呋喃树脂自硬砂生产球墨铸铁的成本控制途径探讨

Page1of6第1页2007-09-28呋喃树脂自硬砂生产球墨铸铁的成本控制途径探讨高连国(湖北荆州434000)【关键词】呋喃树脂自硬砂球墨铸铁成本控制随着铸造生产所用的主要原材料的市场价格暴涨，带来了铸造生产的成本急骤飙升，而铸造毛坯的价格却难以提升，其利润也急骤下降，使得铸造企业面临着前所未有的困境，可以说是举步维艰，原先拥有利润的产品变成了微利产品、原先微利的产品变成了无利甚至亏损的产品。如何控制成本、增加利润，扭转目前的被动局面？成了当前同仁们之间相互关心和相互交流的热门话题，而呋喃树脂自硬砂造型与潮模砂造型和水玻璃砂造型相比，以其成本高，生产效率低而倍受关注，特别是将其作为造型手段来生产熔炼成本也相对较高的球墨铸铁时更成了人们关注的热点。控制成本--降低废损是当然的关键。本文旨在通过生产实践中的几点体会，着重对用呋喃树脂自硬砂生产球墨铸铁时的成本控制途径进行探讨，从树脂、固化剂、型砂、涂料以及型砂的混制到浇冒系统甚至造型工艺等等几方面和降低废损的角度加以思考，抛砖引玉求教于方家。一、正确的选用树脂和选择合理的树脂用量控制成本1.1树脂的选择仅就呋喃树脂而言，根据其含氮量的差别有低、中、高之别，这Page2of6第2页2007-09-28是根据树脂的成分而言的，可想而知其生产成本也就有低、中、高的差别。通常是含氮低的树脂成本高、含氮高的树脂成本低；这是因为生产含氮低的树脂时所用的尿素（一种氮氢化合物）少，其发气量（树脂在高温下燃烧分解所产生的气体量）就少，反之，含氮量高时尿素用量大，其发气量也大。呋喃树脂还有一个特点，那就是含氮量越高其粘接强度越高，含氮量低其粘接强度稍低。生产球墨铸铁时树脂发气量大极易产生皮下气孔、针孔等料废现象，那么，含氮量高的、发气量大的树脂就不能用在球墨铸铁的生产上；那是不是说含氮量低的、发气量小的树脂就好呢？就减少铸件皮下气孔、针孔而言当然是好，但这种树脂一方面是价格相对较高，另一方面其铸型强度稍差、抵御球墨铸铁的石墨化膨胀能力稍差，考虑到成本因素也考虑到铸件都会有一定的加工余量，所以生产球墨铸铁时，中等发气量而粘接强度适中的中氮树脂就成了首选，中等发气量的树脂所产生的皮下气孔、针孔在铸件的加工余量内加工可去除。1.2树脂用量的选择用树脂造型生产时，通常树脂的用量选择在1.1%～1.8%左右。毫无疑问，用树脂造型时，树脂的用量对造型成本起决定性作用；同样的铸型树脂含量低铸型刚度低抵抗球墨铸铁石墨化膨胀能力差，若树脂含量高则铸型刚度好抵抗球墨铸铁石墨化膨胀能力好。而对球墨铸铁的生产而言，好的铸型刚度能保证铸件质量---良好的尺寸精度和良好的铸件自补缩效果，克服铸件的缩孔、缩松倾向。Page3of6第3页2007-09-28但是，能不能为了强调铸型的刚度而选用高的树脂含量呢？答案是否定的。这是因为树脂含量高时铸型的发气量大，产生气孔的可能性大，对球墨铸铁有害，所以，生产球墨铸铁的时候只要有一定的铸型刚度型砂中的树脂量是越低越好，低到确保铸件发生石墨化膨胀时铸型不开裂为止。根据造型时是否是新砂还是旧砂、是否是芯砂还是型砂选取树脂的用量在1.1%～1.8%来控制成本。二、固化剂的种类和用量的选择控制成本2.1固化剂种类的选择固化剂主要是在树脂砂型固化过程中起硬化作用的催化剂，根据其酸性的强弱分别在不同的砂温和不同的季节环境中使用。有环境温度高时使用的低酸值固化剂和环境温度低时使用的高酸值固化剂；含磺酸类和不含磺酸类固化剂等等。奥地利的科学家（W·Bauer）研究发现，呋喃树脂造型时使用的对甲苯磺酸(PTSS)固化剂在砂型中渗硫，使得球铁铸件局部球化不良和球化衰退。笔者在生产曲轴和飞轮盘等加工余量较少的铸件时就遇到过类似现象----经过加工后的铸件的加工面上常常出现分布不规则的黑斑等料废现象，经过检测分析发现就是铸件局部的球化不良和球化衰退。因此，生产球墨铸铁时要尽量避免固化剂中磺酸对铸件球化质量的影响，采取加大加工余量或非磺酸类固化剂等方式为佳。