浅析日本的树脂砂铸造工艺及设备

白雷

摘 要：1973年，世界能源危机爆发，日本为了应对这一危机，在全国范围内大力推广树脂砂铸造工艺。这一举措有效缓解了国家能源危机，为日本的发展作出了巨大贡献，同时使日本的树脂砂铸造工艺处于世界领先水平。树脂砂铸造工艺的广泛推广还得益于树脂砂铸造工艺的先进性及其成套的设备供应。目前在日本，除了湿型机械化生产以外，不管是铸铁，还是铸钢件，树脂砂造型都已经完全替代了干型造型和绝大多数水玻璃砂造型工艺，成为了主流。

关键词：树脂砂；铸造工艺；铸造设备；混砂机

中图分类号：TG242 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.026

无论在理论生产上，还是在生产实践中，日本树脂砂铸造工艺及设备在全世界范围内都处于领先水平。日本树脂砂铸造业预计将在未来几年逐步淘汰无机黏结剂的造型工艺，换成成本更低、质量更高的树脂砂工艺。而要想研究树脂砂的铸造工艺及设备，首先要研究树脂砂的工艺特性。笔者在分析科学统计资料和对日本三井公司实地考察的基础上，研究了日本树脂砂铸造工艺及设备。

1 现阶段的使用现状

就日本目前的状况而言，树脂砂铸造工艺已经在很大程度上取代了水玻璃砂造型工艺，日本10个铸造厂中，就有9个铸造厂采用树脂砂工艺。以三井公司为例，在三井公司里，一开始水玻璃砂造型工艺是主流，原砂一次性使用不可回收，但现在已经全部为树脂砂工艺所代替，其中，造型工部里共有5台树脂砂混砂机。日本树脂砂造型工艺的一大特色就是旧砂的再循环利用，再生砂的回收率在95%以上，这大大降低了清理铸件的人力成本。虽然砂再生成本有所增加，但提高了生产效率，节约了资源，减少了固体废弃物的排放，在为公司盈利的同时，还创造了很好的社会效益。

三井公司曾经做过一次调查分析：新工艺树脂加入量为型砂重量的0.8%，固化剂加入量为树脂重量的30%，再生砂回用率为98%；原工艺水玻璃加入量为型砂重量的6%，再生砂回用率为30%.这一变化将大大减少型砂采购成本和废砂处理费用，降低工人操作难度和人力成本，为公司减轻环保压力，为社会创造更多的社会财富。

2 推广建议

就日本目前的树脂砂铸造工艺和设备水平发展而言，树脂砂工艺已经不适用于高锰钢的生产，主要原因在于这两者的化学成分——有些树脂遇到高锰钢时，化学成分会发生化学反应。到目前为止，高锰钢是唯一被发现的不适合用树脂砂铸造工艺来生产的材料。

在树脂砂铸造工艺的全面推广过程中，仍然存在着一些问题。如果不及时解决这些问题，就会严重影响树脂砂铸造业的发展，其中，最关键的问题就是再生砂质量和配套的设备问题。

在混砂设备中，有两个问题需要注意：①连续式混砂机可以按照需求随时进行启停操作，弥补了树脂砂可用时间短的缺点。这一点相比以前的碗型混砂机有了很大的改进，而且大大降低了生产成本，提高了生产效率。②固化剂会影响树脂砂的可用时间。加入树脂和固化剂要考虑环境湿度、温度和砂温等因素，通过混砂机PLC系统，根据事先输入的指令实现对加入量和比例的自动化控制。

日本混砂机种类较多，这完全是由生产时影响因素太多造成的，不同的生产环境要用不同的混砂机。连续式混砂机的特点就是生产率高、可随时启停、缩短混砂时间、增加树脂砂可用时间。在生产工作过程中，需要用多少树脂砂，就能混合多少树脂砂，不浪费、不短缺，非常实用；碗型混砂机的特点是可定时定量、占地小，适用于制芯，只不过在造型工作时可能要稍微麻烦一点，需要加上一个送砂机，这样就能进行制芯操作了。

3 发展趋势

在推广树脂砂的过程中，虽然已经取得了可喜的成就，但是仍然存在着一些问题，例如树脂价格高，这是很多用户关心的问题。我们除了减少它的用量、尽最大可能降低树脂的成本价之外，仍然需要从改性树脂等方面着手解决这个问题。

对于水玻璃砂的应用工艺，在水玻璃砂造型工艺的应用过程中，存在的主要问题是就是溃散性问题和回用问题。众所周知，水玻璃价格较低，可用量很大，资源较为充分，所以不妨从水玻璃的角度解决问题。其中，水玻璃改性是一个非常有潜力的发展方向，日本铸造业的相关技术部门正在尝试使用这一办法，并进行了相关实验，积累了不少经验，并取得了一些成就，但离成功仍然有一段距离。他们称这种方法为“真空吹气造型法”，最终目的是减少水玻璃的加入量，从材质方面着手提高树脂砂产品的溃散性。但有一个前提条件，就是不能影响强度，这一点十分重要。一旦影响了强度，实验就宣告失败。这一点也是许多实验人员最头疼的问题。很多类似实验在日本进行，结果通常都是水玻璃的加入量减少了，二氧化碳的加入量减少了，落砂时间减少了，旧砂的再生率提高了，而且铸件的气体缺陷大大减少。而这个实验一旦成功，就证明这种方法可以大大降低生产成本，节约资源，减少固体废弃物的排放。由此可见，改良水玻璃砂这条路还是相当有前景的，预计在未来的几年内会被研究出来并推广使用。

4 结束语

在祖国的现代化建设中，最常见的两个字就是“革新”，社会的各行各业都需要通过革新来实现发展。作为社会主义现代化建设中的基础铸造工业，树脂砂铸造工艺的革新至关重要，自20世纪90年代以来就一直受到社会的广泛关注。而日本的树脂砂铸造业又是业界的翘楚，他们的树脂砂铸造工艺及设备都走在世界前列。在这方面，我们应该虚心学习、敢于革新，同时也要有自己的创新。只有这样，才能让我国的树脂砂铸造工艺及设备得到发展，为祖国的社会主义现代化建设奠定稳固的基础。

参考文献

[1]靳立.粘土完全再生砂改性技术的研究[D].济南：山东建筑大学，2014.

[2]敖芳.船用舵柄铸钢件的制备技术研究[D].武汉：武汉理工大学，2011.

〔编辑：王霞〕