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呋喃树脂、自硬树脂砂铸件常见缺陷及

更新时间:2019-07-09 17:42:31点击次数:974次
呋喃树脂砂铸件质量好,废品率低,但若在原辅材料选用、工艺设计、造型( 芯) 操作、生产管理等方面控制不当,铸件也会产生不少缺陷,甚至成批报废。本文根据笔者经验并参阅有关资料,谈谈呋喃树脂砂铸件常见缺陷及其防止措施。

一、呋喃树脂砂铸件常见缺陷及防止


呋喃树脂砂铸件质量好,废品率低,但若在原辅材料选用、工艺设计、造型( 芯) 操作、生产管理等方面控制不当,铸件也会产生不少缺陷,甚至成批报废。本文根据笔者经验并参阅有关资料,谈谈呋喃树脂砂铸件常见缺陷及其防止措施。

1 气孔与针孔

呋喃树脂砂透气性很好,但比各种无机类铸型的发气量高,综合看来较易发生气体类缺陷。气体来源有以下几方面:


( 1) 目前国外先进指标树脂加入量( 质量分数)为0.6%~0.8%,国内为0.8%~1.0%,但也有不少厂家树脂和固化剂加的很多,树脂w(N)量过高,加上型( 芯) 未硬化即行浇注等因素,使发气量增大,引起气孔类缺陷。

( 2) 原砂粒度偏细,透气性降低(要求粒度是30/70,原砂水分的质量分数低于0.2%) 。

( 3) 涂料质量不良或干燥不充分,使砂型( 芯)残留水分较高。

( 4) 旧砂再生不良,使系统中砂的灼减量失控,微粉含量超标,造成发气量增大,透气性降低。

( 5) 浇注时铸型( 芯) 尚未充分硬化。

( 6) 工艺设计不当。如浇注系统设计不良,浇注速度慢,压头过低,砂芯出气方案不当等。

( 7) 操作不当引起。如造型( 芯) 时未考虑砂芯排气,合型时未将砂芯出气道与砂型排气孔连通,或出气口未封好,浇注时铁液钻入,上涂料时局部堆积严重,以致干燥不充分,芯头被涂料封死,影响砂芯排气,浇注速度过慢或断流,使浇注系统未被金属充满。

防止措施:

( 1) 树脂和固化剂加入量要附合标准,要选用糠醇含量高,尿素含量少的低N树脂。根据季节不同,选用合适的固化剂品种,千方百计降低粘结剂加入量。充分硬化后,合型浇注,尤其是旧砂再生回用条件下,铸钢件树脂w(N)控制在1%以下,铸铁件也应控制在2%以下。在混砂前的树脂中加入占树脂质量2%~0.3%的硅烷,可有效地提高粘结强度,从而降低树脂用量。

( 2) 使用浓度较低的挥发性涂料,点火干燥后,铸型中有残留醇分的危险。总之,涂料的浓度调整到“30”波美以上。另外,挥发性涂料溶剂中可能有变质酒精或含水分较高的酒精,点火干燥,使铸型内有残留水分,这是产生气孔的重要原因,故要求涂料中溶剂含水分不大于5%。除了应注意涂料的溶剂质量外,合箱前还应对铸型进行喷火干燥处理。

( 3) 造型后硬化所需时间随气温、湿度、固化剂加入量、固化剂种类等因素的不同而变化,一般要经过十几个小时以后才能反应,未反应的铸型发气量较高,在冬季尤其应注意砂芯能做到隔天使用,外型也起码应保持6~8 h以上再浇注,起模时间不少于20min,硬化后也不宜久放,否则起模困难。

( 4) 有机再生砂的灼减量与铸型的发气量成正比,与气体缺陷有密切关系,铸铁的灼减量应低于3%,而微粉含量应控制0.8%以下。另外,尽量降低砂铁比“S/M”,为此,对批量重复生产的铸件可采用专用砂箱,减少吃砂量,或采用钢板焊制各种形状中空箱框或隔板,安放在砂箱转角或代替型砂充填在箱内,也可在距型腔距离处埋入旧砂块或泡沫塑料块等,一般将“S/M”比控制在3以下为宜。

