呋喃樹脂砂質量控制要素

　　據統計，關于樹脂砂缺陷導致的鑄鐵件廢品占整個廢品的30%~50%。可以說，樹脂砂性能的優劣對鑄鐵件質量有著直接的影響。樹脂砂控制技術對鑄鐵件生產至關重要。為此，本文將從以下關鍵控制要素來探究其對樹脂砂性能的影響，以期對提高鑄鐵件質量有所幫助。

1. 樹脂砂強度

　　（1）樹脂加入量  強度是樹脂砂的核心指標之一。金屬液進入鑄型時，鑄型強度過低，內澆口附近樹脂砂易潰散，有形成沖砂、夾砂等缺陷的傾向。樹脂砂強度過高，打箱時靠近砂箱的樹脂砂不易潰散，又會對落砂造成困難。而且，強度越高發氣量越大，若鑄型排氣能力不足，鑄件則易產生氣眼、氣孔等缺陷。

　　樹脂加入量是影響樹脂砂強度的直接因素。研究呋喃樹脂加入量對樹脂砂強度的影響的規律，對控制樹脂砂強度有著重要意義。以40/70目硅砂為例，在試驗室條件下，樹脂加入量從0.7%到1.8%（占砂用量），GH06固化劑40%（占樹脂）的液料加入量進行試驗，按標準制成ф40mm×40mm的圓柱試樣，對其進行抗壓強度檢測。試驗結果如圖1所示。 

圖1 樹脂加入量對樹脂砂強度的影響

　　隨著樹脂加入量的增大，樹脂砂強度逐步增大。加入量增大到1.5%后，再繼續增加樹脂，強度增加不明顯。主要原因是樹脂加入量過多會增加砂粒表面粘結劑膜的厚度，降低粘結橋對砂粒的附著強度，導致粘結效率下降。樹脂加入量低于0.8%后，強度低于3MPa。強度較低，易出現沖砂等缺陷，綜合鑄造成本控制，以及防止沖砂缺陷的發生，建議樹脂加入量在0.8%~1.6%為宜。

　　（2） 硅砂粒度  除了樹脂加入量，硅砂的粒度也是影響樹脂砂強度的一個主要因素。硅砂的粒度反映了硅砂的顆粒大小和分布狀態。為了驗證硅砂粒度對樹脂砂強度的影響，選用40/70目、50/100目、70/140目硅砂，以樹脂加入量1.0%，GH06固化劑30%的液料加入量，按標準制成ф40mm×40mm的抗壓試樣，對其進行了抗壓強度檢測，結果如圖2所示。

 圖2 不同粒度硅砂對樹脂砂強度的影響

　　從圖2可以看出，40/70目硅砂強度整體要高于50/100目、70/140目硅砂。其次三篩的40/70目與50/100目硅砂的強度高于其他篩號。此外，因為40/70目硅砂的透氣性優于50/100目、70/140目硅砂（后面敘述），所以我們建議優先選用3篩的40/70目硅砂進行鑄鐵件生產。

　　（3）緊實度  由于樹脂砂流動性好，在生產過程中無須通過緊實就可獲得所需要的抗拉強度，因此很多鑄造廠對樹脂砂的緊實操作未給予足夠的重視。以40/70目硅砂為例，樹脂加入量為1.0%，GH06固化劑30%的液料加入量，通過不同緊實次數，試驗緊實度對樹脂砂強度的影響，結果如圖3所示。。

圖3  緊實度對樹脂砂強度的影響

　　圖3中，隨著緊實次數的增加，樹脂砂強度上升迅速。相比于未緊實操作時的2.05MPa的抗壓強度，用Saz樹脂砂制樣機緊實3次的樹脂砂抗壓強度上升到3.62MPa。由此看出，通過提高樹脂砂緊實度可以明顯提高樹脂砂強度。建議造型、制芯時，對樹脂砂進行適當的緊實操作，這樣既可以提升樹脂砂強度，又節約了樹脂，降低了鑄造成本。 

2．樹脂砂透氣性

　　透氣性是反映樹脂砂性能的一項重要指標。在金屬液澆入砂型時, 會產生大量氣體。若樹脂砂透氣性低, 鑄型排氣能力差, 則容易發生嗆火, 或形成氣孔、 澆不足等缺陷。鑄型透氣性過高, 又可能造成鑄件表面粗糙和發生粘砂陷。因此, 了解樹脂砂透氣性的影響因素, 有效控制樹脂砂透氣性, 對于減少鑄件缺陷有重要的意義。

　　（1）硅砂粒度  為了檢驗硅砂粒度對型砂透氣性的影響，我們選用微粒含量均為50%的30/50目、40/70目、50/100目硅砂，以樹脂加入量為1.0%，GH05固化劑30%的液料加入量，按標準制成ф50mm×50mm的圓柱試樣，對其進行了透氣性的測量。結果見表1。

