呋喃树脂砂质量控制要素

　　据统计，关于树脂砂缺陷导致的铸铁件废品占整个废品的30%~50%。可以说，树脂砂性能的优劣对铸铁件质量有着直接的影响。树脂砂控制技术对铸铁件生产至关重要。为此，本文将从以下关键控制要素来探究其对树脂砂性能的影响，以期对提高铸铁件质量有所帮助。

1. 树脂砂强度

　　（1）树脂加入量  强度是树脂砂的核心指标之一。金属液进入铸型时，铸型强度过低，内浇口附近树脂砂易溃散，有形成冲砂、夹砂等缺陷的倾向。树脂砂强度过高，打箱时靠近砂箱的树脂砂不易溃散，又会对落砂造成困难。而且，强度越高发气量越大，若铸型排气能力不足，铸件则易产生气眼、气孔等缺陷。

　　树脂加入量是影响树脂砂强度的直接因素。研究呋喃树脂加入量对树脂砂强度的影响的规律，对控制树脂砂强度有着重要意义。以40/70目硅砂为例，在试验室条件下，树脂加入量从0.7%到1.8%（占砂用量），GH06固化剂40%（占树脂）的液料加入量进行试验，按标准制成ф40mm×40mm的圆柱试样，对其进行抗压强度检测。试验结果如图1所示。 

图1 树脂加入量对树脂砂强度的影响

　　随着树脂加入量的增大，树脂砂强度逐步增大。加入量增大到1.5%后，再继续增加树脂，强度增加不明显。主要原因是树脂加入量过多会增加砂粒表面粘结剂膜的厚度，降低粘结桥对砂粒的附着强度，导致粘结效率下降。树脂加入量低于0.8%后，强度低于3MPa。强度较低，易出现冲砂等缺陷，综合铸造成本控制，以及防止冲砂缺陷的发生，建议树脂加入量在0.8%~1.6%为宜。

　　（2） 硅砂粒度  除了树脂加入量，硅砂的粒度也是影响树脂砂强度的一个主要因素。硅砂的粒度反映了硅砂的颗粒大小和分布状态。为了验证硅砂粒度对树脂砂强度的影响，选用40/70目、50/100目、70/140目硅砂，以树脂加入量1.0%，GH06固化剂30%的液料加入量，按标准制成ф40mm×40mm的抗压试样，对其进行了抗压强度检测，结果如图2所示。

 图2 不同粒度硅砂对树脂砂强度的影响

　　从图2可以看出，40/70目硅砂强度整体要高于50/100目、70/140目硅砂。其次三筛的40/70目与50/100目硅砂的强度高于其他筛号。此外，因为40/70目硅砂的透气性优于50/100目、70/140目硅砂（后面叙述），所以我们建议优先选用3筛的40/70目硅砂进行铸铁件生产。

　　（3）紧实度  由于树脂砂流动性好，在生产过程中无须通过紧实就可获得所需要的抗拉强度，因此很多铸造厂对树脂砂的紧实操作未给予足够的重视。以40/70目硅砂为例，树脂加入量为1.0%，GH06固化剂30%的液料加入量，通过不同紧实次数，试验紧实度对树脂砂强度的影响，结果如图3所示。。

图3  紧实度对树脂砂强度的影响

　　图3中，随着紧实次数的增加，树脂砂强度上升迅速。相比于未紧实操作时的2.05MPa的抗压强度，用Saz树脂砂制样机紧实3次的树脂砂抗压强度上升到3.62MPa。由此看出，通过提高树脂砂紧实度可以明显提高树脂砂强度。建议造型、制芯时，对树脂砂进行适当的紧实操作，这样既可以提升树脂砂强度，又节约了树脂，降低了铸造成本。 

2．树脂砂透气性

　　透气性是反映树脂砂性能的一项重要指标。在金属液浇入砂型时, 会产生大量气体。若树脂砂透气性低, 铸型排气能力差, 则容易发生呛火, 或形成气孔、 浇不足等缺陷。铸型透气性过高, 又可能造成铸件表面粗糙和发生粘砂陷。因此, 了解树脂砂透气性的影响因素, 有效控制树脂砂透气性, 对于减少铸件缺陷有重要的意义。

　　（1）硅砂粒度  为了检验硅砂粒度对型砂透气性的影响，我们选用微粒含量均为50%的30/50目、40/70目、50/100目硅砂，以树脂加入量为1.0%，GH05固化剂30%的液料加入量，按标准制成ф50mm×50mm的圆柱试样，对其进行了透气性的测量。结果见表1。