( 5) 浇注时应掌握好速度,决不能中途断流,浇注开始后还应点火引气等。

( 6) 造型工艺要注意下列情况:树脂砂的宏观透气性很好,但浇注时有机物发气速度较快,只靠分散出气还来不及,为及时排除型腔气体要适当增加上型出气,在上型的大平面及凸起部位,应设置出气孔( 可在合箱前用电钻钻出,或在造型前在木模上放好出气销,( 扁形规格80 mm×10 mm,80 mm×8 mm,圆形规格φ 20 mm) 。同时,设计浇注系统要注意直、横、内浇道的封闭性,注意直浇道的形状,防止金属液发生紊流,将空气卷入,使呋喃树脂燃烧产生更多气体,通常选用F直:F横:F内=1.5:1.25:1的封闭浇注系统为宜。原则上采用底注较为安全合理。浇注系统要认真上好涂料,假如直浇道较深,以陶瓷管来代替。

2 机械粘砂

( 1) 原砂粒度较粗,分布过于集中,造成砂粒间隙大,金属液容易渗入砂型中去,呈“铁夹砂”状态的机械粘砂。

( 2) 涂料层不良引起。涂料的波美浓度要大于“30”。受热严酷的厚大部位,可采用双层涂料,底层涂料有渗透深度,面层涂料建立涂层厚度。

对于铸铁而言,石墨涂料仍不失为防粘砂性能优秀的涂料,但为了提高热冲击的抵抗力,骨料中配入20%以上的锆英粉。

( 3) 型( 芯) 的紧实度不够,使型( 芯) 表面疏松,稳定性差,对机械粘砂的抵抗力差。

( 4) 新砂的比例高时,抗粘砂能力较再生砂差。

( 5) 影响砂型表面稳定性的其他因素,如使用了超过使用时间的型砂,砂温过高等,均降低了抵抗机械粘砂的能力。

3 脉纹

由于石英砂的SiO2含量高,其膨胀系数较高,新砂的热膨胀系数和涂料热膨胀系数低不一样,浇注受热时,砂型的热膨胀将涂层“拉裂”导致铁液钻入砂中与砂凝固在一起,形成脉状条纹缺陷,并常伴有机械粘砂,脉纹较易铲除,克服办法是旧砂再生回用比例高一些,使膨胀系数降低,使型砂热膨胀系数接近涂料层。

4 裂纹

呋喃树脂砂型铸件的热裂倾向比水玻璃砂和粘土砂型的铸件大,这可能是由于树脂砂型刚性好,热膨胀系数大,加上铸件冷却速度慢等因素造成的。铸钢件发生热裂倾向更严重。结构复杂、壁厚差大的铸件以及收缩阻力较大的部位,出现裂纹的可能性较大。另外,使用磺酸类固化剂,能引起表面渗硫,在铸件表面引起微裂纹成为龟裂的特点。


防止办法:

( 1) 提高型( 芯) 退让性,如在型砂中添加2%~3%的木粉等溃散剂。

( 2) 造型( 芯) 时,背砂中埋入发泡聚苯乙烯块,尽量减薄型( 芯) 的吃砂量,做空心芯等。

( 3) 在易发生裂纹的部位用锆砂和铬铁矿砂代替硅砂,可明显减轻裂纹,这是因为这二种材料热膨胀系数低。

( 4) 改变浇注系统,使铸件达到同时凝固。

( 5) 在允许条件下,对铸件结构作合理修改。

(6) 适当降低浇注温度,对减少裂纹有明显效果。

( 7) 在易发生裂纹处设置防裂筋。

( 8) 特殊情况下,以磷酸代替硫酸类固化剂。

( 9) 合理使用冷铁和其他激冷措施。

5 夹渣

主要是金属液与粘结剂反应生成的渣,以及因浇注时间长型( 芯) 顶被高温金属液烤坏产生的结疤。前者多发生在开始流入型内的那部分前期铁液中,并常伴有气孔缺陷,后者则常发生在型腔上部和上侧面。


防止措施:

( 1) 在设计浇注系统时,按照“快、稳、封闭、底注,保证压头,处理铁液”的原则,并在有条件的铸件顶面设置溢流冒口,将浇注中的冷、脏铁液导入溢流冒口中,并使其溢出。

