粘土湿型砂的控制要点Word文档格式.docx
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论其应用范围,则可说世界各地无一处不用.值得注意的是,在各种化学粘结砂蓬勃发展的今天,粘土湿型砂仍是最重要的造型资料,其适用范围之广,耗用量之年夜,是任何其他造型资料都不能与之比力的.据报道,美国钢铁铸件中,用粘土湿型砂制造的占80%以上;
日本钢铁铸件中,用粘土湿型砂制造的占73%以上.
适应造型条件的能力极强,也是粘土湿型砂的一年夜特点.1890年震压式造型机问世,长期用于手工造型条件的粘土湿型砂,用于机器造型极为胜利,并为尔后造型作业的机械化、自动化奠基了基础.近代的高压造型、射压造型、气冲造型、静压造型及无震击真空加压造型等新工艺,也都是以使用粘土湿型砂为前提的.各种新工艺的实施,使粘土湿型砂在铸造生产中的位置更加重要,也使粘土湿型砂面临许多新的问题,促使我们对粘土湿型砂的研究不竭加强、认识不竭深化.现今,随着科学技术的速发展,各财富部份对铸件的需求不竭增长,同时,对铸件品质的要求也越来越高.现代的铸造厂,造型设备的生产率已提高到前所未有的水平,如果不能使型砂的性能充沛适应具体生产条件,或不能有效的控制其稳定、一致,则不用多久就可能将铸造厂埋葬于废品之中.随着科学技术的发展,目前采纳粘土湿型砂的铸造厂,一般都适合其具体条件的砂处置系统,其中包括:
旧砂的处置、新砂及辅助资料的加入、型砂的混制和型砂性能的监控.粘土湿砂系统中,有许多不竭改变的因素.如某一种或几种关键性能不能坚持在控制范围之内,生产中就可能呈现问题.一个有效的砂处置系统,应能监控型砂的性能,如有问题,应能及时加以改正.由于各铸造厂砂处置系统安插分歧,选用的设备也纷歧样,要想拟定一套通用的控制法子是做不到的.这里,筹算提出一些目前已被广泛认同的控制要点.各铸造厂认真地舆解了这些要点之后,可根据自己的具体条件确定可行的控制法子.而且,还要随着技术的进步和工厂的实际能力(包括人员和资金)不竭改进对型砂系统的控制.
一.旧砂的处置用粘土湿型砂造型,浇注以后,除贴近铸件的部份型砂中活性膨润土受热失效成为死粘土外,年夜部份型砂可以回收使用.这是粘土湿型砂的主要优点之一.配制粘土湿型砂时,旧砂用量一般都在90%以上,如果对旧砂的处置不妥,无论怎样加强混砂,无论添加什麽辅助资料,都不成获得好的型砂.所以,对旧砂进行有效的处置,是保证型砂质量的前提.1.旧砂温度的控制热砂问题,已被公认为粘土湿型砂铸造必需面对的最年夜问题.型砂温度太高,铸件容易发生夹砂、概况粗拙、冲砂、气孔等缺陷.热砂对铸件质量的负面影响,主要由于以下几个方面:
・由于热砂使水分蒸发,混砂时无论怎样注意,也难以控制型砂的性能;
・将热型砂送往造型机的过程中,由于水份损失,型砂性能改变,造型时实际上用的型砂,其性能与混砂时控制的性能分歧很年夜;
・造型时,热型砂的水分容易在模样概况上凝结,型砂粘模;
・合型后,热砂的水分蒸发,凝结在冷的芯子上,会使芯子的强度降低,铸件也易于发生气孔;
・如果旧砂要贮存在砂斗中备用,则热砂容易粘附在砂斗壁上.严重时,砂斗四周堵满了型砂,只剩中间一个孔洞,使系统中的型砂只有一部份周期使用,这部份型砂周转快、温度又会进一步提高,使热砂问题更加严重.多高温度的砂算是热砂?
判断热砂的温度界限,是看其是否使混砂、造型及铸件质量方面呈现问题.对此,许多研究者从个方面进行了研究;
有人研究了型砂温度对其性能稳定性的影响;
有人研究了温度对膨润土-水系统流变性的影响;
有人研究了型砂温度与铸件质量的关系.各方面的研究,获得了一致的结论,即:
为保证型砂的性能稳定,温度应坚持在50℃以下.使型砂冷却,最有效的法子是加水,可是,简单的加水,效果是很差的.一定要吹入年夜量空气使水分蒸发,才华有效地冷却.以下,给出一个简略的计算比力:
型砂的比热年夜致是:
9.22×
102J/kg・℃,
水的比热是:
4.19×
103J/kg・℃,
水的蒸发热是:
2.26×
106J/kg,
1吨砂中加20℃的水10kg(加水1%),使其温度升到50℃,所能带走的热量为4.19×
103
×
10×
30,即12.57×
105J.
