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覆膜砂工艺流程

更新时间:2020-05-02 10:10
 

  仅供个人参考 For personal use only in study and research; not for commercial use 覆膜砂生产工艺流程及应用 覆膜砂铸造在造型、制芯时大多数铸件都是用湿型和干型铸造的,90%以上的砂芯用 烘干炉干燥的砂芯油作粘结剂,是由德国人 J.Croning 开发了以酚醛树脂作粘结剂的壳型 造型,使合成树脂粘结剂及合成树脂砂进入铸造工业。 以合成树脂作粘结剂的制型(芯)的方法主要有: 1、热法:砂型(芯)的成型和硬化直接在模板上或芯盒内靠已加热的模板(芯盒) 或通热热气流完成。 主要有壳法(壳型、壳芯的制造法) 、热芯盒法、温芯盒法。 2、冷法:砂型(芯)的成型、硬化在室温下完成。 主要有自硬法、气硬冷芯盒法(三乙胺法、SO2 法、无毒、低毒气体促硬法) 。 上述新型制芯、造型技术的开发和应用,给铸造生产工艺带来了一场重大变革,其提 高了砂型(芯)的尺寸精度,简化了制芯工艺,减少了能耗,降低了对熟练工人的需求,提 高了生产效率,同时提高了铸件质量(铸件尺寸、表面粗糙度) ,使砂型铸造朝着近无余 量铸件的铸造工艺迈出了一大步。但应当指出,上述的制芯、制型法目前均在一定的范围 内适用。 生产实际应用上具体选用哪一种工艺往往受多种因素的影响, 除了考虑生产纲领、 材质、尺寸的大小以及质量要求外,还需考虑投资大小、能源供应、人员素质、管理水平、 以及公害、污染等因素。 我国在 50 年代末就开展了这方面的试验研究工作。由于当时我国壳型用酚醛树脂的 性能不过关和供应难以保证,价格也较高,而且当时我国还没有专用的覆膜砂生产设备, 特别是汽车工业十分落后,对铸件也没有很高的质量要求等多方面的原因,壳型工艺在我 国没有得到推广和应用。80 年代以后,随着我国汽车工业的迅速发展,对铸件的质量也 提出了很高的要求,于是一汽从英国引进了一套热法树脂覆膜砂设备,并通过技术消化开 发出了国产 SZ7215 型热法覆膜砂混砂装置。随后济南铸锻机械研究所等一些科研单位和 院校一方面改进覆膜砂混砂设备,提高它的牵引动力和搅拌速度,从而改善了酚醛树脂在 硅砂表面的覆膜效果,另一方面,在方面过程中添加各种附加物,以提高覆膜砂的强度、 耐热性和溃散性,于是树脂覆膜砂在我国的汽车、拖拉机、柴油机工厂中得到了广泛的应 用。 目前, 我国的树脂覆膜砂专业生产厂家已达 200-300 家, 覆膜砂年产量超过 50 万吨, 覆膜砂的品种也从单一的普通型覆膜砂,发展到了目前的高强度、低发气、耐高温、速固 化、低膨胀和易溃散等多种性能的覆膜砂,以及离心铸造用、激冷型和湿态造型用等专用 覆膜砂。 二、壳型造型 1、 壳型造型: 壳型造型是指将树脂砂与预热到 150-350℃的金属接触, 从而形成与金属模外形轮廓 一致的型腔,厚度 6-12.5mm 的坚硬薄壳的造型方法。 2、 优缺点: 壳型造型与传统用桐油、合脂、水玻璃、粘土作粘结剂的铸造方法相比具有以下优缺点: (1)优点: 不得用于商业用途 仅供个人参考 1) 、铸件尺寸精度高、加工余量小 2) 、铸件表面光洁、粗糙度可达 12.5-6.3μ m 3) 、可浇注薄壁铸件 4) 、铸件废品率低 5) 、提高了生产率 (2) 、缺点: 1) 、用金属模、耗能较多、树脂加入量多、成本较高 2) 、混砂工艺较复杂 3)难以铸造大件 4)工作条件差。