1、樹脂自硬砂工藝在中小型鑄造車間的選擇與應用機械工業部第九設計研究院樹脂自硬砂工藝在中小型鑄造車間的應用機械工業部第九設計研究院 吳殿杰摘要 :樹脂自硬砂工藝與普通潮模砂工藝相比 ,不論從環保角度 ,還是從經濟效益 ,社會效益來看 , 都已顯示出廣闊的應用前景。隨著人們對產品質量，資源利用和環凈保護意識的增強，尤其 針對我國目前上萬家中小型鑄造車間存在的嚴重能耗及鑄件質量問題，更加迫切地要求我們 在生產過程及其產品消耗的資源盡可能少，對環境的污染盡可能少。通過全國 400 多家樹脂 砂鑄造車間經驗證明，采用樹脂自硬砂工藝對促進鑄造產品上質量，上水平，上效益，加強 環保及提高企業競爭能力具有獨特的

2、優越性和推廣價值。主題詞：樹脂自硬砂 環保 效益1.國內樹脂砂工藝應用概況1.1 國內中小型鑄造車間生產狀況 目前，我國鑄造行業單件小批生產的中小型鑄造車間占很大比重，約占廠點數的85%90%，約占全國鑄件年產量的50%左右。其中絕大部分仍采用較落后的生產工藝和方法，普遍存在著鑄件質量差，能耗大，工人勞動強度大，經濟效益差的局面。進些年來， 許多鑄造生產廠家為了適應市場經濟的發展，尤其為適應引進產品制造技術的需要，相應地 對現有鑄造車間進行了技術改造。其中許多廠家采用了樹脂自硬砂工藝。如四川柴油機廠， 重慶汽車發動機廠，天津內燃機廠以及許多機床廠，閥門廠，水泵，兵器，船舶等行業都相 繼采用了樹

3、脂自硬砂生產工藝。據不完全統計，到目前為止，國內大陸約有 400 余鑄造廠家- 可編輯修改 -（點）采用樹脂自硬砂工藝，其經濟效益和社會效益非常顯著。1.2 主要采用的樹脂自硬砂工藝 通常用于鑄造生產的樹脂自硬砂工藝有酸固化呋喃樹脂自硬砂工藝和堿固化酚醛尿烷樹脂 自硬砂工藝 （PEP SET 工藝 ）。前者多用于機床，泵，閥體行業等中小批量鑄件的生產，后者 多用于汽車鑄造行業等批量較大的鑄件生產。“自硬法” （NO BAKE）, 就是不需加熱的工藝。目前用于鑄造生產的樹脂自硬砂工藝還有 如下：酸固化酚醛樹脂砂工藝 （Phenolic/Acid）酚醛 -酯自硬砂工藝 （Phenolic/Este

4、r）油尿烷工藝 （Oil/Urethan）水玻璃酯自硬工藝 （Silicate/Ester）磷酸氧化鋁工藝 （Alumina/Phosphate）所有樹脂自硬砂工藝所涉及到的都包括樹脂組份,催化劑,添加劑以及溫度 ,水份含量 ,原砂質量,混砂操作等。1.2.1 呋喃樹脂自硬砂工藝 這是國內目前采用比較普遍且較為成熟的一種工藝，從樹脂等原輔材料到造型，制芯， 再生設備等，國內都已形成一定的生產規模。呋喃樹脂自硬砂工藝能使砂型 （芯 ） 達到高的尺寸精度及砂鐵 （及其它合金 ）臨界面的穩定 性，且脫模性好，又有高的抗拉強度和高溫熱強度，可用于脫箱造型，砂鐵比可低于2:1 。是許多機床，泵，閥門等鑄

5、造行業的主要選擇工藝之一。呋喃樹脂的加入量通常是0.9%2.0%（對砂子），催（固）化劑的加入量通常是20%60%（對樹脂）。為了提高鑄型的強度和耐濕性，往往還加些硅烷耦合劑。1.2.2 PEP SET 樹脂自硬砂工藝 由兩種組份即酚醛和異氰酸酯樹脂再加入液體胺來促進型砂硬化。此工藝有獨特的硬化特性，即可使用時間與起模時間之比很高 （達75%）,在75%的可使用時間內 ,型砂流動性極佳。 起模時間可以根據催化劑的加入量而進行調節，一般從 2min 15min 可調，且硬化均勻。PEP SET 樹脂自硬砂工藝廣泛用于鑄鐵，鑄鋼及有色金屬鑄造上，特別適用于中小型 件的高速造型。此法樹脂粘結劑加入量