2.2固化剂的用量树脂砂型的刚度和强度除了和树脂的种类以及用量有关外，还和固化剂的种类和用量、型砂的温度甚至粒度以及固化时间等等因素有Page4of6第4页2007-09-28关。而固化剂用量是由固化剂的酸值大小、型砂的温度高低、生产要求的可使用时间等等因素决定的。大家知道，呋喃树脂自硬砂一般要经过24小时后才能稳定达到其最终强度，但在这一过程中，会出现一个超过其最终强度的最高强度，生产球墨铸铁的过程中从造型到浇注如何捕捉到出现最高强度的这一时刻对生产组织和提高劳动生产率很有意义。在同样的树脂加入量和同样的砂温条件下，固化剂的酸值过高或加入量过高都会引起铸型固化时间缩短，强度和刚度下降；酸值过低或加入量不够都会引起铸型不固化或固化时间延长；只有合适的酸值和合适的加入量才能既保证铸型的固化时间又保证铸型的强度和刚度。生产球墨铸铁时根据环境的温度，一般选择固化剂占树脂的30%～80%。三、合理选择型砂控制成本3.1型砂的粒度的选择树脂型砂是靠包覆在砂粒表面上的一层树脂膜在固化剂的作用下相互作用粘联固化而成树脂砂型的。因此，砂粒的表面质量和表面积大小起着相当重要的作用。当砂粒表面凹凸不平时，会积淀一定量的树脂，引起铸型的发气量增加；当砂粒大时其比表面积小,包覆其上的树脂量就会少,铸型的发气量就小、透气性也好,铸件产生气孔和针孔的倾向就小,有利于产品质量提高；而当砂粒较小时，其比表面积大，包覆在砂粒表面的树脂就要多，铸型的发气量大、透气性也差，铸件产生气孔、针孔的倾向大，料废增加，生产成本也增加；但铸型Page5of6第5页2007-09-28砂粒的大小会影响到铸件表面的光洁度和增加清理打磨的成本，因此生产时应根据铸件的大小、铸件表面质量要求以及铸型排气现状等情况来选择表面光滑粒度适中的原砂。3.2使用再生砂将浇注过产品后的树脂砂型残砂通过机械摩擦的方法去掉其表面残留的已固化树脂层的方法就叫树脂砂的再生。再生砂在树脂砂造型生产中的使用具有十分重要的经济意义。砂粒经过机械摩擦表面会变得平滑，比表面积会变小，当然其粒度也可能变小，但砂粒外面多少会残留一些树脂膜，这将直接减少树脂的用量，减少铸型的发气量，对提高铸件的质量有好处。再生砂的砂经过铁水的热冲击，其石英经过α-β相变，热稳定性好，制成铸型时尺寸精度好，能提高铸件的尺寸精度。利用了再生砂既符合节约生产的原则，又减少了固体垃圾的排放，还对铸件质量有提高，这就是要大力推广使用再生砂的根本原因。搞好了树脂砂的再生利用也就掌握了树脂砂生产的成本控制关键。3.3使用旧砂块和使用旧砂相比，使用旧砂块的经济效益更直接、更显著。这是因为在铸件从浇注过后的型腔一定的旧砂块就是相当数量的型砂，并可以不要再混碾，不要再添加树脂、固化剂。造型时把旧砂块埋伏在其他经过混碾的树脂砂周围，并不会影响铸型的强度，对增加铸型的透气性和改善砂型的溃散性都有好处。四、使用专用砂箱Page6of6第6页2007-09-28球墨铸铁在浇注凝固过程中有个石墨化膨胀过程，利用好这一过程使铸件进行自补缩能够提高铸件的质量，减少铸件的缩孔缩松缺陷。树脂砂型虽然强度和刚度都较高，但利用好砂箱，可进一步减少砂的用量，节约成本，保证产品质量。特别是成形且有一定批量的铸件，建议生产时使用专用砂箱。根据笔者多年的经验，生产同样的产品在确保产品质量的情况下，如不用砂箱时的砂铁比大概为4∶1，而用砂箱后则可达到1∶1，节约的型砂成本是相当可观的。五、利用球墨铸铁凝固收缩时要进行石墨化膨胀和树脂砂型有一定的强度和刚度等特点，在树脂砂生产球墨铸铁时，工艺上可少开或者不开铸件的冒口，这样可提高铁水的利用率，节约成本。如果能够做到在熔炼时获得合适的碳当量铁水，那么就能够获得优质的铸件。此外，在造型的过程中，在铸件的热节部位和铸件的上部埋进能达到一定要求的冷铁，树脂砂也能够很好定位，使冷铁发挥作用，可以节约生产成本，达到增产节约降低成本的目的。总而言之，在铸件生产成本越来越高、产品利润越来越低的今天，降低废损、提高质量、节约消耗、节约生产，寻求更多更广的控制成本的途径，是铸造企业赖以生存和发展的必然基础。