树脂砂生产大型铸铁件的 工艺分析与质量控制 
    马鞍山钢铁股份有限公司重型机械设备制造公司!（安徽!"#$%%%）!张!进 
    【摘要】!依据对树脂砂生产大型铸铁件的特性分析，阐述了用树脂砂生产大型铸铁件的铸造工艺要点 与关键工序的过程质量控制。通过介绍几种典型大型铸铁件用树脂砂生产的实例，具体说明了提高树脂砂生 产大型铸铁件质量的生产工艺方法。 
    由于呋喃树脂砂生产的铸件具有尺寸精度高、表面 光洁平整、轮廓清晰、劳动强度低，以及生产率高等一 系列优点，已经成为当前铸造行业上质量、上水平的重 要手段之一。在国内，目前树脂砂在中小铸铁件上的应 用已比较普遍，然而由于树脂砂独特的生产特性，关于 大型铸铁件用树脂砂生产的报道还比较少。 年初，我公司为瞄准xx市场，充分利用设备 与技术优势，回避在中小铸铁件上的市场竞争劣势，投 资改造了一条年产,:铸铁件的树脂砂生产线，主要 用于生产大型钢锭模、机床类床身、大型冶金备件等。 一、树脂砂生产大型铸铁件的特性分析 树脂砂型的工艺特性是：高温强度低，溃散性好瞬时发气量大，导热性能差。在新砂加入量,再生 砂9、树脂,7(,7%;，且固化剂是树脂加入量 的;(’;;的正常情况下，测得其工艺性能见表,。

大型铸铁件一般情况是壁厚，热容量大，凝固时间 长，因此用树脂砂生产大型铸铁件时，最易产生的主要 铸造缺陷如下。
（,）气孔!目前比较统一的认识：树脂砂发气量大是铸件产生气孔的根源。在高温状态时，树脂砂发气量 是普通粘土砂的#$%倍，而大型铸铁件与铸型接触表面 不能瞬时凝固，造成大量气体侵入铁液，比一般铸件更 易产生气孔。
（#）粘砂!树脂砂经高温铁液焙烧后，树脂快速分 解，造成铸型表面强度下降，若此时铁液尚未凝固，铁 液极易钻入砂粒缝隙或侵蚀砂粒，造成粘砂缺陷。 （%）变形!树脂砂高温抗压强度低，在铁液压力头 较大的局部区域，由于大型铸件凝固速度慢，也易使铸 件产生鼓包、结瘤等变形缺陷。
（&）组织粗大（或球化衰退）!对于大型铸铁件来 说，由于树脂砂的导热性能差，使得大型铸件凝固的速 率进一步下降，造成组织粗大；对球墨铸铁件还会造成 球化衰退，严重影响其内在性能。 对于大型铸铁件用树脂砂生产极易产生的铸造缺陷， 应从工艺的角度分析，采取应对措施，进行改进或解决。 
    二、铸造工艺要点 
    根据我公司的生产经验，用树脂砂生产大型铸铁件 铸造工艺的关键环节：一是保证树脂砂质量要符合大型 铸铁件生产的特殊要求；二是要重视浇注系统的设计。 $%树脂砂的制备工艺 发气量大是树脂砂的基本特性，对于大型铸铁件的 生产，其不利影响尤为严重。若铸件品质要求较高，极 易产生气孔废品。因此，树脂砂的制备既要保证铸型强 度，防止大型铸铁件产生粘砂与变形缺陷，又要控制树 脂与固化剂的加入量尽可能低，以减少铸型发气量。因 此，在大型铸铁件的树脂砂型制备过程中，除了要严格 控制原砂品质、树脂与固化剂的’含量外，还要严格控 制树脂砂的配比。适用于大型铸铁件树脂砂配制的原料 技术参数见表#、表%。

树脂砂混制一般工艺流程：石英砂>固化剂 搅拌 111"% 39> 呋喃树脂搅 拌 111"% 39出 砂。采用连续式混砂机， 气动送砂，螺旋搅拌给料，先加入固化剂（根据气温， 要选择不同的固化剂），后加入树脂，连续出砂（采用 7-?控制）。大型铸铁件的树脂砂配比尤其要控制树脂与 固化剂的加入量（见表&）。 
 