6、為砂子的1%2%，酚醛（組份 1）與聚異氰酸酯 （組份2）的添加比例為 55:45 60:40 。催（固）化劑的計入量為酚醛 （組份 1）的 0.4%8%。在型砂中 加入2%3%的氧化鐵,可使鑄鋼件表面光潔又可防止碳黑缺陷。 將組份 1與組份 2的配比加 大到 60:40, 可防止由樹脂中的氮引起的鑄造缺陷。 在型砂中加入 0.25% 的氧化鐵 ,可防止皮下 氣孔。1.2.3 樹脂自硬砂工藝應用對比呋喃樹脂自硬砂工藝和酚醛聚氨酯（PEP SET工藝）及它工藝比較起來，各自應用范圍見下表:樹脂砂類型硬化特性可操作時間（mi n）起模時間（min）適應范圍備注呋喃樹脂樹脂與硬化劑一接觸就硬化混好就

7、用，就能 生產出優質鑄 件大于15min機床，泵，閥， 船舶等中小 批量硬化慢且吸濕性大PEP SET酚醛聚氨酯可調(215mi n)75%(2 15mi n)2 15mi n中小型鑄件的快速生產在操作時間 內流動性極 佳然后迅速 均勻固化酸固化酚醛（呋喃替代品）樹脂與硬化劑一接觸就硬化大型鑄鐵件及有色合金溫度10 0C38 0C，難于管酚醛-酯（水溶性樹脂和硬化劑）增加硬化劑量 可以增加硬化 速度操作性好2 90min鑄鋼，成本高， 環境好，鑄造 性好不含糠醇和 氮,游離苯酚 和甲醛少油尿烷芯子油攜氰酸 酯時間較長時間較長大型鑄件有逐年減少趨勢水玻璃酯硬化的鑄型 儲存性比水玻 璃CO 2鑄型

8、好， 使用方便，效果 好適用于各種鑄件，操作環境好有利于環保磷酸氧化鋁優機）砂子種類對硬 化速度影響大， 橄欖石砂（堿 性）會促進硬化， 落砂性差選用不同固化 劑加入量，2. 5min 2h之間可調為滿足大氣 污染法研制 得的抗拉強度Kpa 150100-可編輯修改-50呋喃樹脂自硬砂工藝1357911 時間(mi n)圖1硬化速度曲線另外,呋喃樹脂砂中的酸性固化劑在混制過程中，要被石英砂表面的堿性氧化膜中和一部分,故樹脂要多消耗一些。此外還根據四川地區溫差大和濕度大的特點，采用PEP SET樹脂自硬砂工藝就更合適。整個系統采用JIT（準時化）生產方式,中間庫存面積小，各制型（芯）生產線連續向

9、組型（芯）工 位提供合格型（芯）。涂料采用浸噴相結合方式，表面干燥爐為貫通熱風循環式燃氣干燥爐。烘 干時間在1015min內可調，溫度在1502000C也可調。組型（芯）工位全部采用手工裝配方式，并配以懸掛起重機和平衡吊協助完成夾持，起吊， 翻轉等。套箱由自行葫蘆吊運并循環使用。砂型在兩條開式布置的封閉冷卻輸送線上冷卻，然后進入落砂機。托型底板由電動葫蘆 運至造型制芯工位。兩臺串聯的振動落砂機加上懸掛磁選機完成預處理。然后進入再生系統。再生系統包括 破碎，脫膜，分選。冷卻。實踐證明，再生后殘留在砂粒表面的惰性膜連續覆蓋砂粒，不僅 使砂粒變得園整，而且熱穩定性和高溫強度也明顯提高。另外，PEP

10、SET樹脂自硬砂工藝操作簡單，適應性強，占地面積小，設備投資低，節省 能源，操作條件好，生產準備周期短以及鑄件質量高等一系列優點，是中小型鑄造車間的適 用工藝。四川柴油機廠以及重慶發動機廠等許多廠家的樹脂自硬砂工藝的采用都已證實了這 一點。1.3.2樹脂自硬砂生產線的選用樹脂自硬砂生產線一般包括混砂造型制芯系統和落砂再生系統。砂再生系統的選擇至關 重要。砂再生過程中的破碎，磁選，脫膜，篩分，去灰，冷卻是一個綜合處理過程。選擇合 適的吃砂量和砂鐵比，保證落砂破碎性能，使進入再生系統的砂團小于3mm是重要一環。同樣，根據樹脂砂類型選擇軟再生或硬再生設備同樣也很重要。象四川柴油機廠的PEP SET樹

