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呋喃树脂砂生产过程控制 经验数据别照搬-2017上海国际铸造展览会>
阅读 975 次  发布于:2017-3-1

一、呋喃树脂砂型砂质量控制
优质的型砂是生产优质铸件的基础,型砂质量不仅影响铸件外观质量,而且能影响铸件内在质量。
1. 原材料的影响
(1)原砂  优质的原砂是树脂砂生产的基础,它不仅影响强度,而且影响固化速度,是影响固化剂用量的主要因素。
①原砂的耗酸量。在选用原砂时,耗酸量是影响固化剂用量的主要因素,尤其对于不回收旧砂的厂家更为重要。耗酸量高时大部分固化剂用来与原砂中的碱性氧化物反应,剩余的才能起催化作用。进行耗酸量检测的办法可用盐酸滴定法,也可以用型砂工艺试验的方法,在室温下,用脱模时间超过1h的固化剂加入量来判断。 因此,使用不同地区的原砂固化剂加入量差别很大。
②粒度分布和水分的大小。原砂的粒度分布和水分对型砂强度有直接的影响。树脂砂应用四筛砂,对于含泥量及微粉要严格控制,这已成为共识。有必要说明,细砂粒虽然表面积大,会降低树脂膜的厚度,但是它也会增加粘结桥的数量,对于强度的最终影响需由试验证明,粒度0.10mm(150目)的原砂不应作为微粉处理,否则不但会造成砂子的浪费,而且影响树脂砂的强度,提高树脂加入量。实践发现,新砂粒度中0.10mm 的比例达到5%、微粉小于0.4%时为宜。
对于再生砂来说,砂粒过细会提高硬化速度,这一点与新砂不同。这是因为再生砂中细砂粒比表面积大,比粗砂粒含有更多的树脂和固化剂,细砂的灼烧减量明显高于粗砂的灼烧减量,当再次加入树脂时,残留的固化剂继续起催化作用,提高了固化速度。综合考虑强度和硬化速度两方面因素,在使用再生砂时要每周检测粒度分布,加强抽尘装置维护。
树脂砂对原砂水分要求非常严格,因为原砂中的水分不但会影响树脂膜与砂粒的结合强度,而且还会减慢硬化速度,使型砂“外焦里嫩”,铸件易产生气孔缺陷。一般要求水分含量小于0.2%。对于再生砂,如果在夏季采用喷水的方法降温,一定要检查水分,不得高于0.4%。
③再生砂灼烧减量的影响。灼烧减量对于硬化速度的影响不可忽视。灼烧减量的大小取决于再生砂中残留树脂和固化剂的多少,在树脂的硬化过程中,固化剂只起催化作用,硬化后仍滞留在树脂膜中。再生砂中残留的固化剂在下次加入树脂时仍然在起作用,因此随着旧砂使用次数的增加,灼减量会有所提高,造成硬化速度加快。经试验,灼减量提高0.5%,硬化速度大致提高50%,这对于气温低的冬季极为有利,但对于夏季却造成硬化太快的不利局面。灼烧减量的增加还会提高发气量,使铸件形成气孔缺陷。结合其他因素,我们将灼减量控制在4.0%以下,主要措施是坚持添加10%~15%的新砂,减小铸件吃砂量。 
(2)树脂  这是决定强度的关键因素,树脂中糠醇含量及其粘度对型砂强度有很大的影响。加入量一定时,糠醇含量越高,强度也越高,因此我们要求树脂中糠醇含量大于90%。当要求强度一定时,树脂粘度值的波动,直接影响树脂加入量。粘度越低,砂粒上树脂膜的厚度就越薄,树脂加入量也就越低。当粘度低于16mpa•s时,树脂加入量为0.65%,型砂混制均匀,终强度可达到0.7mpa;当粘度为20mpa•s时,树脂最低加入量必须为0.8%,才能避免型砂混不匀现象。目前,树脂生产厂家众多,质量差别很大(主要是糠醇含量不同),针对不同厂家的树脂,我们做了以下对比试验。对于每批树脂进厂后,我们都要进行工艺试验和粘度检测,要求树脂加入量为1%时,新砂抗拉强度大于0.7 mpa,旧砂大于0.6 mpa,粘度低于16mpa•s。总之,高糠醇含量,低含氮量,低游离甲醛是优质树脂的要求。
(3)固化剂   对强度的影响主要与脱模时间有关,在脱模时间合适的情况下,固化剂加入量对于强度无明显影响,硬化太快或太慢均对强度不利,太快时树脂膜脆化而使强度降低;太慢时,树脂的粘结力则没有充分发挥,因此必须有合适的硬化速度才能保证型砂的强度。
合适的脱模时间为15~40min。在原砂确定的情况下,影响脱模时间的主要因素是砂温、室温、湿度,其中影响最大的是砂温,与树脂加入量关系不大。我厂固化剂加入量范围为0.4%~1.2%(占原砂),冬天室温在5℃时,固化剂加入量很高,但强度并不降低。需要特别指出的是,固化剂中游离酸含量对强度影响很大,尤其对于再生砂。当游离酸大于10%,即使硬化时间合适,强度也会降低0.2mpa左右,因此固化剂中游离酸必须小于10%。固化剂除加入量进行调整外,固化剂酸度也可作较大调整,其中砂温与酸度的关系如表3所示。
(4)硅烷  能提高使用新砂时型砂的强度,提高抗湿性,但对于再生砂的作用则微乎其微,而且价格高,保质期短,因此不建议使用硅烷。
2. 生产工艺的影响
(1)混砂质量的影响  目前树脂砂混砂主要采用搅笼式连续混砂机,混砂时间为定值,树脂、固化剂的定量检测及泵的清洗工作非常重要,应根据原砂及铸件大小确定好树脂加入量,坚持每周至少检测一次。另外,还要注意混砂机刀头的定期更换,当刀头磨损时,会造成混砂不匀,表现为刷涂料后型砂表面有斑点状不硬化处存在,易形成气孔,而且会降低强度。
(2)型砂紧实率的影响  由于树脂砂流动性好,型砂的紧实率容易被忽视。其实树脂砂的紧实状况对强度的影响更为明显,因为其强度的建立依靠各砂粒之间树脂膜的连接程度,由于树脂加入量少,当紧实度差时,砂粒之间的树脂膜建立不起连接桥,不仅强度会明显降低,而且由于树脂砂中无粉状物,砂粒间隙大,会造成机械粘砂。因此,应该使用震实台,以减少人工紧实的误差,对局部较小凹处要先人工紧实,并要有合适的硬化速度,以保证型砂的流动性,提高紧实率。
总之,呋喃树脂砂强度及脱模时间的要求应根据铸件大小而定,盲目追求高强度的型砂,不但会提高铸件成本,而且还会阻碍铸件收缩,增加铸件应力,造成落砂困难。针对分厂主要生产300kg以下铸件的实际情况,我们将型砂终强度控制在抗拉强度0.6mpa,硬化时间20min左右,完全满足生产要求。