　　從表1可以看出，硅砂粒度越大，砂粒間的間隙越大，砂型的透氣性明顯較好；硅砂粒度越小，砂粒間堆積緊密，間隙較小，透氣性較差。

　　（2）緊實度  試驗中，我們發現緊實度對樹脂砂的透氣性也會產生影響。通過用智能透氣性測定儀對40/70硅砂，樹脂加入量為1.0%, GH05固化劑30%的液料加入量的標準試塊進行透氣性測性，結果見表2。

　　從表2可以看出，隨著緊實度增高，透氣性逐漸減弱，經分析主要原因是樹脂砂顆粒的排列隨著緊實度的增加，砂粒間空隙減小導致。

3．可操作性

　　樹脂砂的可操作性主要有可使用時間和起模時間兩部分。

　　（1）可使用時間  樹脂砂可使用時間，是指從流砂操作開始到樹脂砂抗壓強度增長到0.07MPa時所經歷的時間。對于較大的芯盒，通常希望可使用時間長一些，以便在達到可使用時間之前完成流砂操作。否則樹脂砂易分層，影響終強度。

　　影響樹脂砂可使用時間的因素包括固化劑加入量，砂溫，環境溫度等。為了探究其對樹脂砂可使用時間的影響，我們在試驗室進行了以下試驗：

　　1）在砂溫和環境溫度為20℃以及樹脂加入量為1.0%的情況下，試驗GH06固化劑加入量從30%增加到60%時，可使用時間的變化情況，結果如圖4所示。

　　圖4 固化劑加入量對可使用時間的影響

　　由圖4中可以看出，在其他條件不變的情況下，可使用時間和固化劑加入量基本成反比；隨著固化劑加入量的增大，可使用時間逐漸變短。                                                                             　　2）以40/70目硅砂為例，樹脂加入量為1.0%，GH06固化劑30%的液料加入量，試驗不同砂溫和環境溫度對樹脂砂可使用時間的影響，結果如圖5所示。 

圖5  砂溫、環境溫度對樹脂砂可使用時間的影響

　　從圖5可以看出，隨著砂溫、環境溫度的升高，可使用時間迅速下降。

　　從以上試驗得出，固化劑、砂溫和環境溫度是影響樹脂砂可使用時間的關鍵因素。通常填砂操作的時間與芯盒大小以及復雜程度有關系，芯盒越大越復雜，花費的填砂時間也越長；應該根據填砂時間的長短靈活調整砂溫以及固化劑加入量，以保證充足的可使用時間。

　　（2）樹脂砂起模時間  樹脂砂起模時間是指自混砂結束至砂型（芯）起模時，不發生變形或損壞所需要的時間間隔，其對于生產也是一個重要的控制指標。從利于生產操作的角度出發，總是希望可使用時間長一些，起模時間短一些，即起模時間比可使用時間的比值越小越好，這樣既能有充足時間完成流砂操作，又能提高生產效率。但是冬季車間環境溫度較低，常常會出現起模時間過長的現象，嚴重影響生產效率。

　　以40/70目硅砂為例，樹脂加入量為1.0%，GH06固化劑30%的液料加入量進行試驗。探究環境溫度對樹脂砂硬化速率的影響，結果如圖6所示。

圖6  環境溫度對硬化時間的影響

　　從圖6可以看出，在其他條件因素不變的情況下，環境溫度越低，樹脂砂硬化越慢。對于冬季車間環境溫度較低，出現脫模時間過長的情況。建議通過提高作業區域局部環境溫度，來提升樹脂砂硬化速率，縮短起模時間。

4．試驗結論

　　（1）樹脂砂強度  綜合鑄造成本控制，以及防止沖砂缺陷的發生，實際生產中建議將常溫抗壓強度控制在3~6MPa，對應KF-3G樹脂加入量為0.8%~1.6%。

　　（2）樹脂砂透氣性  硅砂粒度越大，砂型的透氣性越好；硅砂粒度越小，透氣性較差。

　　（3）可使用時間  芯盒大小及復雜程度不同，所用的填砂時間也不同，因此應根據填砂時間的長短靈活調整砂溫以及固化劑加入量，以保證充足的可使用時間。

　　（4）起模時間

　　樹脂砂起模時間應與生產秩序相匹配，在此前提下，起模時間要盡量短，從而提高生產效率。

結語

　　樹脂砂性能是影響鑄件質量的關鍵因素。樹脂砂某一項性能不合格就可能導致鑄件缺陷甚至報廢，因此對樹脂砂性能需做到控制。