( 2) 使用强度高、耐热性好、发气性低的涂料。

( 3) 大平面的平板铸件浇注时采用倾斜浇注,并在浇口杯对面设置适当数量的溢流冒口,可有效地防止大平面上出现夹渣缺陷。

6 硬度不足

呋喃树脂砂铸型导热性差,金属液冷却凝固速度慢,会导致锛件硬度偏低。需要注意的是树脂砂铸件表层(3 mm) 硬度比内部低10~15 HB,所以在测定硬度时,需除去表层( >3 mm) 后才能测出正确的硬度值。


防止措施:

( 1) 适当降低铁液的CE 值,以防止铁素体的产生。

( 2) 添加少量稳定珠光体元素,如:Cr、Cu。

( 3) 提高铸件冷却速度,如采用合适的冷铁和使用碲粉涂料等。

( 4) 适当降低浇注温度。

( 5) 适当提早开箱时间。

7 渗碳、渗硫与球化不良

在低碳钢及低碳不锈钢中,会出现铸件表面层的渗碳现象,渗碳层可达2~3 mm 深,用磺酸类固化剂时,在铸钢、不锈钢或球铁表面可有1~2 mm 的渗硫层,造成球化不良或性能恶化。

防止措施:

( 1) 解决渗碳问题的办法是在铸型涂料中添加适量的氧化铁等合适的氧化剂,或用铬铁矿砂型,上双层涂料,可减少渗碳层深度。

( 2) 为防止渗硫,已经开发多种含强力脱硫剂的特种涂料,对于球墨铸铁,还应适当增加一些球化剂用量。

8 铸铁尺寸精度超差

树脂砂铸型能提高铸件尺寸精度,但实际生产中因铸件尺寸超差而报废的情况还时有发生,原因有以下几种情况:

( 1) 模型或工装的变形。一般来说,树脂砂用模型采用木模即可,而木模若干燥不够时,常随温度变化而变形。

( 2) 将粘土砂模型或工装转移到树脂砂用时,芯头间隙、分型负数等没有缩小。收缩量未作适当调整,浇注时出现漂芯、跑火等情况,都会影响铸件尺寸精度。树脂砂的收缩率应该为多少,要根据实测确定。同时要注意外型与型芯的区别,各部位阻力大小的区别,应仔细进行对照试验,好在这种铸型对于同一尺寸的重现性很好,也不难掌握其收缩规律。

( 3) 造型及铸型装配操作不当,模型定位松动等都会引起尺寸误差。对于要求很高的尺寸,甚至涂料层厚度都会影响精度。

二、树脂砂铸造生产 几个问题须注意

由于自硬树脂砂铸造具有生产出的铸件表面质量好、尺寸精度高、废品率低,适用范围广、对工人技术水平要求低,大大减轻了工人的劳动强度和改善工作环境等优点,因此国内越来越多的公司(或企业)选择自硬树脂砂铸造手段。虽然自硬树脂砂铸造技术已经成熟,但在生产过程中仍然存在许多问题。

在自硬树脂砂铸造生产过程中,需要注意以下几个问题。

一、要经常注意设备的运行情况

设备运行情况的好坏,直接影响着铸造生产成本和铸件质量,因此,在铸造生产中,要经常注意设备的运行情况,发现运行异常及时分析解决,着重应注意以下两方面:

(1)要注意除尘设备的运行 除尘设备的好坏,直接影响着再生砂的再生成本和铸件质量,在铸造生产中,除尘设备运行出现异常往往不易发现,但如果除尘设备的除尘效果不好,不但影响着工作环境、污染空气,更重要的是影响着再生砂的微粉含量,其直接结果是导致混砂时树脂加入量的增加和由于透气性差造成铸件废品率增多。

(2)要注意混砂设备的运行 混砂机是否能够正常运行,直接影响着混砂的质量,其中液料(树脂、固化剂)的加入量最为关键。一般情况下,树脂的加入量是靠控制齿轮泵电机的电压、固化剂的加入量是靠控制隔膜泵电机的电压来实现的,由于季节、天气的变化,造成液料粘度的变化,在相同电压的情况下,液料的加入量会产生波动,且固化剂易产生结晶,造成阀及管道堵塞,因此,应每班对液料管道进行清理,每周对液料的加入量进行检测,以确保液料加入量的准确。

