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覆膜砂生产工艺流程及应用

2020-06-04 09:55:25 青岛中铸自动化科技有限公司 阅读

覆膜砂铸造在造型、制芯时大多数铸件都是用湿型和干型铸造的,90%以上的砂芯用烘干炉干燥的砂芯油作粘结剂,是由德国人J.Croning开发了以酚醛树脂作粘结剂的壳型造型,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的制型(芯)的方法主要有:
1、热法:砂型(芯)的成型和硬化直接在模板土或碴盒虑靠己加热的模板(芯盒)或通热热气流完成。主要有壳法(壳型、壳芯的制造法)、热芯盒法、温芯盒法。
2、冷法:砂型(芯)的成型、硬化在室温下完成。
主要有自硬法、气硬冷芯盒法(三乙胺法、S02法、嚣毒、低毒气体促硬法)。上述新型制芯、造型技术的开发和应用。给铸造生产工艺带来了一场重大变革,其提高了砂型(芯)的尺寸精度,简化了制芯工艺,减少了能耗,、降低了对熟练工人的需求,提高了生产效率,同时提高了铸件质量《铸件尺寸、表面粗糙度),使砂型铸造朝着近无余量铸件的铸造工艺迈出了一大步。但应当指出,上述的制芯、制型法目前均在一定的范围内适用。生产实际应用上具体选用哪一种工艺往往受多种因素的影响,除了考虑生产纲领、材质、尺寸的大小以及质量要求外,还需考虑投资大小、能源供应、人员素质、管理水平、以及公害、污染等因素。
我国在50年代末就开展了这方面的试验研究工作。由于当时我国壳型用酚醛树脂的性能不过关和供应难以保证,价格也较高,而且当时我国还没有专用的覆膜砂生产设备,特别是汽车工业十分落后,对铸件也没有很高的质量要求等多方面的原因,壳型工艺在我国没有得到推广和应用一80年代以后,随着我国汽车工业的迅速发展,对铸件的质量也提出了很高的要求,于是一汽从英国引进了一套热法树脂覆膜砂设备,并通过技术消化开发出了国产S272L5型热法覆膜砂混砂装置。随后济南铸锻机械研究所等一些科研单位和院校一方面改进覆膜砂混砂设备,提高它的牵引动力和搅拌速度,从而改善了酚醛树脂在硅砂表面的覆膜效果,另一方面,在方面过程中添加各种附加物,以提高覆膜砂的强度、耐热性和溃散性,于是树脂覆膜砂在我国的汽车、拖拉机、柴油栅工厂中得到了广泛的应用。目前,我国的树脂覆膜砂专业生产厂家已达200-300家,覆膜砂年产量超过50万吨,覆膜砂的品种也从单一的普通型覆膜砂,发展到了目前的高强度、低发气、耐高温、速固化、低膨胀和易溃散等多种性能的覆膜砂,以及离心铸造用、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与预热到150-350℃的金属接触,从而形成与金属模外形轮廓一致的型腔,厚度6-12.5mm的坚硬薄壳的造型方法。
2、优缺点:
壳型造型与传统用桐油、合脂、水玻璃、粘土作粘结剂的铸造方法相比具有以下
优缺点:
(l)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 - 6.3 Um
3)、可浇注薄壁铸件
4)、铸件废品率低
5)、提高了生产率
(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、壳型的制造方法
壳型(芯)的制造方法通常有两种:
1)翻斗法:常用于制造壳型。
2)吹砂法:常用于制作壳芯。
其基本原理是把金属模板或芯。盒加热到一定的温度,使覆膜砂中的树脂受热软化、熔融、硬化,其工艺流程如下:
清理模板(芯盒)一一模板×芯盒)加热一一喷涂分型剂一一制壳(包括烘烤,此时覆膜砂已混制)一一顶壳一一合型一一准备浇注。
三、热壳法覆膜砂用原材料
壳型砂的原材料主要由人造树脂(粘结剂)、原砂、乌洛托品(硬化剂)、硬脂酸钙(润滑剂)以及其它附加物(石英粉、水、煤油等)组成。
(一)、树脂粘结剂
1、树脂粘结剂的分类
酚醛树脂(PF)是由酚类和醛类缩合而成的一类树脂的总称。其中性能好、应用较广的是甲醛缩合而成的高聚物。
在聚缩反应中,由于原材料配比和介质的酸碱性不同,可以得到热塑性线型树脂,也可以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)的条件下进行缩合反应得到热塑性线型树脂。这种树脂由于苯酚过剩,便于长期存放。
特点:淡黄色固体,加热时熔化,有可塑性,能溶于酒精等溶液。