在造型及浇注时有甲醛、苯酚、氨等气体产生。 3、 壳型的制造方法 壳型(芯)的制造方法通常有两种: 1) 、翻斗法――常用于制作壳型 2) 、吹砂法――常用于制作壳芯 其基本原理是把金属模板或芯盒加热到一定的温度,使覆膜砂中的树脂受热软化、熔 融、硬化,其工艺流程如下: 清理模板(芯盒)――模板(芯盒)加热――喷涂分型剂――制壳(包括烘烤, 此时覆膜砂已混制)--顶壳――合型――准备浇注。 三、热壳法覆膜砂用原材料 壳型砂的原材料主要由人造树脂 (粘结剂) 、 原砂、 乌洛脱品 (硬化剂) 、 硬脂酸钙 (润 滑剂)以及其它附加物(石英粉、水、煤油等)组成。 (一) 、树脂粘结剂 1、树脂粘结剂的分类 酚醛树脂(PF)是由酚类和醛类缩合而成的一类树脂的总称。其中性能最好、应用较 广的是甲醛缩合而成的高聚物。 在聚缩反应中,由于原材料配比和介质的酸碱性不同,可以得到热塑性线型树脂,也 可以得到热固性体型树脂。 1) 、热塑性线型树脂 在苯酚过剩和用酸性催化剂(如 Hcl)的条件下进行缩合反应得到热塑性线型树脂。 这种树脂由于苯酚过剩,便于长期存放。 特点:淡黄色固体,加热时熔化,有可塑性,能溶于酒精等溶液。 壳型树脂砂用的粘结剂就是这种热塑性线) 、热固性体型树脂 在甲醛过剩和用碱性催化剂[如 Ba(OH)]的条件下进行缩合反应而值得热固性体型酚 醛树脂。其有甲、乙、丙三阶段产物。作为粘结剂使用的酚醛树脂系分子量在 700-1000 左右的甲阶酚醛树脂。热芯盒法用的 2124 液态酚醛树脂就是热固性树脂的乙阶段产物。 2、铸造用壳型(芯)酚醛树脂分级与牌号 1) 按软化点分级 分级代号 温度范围 分级代号 强度范围 3) 、按聚合速度分级 不得用于商业用途 75 70-80 8 ≥8.0 85 80-90 7 ≥7.0 95 90-100 6 ≥6.0 105 100-110 2) 、按常温抗弯强度分级 仅供个人参考 分级代号 聚合速度(s) A 20-30 B >30-40 C >40-50 D >50-60 4) 、牌号 铸造用壳型(芯)酚醛树脂的牌号表示如下: ZKF ××――× 强度分级代号 软化点分级代号 铸造用壳型(芯)酚醛树脂(铸、壳、酚汉语拼音第一个字 母) 例:ZKF95-7 (二) 、原砂 覆膜砂(壳型)对原砂要求较高,一般选用天然硅砂,也可用锆砂、铬铁矿砂、或其 他类似的耐火材料及混合砂等。 1、 粒度: 主要取决于产品的使用要求,一般可选用 140/70、70/140、100/200 目的细砂。从减 少树脂的加入量角度看,原砂粒度宜相对集中,但过于集中会加剧硅砂高温状态下的膨胀 量,造成脉纹缺陷,故一般选择分布在相邻 4-5 个筛上(四筛砂为宜) ,在不影响铸件表 面粗糙度的前提下尽可能选用粗的砂子,这有利于减少树脂加入量和覆膜砂的发气量,并 减少其脱壳倾向,且可以保证壳型砂具有较高的强度,适当的透气性和流动性。 2、 粒形: 所用原砂粒形因为圆形,即角形系数小于 1.3。圆形砂在获得同样强度时,树脂的加入 量少,发气量低,流动性好。 3、 SiO2 含量: 从提高铸件内腔质量、减少粘砂角度看,SiO2 含量宜高。一般应大于 90%。 4、 含泥量、微粉含量、含水量要低。 砂中的泥分、微粉(200 目以下)含量高,将大大吸附树脂,增加树脂的消耗量,降 低型、芯强度。一般原砂应经过水洗、擦洗、及干燥。 5、 碱性氧化物少: 原砂中的碱性氧化物会增加壳型砂的碱性,降低砂的熔点,且使壳型砂在存放过程中 结块,使流动性变差,影响制壳(芯)时的吹砂性能。 (三)硬化剂: 1、 常用的硬化剂是六亚甲基四胺(乌洛脱品) ,其分子式为(CH)6N4。硬化作用是由 于它受热后和混合料中的水份作用,生成甲醛并放出氨气。 反应式: (CH2)6N4﹢6H2O=6HCHO﹢4NH3↑ 生成的甲醛与热热塑性线型酚醛树脂进一步反应, 从而使树脂由线型结构转变为体型 结构,把砂粒粘结成坚固的型壳。 加入量一般占树脂加入量的 10-15%,并以 1:1(重量比)或 1:1.5 配成水溶液加 入。 2、 技术要求: 纯度:≥99% 水份:≤0.5% 灰份:≥0.03% (四) 、其它附加物 为改善覆膜砂的性能,有时还加入一些附加物,主要用: 不得用于商业用途 仅供个人参考 1、 硬脂酸钙: 加入硬脂酸钙可以增加覆膜砂的流动性和强度,使型(芯)表面致密、光洁,制 壳时易于脱模。此外,它还能使壳型砂储存时不结块。其加入量一般为占砂重的 0.25 -0.5%。(国家标准 JB/T8834-2001)为:硬脂酸钙为树脂量的 6%。 2、 石英粉: 加入石英粉可以改善铸件表面光洁度,但 200 目以下的石英粉宜少加,否则影响 强度。一般加入量占砂重 2%左右。 3、 水: 水作为乌洛脱品的溶剂,使它能均匀分布,并起控制混砂过程化学反应速度及降温 作用。 四、覆膜砂的性能: (一) 、强度: (1) 、热强度――脱模、起芯时要求的强度。主要与覆膜工艺有关。 (2) 、常温强度――在各工序之间的搬运及下芯时所需的抵抗外力破坏的强度。从生产角 度看,应根据覆膜砂其它指标来综合制订,不必追求太高的常温强度。 (3)、 常温抗弯强度――足够的抗弯强度是为了保证型芯在浇注到铸件凝固过程中不发生 破裂和变形。 一般情况下,根据原砂堆积密度和粒度分散度,保证覆膜砂的抗拉强度在一定要求 范围内而确定树脂加入量,常温抗弯强度变化范围较小,因此抗弯强度测定是在保证顺利 制出完好型芯的前提下测定控制。 (二) 、熔点: 指制壳时覆膜砂被加热,包覆在覆膜砂表面的热塑性酚醛树脂开始熔融,将砂粒粘结 在一起的温度。 一般为 98-110℃。 合适的覆膜砂熔点使覆膜砂具有良好的吹制工艺性 (如 流动性、充填性、抗冲刷性及抗脱壳性等) ,以保证获得壁厚均匀的壳型、芯。 (三) 、发气量: 发气量是型(芯)砂常规性能控制的一个重要指标,它反映了型芯砂中有机物含量的 高低及有机物的性质。一般通过发气性曲线来描述,可直观地反映出覆膜砂的发气量及发 气速度。从生产角度讲,在满足其它性能的基础上,发气量越低越好。 (四) 、必测的性能指标:常温抗弯强度、热态抗弯强度、灼烧减量、粒度和熔点。 选测的性能有:常温抗拉强度、热态抗拉强度、发气量和流动性。 (五) 、铸造用覆膜砂的牌号表示如下: FMS ×-××-×× × Q或H 覆膜砂的粒度分组代号 灼烧减量的分级代号 常温抗弯强度分级代号 铸造用覆膜砂汉语拼音第一字母 例:FMS 6-35-21H 五、覆膜砂的混制工艺: 壳型砂的混制方法可分为干混粉状砂和覆膜砂两类。 在壳型法发展初期采用普通辗轮 式混砂机混成粉状砂,随后开发了覆膜砂。覆膜砂是使树脂以薄膜形式包覆在砂粒表面, 先后创立了冷法、温法及热法覆膜三种混制工艺。我厂应用的是热法覆膜工艺。 热法覆膜是一种适宜于大批量制备覆膜砂的方法,需要专门设备。混制时一般先将砂 加热到 140-160℃,加入树脂与热砂混均匀,树脂被加热熔化,包在砂粒表面。