树脂砂在出口破碎机铸件上的应用

郭林

树脂砂在出口破碎机铸件上的应用

郭林

长期以来我公司生产铸钢件，造型材料一直采用水玻璃砂生产，水玻璃加入量为7%～8%，生产一般铸钢件，还基本能够满足要求，但对于复杂件以及质量要求高的铸件，就很难满足用户质量要求，主要存在问题为清砂困难，铸件表面质量差，裂纹严重，外型及砂芯存放性差、表面易粉化，因此限制了铸件质量的进一步提高。为了开拓国际市场，应对市场竞争，再用水玻璃砂生产铸件已不能满足用户的高质量要求，为此我公司2005年开始使用酚醛树脂砂生产出口破碎机铸件。

1. 铸件结构特点

锥形破碎机铸件材质为ZG20Mn5，铸件壁厚差较大，质量要求高，其形状结构如图1所示。

2. 树脂砂的特点

我公司使用的树脂砂为碱性酚醛树脂自硬砂，游离甲醛低,固化剂无气味，无腐蚀性，利于工人操作。碱性酚醛树脂及其酸类固化剂中只含有C、H、O三种元素，不含P、S、N等元素，不会在铸件表面产生渗P、S现象，减少了由其产生的气孔、裂纹等铸造缺陷，避免产生有害气体，减少了环境污染，并且溃散性好。另外，该工艺还有一个显著的特点，即浇注时具有其他树脂不可比拟的热塑性和高温二次硬化现象，并且发气量较少，发气速度较低，因而可以有效防止铸钢件气孔、裂纹等缺陷，铸件尺寸精度高，表面质量好，且砂型硬化速度较快，硬透性好，常温硬化强度较高。铸钢件等级可从常规铸造的CT13～15级提高到CT10 ～12级；表面粗糙度由Ra=100～400μm改善到Ra=25～100μm。碱性酚醛树脂砂的硬化速度只与温度和固化剂种类有关，而固化剂的加入量影响不大。碱性酚醛树脂砂在高温下具有热塑性和二次强度，这一特性对生产破碎机铸件具有相当有利的作用。因为砂型在受热情况下，二次强度的建立，增加了铸型的刚度，能有效地抵挡厚大热节处的铸件胀砂缺陷。碱性酚醛树脂砂起模时型砂仍保持一定的塑性，不易黏附在模样上，砂型表面较光洁，模样可采用较小的起模斜度。

3. 原砂的选择

我公司采用的原砂为粒形较好的天然硅砂，SiO2含量大于98%，含泥量＜0.3%，粒度范围为40/70目（0.450～0.224mm），并且40/70目筛上的砂子含量应＞80%。

4. 碱性酚醛树脂及固化剂的选用

选择质量好的树脂、固化剂对于型砂质量很重要，我公司选用的碱性酚醛树脂型号为NF201，外观为暗红色液体，黏度≤300mPa·s，密度1.2～1.3g/cm3，24h抗拉强度≥1.0MPa；固化剂为NFG系列有机脂固化剂，外观为浅黄色至深灰色透明液体，密度1.163～1.169g/cm3。

5. 型砂配比及混制工艺

图1　锥形破碎机HP系列铸件

型砂配比，原砂100%，树脂加入量占砂重的1.2%～2.0%，根据铸件大小不同适当调整，固化剂加入量占树脂的30%～40%，

与呋喃树脂自硬砂工艺不同的是固化速度不能通过增减固化剂的加入量调节，只能通过改变固化剂种类调节。混砂工艺：首先将原砂与固化剂混合均匀，然后再加入树脂混1～2min出砂。

6. 生产应用及工序过程控制

（1）模样质量控制 模样要有足够的强度和刚度，表面光洁，要达到一级模样要求；上下型均采用型板，确保使用过程中不变形。

（2）原砂和粘结剂 要确保原砂和粘结剂各项性能指标合格。

（3）可使用时间的控制可使用时间是树脂砂可以使用而不准超过的最长时间，在此时间以后使用的结果将是流动性和最终的机械强度过低。因此，树脂硬化反应的开始阶段必须尽量缓慢，使造型操作能够及时完成。型砂的使用时间一般控制在8～15min，调整不同快慢型号固化剂的加入比例，以控制型砂的可使用时间。

（4）造型及制芯 在造型及制芯前做好各项准备工作。首先准备好芯盒、芯骨、排气绳和舂砂工具，浇冒口位置摆放确定好，然后混砂，开始造型、制芯工作，一定要在芯砂的可使用时间内完成全部工作。由于碱性酚醛树脂的黏度较大，不易紧实，所以在舂箱时一定要注意紧实到位，确保各处紧实均匀，起模后表面光洁。型芯要多扎出气孔，这既有利于型芯水分的逸出，又利于浇注过程中排气。树脂砂粘模现象比较严重，模样在首次使用前，必须刷脱模剂，在脱模剂没有完全干燥前，严禁填砂造型，否则型砂易和模样粘连在一起，难以起模。对于不易起模的模样，在每次造型前都要刷脱模剂，且刷脱模剂前，应将模样表面清理干净、打磨平整。横浇道、内浇道要做出模样，以便造型时直接成形。起模斜度应稍大些，尽量避免修型。依据型芯的大小、复杂程度及造型工实际可以完成操作的时间，随时调整型芯砂的可使用时间，以保证型芯的强度需要。充分考虑型芯的硬透性，防止型芯产生变形。

（5）起模控制制作完成后的砂型及砂芯，停放60min左右即可脱模，此时树脂砂固化强度已经达到70%左右，模样及砂芯能从砂型及芯盒中完整地取出而不引起任何尺寸的改变，为防止强度不足，常采用通气针向下沿着箱壁扎孔，当平均扎入深度在20mm以下时即可起模。

（6）刷涂料控制树脂砂的高温溃散性好，对涂料的刷涂质量要求高，如果涂料层不致密，或涂料黏附性差，容易造成冲砂和粘砂缺陷。因此，刷涂料时涂料层要致密，保证浇注系统和铸型侧面的刷涂质量。为提高铸件表面质量，应将非加工面的涂料层磨平，不能有明显的刷痕。

7. 应用效果

（1）用上述工艺制作的树脂砂型应用实例如图2、图3所示，砂型强度高，表面质量光洁，吊运、翻箱及合箱等过程中不变形。

（2）碱性酚醛树脂自硬砂工艺性能优良，铸件废品率低，表面质量好，尺寸精度高，砂芯易清理，生产操作方便，提高了铸件的质量，提升了我公司热加工技术的等级水平。

（3）碱性酚醛树脂自硬砂在混砂、造型、制芯及浇注过程中气味较小，改善了生产现场的环境。

（4）用碱性酚醛树脂自硬砂生产的破碎机铸件的质量实例效果如图4所示，铸件质量得到了国外用户的认可，为公司开拓了国际市场。

图2　锥形破碎机主框架砂芯

图3　锥形破碎机主框架上砂型

图4　HP500破碎机主框架铸件

20150130

作者简介：郭林，济钢集团重工机械有限公司。