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                公司新聞
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                砂型鑄造方式全解、技術參數圖表、砂眼、氣孔等問題的解決方案
                作者: 發布于:2020-4-20 11:02:42 點擊量:

                 工藝在鑄件生產過程中占有十分重要的地位,它直接影響鑄件的質量水平、生產成本、生產效率及環境污染程度。砂型鑄造方法可分為物理硬化造型方法和化學造型方法兩大類。物理硬化造型方法主要有粘土砂型、實型鑄造、V法造型法、冷凍造型法等。其中粘土砂型又分為濕型、干型和表干型。實型造型和V法造型法屬于無粘結劑方法(干砂),采用負壓成型。冷凍造型法則以水為粘結劑;瘜W造型方法主要有:水玻璃砂型、樹脂砂型等。它們又都可分為加熱硬化、自硬、吹氣硬化等三種。水玻璃為無機粘結劑,樹脂為有機粘結劑,選擇砂型造型工藝時,應遵循以下幾項原則:

                1.應能保證鑄件質量要求
                表1~3列出了砂型鑄造各類合金鑄件的質量公差、尺寸公差和表面粗糙度范圍。
                表1  砂型鑄造的鑄件質量公差等級/MT
                表2  砂型鑄造的鑄件尺寸公差等級/CT
                表3   砂型鑄造各類合金鑄件的表面粗糙度范圍
                注:“+”為可以達到的粗糙度,“*”為采取特殊措施后方能達到的粗糙度。
                目前廣泛應用的造型工藝主要有粘土濕型砂工藝、CO2吹氣硬化水玻璃砂工藝、有機酯自硬水玻璃砂工藝、酸自硬呋喃樹脂砂工藝等。近年來,酯硬化酚醛樹脂自硬砂造型工藝也得到了一定程度的推廣應用。這些造型工藝的特點、對鑄件質量的影響和適用范圍分別簡介如下:
                (1)粘土濕型砂工藝
                粘土濕型砂工藝的優點是:
                ①所用原材料價格便宜,來源豐富。
                ②造型方便,砂型不必烘干,鑄型生產周期短,效率高,易于實現大批量生產。
                ③回用砂中未脫水失效的膨潤土與水混合后即能恢復強度,舊砂回用性好,回用設備投資少。
                ④經過長期應用,已經發展了一系列造型設備。
                ⑤一般造型所生產鑄件的尺寸精度不亞于化學自硬砂,射壓造型、氣沖造型和靜壓造型等高壓造型方法所生產的鑄件尺寸精度可與熔模鑄造相媲美。
                粘土濕型砂不同機器造型方法所生產的鑄件尺寸精度和表面粗糙度見表4。

