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鑄鐵件呋喃樹脂自硬砂淺析
發布時間:2017-01-6
我國加入世貿組織以後,鑄鐵件的出口量增長迅猛,與此同時國際市場對鑄件的要求也越來越高。因砂型鑄造中呋喃樹脂粘結劑的應用,明顯的提高了鑄件的質量,給國內鑄造行業帶來了較為顯著的經濟效益,得到了鑄造界的一致認同。但在生產過程中,也存在著一些問題,如果不加以重視和解決,勢必會帶來不必要的經濟損失。因此,我們在樹脂砂生產技術方麵,作了一些工作與探索,為我公司進一步加大國外來圖加工業務,拓寬出口範圍,作出了努力。
1.
呋喃樹脂砂的優缺點
1.1
優點
1)
鑄件的尺寸精度高、外部輪廓清晰;鑄件表麵光潔,外觀質量好;組織致密,鑄件綜合品質高。
由於樹脂砂具有較好的流動性、易緊實、脫模時間可調節、硬化後強度高、在其後的搬運及合箱過程中不變形;因樹脂砂的剛度高,在澆注和凝固過程基本上無形壁位移現象,所以鑄件的尺寸精度高,它比粘土砂及油砂生產的鑄件可提高1-2個級別。
2)
不用烘幹,縮短了生產周期,節省了能源。
3)
省去了烘幹工序,型砂易緊實,潰散性好易清理等,大幅度降低了工人的勞動強度,為實現機械化生產創造了條件。
1.2
不足之處
1)
對原砂質量要求高;
2)
造型和澆注現場,在生產過程中有刺激性氣味。
3)
采用樹脂砂生產,成本較高,應綜合考慮。
由上所述可以看出,樹脂砂的優點較為突出,因此在國內得到了推廣應用。
2.
呋喃樹脂砂的生產工藝技術
2.1
原材料的選用
1)
鑄造用砂的要求
原砂對呋喃樹脂砂的性能粘結劑用量以及鑄件表麵質量的影響很大,要求原砂中的SiO2含量要高,含泥量和酸耗值要低。粒度:大件4230組別,中件21組別,小件1510組別。
2)
呋喃樹脂
含糠醇的樹脂稱為呋喃樹脂,其糠醇含量較高,樹脂的存放性能得以改善,熱強度高但增加了成本。樹脂中的遊離甲醛是生產中產生刺激性氣體的來源,也是惡化環境的因素之一,應加控製。鑄鐵件生產應選用低氮或無氮樹脂,實際應用根據鑄件的技術要求和結構來選擇。
3)
固化劑
一般采用有機磺酸溶液按其水溶液或醇溶液的濃度來調節固化速度。
4)
添加劑
為改善呋喃樹脂自硬砂的性能,配比中常加入一些添加劑。加入少量的矽烷作偶聯劑,可明顯的提高樹脂砂強度,但隨著時間的延長作用逐漸減弱,一般兩個月將消失。因此在國內由用戶在使用之前加入並攪拌均勻,應盡快用完。
2.2
呋喃樹脂自硬砂的再生回用
舊砂能很好的回收與再生是呋喃樹脂砂的一大優點之一。如何控製好再生砂的質量,是生產出高質量樹脂砂鑄件的關鍵質量樹脂砂鑄件的關鍵。
1)
砂溫調節
穩定砂溫是呋喃樹脂自硬砂的關鍵,因此砂溫調節是必不可少的,尤其是再生砂的砂溫。如果砂溫能控製好的話,它即可提高生產效率,減少砂型損壞和鑄造缺陷,又可減少數珠加入量,減低成本,改善作業環境。
2)
再生砂的質量指標
灼減量和發氣量
灼減量是衡量樹脂砂型中硬化粘結劑的殘留量的大致標準。它隨回用次數的增加,其增長率逐次下降,一般經過1015次循環後即可達到穩定值。鑄鐵件生產可控製在2.5%之內。 灼減量和發氣量之間幾乎呈直線關係,可通過灼減量來推算發氣量。如果能控製好灼減量粒度分布微粉含量,就可以有效的防止鑄件出現氣孔缺陷。
酸耗值和PH
對於用酸作固化劑的呋喃樹脂, 酸耗值通常取負值;PH值過高就較難確定酸固化劑合適的加入量,一般PH值控製在36的範圍。
3)
再生砂反複使用以後,砂粒易細粒化,將會影響型砂的透氣性,生產過程應多加注意觀察。
2.3
混製工藝
1)
配比及混製
a
混合料配比
呋喃樹脂的加入量一般占砂重的0.81.5%,而固化劑的加入量占樹脂重的2070%,依據季節的溫度變化來調節。
b
混製工藝
造型最好采用連續式混砂機混製。一般是將原砂、再生砂、固化劑、樹脂依次快速混合而成,隨混隨用。用間歇式混砂機時,應先加砂,開動混砂機後小心加入固化劑,混拌12min之後加入樹脂,混勻後立即卸砂。製芯采用碗型混砂機(間歇式),按所製芯的重量大小選擇混製量的多與少。
2)
硬化工藝
樹脂砂硬化速度與砂溫、環境溫度、空氣濕度以及固化劑的種類、加入量關係很大。
a
溫度
原砂溫度最好控製在2035℃,原砂及工作環境溫度過低,硬化速度會變得很慢,延緩了脫模時間,降低了生產效率;而溫度過高,可使用時間過短,砂子的流動性變差,影響型芯的緊實。所以,應控製好硬化速度,合理控製樹脂砂的可使用時間與脫模時間。
b
固化特性
用可使用時間與脫模時間的比值來表示粘結劑的固化特性,比值愈大,表示該固化劑的固化特性愈佳,一般為0.30.5
3.
