自硬砂造型工艺研究.

随着机械行业的发展，对外经济贸易的扩大，以及环境污染、能源紧张、材料涨价等问题的日益严重，对铸造生产和铸件质量提出了更高的要求，要能满足这些要求，特别是造型制芯工艺的选择上更应满足这些要求，先进造型制芯工艺应具备以下基本条件：

① 生产的铸件质量好、尺寸精度高、铸造缺陷少； ② 劳动条件好、环境污染少； ③ 生产成本低、生产效率高；

④ 最大限度地利用自然资源、节省能源。 传统的型砂工艺已经不能满足以上的条件，这就要求选用适合自己的先进型砂工艺。近几年来，主要使用的先进型砂工艺有：新型水玻璃自硬砂工艺、碱性酚醛树脂自硬砂工艺和呋喃树脂自硬砂工艺等自硬砂型砂工艺。下面以我们公司为例对型砂工艺进行简单阐述：

一．型砂工艺的选用

1．现用型砂工艺性能分析 1.1现用造型材料及造型方式

（1） 面砂、芯砂——CO2硬化水玻璃砂、“70”砂、铬铁矿砂 （2） 背砂——粘土砂 （3） 手工造型

（4） 烘干窑烘干小型砂型及坭芯，移动烘干大型砂型 （5） 表面刷醇基涂料 1.2现造型材料的生产特点

（1） 人工加砂，劳动强度大，生产效率低，砂型、坭芯的紧实度主要靠人工打风锤，硬化主

要吹CO2；

（2） 水玻璃加入量高（≥9%），造成成本高，型（芯）砂溃散性差，铸件清理难度大，效率

低；

（3） 旧砂直接破碎再生，再生后只能作背砂，不能作面砂，回用率低，新砂耗量高，型砂成

本高，废砂大量排放，严重污染环境；

（4） 铸件尺寸精度低，表面粗糙度差，铸件综合质量不高，后道工序工作量增大，工作效率

就低；

（5） 型（芯）砂冬季硬透性差，CO2耗量大。 1.3铸件质量情况

铸件尺寸精度低，表面粗糙，多气孔、砂眼，产生裂纹多，导致后道工序修理大，成本高，效率低。

2、新型水玻璃自硬砂工艺性能分析 2.1原辅材料

（1） 原砂：新工艺对原砂要求较高，尽可能选取泥份、微粉含量少，颗粒形貌好的原砂 （2） 改性水玻璃 （3） 有机酯固化剂

2.2工艺优势及特点：

（1）水玻璃加入量大大降低（2.5--3.5％）； （2）型砂溃散性大大改善，铸件清砂容易； （3）旧砂可干法再生回用，回用率≥80％；

（4）系列化水玻璃与固化剂配套使用，型砂综合工艺性能优良，冬季硬透性好，硬化速度可调（10-90 min），可实现大批量机械化生产；

（5）有效防止铸件裂纹、气孔等缺陷，铸钢件综合质量优于呋喃树脂砂工艺的铸件； （6）生产成本低，劳动环境好，环境污染少。 2.3工艺存在的问题：

|（1）型芯砂溃散性得到大幅度改善，但仍不及树脂砂工艺；

（2）型芯在湿度较大时有吸湿现象，需在设备、工艺上采取适宜的措施，加强生产管理和型砂

工艺控制。

3、呋喃树脂自硬砂工艺： 3.1工艺优势及特点：

（1）铸件表面质量好、尺寸精度高； （2）型芯溃散性好，铸件落砂清理容易；

（3）旧砂干法再生回用容易，回用率高（≥90％）； （4）提高工艺装备水平和生产效率，降低工人劳动强度。 3.2工艺及设备现状：

（1）机器化的生产线造型制芯，人工辅助； （2）采用型内硬化，硬化后起模，辅助型外表干；

（3） 采用机器化的旧砂再生回用生产线，干法再生回用容易，回用率约90% 。 3.3工艺存在的问题：

（1）型芯砂高温退让性差，铸件裂纹倾向大，尤其是薄壁、壁厚差大、结构复杂的铸件更易产

生；

（2）固化剂含S，易导致铸件表层增硫，造成表面微裂纹； （3）型砂发气量大、且迅速，铸件易产生气孔缺陷； （4）铸件焊补回火率高，清整成本高，铸件综合成本较高；

（5）混砂、造型、浇注、保温、落砂过程中产生SO2、H2S、CO等有害气体，作业环境差，污染

环境；

（6）废弃物中的呋喃是持久性污染物，已列入《斯德哥尔摩公约》十二种物质黑名单，全球即将禁止使用。

根据我们公司产品生产特点来说，新型水玻璃自硬砂工艺是最适合我们的型砂型砂工艺，所以我们选用新型水玻璃自硬砂工艺作为我们的新的型砂工艺。

二、新型水玻璃自硬砂工艺 1、新工艺用原砂

新工艺对原砂的要求与树脂砂类似，但比树脂对原砂的敏感性小，并且原砂适用范围广，可以用硅砂，铬铁矿砂，镁橄榄石砂等多种砂，其指标要求如下：

粒度 30--100

角形系数 <1.45 含水量 <0.5% 2、混砂工艺

原砂＋酯固化剂 ――混砂―― ＋粘结剂 ――混砂―― 出砂

3、新工艺的型砂配制

型砂的硬化性能受原砂质量，粘结剂和固化剂的种类及加入量、外界环境条件、混砂工艺设备等因素影响，使用厂可根据现场原砂的种类、状态，型（芯）砂的生产工艺要求，外界条件（温度、湿度）选择相应的粘结剂、固化剂的种类及加入量来调整型砂的硬化性能，满足铸件生产的要求。下表为推荐的型砂配比：

