呋喃树脂砂应用中若干问题的探讨(中）

2015-11-25 马敬仲 铸造工业

二、树脂砂质量与环境的温度与湿度问题

树脂砂第二个缺点就是其性能受环境温度与湿度的影响。因此在树脂砂的质量控制中一定要充分了解环境温度与湿度对树脂砂强度，起膜时间，可使用时间的影响，并采取相应的措施。否则将导致树脂砂质量的失控。

树脂砂在一年四季中，有三个季节，其性能变化**，一是夏天，温度最高，树脂砂硬化快，可使用时间短；二是冬天，温度最低，硬化慢，起不了型，硬透性差；三是梅雨季节，相对湿度**，树脂砂硬化慢，强度低，常造成塌箱。

试验表明，环境温度每相差8℃，树脂砂的硬化速度相差1倍，这将严重影响硬化速度与起膜时间，湿度的影响也是如此，树脂的缩聚反应时有水析出，环境湿度高时水不易挥发，使硬化减慢，强度降低。与温度影响不同的是，湿度对未开箱的封闭硬化的型、芯影响不大，而开箱后，湿度对其硬化速度及强度影响较大。湿度有两种指标来表达，即空气的绝对湿度与相对湿度。绝对湿度实际上是不同温度下的饱和含水量，通常用每立方米含水的质量（g）表示，见表10。

表10 环境温度与绝对湿度的关系

相对湿度是实际含水量与绝对湿度的比值，用百分数来表示。如梅雨天气相对湿度可达95%，但温度仅有20℃，则梅雨天的含水量=17.29×95%=16.42（g/m3）

表11 为我国10城市与日本东京1月至12月的空气中含水量的统计。

表11 我国10城市与日本东京1月至12月含水量的统计 （单位：g/m3）

由表可知，1月份含水量，北京为1.44g/m3，而广州是8.68g/m3，是北京的6倍。每个城市的1至12月的含水量也是不同的。上海、汉口、长沙等城市夏天7、8月的水分为1月的4～5倍以上。而北京则在14倍以上，这对树脂砂的性能影响是相当大的。

图8为铸件废品率与空气湿度的关系。图中表明7～8月湿度最高，含水量**，温度达35℃时相对湿度为60%，相对湿度虽不如梅雨季节的95%，但其含水量比梅雨季节还高，含水量=39.61g/m3×60%=23.76g/m3。统计表明，其相对应的铸件废品率最高。图中也表明，在冲天炉供风湿度控制在5～7g/m3后，废品率显著减少。上述表明无论是铁液质量还是树脂砂质量，环境变化影响是不可忽视的因素。

图8 铸件废品率与环境湿度的关系

笔者所在的原单位曾用过日本花王的树脂，并对日本的花王公司与日本的铸造厂进行过交流，发现其在呋喃树脂的应用中，不少日本的铸造工厂都详细地记录着环境温度、湿度、树脂、固化剂的加入量，并与铸件重量与尺寸的大小，起膜时间，小时强度等工艺参数等相对应。日方在交流时表示，每个工厂要经过2～3年的经验积累才能根据环境温度、湿度、铸件质量大小来调整固化剂品种及加入量。找出规律性。并强调在环境影响方面，经验的积累是十分重要的。目前我国企业做的还不到位，甚至记录都不全。

目前树脂生产厂根据环境的变化皆有相应的固化剂的配套，对品种，加入量及应用季节有书面指导，见表12。

表12 国产磺酸固化剂技术指标
有的工厂还有AB泵的调节。这方面的确已有了长足的进步。但在生产中还要注意三个环节：砂子温度，模型温度及铸型在浇注前的热风烘烤。

砂温管理是树脂砂工艺中十分重要的一环，砂温控制在20～30℃为宜。表13为砂温对型砂强度的影响。

表13 砂温对型砂强度的影响

由表13可知，砂温5～10℃时，初始强度低，无法起膜，35℃以上，初始强度高，但可使用时间短，终强度低。因此，必须要具备强有力的砂温度调节器。下列情况者应要更加重视：生产率高，气温高的地区，砂子降温工作量大；生产率不高，间断生产周期长且气温低的地区，砂子升温工作量大。对于造型线上砂温控制更为重要。为什么星期一树脂砂起膜性能差，为什么星期四、星期五的树脂砂可使用时间短，来不及造型制芯，这都是砂温造成的。

