澆注受熱時，砂型的熱膨脹將涂層“拉裂”導致鐵液鉆入砂中與砂凝固在一起，形成脈狀條紋缺陷，并常伴有機械粘砂，脈紋較易鏟除，克服辦法是舊砂再生回用比例高一些，使膨脹系數(shù)降低，使型砂熱膨脹系數(shù)接近涂料層。
4裂紋
呋喃樹脂砂型鑄件的熱裂傾向比水玻璃砂和粘土砂型的鑄件大，這可能是由于樹脂砂型剛性好,熱膨脹系數(shù)大，加上鑄件冷卻速度慢等因素造成的。鑄鋼件發(fā)生熱裂傾向更嚴重。結(jié)構(gòu)復雜、壁厚差大的鑄件以及收縮阻力較大的部位，出現(xiàn)裂紋的可能性較大。另外，使用磺酸類固化劑，能引起表面滲硫，在鑄件表面引起微裂紋成為龜裂的特點。
防止辦法：
(1)提高型(芯)退讓性，如在型砂中添加2%～3%的木粉等潰散劑。
(2)造型(芯)時，背砂中埋入發(fā)泡聚苯乙烯塊,盡量減薄型(芯)的吃砂量，做空心芯等。
(3)在易發(fā)生裂紋的部位用鋯砂和鉻鐵礦砂代替硅砂，可明顯減輕裂紋，這是因為這二種材料熱膨脹系數(shù)低。
(4)改變澆注系統(tǒng)，使鑄件達到同時凝固。
(5)在允許條件下，對鑄件結(jié)構(gòu)作合理修改。
(6)適當降低澆注溫度，對減少裂紋有明顯效果。
(7)在易發(fā)生裂紋處設(shè)置防裂筋。
(8)特殊情況下，以磷酸代替硫酸類固化劑。
(9)合理使用冷鐵和其他激冷措施。
5夾渣
主要是金屬液與粘結(jié)劑反應(yīng)生成的渣，以及因澆注時間長型(芯)頂被高溫金屬液烤壞產(chǎn)生的結(jié)疤。前者多發(fā)生在開始流入型內(nèi)的那部分前期鐵液中，并常伴有氣孔缺陷，后者則常發(fā)生在型腔上部和上側(cè)面。
防止措施：
(1)在設(shè)計澆注系統(tǒng)時，按照“快、穩(wěn)、封閉、底注，保證壓頭，處理鐵液”的原則，并在有條件的鑄件頂面設(shè)置溢流冒口，將澆注中的冷、臟鐵液導入溢流冒口中，并使其溢出。
(2)使用強度高、耐熱性好、發(fā)氣性低的涂料。
(3)大平面的平板鑄件澆注時最好采用傾斜澆注，并在澆口杯對面設(shè)置適當數(shù)量的溢流冒口，可有效地防止大平面上出現(xiàn)夾渣缺陷。
6硬度不足
呋喃樹脂砂鑄型導熱性差，金屬液冷卻凝固速度慢，會導致錛件硬度偏低。需要注意的是樹脂砂鑄件表層(3 mm)硬度比內(nèi)部低10～15 HB，所以在測定硬度時，需除去表層(>3 mm)后才能測出正確的硬度值。
防止措施：
(1)適當降低鐵液的CE值，以防止鐵素體的產(chǎn)生。
(2)添加少量穩(wěn)定珠光體元素，如：Cr、Cu。
(3)提高鑄件冷卻速度，如采用合適的冷鐵和使用碲粉涂料等。
(4)適當降低澆注溫度。
(5)適當提早開箱時間。
7滲碳、滲硫與球化不良
在低碳鋼及低碳不銹鋼中，會出現(xiàn)鑄件表面層的滲碳現(xiàn)象，滲碳層可達2～3 mm深，用磺酸類固化劑時，在鑄鋼、不銹鋼或球鐵表面可有1～2 mm的滲硫?qū)?，造成球化不良或性能惡化?/span>
防止措施：
(1)解決滲碳問題的辦法是在鑄型涂料中添加適量的氧化鐵等合適的氧化劑，或用鉻鐵礦砂型，上雙層涂料，可減少滲碳層深度。
(2)為防止?jié)B硫，已經(jīng)開發(fā)多種含強力脫硫劑的特種涂料，對于球墨鑄鐵，還應(yīng)適當增加一些球化劑用量。
8鑄鐵尺寸精度超差
樹脂砂鑄型能提高鑄件尺寸精度，但實際生產(chǎn)中因鑄件尺寸超差而報廢的情況還時有發(fā)生，原因有以下幾種情況：
(1)模型或工裝的變形。一般來說，樹脂砂用模型采用木模即可，而木模若干燥不夠時，常隨溫度變化而變形。
