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    邦尼树脂在铸钢型砂中的应用及质量控制

      发布时间:2019-05-07 16:06

      邦尼树脂在铸钢型砂中的应用和质量控制 【摘 要】 我国铸钢件的生产从20世纪70年始一直采用水玻璃砂 CO2 工艺。 随着用户对产品质量要求越来越高, 老的型砂工艺已很难满足 铸件质量的要求, 大多需通过后续的精整手段来达到铸件所需的质量 要求,这不仅增加了铸件的制造成本,也延长了铸件的生产周期。同 时国家对清洁生产和节能减排的要求越来高, 改善劳动环境及提高 铸造废砂回收利用则成为铸造企业所需迫切解决的难题。 新型邦尼树 脂砂型凭借其环保方面的独特优势和理想的综合性能, 被国内越来越 多的铸造企业采用, 尤其在铸钢件的生产中已被广泛应用并取得了很 好的使用效果。 本文通过对几种常见铸造型砂工艺的比较, 突出邦尼树脂这一新 型树脂砂工艺的优势,结合实际生产中积累的操作经验,解析邦尼树 脂在铸钢型砂应用中各个环节的质量控制要点。 【关 键 词】 邦尼树脂 铸钢型砂工艺 质量控制 一.邦尼树脂在生产应用中显示的性能特点 经过长期的生产应用验证,邦尼树脂性能特点主要体现在: 1.邦尼树脂的原材料是可再生资源农作物茎料等,代替了由不可再生 的石油中所提取的甲醛与苯酚,环保无毒,混砂时没有毒性刺激,浇 注后刺激气味很小,是一种完全无甲醛与苯酚的环保树脂。 2.由于组份的改变,其分子中含有高分子结构,邦尼树脂砂和目前主 流的几种树脂砂相比具有更高的强度, 树脂的加入量低 (0.8%-1.2%) , 硬化速度调节灵活。 3.型砂表面稳定性高 邦尼树脂砂由于其自身组织结构优势, 使得型砂表面有一层特殊的油 膜,型砂表面稳定性及安定性是所有型砂非常好,利于起模及铸件表 面质量提高;表层在高温下发生热解形成光亮碳,在铸型与金属界面 上形成还原性气氛, 防止了金属表面的氧化, 使铸件表面粗糙度细化, 达到 25μ m ~ 50μ m 的水平。 4.二次硬化 邦尼砂具有甲阶酚醛树脂砂特点,受热后具有明显的二次硬化性能, 二次硬化发生在 70 ℃ -- 140 ℃之间,150 ℃后高温残留强度下降。 经生产验证,邦尼树脂砂的终强度即使在 0.5MPa 左右仍能满足生产 的需要,起模韧性好,上涂料不出现浮砂问题。 5.卓越的溃散性:邦尼砂浇注后型砂溃散性极好,与呋喃树脂砂基本 一样,利于清理及回收。 6.旧砂回收率高: 一般都在 90%—95%以上, 仅用普通机械再生即可, 再生设备投资及再生费用均较低。 7.铸造合金适应性强:除在普通碳钢和合金钢铸件有明显的优势外, 在灰铁和球铁铸件上也可以使用, 尤其对球铁铸件的表面渗硫问题有 显著的改善。 8.