呋喃树脂砂基础剖析课件.pptx
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1、各位师傅大家好!很荣幸有这个机会和大家一同学习树脂砂方面知识。以下是我收集的一些树脂砂相关资料,愿与大家共同分享!有不好的地方请各位师傅给与批评指点!在此先谢谢大家!铸造呋 喃 树 脂 砂介绍宁江宁江.李文明李文明 第一 章 铸造用呋喃树脂砂概述1.1.自硬呋喃树脂砂铸造的概念 呋喃树脂砂铸造是以呋喃树脂为粘结剂,并加入催化剂混制出型砂,不需烘烤或通入硬化气体,即可在常温下使砂型自行固化的造型方法。下面是自硬呋喃树脂砂铸造的优缺点 1.1.1呋喃树脂砂优点 (1)铸件表面光洁、棱角清晰、尺寸精度高 这是树脂砂造型可以排除许多使型芯变形的因素。如:型砂流动性好,不需捣固机等紧实,减少了外模及芯盒
2、的损伤和变形;无需修型,减少了修型时引起的变形(湿模砂常出现此类情况);无需烘烤,减少了因烘烤造成的铸型或砂芯变形.铸型强度高、表面稳定性好,故芯头间隙小、分型负数小,减少了落芯配模过程中铸型的破坏或变形,保证了配模精度;铸型(芯)硬度高,热稳定性好,可以有效地抵御浇注时的型壁退让、迁移现象,减少了铸型的热冲击变形(如胀砂缺陷);型砂的溃散性好,清砂打磨容易,从而减少了落砂清铲修整工序中对铸件形状精度的损坏。由于在各个工序中都最大限度的排除了影响铸型、铸件变形和损坏的因素,所以树脂砂铸件的表面质量、铸件几何尺寸精度方面比粘土砂可以提高12级,达到CT79级精度。(2)铸造效率高 提高了生产效率
3、和场地利用率,缩短了生产周期。型砂的流动性好,不需紧固捣实,节省了大量的捣固工作,使造型操作大为简化;铸型强度高,节约了起模后修型工作量;铸型和砂芯上涂料后直接点燃可省去烘干工序,节约了工时和场地;旧砂回收后通过干法机械封闭式再生处理,可节约大量砂处理,型砂混制、运输等辅助劳动;型砂溃散性好,落砂容易,减少了清铲工作。(3)节约能源 表现在取消了烘干和水力清砂,提高了铁水成品率,从而节约了水电煤等能源;(4)树脂砂强度高(含高温强度)、成型性好,发气量较其他有机铸型低、热稳定性好、透气性好,可以大大减少铸件的粘砂、夹砂、砂眼、气孔、缩孔、裂纹等铸件缺陷,从而降低了废品率,可以制造出用粘土砂难以
4、作出的复杂件等。1.1.2.呋喃树脂砂缺点 对原砂要求较高,如粒度、颗粒形状、SiO2含量、微粉含量以及黏土含量等都有较严格要求;气温和湿度对硬化速度和固化强度的影响较大;由于固化反应需一定时间,模样的周转率较低,不易适应于大批量铸件的生产;与粘土砂相比,成本较高;浇注时有刺激性气味及一些有害气体,CO气发生量较大,需有良好的通风条件。1.2 自硬呋喃树脂砂的原辅材料组成自硬呋喃树脂砂的主要原材料为型砂骨料的原砂,作为粘结剂用的呋喃树脂,作为催化剂用的酸类固化剂和作为添加剂的硅烷偶联剂等,树脂砂造型中必须的辅助材料有涂料、脱模机、粘合剂、浇口陶管、分型粉等。原辅材料的好坏对树脂砂铸件的质量影响
5、也很大。1.2.1 原砂 一般选用天然石英砂(硅砂)。树脂砂对石英砂的要求见下表:铸件材质铸件类型SiO2含量%粒度组别含泥量%含水量%酸耗值ml灼烧量%微粒含量%铸铁件重大及厚壁件9040700.20.10.253.5140目以下0.51.0一般件90501000.20.30.10.253.5200目以下0.51.0薄壁小件901002000.30.10.253.5270目以下0.51.01.2.2 再生砂 对浇注后的树脂砂经破碎后的沙粒,通过机械摩擦等方法将其表面残留的固化树脂层去掉一部分的处理叫树脂砂再生处理。再生砂的质量直接影响着树脂的用量和型砂的性能以及铸件质量,因此需控制再生砂的质