大量的经验表明，冬天时对金属模型加热十分重要。美国企业在冬天时常用红外线或热风加热生产线上的模具。确保了铸型的硬化速度与起膜时间。型、芯在合箱前的存放期间受到环境影响，吸湿是不可避免的。合箱后采用热风烘烤对防止气孔，提高铸型表面稳定性十分有效。尤其在温度低、湿度大，型芯存放时间长时更为重要。日本用250℃左右的热风在浇注前从铸型浇冒口进入，对合箱的铸型进行吹烤。国内有的铸造厂已将上述措施纳入工艺。

三、树脂砂发气量的问题

树脂砂发气量大，发气速度快并集中形成发气的峰值，这是呋喃树脂的第三个缺点，解决的措施是两个方面：一是减少发气量；二是强化排气系统。

1.减少发气量

多年统计表明，气孔、夹渣、缩松往往在铸造缺陷中排列前三位，不少工厂气孔占首位。树脂砂对气孔是十分敏感的，下列三个方面对树脂砂发气量影响**：即树脂的加入量，树脂的含N量及再生砂的灼减量。

（1）树脂加入量 检查一个工厂树脂砂质量控制的好不好，首先看它树脂加入量是多少。树脂加入量保持在1.0%～1.2%的范围内为合格，加入量0.8%～1.0%为良好。日本控制在0.8%～1.0%的范围内。

树脂加入量与发气量是线性关系，见图9

英国铸造协会（BCIRA）提出树脂砂中含N量的极限见表14

表14 呋喃树脂中含N量极限

（3）再生砂中的灼减量 灼减量是旧砂中残存的有机物的度量，它是再生砂效果的表征，同时也是含N量与发气量大小的表征，见图11、图12。

目前在工厂不检验再生砂的发气量，而用再生砂的灼减量大小来表征发气量的高低。

再生砂中的微粉不仅增加树脂砂的发气性，也影响树脂砂的强度。树脂砂加入量越低，微粉含量对强度的影响越显著。因此，树脂加入量较低时则更要把再生砂的微粉含量控制在0.2%以下。图13为微粉含量对树脂砂24h后强度的影响。

图13 为微粉含量对树脂砂24h后强度的影响

灼减量的大小，不仅取决于再生设备的功效，还取决于树脂加入量与砂铁比，树脂加入量高，砂铁比越大，灼减量也越高。因此降低树脂加入量，降低砂铁比对降低灼减量同样是重要的。

2．强化排气措施

不少铸造企业常有一个误区，认为树脂砂透气性很好（500～1000），因而忽视了树脂砂的排气措施，这是错误的。树脂砂是有机粘结剂，发气量大，且集中，很快形成峰值，气体来不及排出时，则形成气孔。凡是到过中、大型树脂砂生产现场的人都看到过，浇注后铸型排出的燃烧气体高达一米多高。工艺要求20cm×20cm范围内扎2~3个8mm的气孔；要求在中大型型芯中内部加旧砂块；要求每个芯子皆有排气道，并与铸型想通；要求砂箱下部有垫块，利于向下排气；要求上型的出气冒口面积大于内浇口面积等。但是这些经过多年经验的排气措施往往在不少工厂得不到贯彻。有的工厂不札气眼，或流于形式，像蜻蜓点水浅浅的一札；有的工厂芯子不论大小，一律实芯；有的芯子排气孔与铸型出气孔错位或不相通，有的工厂在刷涂料时甚至把砂芯的排气口都涂上了。如此不重视排气，如何不产生气孔。

值得提出的是，树脂砂札气孔不仅有排气的作用，还有利于铸型内部水分排出及加速硬化的作用。另外，铸型内部良好的硬化对起膜时铸型的完整十分有利。

4．树脂的刺激味问题

刺激味来源于树脂中的游离甲醛。游离甲醛有强烈的刺激性气味，在混砂、造型中挥发出来。浇注时遇高温进一步释放。游离甲醛具有一定的毒性，释放量大时会使人流泪、流鼻涕、咽喉发干、粘膜发炎、充血、甚至水肿，在夏季及砂温高时尤为严重。关于树脂砂车间空气中的甲醛含量各国都有规定。日本为3mg/m3,美国为2PPM，我国卫生部颁布的工业企业设计卫生标准丁36-79规定3mg/m3以下。与过去相比有了很大的进步。近年来，我国自行研制成功的邦尼树脂，也是一种酸固化的铸造用树脂，完全没有游离甲醛与苯酚，已在铸钢与铸铁中成功应用，浇注后无刺激味，受到工人与操作者。

转自铸造杂志**期

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