对比几种自硬型砂工艺性分析邦尼树脂是有优势的(表 1-1) : 表 1-1:几种型砂粘接剂工艺技术性分析 酯硬化 项 目 水玻璃 冬季硬透性一般 硬化性能 硬化时间可调, 不灵活 24h 抗拉强度 高温热塑性 铸型退让性 砂型表面稳定性 发气量 铸件表面质量尺 差 寸精度 气孔倾向 热烈倾向 低 低 溃散性一般,清 溃散性极佳, 极 型芯落砂 理难易程度与水 易清理 玻璃加入量有关 可干法+热法再 生,旧砂指标严 再生砂回用性 重影响旧砂强度 性能 再生砂回用率 劳动条件 环境保护 设备要求 型砂控制要求 75% 好 废砂污染 高 高 影响旧砂强度 性能 95% 一般 废气污染 低 低 75% 较好 废砂污染 一般 高 95% 较好 污染很小 低 低 性能 能 可干法再生会 用, 旧砂指标不 可干法再生会用,旧 砂指标影响旧砂强度 干法再生最好, 旧砂指 标不影响旧砂强度性 溃散性较好,易清理 溃散性极佳, 极易清理 高 高 中 低 中 低 一般 好 好 0.3-1.0MPa 大 好 差 小 冬季硬透性好 冬季硬透性尚可 冬季硬透性尚可 呋喃树脂 碱酚醛树脂 邦尼树脂 硬化时间可调, 硬化时间可调,灵活, 硬化时间可调,灵活, 灵活 0.4-1.6MPa 小 差 一般 大 有高温二次硬化特性 0.4-1.6MPa 中 较好 一般 中 有高温二次硬化特性 0.4-1.6MPa 中 较好 好 中 二.质量控制 1.原砂要求 铸钢用原砂(多用海砂)质量要求:SiO2 含量不少于 97%,酸耗值少 于 5ml,含泥量 0.2%以内,粒度 :40/70 目 50/100 目,要求三筛 不小于 85%;低于 140 筛的细粉少于 0.3 %,水份少于 0.2%,灼减量 不超过 0.5%(旧砂少于 2%) ,角形系数小于 1.3,应接近圆形,大于 1.45 不得使用。 2.树脂固化剂的定量 经实验: 2.1.配比分别为加入 1%、1.2%、1.4%的邦尼树脂,加入固化剂的量 占树脂的 35%,分别比较 24 小时的抗拉、抗压强度(表 1-1) 。 即时抗拉 4h抗拉 即时抗压 4h抗压 2h抗拉 24h抗拉 2h抗压 24h抗压 1.7 1.4 强度(Mpa) 1.1 0.8 0.5 0.2 -0.1 1 1.2 树脂加入量(%) 1.4 图 1-1 树脂加入量对强度的影响 在固化剂加入比例相同的前提下,同一时间随着树脂加入量的增加, 强度逐渐升高。 2.2.选取树脂加入量相同,固化剂量分别为 30%,35%,40%的一组数 据进行分析,规律如图 1-2 所示。 即时 2h 4h 24h 1.6 1.4 抗压强度(Mpa) 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 30 35 固化剂加入量(%) 40 图 1-2 固化剂加入量对强度的影响 由图 1-2 可以看出:即时强度、2 小时强度、4 小时强度、24 小时强度在不同固化剂加入量下差别不大。因此,固化剂加入量只会 影响树脂砂砂的可使用时间、起模时间的长短,对砂型强度影响不是 很显现。 据经验,树脂加入量占砂重量 0.9%—1.2%,固化剂加入量占树 脂重量 30%—40%时,型砂综合性能最好。 实际生产中,随着砂温(一般混砂机给砂斗处砂温按 10℃-30℃ 控制,砂温不得超过 36℃) 、环境温度及湿度的不同,固化剂种类和 加入量也应做相应灵活调整以适应生产节奏。 3.