当砂温 不得用于商业用途 仅供个人参考 降到 105-110℃时,加入乌洛脱品水溶液,然后鼓风冷却,再加入硬脂酸钙混匀。经冷 却、破碎、筛分备用。 热法覆膜的砂温不宜低于 130℃,亦即砂温应高于树脂软化点 50-60℃,否则大颗粒 树脂不能完全熔化,将导致树脂分布不均,影响树脂的粘结效果。 加乌洛脱品时,砂温以 105-110℃为宜。因为乌洛脱品在 117℃以上分解,而作为乌 洛脱品溶液的水在 100℃以上有利于挥发气化。亚游官网 六、混砂设备 在制备热覆膜砂壳型砂时没有通用办法可以保证得到所需的性能。 对性能影响最大的 是树脂的品种和所用的设备。 现有的混砂设备有半连续复合式热法覆膜砂混砂机、 叶片式混砂机及一般辗轮式混砂 机三种。如英国 FORDATH 公司 2000 型和重庆铸造机械厂生产的 SZ7215 型,每次 100 公斤,用丙烷加热,也可用煤气喷吹代替。 德国 WEBAC-30HP 高速摆轮式混砂机是全套覆膜砂生产设备的重要组成部分。它 的特点是:混砂速度快、覆膜均匀、操作方便、安全。该机采用快速双摆轮结构、底部中 央有强力鼓风冷却系统。该机在覆膜过程中,通过一对主刮板、一对底刮板和双摆轮的高 速旋转,使集聚在桶壁附近的砂粒和树脂产生一种向上的悬浮状态,悬浮砂团高度超过规 定时,由桶壁上的压板压下换向,同时由摆轮碾向桶壁,经侧刮板刮下,再经底板向上抛 起。 不断重复这一过程, 实现树脂混合物对砂粒的均匀覆膜, 同时不会粘结成紧实的砂团。 在混砂过程中,通过高压风冷却,使覆膜砂很快降温。 另有: 1、 电加热器:原砂加热后,利用滚筒装置搅拌混合砂粒,使砂粒循环加热。 2、 计量系统:原砂采用电子秤计量,由计算机控制气动碟阀的开关来控制进料量。 3、 控制系统:过程控制由计算机自动控制。 4、 冷却系统:由混砂机排出的覆膜砂,通过筛网筛分,排到流态沸腾冷却床,采用高 压风冷,使热砂在冷却床内移动过程中强制、快速降温到出砂口时已达到便于储存 或包装的温度。 七、壳型、芯制造和使用中存在的问题及原因分析: 壳型、芯生产中可能出现的问题主要有:脱壳、壳型(芯)表面疏松、浇注时壳型、 芯破裂、壳型、芯的变形、脉状裂纹、粘模等。 1、脱壳: 在用覆膜砂制造壳型、芯过程中,结壳后翻转,未熔化的松散的覆膜砂被倒出,而 结壳的壳型、芯的已熔化但尚未固化的区域发生壳层脱落现象,从而使脱落处的壳型、 芯过薄,浇注时,金属液可能在此强度不足处冲出,导致铸件产生缺陷。 脱壳一般发生在自由悬挂的壳型、芯部分及壳层完全受重力作用的部位。大都是 结壳以后,其里层呈塑性状态,而强度承受不了砂块的自身重力而脱落。 脱壳产生的原因: (1) 、树脂软化点太低(聚合速度慢) 、熔化温度过宽 (2) 、六亚甲基四胺加入量高,增加了脱壳量 (3) 、树脂加入量高 ,使覆膜砂砂粒表面的树脂膜过厚 (4) 、模板、芯盒温度太低或加热不均匀 (5) 、型、芯不致密,导热性差 (6) 、吹砂压力太高,时间太长,使芯盒表面激冷 (7) 、吹砂压力太低,时间太短 (8) 、使用的覆膜砂温度太低,导致模板或芯盒激冷(16-32℃为宜) 不得用于商业用途 仅供个人参考 (9) 、结壳时间太长,结壳太厚 (10) 、硬脂酸钙加入量太高 2、壳型、芯表面疏松 壳型、芯表面疏松是指壳型、芯表面局部密实度差。其形成原因主要有: (1) 、覆膜砂的熔点太低 (2) 、覆膜砂流动性差 (3) 、排气不当,造成在深凹处疏松和缺肉 (4) 、翻斗时砂斗内砂量太少或砂斗高度不够 (5) 、吹砂空气量不足 (6) 、吹砂压力太低,时间太短 (7) 、芯盒温度不均匀,局部温度过高或过低 (8) 、使用的原砂太粗 3、壳型芯浇注时破裂 指浇注时型、芯破裂,造成铁水进入壳芯内,或壳型跑火而使铸件报废。