1吨砂温度降低1℃,需散热9.22×
102×
1000J,即9.22×
105J.所以,在旧砂中加水1%,只能使温度降低24.5℃.使1吨砂中的水分蒸发1%(10kg),能带走的热量为2.26×
107J,却可使砂温降低24.5℃.以上的分析标明:
简单地向皮带机上加水或向砂堆洒水,冷却效果是很差的.即使加水后向砂概况吹风,也不能有多年夜的改善.加水后,要使水在型砂中分散均匀,然后向松散的砂吹风,使水分迅速蒸发,同时将蒸汽排除.目前,型砂冷却装置的品种、规格很多,主要有冷却滚筒、双盘冷却器和冷却沸腾床等,都是利用水分蒸发冷却型沙.其中,冷却沸腾床效果较好.2.旧砂的水分控制几乎所有的铸造厂都检查和控制混成砂的水分,可是,对严格控制旧砂水分的重要性,很多铸造厂的领导和技术人员还缺乏足够的认识.进入混砂的旧砂水分太低,对混砂质量的影响可能其实不亚于砂温过高.试验研究和经验都已证明,加水润湿干膨润土比润滑湿膨润土难很多.型砂中的膨润土和水,其实不是简单的混在一起就行,要对其加搓揉,使之成为可塑状态.这就像用陶土和水制陶器一样,将水和土和一和,是松散的,没有粘接能力;
经过搓揉和摔打,使每粒土都充沛吸收了水分,就成为塑性状态,才可以成形,制成陶器毛坯.铸型浇注以后,由于热金属的影响,很多砂粒概况上的土-水粘结膜都脱水干燥了,加水使其吸水恢复塑性是很不容易的.旧砂的水分较低,在混砂机中加水混碾使之到达要求性能所需要的时间就越长.由于生产中混砂的时间是有限的,旧砂的水分越低,混成砂的综合质量就越差.目前,各国铸造工作者已有了这样一种共识:
进入混砂机的旧砂,水分只能比混成砂略低一点.较好的做法是:
在旧砂冷却过程中充沛加水冷却后所含的水分略低于混成砂.这样,从砂冷却到进入混砂机还有一段相当长的时间,水可以充沛润湿旧砂砂粒概况上的膨润土.更好的做法是:
在系统中设混砂机对旧砂进行预混,冷却后的旧砂在预混混砂机中加水进行预混,以改善旧砂中膨润土和水的混合状态.国外,有的铸造厂预混时,将需补加的新砂、膨润土、煤粉等附加料全部加入.天津的新伟祥铸造公司,用德国制造的EiRich混砂机预混.经过预混的旧砂,进入混砂机后加水量很少,只是略微调整.型砂中的膨润土和水在混砂机进一步获得调制,型砂的性能就更为稳定一致.3.旧砂的粒度对用粘土湿型砂制造的铸铁件,型砂的粒度以细一些为好.由于混砂时旧砂用量一般都在90%以上,决定型砂粒度的因素主要是旧砂.新砂加入量很少,不成能靠加入新砂来改变型砂的粒度.所以,应该经常检测旧砂的粒度.检测粒度时,取样后先清洗除去泥分(可用测定含泥量时剩下的砂样),烘干后筛分.对粒度有以下两点要求.
(1)140目筛上的砂粒应在10-15%之间.坚持较多的细砂,可以减轻铸件概况粘砂.而且,会增加砂粒之间粘结桥的数量,从而降低型砂的脆性,防止冲砂缺陷.另外,这对提高型砂的温强度、干强度和水分迁移后增湿层强度都有好处.
(2)200目筛、270目筛和底盘上细砂的总和应尽量地少.这样的细砂对改善铸件概况质量的作用不年夜,却会使混成砂的水分较高,而且会使型砂的透气性降低.细砂的总和一般应少于4%.4.吸水细粉的含量吸水细粉中主要是死粘土,还包括焦化了的煤粉细粒和其他细粉.吸水细粉的含量其实不是越低越好,最好将其控制在2-5%之间.吸水细粉,混砂时会和膨润土争夺水分,使混成砂到达可紧实性目标值所需的水分增高.可是,据目前年夜家的认识,吸水细粉的吸水能力比膨润土强,而坚持水分的能力却低于膨润土.因此,在型砂中加水量略有不妥时,吸水细粉对型砂性能有一定的"
微调和稳定"
作用.水分高时,细粉首先吸水,膨润土所吸收水可较稳定一致;
混成砂在输送过程中水分蒸发时,吸水细粉所吸的水先蒸发,粘结砂粒的粘土膏中的水分较为稳定,型砂的性能也就较小摆荡.