6、量指标。见下表:铸铁件呋喃树脂砂再生质量控制指标灼烧减量/%()酸耗值/ml()pH()200目筛底盘/%()底盘量/%()含水量/%()含氮量/%()3.52.051.00.20.20.1以下介绍再生砂几项主要性能:1.粒度变化 旧砂反复再生回用后,在粒度变化上存在变粗和变细的两种因素。前者是因为除尘去掉一部分细粒及微粉,砂粒表面残存有机物固化层等等;后者是因为砂粒的破碎等。总的来说当原砂耐破碎强度较好,二种因素基本可以抵销,使粒度分布变化不大。2.灼烧减量 所谓灼烧减量()是砂中有机物残留量的一种度量。旧砂回用中,每次混砂后有粘结剂积累,但浇注和再生以及加入新砂都可“冲淡”有机物残留量的比
7、例,通过 10次以上的反复回用,可使旧砂中的灼烧减量稳定在一定的水平上,即这时每次加入的粘经剂量与浇注、再生、新砂所减少的粘结剂量相平衡。这时的灼烧减量称为再生砂的灼烧减量。国际上沿用多年的灼减量计算公式为:()()()()()式中灼烧减量的稳定值()每次粘结刘加入总量()1每次新砂补充量()2某一砂铁比下浇注的燃烧去膜率()3旧砂通过再生设备去除树脂膜的生膜率()根据公式可得到以下几点:树脂粘结剂加入总量与灼烧减量成正比;新砂量R1补允得越多,灼烧减量越降低;灼烧去膜率R2越高,灼烧减量越低;再生去膜率R3越高,灼烧减量越低。由于灼烧减量与铸型发气量成正比,所以灼烧减量高,则铸件易产生气孔缺
8、陷。对铸铁件,一般要将再生砂灼烧减量控制在 3.0 3.5%以下。铸钢则要求在 2.5以下。3.微粉含量 这也是监测再生砂的主要指标,微粉除了破碎的砂粒以外最主要的有再生时剥下的树脂膜及涂料成分、燃烧过的有机物灰尘,将大大增加灼减量、降低强度、影响透气性,所以再生砂必须通过风选或筛分,将微粉含量(底盘)控制在 0.3%以下。4.其他 再生砂与新砂相比,耗酸量大大降低,甚至呈负值。由于石英经过浇注时的多次 相变,以及表面的残留树脂的缓冲作用,其热膨胀系数有所降低,有助于减轻铸件机械粘砂及脉纹。使用同样的树脂,再生砂也比新砂的强度高,再生砂的水分含量也很低。相反含氮量将会增加。1.2.3 呋喃树脂
9、 1.2.3.1 呋喃树脂分类 按其原料组分6类:1.尿醛改性呋喃树脂 2.酚醛改性呋喃树脂 3.酮酚醛改性呋喃树脂 4.尿酚醛改性呋喃树脂和尿酚酮醛改性呋喃树脂 5.甲醛改性呋喃树脂 6.高呋喃树脂 呋喃树脂的性能优劣一般以其物化性能指标表示,物化性能指标一般包括:含氮量、糠醇含量、游离甲醛含量、水分含量、粘度和密度等。而含氮量、糠醇含量、游离甲醛含量是选用树脂的重要技术指标。1.2.3.2 呋喃树脂主要技术指标及使用范围 见下表:名名 称称指指 标标树脂按含氮量分无氮含氮0.3%低氮含氮0.3%2.0%中氮含氮2.0%5.0%高氮含氮5.0%13.5%游离甲醛A级0.4%;B级0.8%游离
10、酚含量0.5%。呋喃树脂粘度其中无氮、低氮、中氮的均为100mPa.s,高氮的200mPa.s含水量无氮2%,低、中氮6%,高氮12%密度1.151.25g/cm3pH值7.00.5呋喃树脂强度按加入1.5%呋喃树脂不加硅烷的工艺试样,24h抗拉强度值分为三级:无氮A级0.8MPaB级0.5MPa低氮A级1.3MPaB级0.8MPa中氮A级2.2MPaB级1.8MPa高氮A级1.9MPaB级1.6MPa呋喃树脂的主要技术指标及适用范围树脂类型主要技术指标适用范围氮/%粘度/Mp.s游离醛/%游离酚/%比强度/MPa呋喃自硬树脂510500.51.0非铁合金24300.31.0铸铁件12150.