(2)將粘土砂模型或工裝轉(zhuǎn)移到樹脂砂用時,芯頭間隙、分型負數(shù)等沒有縮小。收縮量未作適當調(diào)整，澆注時出現(xiàn)漂芯、跑火等情況，都會影響鑄件尺寸精度。樹脂砂的收縮率應(yīng)該為多少，要根據(jù)實測確定。同時要注意外型與型芯的區(qū)別，各部位阻力大小的區(qū)別，應(yīng)仔細進行對照試驗，好在這種鑄型對于同一尺寸的重現(xiàn)性很好，也不難掌握其收縮規(guī)律。
(3)造型及鑄型裝配操作不當，模型定位松動等都會引起尺寸誤差。對于要求很高的尺寸，甚至涂料層厚度都會影響精度。
二、樹脂砂鑄造生產(chǎn)幾個問題須注意
由于自硬樹脂砂鑄造具有生產(chǎn)出的鑄件表面質(zhì)量好、尺寸精度高、廢品率低，適用范圍廣、對工人技術(shù)水平要求低，大大減輕了工人的勞動強度和改善工作環(huán)境等優(yōu)點，因此國內(nèi)越來越多的公司(或企業(yè))選擇自硬樹脂砂鑄造手段。雖然自硬樹脂砂鑄造技術(shù)已經(jīng)成熟，但在生產(chǎn)過程中仍然存在許多問題。
在自硬樹脂砂鑄造生產(chǎn)過程中，需要注意以下幾個問題。
1、要經(jīng)常注意設(shè)備的運行情況
設(shè)備運行情況的好壞，直接影響著鑄造生產(chǎn)成本和鑄件質(zhì)量，因此，在鑄造生產(chǎn)中，要經(jīng)常注意設(shè)備的運行情況，發(fā)現(xiàn)運行異常及時分析解決，著重應(yīng)注意以下兩方面：
(1)要注意除塵設(shè)備的運行
除塵設(shè)備的好壞，直接影響著再生砂的再生成本和鑄件質(zhì)量，在鑄造生產(chǎn)中，除塵設(shè)備運行出現(xiàn)異常往往不易發(fā)現(xiàn)，但如果除塵設(shè)備的除塵效果不好，不但影響著工作環(huán)境、污染空氣，更重要的是影響著再生砂的微粉含量，其直接結(jié)果是導致混砂時樹脂加入量的增加和由于透氣性差造成鑄件廢品率增多。
(2)要注意混砂設(shè)備的運行
混砂機是否能夠正常運行，直接影響著混砂的質(zhì)量，其中液料(樹脂、固化劑)的加入量最為關(guān)鍵。一般情況下，樹脂的加入量是靠控制齒輪泵電機的電壓、固化劑的加入量是靠控制隔膜泵電機的電壓來實現(xiàn)的，由于季節(jié)、天氣的變化，造成液料粘度的變化，在相同電壓的情況下，液料的加入量會產(chǎn)生波動，且固化劑易產(chǎn)生結(jié)晶，造成閥及管道堵塞，因此，應(yīng)每班對液料管道進行清理，每周對液料的加入量進行檢測，以確保液料加入量的準確。
2、要注意制定的生產(chǎn)工藝的正確性及合理性
生產(chǎn)工藝制定的合理與否，直接影響著鑄件的成品率、鑄件質(zhì)量和鑄造成本，在制定生產(chǎn)工藝時，主要應(yīng)注意以下幾項：
1）.確定合適的再生砂的LOI值
LOI值即灼燒減量是衡量再生砂的脫膜率的重要指標，也是與型砂的發(fā)氣量及鑄件產(chǎn)生氣孔類缺陷密切相關(guān)的指標，鑄鐵件一般采用呋喃樹脂砂生產(chǎn)，實踐證明LOI值控制在3%左右完全可以滿足生產(chǎn)要求，而過分降低LOI值意義不大。
2）.確定合適的鑄造工藝參數(shù)
(1)確定合適的終強度