鑄造工藝設計及生產現場工藝控製
3.1
工藝設計
1)
起模斜度應比粘土砂大
樹脂砂的型芯在起模時,已經具有一定的硬化強度,幾乎無退讓性,起模時摩擦力較大,一般不能采用敲模樣或芯盒框鬆動模樣來起模。因此,在製作模樣時,應適當增大拔模斜度,保證外觀質量,以便於起模。
2)
工藝設計應充分考慮自硬砂特性,盡量減少活塊,能用砂芯的最好取消活塊,以提高生產效率。
3)
砂箱設計
利用樹脂砂硬化後強度高這一特點,在滿足有效吃砂量的前題下(依據鑄件大小和複雜程度,吃砂量可在30-100mm之間選擇),減小砂箱尺寸,降低砂鐵比,減少生產成本。
4)
澆冒係統設計:
設計澆冒口的原則是:宜少設補縮冒口,多設出氣和溢流冒口。 因樹脂砂型剛度好,澆注初期鑄型強度高,有條件利用鑄鐵凝固過程的石墨化膨脹,有效的消除縮孔、縮鬆,實現灰鑄鐵、球墨鑄鐵鑄件的少冒口或無冒口鑄造。
盡量避免在冒口處集中開設澆口,應在提高擋渣和充型能力的前提之下,采用分散、徑向引入加溢流的方式,橫澆口端麵為高梯形,內澆口開設原則為短、薄、寬;擋渣措施首選離心集渣包改變橫澆道末端區截麵形狀,防止澆道吸氣、鐵液二次氧化。
生產重量大的鑄件,澆注係統優先采用陶瓷管製作,防止出現因衝砂造成的砂眼缺陷。
5)
與粘土砂相比可適當減小加工餘量,提高機加工效率。
3.2
現場工藝控製
1)
造型工序最好使用震實台提高鑄型的緊實度,保證型腔的幾何形狀和鑄件的尺寸精度。
2)
加強型芯的排氣,多設出氣孔和氣道,澆注過程中保證型芯內的氣體及時排除型外。
3)
應注意剛起模的型芯不宜立刻上塗料,因此時樹脂硬化反映還處於初期階段,若遇水基塗料中的水分會影響硬化的正常進行;若刷醇基塗料立刻點燃也會使未反映的樹脂過燒,影響型芯的表麵溫度性。
4)
夏天潮濕季節生產時,樹脂砂型最好要進行表幹處理以去除潮氣,防止出現因嗆火引起的氣孔缺陷。鑄型存放小時後方可合箱澆注。
5)
樹脂砂鑄件的材質控製:應充分利用樹脂砂的保溫性,生產過程分別采取措施,確保材質質量。
灰鑄鐵:
澆注樹脂砂灰鑄鐵材質的鑄件,因它獨到的保溫性,一般會降低0.52個牌號,生產時應根據鑄件的實際壁厚和大小靈活掌握。
球墨鑄鐵:
利用它的保溫性,采取壓火保溫、延長出活時間的工藝方法,在鑄態條件下可穩定生產以鐵素體為主的球鐵鑄件(QT400-18QT450-10);但生產珠光體球鐵和抗磨球鐵鑄件(QT600-3QT700-2),應采取特殊工藝加以保證。
生產球鐵時,應注意球化不良現象的發生,這與采用磺酸固化劑中的硫滲入有關,預防措施為適當加大球化劑用量,使鐵液殘留Mg0.0450.055以上。
4.
樹脂砂鑄件缺陷分析及對策
呋喃樹脂砂與其他砂型相比,具有鑄件缺陷少,廢品率低,鑄件尺寸精度高,表麵光潔輪廓清晰等優點,但是,如果現場使用不當,也會出現質量問題,有時甚至引起成批報廢。
4.1
氣孔:
主要有兩種:
一是因樹脂砂發氣量大,氣體來不及排出形成的侵入性氣孔;
二是樹脂中含氮的化合物,澆注後分解出的原子氮和氫進入鐵液,冷凝時溶入的氣體來不及析出,形成針孔。對鑄鐵件而言,防止措施是,在滿足型砂使用強度的條件下,降低樹脂加入量;再者加強型芯排氣,澆注時注意點火引氣。
4.2
粘砂:
原因是,樹脂在500℃左右分解,樹脂模被燒蝕,砂粒間隙增大並喪失粘結力,鐵液滲入形成粘砂。
防止措施為:
(1)
增加型芯緊實度;
(2)
厚壁處可采用特殊原砂如鋯英砂鉻鐵礦砂及冷鐵等;
(3)
刷耐火塗料及適當減低澆注溫度;
(4)
選用合適的呋喃樹脂類型。
4.3
熱裂:
澆注薄壁鑄件時,樹脂砂型不能被燒透,形成一層堅固的結焦殘碳層,阻礙鑄件收縮,產生熱裂紋。因生產時不能追求高的砂型強度,型芯采用中空結構,鑄型中可填入砂塊或埋入塑性好的材料,提高型砂的退讓性。
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