其原 因有:树脂强度完全丧失,造成崩溃,或热应力过大、脆性过大造成破裂。 具体有: (1) 、型芯热强度低 (2) 、结壳太薄 (3) 、严重脱壳,局部地方太薄 (4) 、原砂石英纯度高,粒度集中,热膨胀大 (5) 、壳型、芯硬度不足或过烧 (6) 、壳型、芯局部产生裂纹 为防止壳型、芯开裂,除针对上述原因加以改进外,还可以在覆膜砂中加入能提高热 塑性、减轻开裂倾向的附加物。例如,水杨酸、甲酚树脂、松香皂热塑性树脂、水玻璃等 均有效果。 4、壳型、芯变形 产生原因: (1)、壳型、芯未硬化状态下脱模(可采用较长硬化时间) (2) 、壳型、芯薄壁(可采用较长的结壳时间) (3) 、壳型、芯尚热时储存不当 (4) 、模具温度不均 (5) 、脱模时粘模 (6) 、树脂不合适 (7) 、覆膜砂中乌洛脱品量不够 (8) 、顶杆使用不当 5、壳型芯中脉状裂纹 产生原因: (1) 、壳型、芯太薄 (2) 、壳型、芯硬化过度 (3) 、金属液温度太高 (4) 、砂的抗拉强度太高 (5) 、壳型砂配方中乌洛脱品过量 (6) 、铸件浇注系统设计不当 防止措施: 不得用于商业用途 仅供个人参考 (1)改用四筛或五筛砂 (2)改用角形砂或掺配的原砂 (3)采用改性的酚醛树脂 (4)适当改变浇注系统设计 6、铸件粘砂 产生原因: (1) 、原砂太粗 (2)壳型芯的密实度差 (3)热强度低,树脂加入量太少 (4) 、烘烤过度、型芯表面硬度低 (5) 、覆膜砂中有杂质 (6) 、在模型上脱模剂过量 7、气孔 用壳型芯砂生产铸钢件、部分球铁件和复杂薄壁的铸件时易产生气孔。 其原因主要有:乌洛脱品受热分解生成 NH3、CN 这两种气体易卷入金属液,在铸 件凝固时就会形成气孔。 8、铸件热裂及出砂不良 浇注时由于金属的热量使砂芯粘结剂烧毁, 从而常使树脂壳芯砂具有较好的退让性。 但酚醛树脂在某些条件下亦会造成芯砂的退让性不足,从而妨碍铸件收缩,导致铸件表 面出现热裂;同时也降低了溃散性,使出砂困难。 其原因有: (1) 、砂芯热强度太高 (2) 、砂内细粉(石英粉)等含量太高 (3) 、加入的树脂量太多 (4) 、浇注温度太低,不能破坏热强度 (5) 、落砂太早 防止措施:在保证必要的强度的基础上,尽量降低树脂的加入量,控制乌洛脱品加 入量。在覆膜砂中加氧化剂附加物,如高锰酸钾等有助于改善退让性、溃散性。 不得用于商业用途 仅供个人参考 仅供个人用于学习、研究;不得用于商业用途。 For personal use only in study and research; not for commercial use. Nur für den pers?nlichen für Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden. Pour l étude et la recherche uniquement à des fins personnelles; pas à des fins commerciales. только для людей, которые используются для обучения, исследований и не должны использоваться в коммерческих целях. 以下无正文 不得用于商业用途