    在设计大型铸铁件的树脂砂浇注系统时，应坚持大 流量、小流速、平稳、分散的浇注原则。大流量主要保 证铁液快速充型，使铁液迅速建立一定的压头，可以抑 制部分树脂砂气体的析出、侵入铁液。因此，依式（#） 计算出的浇注系统内浇道最小总截面积，会比用普通粘 士砂的大/3+$#3+，这样可以保证树脂砂生产大型铸 铁件的实际浇注时间小于依据通用计算公式获得的时间。 小流速主要防止冲砂，通过设计开放式浇注系统来实现， 具体可设计为直浇道E横浇道E内浇道A/E/0#E/0 4。 在大型铸铁件的浇注系统设计中，还应采用陶瓷管 作直浇道，直浇道下应放置耐火砖或陶瓷片，内浇道要 求尽可能分散放置，避免冲砂。此外，为提高挡渣能力， 可在浇注系统中放置过滤网。 
    三、关键工序过程质量控制 
    （#）要重视控制树脂砂设备的正常运行!除尘设备 的好坏，直接影响再生砂的成本和铸件质量，在铸造生 产中，除尘设备运行出现异常往往不易发现，如果设备 的除尘效果不好，不但影响工作环境、污染空气，更重 要的是影响再生砂的微粉含量，其结果是导致混砂时树 脂加入量增加（易产生气孔）或影响铸型强度（易产生 粘砂）。故生产大型铸铁件时，由于用砂量较大，应尤 为重视。 
    混砂机能否正常运行，将直接影响着混砂的质量。 一般情况下，树脂与固化剂的加入量是依靠隔膜泵电动 机的电压来控制的，砂料加入量是由自动开合阀门来控 制的。由于季节、天气的变化，造成液料粘度的变化， 在相同电压的情况下，液料的加入量会产生波动，砂料 阀门因反复开合，也会出现计量不准的情况。因此，每 周都要对树脂砂的配比进行检测，以确保树脂砂的配比 严格符合大型铸铁件的工艺要求。 
    （$）模样制作过程的质量控制!制作大型铸件的模 样底板时，应保证各支撑板高度一致，并用多层板制作 面板，以保证底板的平整度，必要时用金属结构件加固， 以避免底板变形。为提高模样表面的平整度和强度，避 免模样变形，在结构许可的情况下，模样的外表面和芯 盒的内表面应包覆多层板，芯头和活块应尽可能采用多 层板制作。为保证模样的制作精度，所有样板在使用前 必须经检验员检查确认。为提高模样的定位精度，在模 样底板上先画出“矩形方框线”，并以此为基准确定模 样的定位中心线和定位销座的位置，安装和倒换模样时， 应以“方框线”和模样的定位中心线作为测量基准。 
    （%）填砂过程的质量控制!树脂砂虽然具有良好的 流动性，填砂时仍应用手或木棒对型砂进行紧实，以提 高铸型的紧实度。特别是凹部、角部、活块、凸台下部 及浇注系统等部位，必须舂实，否则容易产生机械粘砂 和冲砂缺陷。大型铸铁件一般用砂量都较大，为降低生 产成本，在吃砂量较大的空间应填充旧砂块，流到砂箱 外面的型砂应作为背砂及时使用。为提高铸型（芯）的 透气性，应严格按工艺要求放置冒口，铸型填砂完成后， 应在砂箱表面扎通气眼，对体积较大或出气不畅的砂芯，制芯时应预埋通气绳或通气管。 
    （&）冷铁使用过程的质量控制!为获得所需的内在 性能，通常要在大型铸铁件的厚大部位设置外冷铁。由 于铸铁冷铁表面极易锈蚀（会加剧树脂砂铸件在放置冷 铁的部位产生蜂窝状气孔），实际使用时，很难清理，而 且人力搬运不便，因此在树脂砂生产中多用石墨冷铁来 代替铸铁冷铁。但要切记，石墨冷铁在使用前必须进行 烘干处理，待用的冷铁应放在支架上或专用桶中，以防 吸潮。 
    （’）涂料涂刷过程的质量控制!树脂砂的高温抗压 强度低、溃散性好，大型铸铁件局部的铁液压头通常较 大，而且持续时间长，因此对铸型进行刷涂的质量要求 就很高。涂料层应致密，尤其要保证浇注系统和铸型侧 面的刷涂质量，大型铸铁件一般要求涂刷$(%遍，用石 墨醇基涂料即能满足要求。如果涂料层不致密或涂料附 着力不强，将极易造成冲砂或粘砂缺陷。另外，为提高 铸件表面质量，还应将非加工面的涂料层打磨平整，不 能有明显的刷痕。 
    （)）熔注过程的质量控制!树脂砂铸型的导热性 差，保温性能好，因此在生产大型铸铁件时，为避免孕 育衰退，对高牌号灰铸铁宜采用*+,*-,./复合长效孕育 剂；对球墨铸铁应采用*+,./复合长效孕育剂。为保证 球墨铸铁件球化质量的稳定性，防止产生石墨漂浮和石 墨变异，厚大球墨铸铁件均需采用钇基重稀土球化剂， 而且不同牌号的球墨铸铁采用不同型号的球化剂。 因树脂砂发气量大，极易产生气孔和夹渣缺陷，故 对熔注操作过程应严格控制，坚持“高温熔炼，适温浇 注”的原则。 
    四、大型铸铁件生产实例 
    #%大型钢锭模 我公司用树脂砂生产的{zd0}钢锭模为!#01122 3 $’1122，壁厚$$122，净重达$’4。其常见的缺陷为内 壁粘砂（见图#）。 经分析，认为钢锭模壁厚较大，表层凝固需要的时 间较长，树脂砂型长时间经受高温铁液的侵蚀，树脂不 断被熔蚀分解，使铸型砂粒间形成空隙，树脂砂强度下 降，高温铁液利用毛细现象侵入砂粒之间，最终形成粘 砂缺陷。 工艺优化措施如下：
 