一般地，樹脂砂混制好后，經(jīng)過24小時左右的自行硬化，便可達到最高強度即終強度。由于各企業(yè)的生產(chǎn)條件和生產(chǎn)規(guī)模不同，造成從造型到澆注之間的時間間隔不一定超過24小時，因此終強度的確定應(yīng)因企業(yè)而定。規(guī)模較小、實行幾天一爐制的企業(yè)，可采用24小時終強度標準;鑄型固化時間不超過的24h的企業(yè)，以澆注前所達到的強度為終強度標準。同時，在生產(chǎn)中還要克服兩方面的傾向：一方面為保證質(zhì)量而盲目提高強度，使鑄造成本提高，造成浪費;另一方面就是為保成本而壓低強度，結(jié)果造成質(zhì)量不穩(wěn)、波動范圍大，使鑄件質(zhì)量受原材料和操作者的影響較大。
(2)確定合適的砂鐵比
自硬樹脂砂由于其強度高、固化后起模、分型面平整，因此其吃砂量比粘土砂的要小，但其砂鐵比也有一定要求。如果鑄造砂鐵比太高，生產(chǎn)過程中既浪費樹脂和固化劑又會產(chǎn)生較大的廢砂塊，使再生機負擔加重，脫膜率降低，LOI值升高，鑄件產(chǎn)生氣孔的可能性增大;如果砂鐵比太低，澆注時容易產(chǎn)生跑火，鑄件容易產(chǎn)生變形。根據(jù)我們的經(jīng)驗，砂鐵比應(yīng)選擇為2.2~3：1。
(3)確定合適的澆注系統(tǒng)
呋喃樹脂砂的熱穩(wěn)定性較差，有資料介紹，樹脂砂中樹脂的加入量在1.4%-1.6%時，其熱穩(wěn)定性最好，但在一般情況下，樹脂加入量在1.2%左右，因此，澆注系統(tǒng)的設(shè)計原則為在樹脂的熱穩(wěn)定性時間內(nèi)確保金屬液快速、平穩(wěn)地充滿鑄型型腔，所以，在確定澆注系統(tǒng)時，應(yīng)盡量采用陶瓷管，并使內(nèi)澆口多而分散。
三、要注意原材料的選擇
原材料的選擇對鑄造生產(chǎn)有較大影響，因為原材料的好壞，一方面影響著鑄件質(zhì)量，另一方面影響著各種材料的加入量和消耗量。
為此，應(yīng)從以下幾方面考慮：
1、原砂的選擇
原砂分為普通砂、水洗砂、擦洗砂等幾類，由于擦洗砂中含泥量已經(jīng)很少，故可大大減少樹脂的浪費，應(yīng)優(yōu)先選擇，其次選水洗砂，但決不能使用未經(jīng)處理的原砂。選擇型砂時，一要遵循就近選擇的原則，減少運輸成本，二要盡量選用角形系數(shù)低的原砂。
2、樹脂的選擇
樹脂的選擇，直接影響著鑄造質(zhì)量。如果選擇了質(zhì)量較差的樹脂，不但增加了樹脂的加入量，而且影響了型砂的質(zhì)量，造成鑄件廢品增多，因此對原材料的選擇，不能只根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)數(shù)據(jù)確定，而應(yīng)對生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)過程及質(zhì)量控制手段有所了解，并盡量自己對樹脂的各項指標進行檢驗或請有關(guān)的有較好信譽的檢驗部門進行檢驗，或借鑒同類使用廠家的經(jīng)驗，或選擇信譽較好的知名大企業(yè)的產(chǎn)品。
3、其他原材料的選擇
其他原材料包括固化劑、涂料、粘結(jié)劑、脫模劑、封箱泥條等，這些原材料的選擇，既要考慮其質(zhì)量問題，又要考慮其與主要材料的匹配如采購、運輸方便等問題。因為這些原材料對鑄件質(zhì)量的影響不是主要的，但對鑄造成本的影響也不容忽視，如固化劑加入量的不同，不但由于影響造型過程的生產(chǎn)效率而影響生產(chǎn)成本，而且還影響材料費用。
總之，只要注意了以上幾方面，不但生產(chǎn)出滿足客戶要求的鑄件，而且能夠降低鑄造成本，給企業(yè)帶來發(fā)展和效益。
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