吸水细粉含量太高也欠好,会使型砂的水分较高,易于招致铸件上发生针孔、概况粗拙和砂孔的缺陷.吸水细粉含量太低,则型砂的性能(尤其是可紧实性)不容易稳定.二.补加新砂及辅助资料粘土湿型砂在系统中反复使用,由于铸件粘附的砂粒被带走,部份膨润土受热成为死粘土,煤粉受热失效以及抽尘系统吸走粉状资料等因素,补加新资料以坚持系统砂的总量稳定、性能一致是绝对需要的.这里,只简单谈谈各种资料补加量简直定,不想罗列各种资料的规格.
1、新砂用新砂配成的型砂,是简单的混合物.在生产条件下,混砂时间不成能很长,膨润土和水形成的粘土膏不成能均匀涂布在砂粒概况上,砂粒的结构见图1(a).反复使用的旧砂,砂粒结构见图1(b),砂粒概况上积了多层蜕变烧结层,粘土膏的涂布则相当均匀.
图1粘土湿型砂的砂粒结构
因此,混砂时补加的新砂不宜太多,以坚持系统砂总量稳定为原则.新砂加入量太多,会对型砂质量有负面的影响.国外一些运转良好的型砂系统,新砂补加量一般是每浇注1吨铁水120~150kg.如考虑砂-铁比平均为5,则混砂时新砂补加量为2.6~3%.固然,新砂补加量还要考虑很多因素,如设备条件,芯砂进入量.很多铸造厂要根据自己的条件确定,外厂的经验只能参考.我国铸造厂一般散落砂都较多,很多厂新砂补加量为5-8%,这也是合适的.也有少数铸造厂以为多家新砂可以提高型砂质量,这种想法可能来自旧砂完全没有处置、生产量又小的条件.2、膨润土和其他黏结剂相比,膨润土有一个重要的特点,就是它具有一定的耐热能力.只要加热温度不太高,脱除自由水的膨润土只要加水,仍能恢复粘能力.分歧的膨润土,丧失粘结能力的温度分歧.通过一系列加热试验和差热分析实验,得知天然钠膨润土的失效温度为638℃,钙膨润土为316℃.人工活化的钠膨润土,由于活化条件各异,准确的失效温度不详.据日本报道的实验结果,人工活化的钠膨润土,在最初使用时,失效温度略低于天然钠膨润土;
几次反复加热后,就与钙膨润土相近,其"
耐用性"
欠安.
(1)膨润土中水的形态活性膨润土的粘结能力,只有在加水以后才华暗示出来.膨润土失去粘结能力,也与它的脱水有关.到目前为止,认为膨润土中的水分有三种形态.一种是自由水,即膨润土颗粒吸附的水.加热到100℃以上,就可脱除自由水.脱除自由水的膨润土,粘结能力不受影响.第二种是牢固结合水.将膨润土置110℃下长时间加热,可完全脱除自由水,但但不会脱除牢固结合水.已完全脱除自由水的膨润土,再在较高的温度(如200℃,300℃)下加热仍会继续减重,说明仍有水分损失.膨润土经这样加热脱水后,只要加水,能完全恢复粘结能力.第三种是晶格水,也有人称之为结构水.晶格水只有在相当高的温度下才华部份或全部脱除.膨润水的晶格水脱除以后,即丧失粘结能力,成为死粘土.
(2)膨润土的耐用性F.Hofmann曾就天然钠膨润土和钙膨润的耐用性作了测定.试验所用的膨润土,是美国威欧明的钠膨润土和美国南部的钙膨润土.试验方法是:
取硅砂和膨润土配成含膨润土5%的型砂,将型砂加热到分歧温度,待其冷却后,将团块碾碎,再加水混制.将混成砂制成试样,测定湿抗压强度.试验结果见图2.图2与我们前面提高的两种膨润土的失效温度是一致的,由图可以看出:
钠膨润土在600℃以下加热,它的粘结能力基本上不受影响.加热温度超越600℃,就急剧地丧失粘接能力.加热到700℃以上,差未几完全丧失了粘结能力.钙膨润土在100℃以上,就开始缓慢地失去粘结能力.加热温度再提高,粘结能力的丧失就越来越明显.当熔融金属注入铸型以后,贴近铸件概况的型砂就被加热到800℃以上(有一些非铁合金达不到此温度).不论你用什么样的膨润土,这部份型砂中的膨润土城市酿成死粘土.这些死粘土,年夜部份随同型砂一道附在铸件概况上,被铸件带走,一小部份留在回收的旧砂中.除制造年夜型铸件以外,在铸造过程中,年
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