    （%）铁液强冷。浇注工艺由原来的合箱浇注改为敞 开明浇式，铸型上表面直接暴露在大气中（铸件上表面 质量问题可通过补加加工余量来解决），中间砂芯采用 中空式，其内部空气形成对流，加强冷却，使铁液与铸 型接触面快速凝固。 （&）控制铁液进入铸型的方式，以防止铁液直接冲 刷铸型。 
    （)）调整树脂砂配比，提高铸型紧实度，使铸型具 有一定的强度。 工艺优化后，连续生产*件&’(钢锭模，未发现铸 件有任何表面粘砂现象，铸铁厚大件表面粘砂问题得以 彻底解决。 "%床身 +,*-&./0型镗铣机床身，轮廓尺寸为1-..22 3 &.4.22 3*..22，毛坯单重%15 6(，主要壁厚)’22。导 轨面粗加工后，不允许存在气孔、夹渣等任何形式的铸 造缺陷。 我公司于&..4年初用树脂砂生产此大型铸件时，由 于未能把握其生产特性，因轨道面气孔出现了批量废品， 造成极大损失，具体铸造缺陷见图&。优化工艺方案后， 批量生产%..余件，气孔缺陷的废品率!)7。
 
    工艺原因分析：
（%）因疏于对树脂砂的检控，造成树脂砂的配比超标，增加了铸型的发气量。
（&）原浇注系统设计未能遵循大型铸铁件树脂砂生 产需要“大流量、小流速”的原则。
（)）浇注温度低，时间过长。
&%台车 )6.2&烧结机台车中间体的外形尺寸为1’..22 3 %’..22 3 14’22，主要壁厚).22，毛坯单重’5’(，材 质为8+’..—4。显微组织要求：球化等级为!)级、石 墨球大小$*级。生产效果见图)。
 
    主要工艺措施如下：
（%）此类型的铸铁件树脂砂生产宜采用均衡凝固的 浇注系统设计方法，内浇道压边分散设置，热节点处设 置石墨冷铁。
（&）球化剂采用钇基重稀土硅铁镁合金（抗球化衰 退的能力较强，尤其适用于厚大件心部的球化处理），孕 育剂采用4’9:;<与特种复合长效孕育剂，分别进行包 底、出铁槽孕育和浇口杯随流孕育。
（)）高温熔炼，适温浇注。 我公司用树脂砂先后为马钢三铁总厂烧结生产线生 产台车毛坯共1..余套，其力学性能与显微组织均满足 台车设计要求。

    五、结语 
    （%）严格控制树脂砂的配比质量是用树脂砂生产大 型铸铁件工艺的关键环节，要重视对树脂砂设备的保养 与维护，并认真执行树脂砂周检制度。 
    （&）树脂砂生产大型铸铁件的铸造工艺设计，要遵 循浇注系统“大流量、小流速、平稳、分散”的原则， 合理设置冷铁、冒口，以及型芯的排气，才能xx用树 脂砂生产大型铸铁件容易产生的粘砂与气孔缺陷。 
    （)）要提高树脂砂生产大型铸铁件的质量水平，必 须加强对其关键工序过程的质量控制。