11、脂砂再生設備選用美國 DF公司的機械旋轉碰搓再生機。與日本太陽鑄機公司的RC型離心再生機相似，屬于軟再生。日本 SINTON公司，意大利IFM公司，美國IMM公司的氣流 撞擊式再生設備屬于硬再生，動能消耗大，脫膜率高，適合鑄鋼或牌號高的鑄鐵車間。德國 KLEIN公司的機械振動式再生設備對小型鑄造車間較合適。國內如蘇州通力鑄造機械廠，無錫錫南鑄造機械廠，保定，螺河，重慶，青島天泰等10多個廠家都已生產出各種型號系列再生設備，如3t/h,5t/h,10t/h,15t/h,20t/h 機械離心式或機械振動式再生設備，已有幾十臺套分別用于中小規模的樹脂砂鑄造車間。133樹脂自硬砂工藝的選用從我國目前樹

12、脂自硬砂工藝應用狀況來看，大約有100多條自硬砂生產線在運轉。自硬型 樹脂全年用量大約2500噸3000噸左右，其中約1000噸左右為酚醛聚氨酯即 PEP SET 樹脂（含三乙胺冷芯盒法），其余大部分仍為呋喃樹脂及其它。如前所述，自硬砂粘結劑有多種。但常用的仍為呋喃樹脂和PEP SET樹脂。選擇何種粘結劑要根據本廠實際情況，鑄件種類，生產綱領等綜合考慮。選擇尺度見下表。工藝、型芯數量（個 /a）鑄件年產量備注呋喃樹脂40000左右3000以下中小型鑄造車間或閥， 泵，機床行業鑄造車間PEP SET 樹脂30力左右3000 8000年產10000臺斯太爾 發動機缸體或 50000 臺495柴油機

13、缸體如某柴油機廠鑄造車間年產30000臺份6110柴油機缸蓋，凸輪軸，曲軸毛坯。如果用 潮模砂高壓造型線，則設備負荷率就顯得很低。采用PEP SET樹脂自硬砂工藝比較合適。工藝即可滿足又如某煤礦閥門廠年產1000噸鑄鐵和合金鑄鐵件，車間面積1200m2。采用呋喃樹脂自 硬砂工藝較為合適。如果訂單擴大一倍以上，還可以在原場地改為PEP SET要求。1.3.4樹脂供應狀況技術，目前已 吉林樹脂廠，PEP SET自硬樹脂粘結劑是常州有機化工廠從美國阿什蘭公司引進的專利 達到年產800010000噸的生產能力。生產樹脂的工廠還有長春市第二化學廠， 山西245廠，上海溶劑廠，四川瀘州化工廠，山東化工廠，

14、北京日用化工廠，遼陽有機化工 廠，鄭州油脂化工廠，河南安陽塑料廠等，生產呋喃系列樹脂。但是從質量上與國外差距很 大且不穩定，有的樹脂游離甲醛含量偏高，刺激味較大。雖然生產廠家較多，但大都不是專 門生產鑄造樹脂，故產量和質量都不能滿足鑄造上的需求。下表是國內常用樹脂的成份及適 應范圍。序號樹脂種類成份含量適應范圍1高呋喃樹脂含氮 2%鑄鋼2中呋喃樹脂含氮2%4%球鐵和合金鑄鐵3低呋喃樹脂含氮4%10%灰鑄鐵和有色合金PEP SET樹脂-50鑄鐵和有色合金組份1酚醛樹脂_50460 .鑄鋼組份2 聚異氰酸酯402. 樹脂自硬砂的經濟效益 2.1車間成本對比下表是四川柴油機廠鑄造車間在選擇斯太爾發動