二、呋喃树脂砂铸铁件质量控制
1.常见缺陷
使用呋喃树脂砂生产铸件件,铸件粘砂、夹砂、砂孔缺陷很少,主要存在以下几种缺陷。
(1)气孔  由于呋喃树脂砂所用粘结剂为有机物,与其他种类粘结剂相比,存在发气量大、发气速度快的问题。
为避免气孔缺陷的产生,可采取以下几种措施:①砂芯的排气要到位。在芯头扎排气孔,复杂砂芯要放置尼龙气道,在铸型的芯头处也要相应扎排气孔(上箱放出气棒),并保护好气眼,防止铁液钻入。②对大中型内腔封闭的铸件,其内腔砂芯的排气更应重视,制芯时可以在无芯头的侧面扎排气孔,与芯头处的主要排气孔相通,最后再堵好,以防止无芯头处无法排气。③对于较大的侧芯头,可在铸型芯头处灌白砂,以防止气孔被堵。
铸型的排气方式:铸型的排气主要采用在铸型上放出气片、溢流冒口的方式排除进入型腔中的气体及冷铁液,防止铸件产生侵入性气孔(呛火)或局部浇不足,尤其是有复杂砂芯的薄壁小件,放置溢流冒口是防止气孔的有效措施。
砂芯中的液料加入量要尽量减少,尤其在冬季,要检测发气量,不得超过24ml/g(850℃),砂芯放置48h才可使用。
(2)缩孔缩松缺陷  由于树脂砂粘结剂为有机物,而且型砂孔隙率高,所以导热性差,铸件冷却速度慢,易造成缩孔、缩松缺陷。很多用粘土砂生产时组织致密的铸件,改用树脂砂生产时产生了缩孔、缩松缺陷,因此必须在工艺上设冒口或冷铁,这一点对于中小球墨铸铁件表现的更为明显,编制铸件工艺时要注意到树脂砂的特性。
2.表面质量控制
和粘土砂相比,树脂砂由于原砂微粉少,不加入粘土等粉状物,砂粒间孔隙大 ;在起模时砂型退让性差,铸型表面易拉伤和起坏且难以修复;而且使用醇基快干涂料,涂料流平性差,这些都需要树脂砂表面质量加强控制。
模样制作时应留有相对较大的起模斜度,并应刷不与脱模剂反应的油漆(比如:锌磷酸盐环氧漆)。日常使用中应注意模样表面的清理,必须在模样完全清理后再刷脱模剂。模样表面质量应列为日常质量考核的主要内容。
表面要求高的铸件应先刷一遍较稠的涂料,用粗布打磨平滑后再刷一遍较稀的涂料。有条件的可优先考虑流涂工艺。
3.对球化质量的影响
由于树脂砂普遍采用磺酸作为固化剂,浇注时产生的so2等气体会扩散至铸件表面,使铸件表面层球化不良。宏观上表现为类似石墨漂浮的黑色层,上下表面都有,厚度3~10mm,金相上表现为片状或开花状石墨。对于组织要求高的球墨铸铁件应特别注意。

结语
近年来,随着树脂价格和质量的趋于稳定,树脂砂工艺技术的进一步成熟,以及配套装备的系列化、标准化,树脂砂工艺已在铸铁件生产中得到普及。需要说明的是,不同产地的原砂,以及不同厂家的树脂及固化剂,对于型砂的最终使用性能是不同的。一些树脂砂特有的规律也必须得到及时的总结和应对。因此厂家不应完全照搬手册和文献中的数据和经验,而应在借鉴的基础上开展工艺试验和总结,尽快找出适合于自身的工艺参数和管理方法。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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