                表4   粘土濕型砂不同造型方法的鑄件尺寸精度和表面粗糙度

                由于上述優點,粘土濕型砂工藝在小型鑄件特別是汽車、發動機、紡織機等各種大規模生產的鑄鐵件上得到了廣泛的應用,其所占比例居各種鑄型之首。但是,粘土濕砂型在澆注時,砂型表面產生水分的汽化和遷移,使鑄件容易產生氣孔、夾砂、砂眼、脹砂、粘砂等缺陷。
                (2)CO2吹氣硬化水玻璃砂工藝
                普通CO2吹氣硬化水玻璃砂工藝是水玻璃粘結劑領域里應用最早的一種快速成型工藝。
                其優點主要有:
                ①設備簡單,操作方便,使用靈活。
                ②粘結劑無毒無味,成本低廉。
                ③砂型高溫退讓性好,鑄件的收縮應力小。
                ④粘結劑系統不含S、P、N,鑄件表面無增硫現象。
                CO2吹氣硬化水玻璃砂工藝在國內外大多數的鑄鋼件生產中得到了廣泛的應用,主要用于中、小型鑄鋼件生產。但是,CO2吹氣硬化水玻璃砂工藝的缺點也非常明顯:
                ①砂型(芯)強度低,水玻璃加入量高。
                ②含水量大,易吸潮,冬季硬透性差。
                ③砂型(芯)潰散性差,舊砂再生困難,大量舊砂被廢棄。
                過去由于潰散性和舊砂回用問題未很好解決,在一定程度上影響了水玻璃砂的擴大應用。近年來,人們對于水玻璃的基本組成和“老化”現象實質的認識深化和新型硬化工藝(如真空置換CO2氣體硬化水玻璃砂工藝)等兩方面均取得了突破性進展,在型芯砂保持足夠的工藝強度的條件下,采用低含量泥量的優質天然硅砂,水玻璃加入量可降至4.0%,從而使水玻璃砂長期存在的潰散性差、舊砂不能回用問題地,得到了較好的解決。水玻璃舊砂再生成套設備也趨于成熟,水玻璃砂出現了良好的發展勢頭。
                (3)有機酯自硬水玻璃砂工藝
                有機酯自硬水玻璃砂在鑄鋼方面應用十分廣泛,在鑄鐵方面也有一定的應用。這種硬化工藝的主要優點是:
                ①型砂具有很高的強度,水玻璃加入量可低至2.5-3.5%。
                ②砂型(芯)潰散性較好,舊砂干法再生回用率≥80%。
                ③砂型熱塑性好,發氣量低,可克服呋喃樹脂砂生產鑄鋼件時易出現的裂紋、氣孔等缺陷,鑄件質量和尺寸精度可與樹脂砂相媲美。
                ④在所有自硬砂工藝中生產成本最低,勞動條件好。
                該硬化工藝尚存在以下不足:型芯砂硬化速度慢,脆性大,流動性較差。
                (4) 酸自硬呋喃樹脂砂工藝
                酸自硬呋喃樹脂砂、有機酯自硬水玻璃砂分別是有機粘結劑化學自硬砂和無機粘結劑化學自硬砂的典型代表,化學自硬砂工藝的共同特點是:
                ①砂型硬化后起模,因此型砂不需要高的濕強度,型砂流動性好,砂型強度高,變形小,工裝簡化,造型簡單,砂型不必烘干,鑄件尺寸精度顯著提高,可以達到CT8~10級,鑄件缺陷也較少。
                ②化學硬化砂一般都采用液態的能夠自硬的粘結劑。因此,它對原砂的質量要求較高,以盡量減少粘結劑的加入量。
                ③由于粘結劑的硬化屬不可逆的化學反應,不能像粘土砂那樣簡單地加水重新回用,大批量使用時必須要有比較完善的舊砂再生系統。
                ④模型結構和表面質量等方面的要求較高,以便脫模。
                自硬砂工藝主要適用于大型鑄件小批或批量生產,與粘土濕型砂工藝不存在競爭或替代關系。
                酸自硬呋喃樹脂砂工藝是在鑄鐵方面應用比較廣泛的一種自硬砂工藝,其突出優點是砂型(芯)潰散性好,舊砂再生回用率高。
                鑄造生產中所使用的呋喃樹脂都需要經過脲醛改性,并根據改性后樹脂的含氮量分別應用于有色合金、灰鑄鐵、球墨鑄鐵和鑄鋼等方面。
                酸自硬呋喃樹脂工藝的缺點是:
                ①樹脂粘結劑和固化劑高溫分解后所產生的N、S、P等氣體會使球鐵鑄件和鑄鋼件表面嚴重滲硫,產生氣孔和裂紋等缺陷。
                ②砂型高溫熱膨脹率大,產生的熱應力大,高溫退讓性差,鑄件的收縮應力大,鑄件容易出現裂紋和毛刺。
                ③樹脂粘結劑價格較貴,而且分解后所產生的呋喃環對人體健康十分有害。
                (5)酯硬化酚醛樹脂自硬砂
                酯硬化酚醛樹脂自硬砂工藝是英國波頓公司開發的,稱為a-set工藝,于1981年獲得專利,1984年已廣泛地應用于歐洲,最先用于鑄鋼生產,現已擴大到鑄鐵和非鐵合金鑄件。
                此種酚醛樹脂的堿性較強,PH值為11-13.5。樹脂中含有機溶劑,閃點低,易燃,而且能溶于水,保存期短,在20℃下可存放6個月,30℃下為2-3個月,40℃下僅為1-2個月。
                此種自硬砂的硬化劑是有機酯,可根據硬化速度的要求選用。硬化劑用量大約是樹脂的20~30%(質量分數),而酚醛樹脂加入量為原砂的1.5~2.5%。其混砂工藝與酸自硬呋喃樹脂相同。砂溫通?刂圃20~30%,型(芯)砂可使用時間為5~30min,脫模時間為15~60min。