11、31.0球铁件、一般铸钢0.5150.30.9各种铸钢1.2.4 固化剂 (1)对固化剂的要求 能满足工艺要求的硬化速度;能促使可使用时间长、起模时间短;能配成或其本身就是低粘度的液体;能长期储存,性能不变、含杂质少;对铸件质量无不良影响;对环境少污染或无污染。(2)固化剂的种类 自硬呋喃树脂砂以酸作为固化剂。常用的有机酸固化剂有苯磺酸、对甲苯磺酸、二甲苯磺酸等,无机酸固化剂有磷酸、硫酸乙酯等。(3)固化剂的选用 由于磺酸类固化剂易于分解,树脂砂的溃散性和旧砂再生性能都好,而磷酸类固化剂不易分解,溃散性相对较差,因此普遍采用有机磺酸类固化剂。它是呋喃自硬树脂、酚醛改性呋喃自硬树脂、酚醛自硬树脂
12、的通用固化剂。通过改变苯类和其配比、溶剂的种类和控制固化剂的主要指标,制成不同固化速度的硫磺固化剂,以适应不同季节的生产条件。下表为国产磺酸固化剂技术指标:指标型号密度/(g/cm3)粘度/Mp.s(20)总酸度%游离酸%适用范围GS03/021.201.30103024.026.07.010.0春天、秋天GS041.201.30103018.020.00.01.5夏天GS081.201.4017020029.031.04.57.5严冬GS091.21.40608024.527.52.54.5冬天 固化剂的加入量依所要求的速度、气温、湿度、砂温和树脂种类调整。对呋喃树脂,固化剂一般为树脂用量的
13、25%50%。在选用固化剂时还应注意其粘度,一般控制在200mPa.s以下,水不溶物的含量应小于质量分数0.1%,同时长期贮存在温度040 条件下性能不改变,在冬季运输条件下,在冷冻和随后溶解之间具有可逆性。1.2.5 添加剂 为了改善酸自硬树脂砂的某些性能,有时在配比中加入一些添加剂,常用添加剂见下表:名称加入量(质量分数)%作用1硅烷0.10.3偶联剂,提高强度降低树脂加入量2氧化铁粉11.5防冲砂3氧化铁粉35防止气孔4甘油0.20.4增加砂型(芯)韧性5苯二甲酸二丁酯约0.2增加砂型(芯)韧性6邻苯二甲酸二丁酯约0.2增加砂型(芯)韧性型(芯)砂的强度随树脂加入量增加而增加,但到一定程
14、度后增加缓慢。达到一定强度的树脂加入量依树脂品种、原砂性质、气温、湿度、固化剂不同而异。生产中一般树脂加入量1%2%(占砂量),使用再生砂时只需0.6%0.8%。1.2.6 涂料 涂料是铸造生产的防粘砂材料,可以提升铸件的光洁程度,防止或减少粘砂、夹砂等铸造缺陷。1.2.6.1 涂料的配方 从溶剂上分,涂料有水基、醇基两大类。从耐火骨料主体上分涂料有黑色系、白色系(浅色系)如我公司用的醇基石墨涂料和醇基锆英粉涂料两种。(1)铸铁件树脂砂型用水基涂料配方 见下表:名名称称配配 比(质量分数)比(质量分数)%密度密度/(g/cm3)配制工艺配制工艺石墨石墨粉粉膨润膨润土土黏土黏土纸浆(或纸浆(或糖
15、浆)糖浆)糊精糊精水玻水玻璃璃沥沥青青松松香香酒酒精精汽汽油油水水基基涂涂料料10045231.31.351.将粉状物干混均匀后加液体粘将粉状物干混均匀后加液体粘结剂和适量水继续混制成膏状;结剂和适量水继续混制成膏状;2.使用前稀释到所需浓度。使用前稀释到所需浓度。100810571004534(2)铸铁件醇基涂料配方及配制工艺 见下表:序序号号配配 比比 /%鳞片鳞片状石状石墨粉墨粉土状土状石墨石墨粉粉叶蜡叶蜡石粉石粉石石英英粉粉锂基锂基膨润膨润土土有机有机膨润膨润土土膨胀石膨胀石墨粉墨粉钠基钠基膨润膨润土土PVB树脂树脂乌洛乌洛托品托品酒酒精精备注备注1100450.81适量适量21007
16、90.30.511.25适量适量330706800.246适量适量4100450.20.511.5适量适量5100101525适量适量63070101525适量适量膏状膏状71080104836适量适量膏状膏状810652553适量适量浅色涂料浅色涂料另外有铸钢件树脂砂型用涂料,有色金属件树脂砂型用涂料和砂型铸造特种涂料等。1.2.6.2 涂料的工艺性能 树脂砂对涂料的要求较粘土砂高,首先,呋喃树脂砂用砂粒的孔隙率高,而且有机粘结剂在高温下不能承受较长时间,这就要求涂料的固体含量高,粉料粒度细,粉料及粘结剂的耐火度高,抗暴热能力强等。涂料的工艺性能见下表:性能水基涂料醇基涂料密度密度/(g/c
17、m3)1.41.51.251.35粘度(6#涂料杯)/s7867悬浮性24h99%2h97%涂刷性滑爽,不把表面砂粒带走流平性涂刷后砂型及砂芯表面能自动清除刷痕不流淌性垂直表面涂刷,涂料不易往下流淌渗透性渗入砂层深度23倍砂料直径涂层强度涂刷后不剥落损坏,浇注时耐冲刷抗裂纹性涂层在烘干和浇注时都不产生裂纹贮存性能贮存36个月,仍能保持规定的性能安全性对人体和环境部产生有害影响1.2.6.3 涂料用量 由铸件的不同而不同,涂料层的深度对于涂料的使用效果有不可忽视的效果。有相关数据可供参考:薄壁铸件0.150.30mm;中型铸件0.300.75mm;厚壁铸件0.751.0mm;铸铁件选用较小的值,
18、铸钢件和合金钢铸件选用较大的值;原砂较粗及密度较差时,选较大的值、涂料层的厚度一般式施涂后的湿态厚度。1.2.7 其他辅助材料 1.2.7.1 脱模剂 树脂砂的起模是在砂型(芯)初步硬化后进行的,不像粘土砂那样可以松动一下模样。加上树脂和固化机对模型有一定的附着力和粘砂现象,所以,如果模型表面没有适当的脱模剂,会造成起模的困难,且模样容易拉坏,型腔等表面会造成不光洁,增加修补强度,直接影响铸件的表面质量和尺寸精度等。1.2.7.2 铸型修补胶黏剂 指树脂砂起模,下芯盒搬运过程中,砂型(芯)有时会有破损。它不像粘土砂那样简单修型操作,这就需要特殊的胶黏剂将破损部分粘合复原。1.2.7.3浇口陶管
19、 浇口陶管有 15 150等口径。有直管、弯头、三通等形状。浇口陶管应具有一定耐火度并可被锯断的性能。直浇口和底注内浇口都可采用。不仅可以简化造型分箱,且可防止浇口内冲砂等缺陷,克服了深浇口刷涂料的困难,使用时先将陶管按所需高度锯好或接长用胶纸贴住,再贴上弯头,造型时埋在沙里即可。1.2.7.4 其它 如封火泥条、分型剂、滤渣片(网)、型芯通气管等等。1.3 呋喃树脂砂的硬化特性及影响因素呋喃砂的硬化反应从树脂加入到已予混(即已加入固化剂)的混合料的瞬间起就开始进行,下图 为经时硬化特性曲线一例:以上曲线是将混制出的型砂立即做出抗拉试块,然后经过 1小时、2小时、3小时、24小时,每次分别刷
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