二、要注意制定的生产工艺的正确性及合理性

生产工艺制定的合理与否,直接影响着铸件的成品率、铸件质量和铸造成本,在制定生产工艺时,主要应注意以下几项:

1、确定合适的再生砂的LOI值

LOI值即灼烧减量是衡量再生砂的脱膜率的重要指标,也是与型砂的发气量及铸件产生气孔类缺陷密切相关的指标,铸铁件一般采用呋喃树脂砂生产,实践证明LOI值控制在3%左右可以满足生产要求,而过分降低LOI值意义不大。

2、确定合适的铸造工艺参数

(1)确定合适的终强度 一般地,树脂砂混制好后,经过24小时左右的自行硬化,便可达到强度即终强度。由于各企业的生产条件和生产规模不同,造成从造型到浇注之间的时间间隔超过24小时,因此终强度的确定应因企业而定。规模较小、实行几天一炉制的企业,可采用24小时终强度标准;铸型固化时间不超过的24h的企业,以浇注前所达到的强度为终强度标准。同时,在生产中还要克服两方面的倾向:一方面为保证质量而盲目提高强度,使铸造成本提高,造成浪费;另一方面就是为保成本而压低强度,结果造成质量不稳、波动范围大,使铸件质量受原材料和操作者的影响较大。

(2)确定合适的砂铁比 自硬树脂砂由于其强度高、固化后起模、分型面平整,因此其吃砂量比粘土砂的要小,但其砂铁比也有要求。如果铸造砂铁比太高,生产过程中既浪费树脂和固化剂又会产生较大的废砂块,使再生机负担加重,脱膜率降低,LOI值升高,铸件产生气孔的可能性增大;如果砂铁比太低,浇注时容易产生跑火,铸件容易产生变形。根据我们的经验,砂铁比应选择为2.2~3:1。

(3)确定合适的浇注系统 呋喃树脂砂的热稳定性较差,有资料介绍,树脂砂中树脂的加入量在1.4%-1.6%时,其热稳定性比较好,但在一般情况下,树脂加入量在1.2%左右,因此,浇注系统的设计原则为在树脂的热稳定性时间内确保金属液快速、平稳地充满铸型型腔,所以,在确定浇注系统时,应尽量采用陶瓷管,并使内浇口多而分散。

三、要注意原材料的选择

原材料的选择对铸造生产有较大影响,因为原材料的好坏,一方面影响着铸件质量,另一方面影响着各种材料的加入量和消耗量。

为此,应从以下几方面考虑:

1、原砂的选择

原砂分为普通砂、水洗砂、擦洗砂等几类,由于擦洗砂中含泥量已经很少,故可大大减少树脂的浪费,应优先选择,其次选水洗砂,但决不能使用未经处理的原砂。选择型砂时,一要遵循就近选择的原则,减少运输成本,二要尽量选用角形系数低的原砂。

2、树脂的选择

树脂的选择,直接影响着铸造质量。如果选择了质量较差的树脂,不但增加了树脂的加入量,而且影响了型砂的质量,造成铸件废品增多,因此对原材料的选择,不能只根据生产厂家提供的技术数据确定,而应对生产厂家的生产设备、生产过程及质量控制手段有所了解,并尽量自己对树脂的各项指标进行检验或请有关的有较好信誉的检验部门进行检验,或借鉴同类使用厂家的经验,或选择信誉较好的知名大企业的产品。

3、其他原材料的选择

其他原材料包括固化剂、涂料、粘结剂、脱模剂、封箱泥条等,这些原材料的选择,既要考虑其质量问题,又要考虑其与主要材料的匹配如采购、运输方便等问题。因为这些原材料对铸件质量的影响不是主要的,但对铸造成本的影响也不容忽视,如固化剂加入量的不同,不但由于影响造型过程的生产效率而影响生产成本,而且还影响材料费用。

总之,只要注意了以上几方面,不但生产出满足客户要求的铸件,而且能够降低铸造成本,给企业带来发展和效益。

(编辑:kailinzc)