                酯硬化酚醛樹脂自硬砂的主要特點有:
                ①在硬化劑作用下只發生部分反應,鑄型或型芯硬化后有一定的熱塑性,澆注金屬后還有一短暫的、因受熱而完全硬化的過程。這也是與酸自硬呋喃樹脂砂的不同之處。因此,用此工藝制成的鑄型(芯),硬化后強度并不很高,抗壓強度只有2~4MPa,但是,由于澆注初期還將進一步硬化,鑄型的尺寸穩定性和熱穩定性都好,制得的鑄件尺寸精度高,表面質量好。
                ②由于不含N、P、S,所以特別適合于鑄鋼件、球墨鑄鐵件生產。
                ③不會產生脈紋毛刺缺陷。其它自硬樹脂鑄型,在澆注和凝固過程中,在鑄型/金屬界面會出現裂紋。而酯硬化酚醛樹脂自硬砂在澆注和凝固過程中,表層出現可避免開裂的短暫的熱塑性階段,因而可得到無脈毛刺紋缺陷的光潔鑄件。
                ④堿性酚醛樹脂對原砂的適應性廣,不僅適用于硅砂,也適用于需酸值高的鎂砂、鎂橄欖石砂、鉻鐵礦砂等特種砂。
                2.應與生產批量相適應
                大批量生產時,應優先考慮機械化、自動化的粘土濕型砂造型生產線和樹脂砂制芯生產線。對于粘土濕型砂鑄造小型鑄件,可以采用水平分型或垂直分型的無箱高壓造型生產線,造型生產效率高,占地面積也;對于中件(大于10kg),可選用各種有箱高壓造型生產線,氣沖造型線,以適應快速、高精度造型生產線的要求。老式的震擊式或震壓式造型機生產線生產率低,工人勞動強度大,噪聲大,不適應大量生產的要求,應逐步淘汰。
                中等批量生產時,可以考慮應用樹脂自硬砂、CO2吹氣硬化水玻璃砂、真空置換吹氣硬化水玻璃砂造型和造芯。
                單件小批量生產時,手工造型仍是重要的方法。手工造型能適應各種復雜的要求,比較靈活,不要求很多工藝裝備,可以應用樹脂自硬砂型、CO2吹氣硬化水玻璃砂型、真空置換吹氣硬化水玻璃砂型、有機酯水玻璃自硬砂型、粘土干型及水泥砂型等。對于單件生產的重型鑄件,采用地坑造型法成本低,投產快。
                批量生產或長期生產的定型產品采用多箱造型、劈箱造型法比較適宜,雖然模具、砂箱等初期投資高,但可從節約造型工時,提高產品質量方面得到補償。
                3.應適應企業自身條件
                不同企業的生產條件(包括設備、場地、員工素質等)、生產習慣、所積累的經驗各不一樣,應該根據這些條件考慮適合采用什么造型方法。適用的就是最好的。當前各種工藝技術競相發展,每項技術都有其優點,也都有一定的局限性和適用范圍。先進的、技術含量高的工藝并不一定是適用的。根據企業自身條件選用技術上適用、經濟上合理的工藝,注重技術與經濟的結合,才能作出切合實際的選擇。
                例如:生產大型機床床身等鑄件時,可采用組芯造型法,不制作模樣和砂箱,在地坑中組芯;而另外的工廠則采用砂箱造型法,制作模樣。
                4.要兼顧鑄件的質量和成本
                各種鑄造工藝所獲得的鑄件質量不同,初期投資和生產效率也不一致,最終的經濟效益也有差異。因此,要做到多、快、好、省,就應當兼顧到各個方面。應對所選用的鑄造方法進行成本估算,以保證經濟效率和鑄件質量的雙重要求。
                幾種常用的化學硬化砂的成分分析列于表5,它們的工藝性能對比情況列于表6,從質量和成本的角度綜合考慮,應該更加注意水玻璃自硬砂的發展。
                表5  幾種自硬砂在舊砂再生回用時的型(芯)砂成本分析(配制1t型砂所需費用)
                注:①再生砂的成本為新砂的20%;每噸砂耗用CO2氣體12Kg。
                表6  幾種化學硬化砂的工藝性能對比
                5.要重視造型工藝的環境保護特性
                鑄造生產歷來以環境污染嚴重而著稱,其污染形式主要是由鋼鐵熔化和造型材料帶來的空氣污染和廢渣污染,其中由造型材料帶來的空氣污染和廢渣污染最為嚴重。
                根據統計生產1t鑄件需耗約1t新砂,同時廢棄約1t舊砂。目前我國年生產鑄件約2800萬噸,年排放的舊砂量也約2800萬噸,這不僅占去了大量的自然資源,而且造成了嚴重的環境污染。要消減舊砂排放量,必須盡量采用舊砂回用率高的鑄造工藝,粘土濕型砂、樹脂砂工藝等。
                但是,粘土濕型砂存在較大的粉塵污染和煤粉黑色污染,煤粉在澆注過程中的燃燒和分解產生的有害氣體還導致嚴重的空氣污染;而樹脂砂生產現場的空氣中游離著許多有機廢氣(SO2、甲醛、苯、甲基等),澆注后會產生大量有害氣體,對人類的健康非常有害。水玻璃砂由硅砂、無機水玻璃粘結劑等組成,采用CO2氣體或有機酯(如乙二醇二乙酸脂等)作固化劑,生產環境友好,不產生有害氣體。與粘土砂和樹脂砂相比,水玻璃砂工藝是最可能實現綠色清潔鑄造生產的造型制芯工藝。
                6. 結 論
                鑄造的產品多種多樣,造型的工藝也是千變萬化。我們在選擇自己產品的生產工藝時必須要有科學的態度,要從實際出發,要根據鑄件的材質、結構特點和質量要求進行綜合考慮。

