一文認識覆膜砂-沈陽佳美機械-賈工18540392125
1、什么是覆膜砂?
鑄造用樹脂覆膜砂是指在造型、制芯前砂粒表面覆有一層固態(tài)樹脂膜的型砂或芯砂,簡稱覆膜砂。
2、覆膜砂有何優(yōu)點?
與粘土砂、水玻璃砂、樹脂自硬砂等造型材料相比,覆膜砂具有很多優(yōu)點:
1)具有優(yōu)良的流動性,能制作輪廓清晰的復(fù)雜砂芯;
2)型芯的表面質(zhì)量好,致密無疏松,可獲得較好的鑄件表面質(zhì)量;
3)潰散性好,有利于鑄件清砂;
4)砂芯不容易吸潮;
5)覆膜砂還可以通過選區(qū)激光燒結(jié)成形,在砂型增材制造中獲得了重要應(yīng)用。
3、影響覆膜砂性能的主要因素有哪些?
影響覆膜砂性能的主要因素有原砂、樹脂、固化劑和附加物。
(1)原砂
鑄造用原砂主要有硅砂、再生砂、特種砂。
1)原砂粒形:一般圓形為好,因砂粒表面積小,粘結(jié)劑加入量少,砂粒間空隙大,有利于通氣和排氣。
2)集中粒度:三篩分,集中粒度75%~80%為好;四篩分,集中粒度85%~90%為好。由于礦源不同的砂子粒形各異,要求的型砂強度有高有低,透氣性、發(fā)氣量各不相同,要獲得合適的性能,需要將砂各目數(shù)適當調(diào)配,一種粒度配比不可能都適用。
3)硅砂中SiO2的含量高低要求,要根據(jù)鑄件材質(zhì)具體情況具體分析??傮w來說,如果SiO2的含量過低,則易造成粘砂,導(dǎo)致鑄件表面光潔度降低,但熱膨脹率低,抗脈紋性好。
硅砂粒度一般使用70/140目、50/100目。樹脂在高溫時的碳膜隔絕了金屬液與砂粒的接觸,所以一般不刷涂料也不會粘砂。大型鑄件可選用粒度粗一些的硅砂。
4)再生和焙燒硅砂:因高溫受熱砂粒表面雜質(zhì)減少,熱膨脹率降低(試驗證明膨脹率從1.6%降至1.1%),所以其常溫和高溫抗拉、抗彎蠕變減小,抗脈紋性好。
5)原砂含細粉粒和泥分:細粉和砂粒中粘附的泥分增多會增加粘結(jié)劑用量,應(yīng)嚴格控制在0.3%以下。
6)人工破碎硅砂嚴禁覆膜,因形狀均為片、尖角形及裂紋(破碎時震動形成),同時砂的表面積大,粘結(jié)劑加入量就大。
7)特種砂以人造陶瓷砂為例,人造陶瓷砂為球形,表面光潔度更高,膨脹率均在0.3%~0.6%,應(yīng)用于覆膜砂工藝時粘結(jié)劑加入量少,砂芯蠕變小,應(yīng)用于單獨或摻入硅砂中制造高耐火、高精度的砂芯效果較好。
(2)粘結(jié)劑(樹脂)
覆膜砂用樹脂是熱塑性酚醛樹脂,對于樹脂而言,影響覆膜砂強度的因素有:樹脂本身的內(nèi)聚強度,樹脂在砂表面的附著力及潤濕性。
樹脂內(nèi)聚強度取決于相對分子的質(zhì)量,質(zhì)量越大,內(nèi)聚強度越高。但隨著質(zhì)量的增大,樹脂流動性變差,軟化點升高,型砂抗彎強度降低,熱膨脹率變小。另外,樹脂在覆膜過程中,原砂的加熱溫度、固化速度(結(jié)塊)、設(shè)備混制的均勻性都直接影響覆膜砂的性能。
(3)固化劑
固化劑是使樹脂在熱作用下進行固化反應(yīng),選擇好的固化劑(比如烏洛托品)和確定合適加入量對覆膜砂性能有重要作用。
(4)附加物
為了實現(xiàn)覆膜砂的一些特殊性能要求,在覆膜砂混制時需要加入一些輔助材料,借助這些輔助材料可按需改善覆膜砂性能,比如:
1)如覆膜砂有耐高溫需求,則添加含碳物質(zhì)和防金屬液浸透的惰性材料;
2)如需要覆膜砂易潰散,則加入MnO2;
3)如需提高覆膜砂的強度、韌性,則加硅烷、各種酯類、超短玻璃纖維等;
4)如需覆膜砂防粘砂、防脈紋、防橘皮,則加氧化鐵、粘土、淀粉等。
4、覆膜砂的工藝應(yīng)用需注意哪些方面?