壳型树脂砂用的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)]的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。作为粘结剂使用的酚醛树脂系分子量萑700-1000左右的甲阶酚醛树脂。热芯盒法用的2124液态酚醛树脂就是热固性树脂的乙阶段产物。
2、铸造用壳型(芯)酚醛树脂分级与牌号
1)按软化点分级  
2)按常温抗弯强度分级
3)按聚合速度分级
4)、牌号
铸造用壳型(芯)酚醛树脂的牌号表示如下: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,一般选用天然硅砂,也可用锆砂、铬铁矿砂、或其他类似的耐火材料及混合砂等。
1、粒度:
主要取决于产品的使用要求,一般可选用140/70、70/140、100/200目的细砂。从减少树脂的加入量角度看,原砂粒度宜相对集中会加剧硅砂高温状态下的膨胀量,造成脉纹缺陷,故一般选择分布在相邻4-5个筛上(四筛砂为宜),在不影响铸件表面粗糙度的前提下尽可能选用粗的砂子,这有利于减少树脂加入量和覆膜砂的发气量,并减少其脱壳倾向,且可以保证壳型砂具有较高的强度,适当的透气性和流动性。
2、粒型
所用原砂粒形因为圆形,即角形系数小于1.3。圆形砂在获得同样强度时,树脂的加入量少,发气量低,流动性好。
3、Si02含量:
从提高铸件内腔质量、减少粘砂角度看,Si02含量宜高。一般应大于90%。
4、含泥量、微粉含量、含水量要低。
砂中的泥分、微粉(200目以下)含量高,将大大吸附树脂,增加树脂的消耗量,降低型、芯强度。一般原砂应经过水洗、擦洗、及干燥。
5、碱性氧化物少:
原砂中的碱性氧化物会增加壳型砂的碱性,降低砂的熔点,且使壳型砂在存放过程中结块,使流动性变差,影响制壳(芯)时的吹砂性能。
(三)硬化剂:
1、常用的硬化剂是六亚甲基四胺(乌洛脱品),其分子式为(CH) 6N4。硬化作用是由于它受热后和混合料中的水份作用,生成甲醛并放出氨气。反应式:  (CH2) 6N4+6H20=6HCH0+4NH3T
生成的甲醛与热热塑性线型酚醛树脂进一步反应,
体型结构,把砂粒粘结成坚固的型壳。
加入量一般占树脂加入量的】0-15%,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:兰0.03%
从而使树脂由线型结构转变为(重量比)或1:1.5配成水溶
(四)、其它附加物
为改善覆膜砂的性能,有时还加入一些附加物,主要用:
1、硬脂酸钙:
加入硬脂酸钙可以增加覆膜砂的流动性和强度,使型(芯)表面致密、光洁,制壳时易于脱模。此外,它还能使壳型砂储存时不结块。其加入量一般为占砂重的0.25 -0.5%。(国家标准JB/T8834-2001)为:硬脂酸钙为树脂量的6%。
2、石英粉:
加入石英粉可以改善铸件表面光洁度,但200目以下的石英粉要少加,否则影响强度,一般加入量占砂重2%左右。
3、水:
水作为乌洛托品的容积,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、覆膜砂的性能:
(一)、强度:
(1)、热强度一一脱模、起芯时要求的强度。主要与覆膜工艺有关。
(2)、常温强度一一在各工序之间的搬运及下芯时所需的抵抗外力破坏的强度。从生产角度看,应根据覆膜砂其它指标来综合制订,不必追求太高的常温强度。
(3)、常温抗弯强度一一足够的抗弯强度是为了保证型芯在浇注到铸件凝固过程中不发生破裂和变形。
一般情况下,根据原砂堆积密度和粒度分散度,保证覆膜砂抗拉强度在一定要求范围内而确定树脂加入量,常温抗弯强度变化范围较小,因此抗弯强度测定是在保证顺利制出完好型芯的前提下测定控制。  
(二)、熔点:
指制壳时覆膜砂被加热,包覆在覆膜砂表面的热塑性酚醛树脂开始熔融,将砂粒粘结在一起的温度。一般为98 -110。C。合适的覆膜砂熔点使覆膜砂具有良好的吹制工艺性(如流动性、充填性、抗冲刷性及抗脱壳性等),以保证获得壁厚均匀的壳型、芯。
(三)、发气量:
发气量是型(芯)砂常规性能控制的一个重要指标,它反映了型芯砂中有机物含量的高低及有机物的性质一一般通过发气性曲线来描述,可直观地反映出覆膜砂的发气量及发气速度。从生产角度讲,在满足其它性能的基弛上,发气量越低越好。