                覆膜砂鑄造砂眼_氣孔_粘砂_的等缺陷原因及解決方法

                傳統的鑄造涂料只是在鑄件和鑄型中間起到阻擋隔離作用,達到防粘砂目的,但普通鑄造涂料高溫下由于附著力差、強度低、耐火差、發氣量大,容易造成鑄件產生粘砂、砂眼、氣孔、碳渣等缺陷。鑄件粘砂是因為涂料沒有有效起到阻擋隔離作用,或涂料與高溫金屬液體發生化學反映。
                1.涂料附著力差:填砂震動時造成涂料剝落,引起鑄件粘砂,
                2.涂料膨脹系數大:與高溫金屬液體接觸時涂料受熱體積膨脹脫離鑄型導致鑄件粘砂。
                3.高溫液體金屬被氧化與涂料和鑄型發生化學反應生成金屬氧化物,對涂料和型砂都有極強的粘結性,能夠將型砂牢固粘附在鑄件表面上形成一系列的低熔點化合物〔在鑄件厚壁及轉角處等,低熔點物更多,粘砂層更后),造成鑄件粘砂,有時雖未產生粘砂,但在鑄件表面粘附上一層難以清除的涂料,及產生粘灰。
                鑄件砂眼:
                1.鑄型內有掉入的砂子。
                2,涂料強度低,耐火差,經不住高溫金屬液體的沖刷,型砂被卷入鑄件。鑄件氣孔產生的原因很多,最常見的就是因為鑄型中存在較多發氣量大的物質,發氣速度快,涂料或被砂透氣性差,氣體未及時排除所致。研制的新型鑄造涂料是在傳統鑄造涂料基礎上加以改進,調整,高溫下不開裂,不脫落,強度高,并且能有效防止高溫液體金屬氧化,與鑄型和高溫液體金屬接觸過程中不起化學反應。同時能預防氮、硫、碳等氣體的產生。從而徹底解決:鑄件粘砂,鑄件砂眼,鑄件粗糙,鑄件氣孔,鑄件夾雜〔渣〕,球磨鐵變異,鑄鋼滲硫裂紋,增碳缺陷等。
                殼型鑄造方法生產的鑄件尺寸精度高,表面粗糙度低,可節省大量的金屬切削消耗和機加工工時,并且由于型砂用量和造型方法的改變,為鑄造生產的機械化和自動化創造了條件,因而特別適用于生產批量較大、精度要求較高的鑄件。
                用熱芯盒覆膜砂工藝做殼形鑄造不銹鋼鑄件跟鑄鐵的工藝區別在于覆膜砂工藝做殼形鑄造不銹鋼鑄件跟鑄鐵的工藝區別是原砂SiO2含量不同,鑄鐵為SiO2含量90%,鑄鋼為大于95%。殼形鑄造鑄件精度低于臘模精鑄。

                來源:鑄造裝備

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