15、機缸體毛坯的鑄造工藝時對選用簡易 氣沖造型線與PEP SET樹脂砂工藝生產線的車間成本比較表。序號項目簡易空氣沖擊造型線PEP SET樹脂自硬砂生產線1設備3噸沖天爐，3噸工頻 爐造型單主機引進，國內 配輔機3噸沖天爐，3噸工頻爐 樹脂自硬砂設備全套引進2總投資（含土建公用）1600萬元其中設備1140萬元1250萬元其中設備940萬元3年生產綱領缸體(256Kg) 12500 件/a 曲軸箱10000件/a折合缸體17500件/a(63件/d)4計算參數年工作天數：254d年時基數:4000h工人:260人砂型質量:2.25t/型砂芯質量:0.3t/型總質量:2.55t/型0,92t/型（樹

16、脂砂）5造型制芯費用1356019140熔化費用4104040000公用動力費用1186010900廠房及設備折舊33002450工資及福利1650016500車間經費1300013000廢品損失146261800成本合計（兀/d）113886103790每個缸體（元/個）18081647每噸鑄件（元/個）697563576銷售價格每個缸體（元/個）21272127每噸鑄件（元/噸）820682062. 2經濟效益和社會效益由上表可以看出：如按每年生產17500個缸體（折合）計算，由潮模高壓造型 改為樹脂自硬砂工藝，則每年可節省277萬元人民幣。另外，樹脂自硬砂工藝投資省，上馬快，利用現有廠房

17、和公用設施略加以改造就可投產。下 表為不同鑄件產量與面積和投資的關系。序號年產量（t/a）車間面積（m2）設備投資（萬元）備注1<10001200左右120左右簡易線或半機械化生產線2100020002000左右200左右簡易線或半機械化生產線3200040002500左右400左右半機械化或機械化生產線4400080004000左右550左右半機械化或機械化生產線樹脂自硬砂與其它砂子相比，潰散性好，再生容易，選擇合適的再生裝置，95%的舊砂都可以再生回用。即節省了原砂資源，又減少了工業廢棄物，保護了環境又減少了公害。有關人士針對我國目前樹脂自硬砂工藝所采用的工藝方法，原輔材料，以及工藝

18、設備的 防塵防毒的實際情況，提出了如下綜合評價：2. 2.1樹脂自硬砂工藝是一種比粘土砂工藝更為先進的鑄件生產方法。它可大大提高生產率和鑄件尺寸精度及表面光潔度， 可減少20%的清理工作量，可明顯降低車間粉塵。 車間噪音明顯降低到70db。222樹脂自硬砂工藝的有毒氣體主要是 CO,在北方部分地區冬季澆注后的CO的測定值超標 達到排放標準的211倍，而粘土砂超標26倍。如果采取良好的通風措施，排放濃度可 降低到50ppm以下。2. 2.3車間粉塵明顯減少，但仍超過國家標準。主要是清理工部粉塵濃度比粘土砂工藝明顯增加。雖然樹脂砂潰散性好以及清理工作量較粘土砂工藝減少20%，但仍需加強通風除塵才能

19、達到國家排放標準。2.2.4在保證鑄件質量前提下，嚴格控制砂鐵比，合理選擇樹脂砂工藝，嚴格操 作規程保證砂溫恒定，混制均勻并盡量降低樹脂加入量。2.2.5完善混砂機出口的通風除塵罩，應根據具體情況選用通風排風設施.2. 2.6加強對操作者各人的防護。3. 推廣樹脂自硬砂工藝的建議3.1國內鑄造行業基本情況分析據不完全統計，目前我國有鑄造廠（車間）約22000個,職工約120萬（其中工 程技術人員約占3.5%）,年產鑄件1200萬噸.見下表：序號年產量（t/a）占廠點總數（%）占總產量（%）備注1<100060 652021000 300015 203033000 500015104>5000540從上表可以看出，許多年產量在1000噸以下的小型鑄造車間（點）數量占全國鑄造廠（點） 數量的60%65 %，鄉鎮企業和私營鑄造廠仍星羅旗布且發展勢頭強勁。但普遍存在著工藝 水平低下，鑄件質量差，勞動環境惡劣，勞動生產率低，經濟效益差的局面。“八五”以來隨汽車及其它產業引進產品國產化的進行，引進了相當數量的較先進成套的鑄造技術和裝備， 其中400多個廠點相繼引進并采用了樹脂自硬砂生產線并取得了成功的經驗。如前所述，樹 脂自硬砂工藝有較強的適應性，投資省，上馬快，環境好，能耗低，質量高，效益好。如天 津內燃機廠和四川柴油機廠的樹