　　从表1可以看出，硅砂粒度越大，砂粒间的间隙越大，砂型的透气性明显较好；硅砂粒度越小，砂粒间堆积紧密，间隙较小，透气性较差。

　　（2）紧实度  试验中，我们发现紧实度对树脂砂的透气性也会产生影响。通过用智能透气性测定仪对40/70硅砂，树脂加入量为1.0%, GH05固化剂30%的液料加入量的标准试块进行透气性测性，结果见表2。

　　从表2可以看出，随着紧实度增高，透气性逐渐减弱，经分析主要原因是树脂砂颗粒的排列随着紧实度的增加，砂粒间空隙减小导致。

3．可操作性

　　树脂砂的可操作性主要有可使用时间和起模时间两部分。

　　（1）可使用时间  树脂砂可使用时间，是指从流砂操作开始到树脂砂抗压强度增长到0.07MPa时所经历的时间。对于较大的芯盒，通常希望可使用时间长一些，以便在达到可使用时间之前完成流砂操作。否则树脂砂易分层，影响终强度。

　　影响树脂砂可使用时间的因素包括固化剂加入量，砂温，环境温度等。为了探究其对树脂砂可使用时间的影响，我们在试验室进行了以下试验：

　　1）在砂温和环境温度为20℃以及树脂加入量为1.0%的情况下，试验GH06固化剂加入量从30%增加到60%时，可使用时间的变化情况，结果如图4所示。

　　图4 固化剂加入量对可使用时间的影响

　　由图4中可以看出，在其他条件不变的情况下，可使用时间和固化剂加入量基本成反比；随着固化剂加入量的增大，可使用时间逐渐变短。                                                                             　　2）以40/70目硅砂为例，树脂加入量为1.0%，GH06固化剂30%的液料加入量，试验不同砂温和环境温度对树脂砂可使用时间的影响，结果如图5所示。 

图5  砂温、环境温度对树脂砂可使用时间的影响

　　从图5可以看出，随着砂温、环境温度的升高，可使用时间迅速下降。

　　从以上试验得出，固化剂、砂温和环境温度是影响树脂砂可使用时间的关键因素。通常填砂操作的时间与芯盒大小以及复杂程度有关系，芯盒越大越复杂，花费的填砂时间也越长；应该根据填砂时间的长短灵活调整砂温以及固化剂加入量，以保证充足的可使用时间。

　　（2）树脂砂起模时间  树脂砂起模时间是指自混砂结束至砂型（芯）起模时，不发生变形或损坏所需要的时间间隔，其对于生产也是一个重要的控制指标。从利于生产操作的角度出发，总是希望可使用时间长一些，起模时间短一些，即起模时间比可使用时间的比值越小越好，这样既能有充足时间完成流砂操作，又能提高生产效率。但是冬季车间环境温度较低，常常会出现起模时间过长的现象，严重影响生产效率。

　　以40/70目硅砂为例，树脂加入量为1.0%，GH06固化剂30%的液料加入量进行试验。探究环境温度对树脂砂硬化速率的影响，结果如图6所示。

图6  环境温度对硬化时间的影响

　　从图6可以看出，在其他条件因素不变的情况下，环境温度越低，树脂砂硬化越慢。对于冬季车间环境温度较低，出现脱模时间过长的情况。建议通过提高作业区域局部环境温度，来提升树脂砂硬化速率，缩短起模时间。

4．试验结论

　　（1）树脂砂强度  综合铸造成本控制，以及防止冲砂缺陷的发生，实际生产中建议将常温抗压强度控制在3~6MPa，对应KF-3G树脂加入量为0.8%~1.6%。

　　（2）树脂砂透气性  硅砂粒度越大，砂型的透气性越好；硅砂粒度越小，透气性较差。

　　（3）可使用时间  芯盒大小及复杂程度不同，所用的填砂时间也不同，因此应根据填砂时间的长短灵活调整砂温以及固化剂加入量，以保证充足的可使用时间。

　　（4）起模时间

　　树脂砂起模时间应与生产秩序相匹配，在此前提下，起模时间要尽量短，从而提高生产效率。

结语

　　树脂砂性能是影响铸件质量的关键因素。树脂砂某一项性能不合格就可能导致铸件缺陷甚至报废，因此对树脂砂性能需做到控制。