强化排气措施 由于邦尼树脂自身的结构特点,树脂瞬间发气量较大,但发气总量小 于呋喃和碱酚醛, 生产中除了有效的控制树脂和固化剂的加入量以减 少发气量外, 还必须要加强排气, 可通过砂箱壁上的排气孔进行排气, 由于树脂砂的流动性比较好,砂箱壁的排气孔不宜太大,但砂箱的排 气孔数量应该适当增多;在砂型(芯)硬化前扎相当数量(上型间距 300mm 左右)的排气孔,确保出气顺畅;刮地皮时刮出出气槽或预 埋出气管,使砂型芯浇注后产生的气体能够顺利地排出,芯子里预埋 通气管,下好芯引出型外,与大气相通,保证芯子排气通畅;浇注时 及时点火进行引气,使浇注产生的大量气体能够及时迅速的排出型 腔。 4.加强紧实 在造型和制芯操作过程中,必须保证型芯的紧实度,否则极易导致铸 件产生粘砂类缺陷; 使用合适的工具与混砂机的填砂路线相同边放砂 边捣实,对于不易操作的部位也必须采取措施捣实,而且要使型芯的 紧实度均匀一致。 5.铬铁矿砂的使用 在铸件内圆角处、 钢液包覆型芯、 浇冒口根部及厚壁铸件表面等部位, 浇注凝固时热量较高,很容易产生粘砂等铸造缺陷,须配合放置铬铁 矿砂来解决,通常用覆砂的方式,覆砂厚度 5-20mm,圆角处覆砂范围 为圆角大小的 1.5 倍。 6.涂料 由于铸钢件浇注时温度较高,生产中多采用锆英粉涂料或复合涂料, 采取流涂、 喷涂或刷涂等方式, 使涂料均匀的分布在铸型 (芯) 表面。 涂料须在型(芯)充分硬化后进行,以免破坏树脂和固化剂之间的交 联反应,影响型(芯)强度;刷涂料前后都要对型(芯)作表面烘干, 将型腔中、浇道内的浮砂、灰尘清除干净;涂料使用前搅拌均匀,刷 涂料要自上而下进行,涂刷平整,不得使涂料流挂堆积,盖箱顶面的 浇冒口、出气口周围也要刷涂料,以防合箱时砂粒掉入型腔。涂刷后 点火自燃,检查自燃程度和表面质量,保证型(芯)轮廓清晰,对于 燃烧不充分的部分应用喷枪补充干燥,但火力不宜太猛,以免过烧。 为保证足够的涂料层厚度,根据铸件大小,通常要刷 3-5 遍涂料,使 涂料层厚度达到 0.3-0.5mm 以上。 7.定期数据检测 为稳定产品生产质量,须每天对型砂强度进行监控,根据监控结果适 当调整,至少每周对混砂机砂流量以及树脂固化剂流量进行定量校 验,并检测原砂特别是旧砂的粒度分布、灼烧减量等性能数据 ,做到 及时发现异常或提早预防。 三.邦尼树脂在铸钢厂的实例应用效果 江苏某铸造企业自 2008 年使用邦尼树脂砂工艺,先在中小型铸 钢件上进行试验,然后在中型铸钢件上进行试验,再在大型、厚壁铸 钢件上进行试验, 对原有的有机脂硬化砂生产线的混砂机进行了局部 改造,将邦尼树脂砂工艺全面应用到全厂铸钢件的生产上,已成功生 产出薄壁、厚壁以及厚壁差很大的大中小型铸件,铸件的材料包含碳 钢和中低合金钢。 该厂在随后举办地的全国铸造现场会议上展示了大量高质量的 铸件(下图),为企业增加了知名度。 船用件 尾柱 出口日本渣罐 山特维克铸 【参考文献】 船用件 挂舵臂 [ 1] 李传栻.“自硬砂黏结剂的应用和发展” ,铸钢型砂专题论文集 .2012. [2] 马敬仲 . 邦尼树脂一种环保节能减排的树脂 . 2011 . [3] 蔡震升,等 . 造型材料及砂处理 . 北京:化学工业出版社 . 2010.3 . [4] 朱以松 . 铸钢型砂工艺和设备改造与升级.铸钢型砂专题论文 . 2012. [5] 李传栻,李魁盛 . 铸造技术应用手册:第 4 卷 铸造工艺及造型材料 . 北京: 中国电力出版社 . 2012. 作 者:池绍华 (1983.08— ) 江苏淮安人;现在从事客户铸造技术服务工作 邮箱: