覆膜砂基本工艺作业流程.docx
- 文档编号:23695887
- 上传时间:2023-05-20
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:30.06KB
覆膜砂基本工艺作业流程.docx
《覆膜砂基本工艺作业流程.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《覆膜砂基本工艺作业流程.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
覆膜砂基本工艺作业流程
覆膜砂生产工艺步骤及应用
覆膜砂铸造在造型、制芯时大多数铸件全部是用湿型和干型铸造,90%以上砂芯用烘干炉干燥砂芯油作粘结剂,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制型(芯)方法关键有:
1、热法:
砂型(芯)成型和硬化直接在模板上或芯盒内靠已加热模板(芯盒)或通热热气流完成。
关键有壳法(壳型、壳芯制造法)、热芯盒法、温芯盒法。
2、冷法:
砂型(芯)成型、硬化在室温下完成。
关键有自硬法、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、造型技术开发和应用,给铸造生产工艺带来了一场重大变革,其提升了砂型(芯)尺寸精度,简化了制芯工艺,降低了能耗,降低了对熟练工人需求,提升了生产效率,同时提升了铸件质量(铸件尺寸、表面粗糙度),使砂型铸造朝着近无余量铸件铸造工艺迈出了一大步。
但应该指出,上述制芯、制型法现在均在一定范围内适用。
生产实际应用上具体选择哪一个工艺往往受多个原因影响,除了考虑生产纲领、材质、尺寸大小和质量要求外,还需考虑投资大小、能源供给、人员素质、管理水平、和公害、污染等原因。
中国在50年代末就开展了这方面试验研究工作。
因为当初中国壳型用酚醛树脂性能不过关和供给难以确保,价格也较高,而且当初中国还没有专用覆膜砂生产设备,尤其是汽车工业十分落后,对铸件也没有很高质量要求等多方面原因,壳型工艺在中国没有得到推广和应用。
80年代以后,伴随中国汽车工业快速发展,对铸件质量也提出了很高要求,于是一汽从英国引进了一套热法树脂覆膜砂设备,并经过技术消化开发出了国产SZ7215型热法覆膜砂混砂装置。
随即济南铸锻机械研究所等部分科研单位和院校首先改善覆膜砂混砂设备,提升它牵引动力和搅拌速度,从而改善了酚醛树脂在硅砂表面覆膜效果,其次,在方面过程中添加多种附加物,以提升覆膜砂强度、耐热性和溃散性,于是树脂覆膜砂在中国汽车、拖拉机、柴油机工厂中得到了广泛应用。
现在,中国树脂覆膜砂专业生产厂家已达200-300家,覆膜砂年产量超出50万吨,覆膜砂品种也从单一一般型覆膜砂,发展到了现在高强度、低发气、耐高温、速固化、低膨胀和易溃散等多个性能覆膜砂,和离心铸造用、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和预热到150-350℃金属接触,从而形成和金属模外形轮廓一致型腔,厚度6-12.5mm坚硬薄壳造型方法。
2、优缺点:
壳型造型和传统用桐油、合脂、水玻璃、粘土作粘结剂铸造方法相比含有以下优缺点:
(1)优点:
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12.5-6.3μm
3)、可浇注薄壁铸件
4)、铸件废品率低
5)、提升了生产率
(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、壳型制造方法
壳型(芯)制造方法通常有两种:
1)、翻斗法――常见于制作壳型
2)、吹砂法――常见于制作壳芯
其基础原理是把金属模板或芯盒加热到一定温度,使覆膜砂中树脂受热软化、熔融、硬化,其工艺步骤以下:
清理模板(芯盒)――模板(芯盒)加热――喷涂分型剂――制壳(包含烘烤,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
壳型砂原材料关键由人造树脂(粘结剂)、原砂、乌洛脱品(硬化剂)、硬脂酸钙(润滑剂)和其它附加物(石英粉、水、煤油等)组成。
(一)、树脂粘结剂
1、树脂粘结剂分类
酚醛树脂(PF)是由酚类和醛类缩合而成一类树脂总称。
其中性能最好、应用较广是甲醛缩合而成高聚物。
在聚缩反应中,因为原材料配比和介质酸碱性不一样,能够得到热塑性线型树脂,也能够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)条件下进行缩合反应得到热塑性线型树脂。
这种树脂因为苯酚过剩,便于长久存放。
特点:
淡黄色固体,加热时熔化,有可塑性,能溶于酒精等溶液。
壳型树脂砂用粘结剂就是这种热塑性线型酚醛树脂。
2)、热固性体型树脂
在甲醛过剩和用碱性催化剂[如Ba(OH)]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。
作为粘结剂使用酚醛树脂系分子量在700-1000左右甲阶酚醛树脂。
热芯盒法用2124液态酚醛树脂就是热固性树脂乙阶段产物。
2、铸造用壳型(芯)酚醛树脂分级和牌号
1)按软化点分级
分级代号
75
85
95
105
温度范围
70-80
>80-90
>90-100
>100-110
2)、按常温抗弯强度分级
分级代号
8
7
6
强度范围
≥8.0
≥7.0
≥6.0
3)、按聚合速度分级
分级代号
A
B
C
D
聚合速度(s)
20-30
>30-40
>40-50
>50-60
4)、牌号
铸造用壳型(芯)酚醛树脂牌号表示以下:
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,通常选择天然硅砂,也可用锆砂、铬铁矿砂、或其它类似耐火材料及混合砂等。
1、粒度:
关键取决于产品使用要求,通常可选择140/70、70/140、100/200目标细砂。
从降低树脂加入量角度看,原砂粒度宜相对集中,但过于集中会加剧硅砂高温状态下膨胀量,造成脉纹缺点,故通常选择分布在相邻4-5个筛上(四筛砂为宜),在不影响铸件表面粗糙度前提下尽可能选择粗砂子,这有利于降低树脂加入量和覆膜砂发气量,并降低其脱壳倾向,且能够确保壳型砂含有较高强度,合适透气性和流动性。
2、粒形:
所用原砂粒形因为圆形,即角形系数小于1.3。
圆形砂在取得一样强度时,树脂加入量少,发气量低,流动性好。
3、SiO2含量:
从提升铸件内腔质量、降低粘砂角度看,SiO2含量宜高。
通常应大于90%。
4、含泥量、微粉含量、含水量要低。
砂中泥分、微粉(200目以下)含量高,将大大吸附树脂,增加树脂消耗量,降低型、芯强度。
通常原砂应经过水洗、擦洗、及干燥。
5、碱性氧化物少:
原砂中碱性氧化物会增加壳型砂碱性,降低砂熔点,且使壳型砂在存放过程中结块,使流动性变差,影响制壳(芯)时吹砂性能。
(三)硬化剂:
1、常见硬化剂是六亚甲基四胺(乌洛脱品),其分子式为(CH)6N4。
硬化作用是因为它受热后和混合料中水份作用,生成甲醛并放出氨气。
反应式:
(CH2)6N4﹢6H2O=6HCHO﹢4NH3↑
生成甲醛和热热塑性线型酚醛树脂深入反应,从而使树脂由线型结构转变为体型结构,把砂粒粘结成坚固型壳。
加入量通常占树脂加入量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
为改善覆膜砂性能,有时还加入部分附加物,关键用:
1、硬脂酸钙:
加入硬脂酸钙能够增加覆膜砂流动性和强度,使型(芯)表面致密、光洁,制壳时易于脱模。
另外,它还能使壳型砂储存时不结块。
其加入量通常为占砂重0.25-0.5%。
(国家标准JB/T8834-)为:
硬脂酸钙为树脂量6%。
2、石英粉:
加入石英粉能够改善铸件表面光洁度,但200目以下石英粉宜少加,不然影响强度。
通常加入量占砂重2%左右。
3、水:
水作为乌洛脱品溶剂,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、覆膜砂性能:
(一)、强度:
(1)、热强度――脱模、起芯时要求强度。
关键和覆膜工艺相关。
(2)、常温强度――在各工序之间搬运及下芯时所需抵御外力破坏强度。
从生产角度看,应依据覆膜砂其它指标来综合制订,无须追求太高常温强度。
(3)、常温抗弯强度――足够抗弯强度是为了确保型芯在浇注到铸件凝固过程中不发生破裂和变形。
通常情况下,依据原砂堆积密度和粒度分散度,确保覆膜砂抗拉强度在一定要求范围内而确定树脂加入量,常温抗弯强度改变范围较小,所以抗弯强度测定是在确保顺利制出完好型芯前提下测定控制。
(二)、熔点:
指制壳时覆膜砂被加热,包覆在覆膜砂表面热塑性酚醛树脂开始熔融,将砂粒粘结在一起温度。
通常为98-110℃。
适宜覆膜砂熔点使覆膜砂含有良好吹制工艺性(如流动性、充填性、抗冲刷性及抗脱壳性等),以确保取得壁厚均匀壳型、芯。
(三)、发气量:
发气量是型(芯)砂常规性能控制一个关键指标,它反应了型芯砂中有机物含量高低及有机物性质。
通常经过发气性曲线来描述,可直观地反应出覆膜砂发气量及发气速度。
从生产角度讲,在满足其它性能基础上,发气量越低越好。
(四)、必测性能指标:
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)、铸造用覆膜砂牌号表示以下:
FMS×-××-×××
Q或H
覆膜砂粒度分组代号
灼烧减量分级代号
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:
FMS6-35-21H
五、覆膜砂混制工艺:
壳型砂混制方法可分为干混粉状砂和覆膜砂两类。
在壳型法发展早期采取一般輾轮式混砂机混成粉状砂,随即开发了覆膜砂。
覆膜砂是使树脂以薄膜形式包覆在砂粒表面,前后创建了冷法、温法及热法覆膜三种混制工艺。
我厂应用是热法覆膜工艺。
热法覆膜是一个适宜于大批量制备覆膜砂方法,需要专门设备。
混制时通常先将砂加热到140-160℃,加入树脂和热砂混均匀,树脂被加热熔化,包在砂粒表面。
当砂温降到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。
热法覆膜砂温不宜低于130℃,亦即砂温应高于树脂软化点50-60℃,不然大颗粒树脂不能完全熔化,将造成树脂分布不均,影响树脂粘结效果。
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水在100℃以上有利于挥发气化。
六、混砂设备
在制备热覆膜砂壳型砂时没有通用措施能够确保得到所需性能。
对性能影响最大是树脂品种和所用设备。
现有混砂设备有半连续复合式热法覆膜砂混砂机、叶片式混砂机及通常輾轮式混砂机三种。
如英国FORDATH企业型和重庆铸造机械厂生产SZ7215型,每次100千克,用丙烷加热,也可用煤气喷吹替换。
德国WEBAC-30HP高速摆轮式混砂机是全套覆膜砂生产设备关键组成部分。
它特点是:
混砂速度快、覆膜均匀、操作方便、安全。
该机采取快速双摆轮结构、底部中央有强力鼓风冷却系统。
该机在覆膜过程中,经过一对主刮板、一对底刮板和双摆轮高速旋转,使集聚在桶壁周围砂粒和树脂产生一个向上悬浮状态,悬浮砂团高度超出要求时,由桶壁上压板压下换向,同时由摆轮碾向桶壁,经侧刮板刮下,再经底板向上抛起。
不停反复这一过程,实现树脂混合物对砂粒均匀覆膜,同时不会粘结成紧实砂团。
在混砂过程中,经过高压风冷却,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:
原砂采取电子秤计量,由计算机控制气动碟阀开关来控制进料量。
3、控制系统:
过程控制由计算机自动控制。
4、冷却系统:
由混砂机排出覆膜砂,经过筛网筛分,排到流态沸腾冷却床,采取高压风冷,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成便于储存或包装温度。
七、壳型、芯制造和使用中存在问题及原因分析:
壳型、芯生产中可能出现问题关键有:
脱壳、壳型(芯)表面疏松、浇注时壳型、芯破裂、壳型、芯变形、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,未熔化松散覆膜砂被倒出,而结壳壳型、芯已熔化但还未固化区域发生壳层脱落现象,从而使脱落处壳型、芯过薄,浇注时,金属液可能在此强度不足处冲出,造成铸件产生缺点。
脱壳通常发生在自由悬挂壳型、芯部分及壳层完全受重力作用部位。
大全部是结壳以后,其里层呈塑性状态,而强度承受不了砂块本身重力而脱落。
脱壳产生原因:
(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)、使用覆膜砂温度太低,造成模板或芯盒激冷(16-32℃为宜)
(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。
其形成原因关键有:
(1)、覆膜砂熔点太低
(2)、覆膜砂流动性差
(3)、排气不妥,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,造成瓦解,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
为预防壳型、芯开裂,除针对上述原因加以改善外,还能够在覆膜砂中加入能提升热塑性、减轻开裂倾向附加物。
比如,水杨酸、甲酚树脂、松香皂热塑性树脂、水玻璃等全部有效果。
4、壳型、芯变形
产生原因:
(1)、壳型、芯未硬化状态下脱模(可采取较长硬化时间)
(2)、壳型、芯薄壁(可采取较长结壳时间)
(3)、壳型、芯尚热时储存不妥
(4)、模具温度不均
(5)、脱模时粘模
(6)、树脂不适宜
(7)、覆膜砂中乌洛脱品量不够
(8)、顶杆使用不妥
5、壳型芯中脉状裂纹
产生原因:
(1)、壳型、芯太薄
(2)、壳型、芯硬化过分
(3)、金属液温度太高
(4)、砂抗拉强度太高
(5)、壳型砂配方中乌洛脱品过量
(6)、铸件浇注系统设计不妥
预防方法:
(1)改用四筛或五筛砂
(2)改用角形砂或掺配原砂
(3)采取改性酚醛树脂
(4)合适改变浇注系统设计
6、铸件粘砂
产生原因:
(1)、原砂太粗
(2)壳型芯密实度差
(3)热强度低,树脂加入量太少
(4)、烘烤过分、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铸件时易产生气孔。
其原因关键有:
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
浇注时因为金属热量使砂芯粘结剂烧毁,从而常使树脂壳芯砂含有很好退让性。
但酚醛树脂在一些条件下亦会造成芯砂退让性不足,从而妨碍铸件收缩,造成铸件表面出现热裂;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)、加入树脂量太多
(4)、浇注温度太低,不能破坏热强度
(5)、落砂太早
预防方法:
在确保必需强度基础上,尽可能降低树脂加入量,控制乌洛脱品加入量。
在覆膜砂中加氧化剂附加物,如高锰酸钾等有利于改善退让性、溃散性。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 覆膜砂 基本 工艺 作业 流程