根據(jù)鑄件材質(zhì),采取不同的工藝方法,對砂型和砂芯的特殊要求等選擇相應(yīng)的覆膜砂工藝。
(1)制芯工藝
1)芯盒加熱溫度一般控制在200~260℃,溫度低,則加熱時間長。砂芯外層的固化厚度只要達到所要求的砂芯強度即可,內(nèi)部有部分未固化的散砂是允許的。
2)較厚的砂芯,盡量中間掏空制成“殼”芯,既節(jié)省用砂,也減少發(fā)氣量。
3)射砂的壓力,應(yīng)控制在0.5 MPa左右。型芯簡單,壓力可低一些;復(fù)雜、薄壁的鐵型覆砂壓力要高,可適當增加射嘴和排氣塞。
4)加熱保溫時間視砂芯厚度而定,一般30~200s,要將砂芯烘烤呈褐色,這樣既有較高的強度,又能降低發(fā)氣量和減少存放吸潮性。
(2)各種材質(zhì)鑄件覆膜砂的選用
1)鑄鋼澆注溫度比鑄鐵高100℃左右,需要有較耐高溫的原砂,如SiO2大于96%的硅砂或人造陶瓷砂。
2)鑄鐵用硅砂的SiO2含量一般為85%~90%,粒度一般為70/140目或50/100目,鑄件尺寸小、壁薄宜使用偏細的砂;根據(jù)鑄件工藝特性,選擇普通或有特殊性能要求的覆膜砂,如易潰散、低發(fā)氣、抗高溫蠕度等。
為緩解石英受熱膨脹導(dǎo)致砂芯變形、開裂、粘砂,芯砂中可摻入石英相變砂和人造陶瓷砂。
3)鑄鋁應(yīng)使用100/200目原砂,因鋁液流動性好,細顆粒可避免滲透鋁液,若用粗粒度,則必須涂料遮蔽。鑄鋁使用的覆膜砂必須具備低發(fā)氣、易潰散等特性。
4)覆膜砂在使用單位必檢項目:覆膜砂應(yīng)按JB/T 8583—2008《鑄造用覆膜砂》標準進行生產(chǎn)和檢驗(用戶特殊要求除外),用戶如條件所限無法按標準完成全項檢查,則必須對表1所列項目進行檢查驗收。
5、覆膜砂應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題及其對策
1)如果使用覆膜砂時出現(xiàn)局部一塊一塊的粘結(jié)芯盒,主要是由于樹脂覆膜不均造成的。另一個原因就是砂中細粉過多或添加的粉狀輔助材料堵塞排氣塞,這同樣也會導(dǎo)致樹脂用量增加造成浪費。
加入粉狀物料的覆膜砂,正確混制方法應(yīng)先加粉料,混合幾秒后再加樹脂,否則不易混制均勻,還影響覆膜砂整體強度。
2)覆膜砂樹脂的耐火度,厚大鑄鐵件、鑄鋼件及要求高溫澆注的鑄件,樹脂要具備高的耐火度,在高溫下不與砂產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。因樹脂偏堿性對硅的反應(yīng)更為靈敏,因此,要求原砂有較高的SiO2含量,并適當加碳質(zhì)耐火輔料,使用陶粒砂、鋯砂及噴耐火涂料等。
3)覆膜砂需加熱進行固化,芯盒加熱位置必須使芯盒受熱均勻。射嘴位置要能充分射滿空腔,盡量避免射在鑄件上,以便清除。排氣孔的位置要注意“死角”,離射嘴遠的地方需適當多設(shè)置排氣孔。芯盒要勤清理粘附的砂層,暫不用的模具清理后要涂防銹油保養(yǎng)。
4)覆膜砂的強度要根據(jù)砂芯要求而定,過高的強度必然樹脂加入量也多,發(fā)氣量也會增加。
5)砂芯在內(nèi)腔受熱蠕度嚴重的要使用相變砂、特種砂,并添加各種輔助材料。
6)砂芯薄、細長、四周包圍金屬液的因芯內(nèi)高溫產(chǎn)生的氣體難以排出,一定要使用較粗的原砂,如50/100目、40/70目,外敷涂料(最好用水基涂料),逼迫氣體從砂粒空隙中排出。
7)覆膜砂發(fā)氣量大,而且發(fā)氣速度慢,在粘土砂型中一定通過芯頭把氣體引出,否則易出現(xiàn)嗆氣孔、砂型“放炮”打漏、打破砂型及爆炸性粘砂。
8)較長鑄件下部的覆膜砂會過早潰散,無法托起近凝固的鑄件,易形成鑄件下沉、裂紋,預(yù)防措施有以下幾點:①快澆,加快冷卻,使鑄件形成強度;②下型可采用覆砂鐵型工藝。
9)疊箱澆注的覆膜砂型殼,一定要在制型時延長烘烤時間,減少發(fā)氣量,否則由于金屬液自下而上充型,將氣體都趕到上面,由于氣壓原因最上幾層容易造成嗆火和澆不足。
10)覆砂鐵型是在金屬型內(nèi)腔表面覆掛一層覆膜砂,厚度為4~20 mm,用砂的厚度調(diào)節(jié)金屬液的冷卻速度,鑄件壁厚較大的部位砂層宜薄一些,鑄件壁厚較薄的部位砂層宜厚一些。因砂型剛性好,澆出的鑄件尺寸較精確。由于鐵型良好的導(dǎo)熱性,金屬液冷卻的速度快,自補縮性較好,可少用冒口或不用冒口,工藝出品率提高,鑄件致密性強,力學(xué)性能也會提高。
6、覆膜砂舊砂再生利用
在粘土砂型中使用的覆膜砂芯,澆注后經(jīng)破碎砂處理可代替新砂使用,殼型覆膜砂則應(yīng)回收再生利用,砂受熱后膨脹率顯著降低,再次覆膜樹脂加入量會減少。當一個企業(yè)日用砂量在10 t以上時,完全可以投資再生覆膜。
覆膜砂舊砂回收再生目前主要有3種方法:(1)熱法,將砂加到800℃左右,燃燒掉樹脂膜;(2)機械再生,用多級磨擦,酌減至1.6%以下,每次覆膜再加入5%~10%的新砂;(3)用開箱后鑄件的余熱在震動槽上反復(fù)燃燒加熱,再經(jīng)簡單磨擦除塵即可。
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