表1 推荐配比

新型水 原砂 玻璃 100% 3.0-4.0% 100% 3.5-4.5% 100% 4.0-5.0% 三、实验室新工艺验证 1．型砂实验室的建立

1.1型砂试验室检测仪器 （1） SHY树脂砂混砂机一台

（2） SWY液压强度试验机或XQY-Ⅱ型智能强度机一台 （3） SSZ震摆式筛砂机一台

（4） ∞字试样芯盒两个，非金属的，每个芯盒可制12个∞字试样 1.2化学分析试验仪器

（1） 红外线电烘箱一台（300℃） （2） 万分之一g分析天平一台

0~1000g托盘天平一台 0~500g托盘天平一台

（3） 0~200g电子天平一台（分度值0.01g） （4） 磁力加热搅拌器一台（78-Ⅰ型） （5） 玻璃器皿：

烧杯：200ml, 100ml, 50ml 若干 量筒：200ml, 100ml, 50ml,10 ml若干 移液管：10 ml 两支

酸、碱式滴定管：25ml 各一支

（占水玻璃） 10-15% 10-15% 10-15% 含泥≤0.5，含水≤0.5％，角形系数≤1.25 含泥≤1.0，含水≤0.5％，角形系数≤1.35 含泥≤1.5，含水≤0.5％，角形系数≤1.45 有机酯 原砂要求 锥型烧瓶：25ml 若干 温度计：100℃若干 （6） 湿温度计 （7） 秒表一块

在公司原来实验室的基础上，我们替换掉了陈旧老损的实验器材。

2．原砂的选用

原砂的一些指标对强度影响较大，我们按以下要求选用原砂：SiO2≥97%，角形因数<1.20，微粉≤0.8%，含泥量≤0.3%，含水量≤0.5%，砂温≤35℃，粒度40-100目，用福建平潭标准砂和漳浦标准砂来进行工艺验证

3．水玻璃和固化剂的选用

对于自硬砂，关键的就是改性水玻璃和固化剂，所以，选用合适的水玻璃和固化剂尤其重要。经过多方考察及同行的建议，我们选用重庆和深圳两厂家提供的水玻璃和固化剂来进行实验。 4．型砂工艺

原砂＋酯固化剂 ――混砂（30秒）―― ＋水玻璃 ――混砂（30秒）―― 出砂 5．实验结果

我们根据不同的配比、不同的原砂和不同单位提供的水玻璃、固化剂进行了多组实验，下面列出几组数据如下： 试验条件 原砂 水玻璃加入量 固化剂加入量 （占砂的质量） （占水玻璃的质量） 重庆101 3.0% 重庆101 3.0% 深圳E03-1 3.5% 深圳E03-1 3.5% 深圳E03-1 3.5% 重庆101 3.5% 深圳E03-1 3.5% 深圳E03-1 3.5% 深圳E03-1 3.5% 酯132 16% 酯132 16% R02-1 12% R02-1 12% R02-1 12% 酯132 16% R02-1 12% R02-1 12% R02-1 12%

碾砂机 平均值 温度21℃ 新漳浦砂3.0kg 湿度62% 温度24℃ 新漳浦砂3.0kg 湿度68% 温度19℃ 湿度62% 温度19℃ 湿度62% 温度15℃ 湿度63% 温度20℃ 湿度60% 温度17℃ 湿度% 温度15℃ 湿度52% 温度15℃ 湿度% 漳浦砂 1.5kg 漳浦砂 3.0kg 漳浦砂 3.0kg 漳浦砂 3.0kg 漳浦砂 3.0kg 漳浦砂 3.0kg 漳浦砂 1.5kg 碾轮式 碾轮式 转子式 碾轮式 碾轮式 碾轮式 碾轮式 碾轮式 转子式 5.77 5.3 5.2 5.4 5.0 5.7 6.0 7.1 5.9 通过对同行厂家使用自硬砂情况的考察了解，我们的型砂工艺满足了生产的基本条件。

四、结论

新型水玻璃自硬砂工艺不管在铸件质量，还是在减少工人劳动强度，尤其是在节能减排上都是比较理想的型砂工艺。对于企业，不仅要考虑可观的经济效益，更要考虑怎么样去节约能源、减少

环境的污染。所以，就要根据自己的实际情况去选择适合自己的型砂工艺。