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呋喃树脂砂质量的影响因素及质量控制

发布时间:2016-03-22 来源:金沙电玩城,金沙电玩城开户,澳门金沙电玩城开户 点击:942

金沙电玩城,金沙电玩城开户,澳门金沙电玩城开户 www.sdfnsz.com 1情况介绍

笔者公司当前拥有4条呋喃树脂砂再生处理线,砂处理的再生方式为离心再生、气力再生和搓砂再生,均属于机械再生。虽然呋喃树脂砂在笔者公司已成功应用多年,但由于受再生砂处理系统的影响,再生砂质量时有波动,导致型砂质量有不同程度的波动。

2原砂质量影响因素

2.1灼减量

灼减量的大小直接影响型砂的硬化速度,随着旧砂使用次数的增加,灼减量会有所提高,造成硬化速度加快。硬化速度过快,型砂的可使用时间缩短,摆放冷铁及紧实操作过程中易破坏砂粒间的粘结力,导致砂芯(型)强度降低。当灼减量增大到一定程度会提高型砂的发气量,铸件容易形成气孔缺陷。

对于采用机械再生砂处理系统的生产线,树脂砂脱膜率只能达到30%左右,而且只能对砂子表面的有机物进行处理,对小颗粒砂子的脱膜效果很差,导致再生砂灼减量只能控制在3%左右,且波动大。如果想要继续降低,就需要增加再生级数来实现,且此时砂子损耗也将增加。除此之外,再生砂中经常存在一些有机杂质,如固化剂等,不能通过现有再生方式去除,导致再生砂灼减量上升,影响型砂强度。当前一种热法再生设备可以彻底解决再生砂的灼减量问题,处理后的再生砂灼减量可达到0.2%以下,堪比新砂,但再生成本非常高。

笔者公司在以下试验环境下,对再生砂灼减量和型砂强度的关系进行了研究,在环境温度为18~20℃、相对湿度30%~50%的条件下,取型砂试样,测量24h后的型砂抗压强度,得到如图1所示的再生砂灼减量和型砂强度(抗压强度)之间的关系图,从图1中可以看出随着灼减量的上升,型砂强度不断下降。目前行业内对型砂的抗压强度普遍要求为:24h抗压强度>0.7~1.0MPa,因此再生砂的灼减量一般要控制在3%以内。
图1  灼减量和型砂强度关系图

2.2酸耗值

呋喃树脂自硬砂是用酸催化而固化的,酸性固化剂可以与原砂中任何碱性化合物反应而导致酸性减弱。在生产过程中为提升型砂中酸的固化性能必须加大固化剂用量,当固化剂加入过量时导致砂粒表面存在过量的酸,过量的酸与碱性化合物的反应常常导致型砂可操作时间极短,反应剧烈,导致一部分连接链破裂,型砂强度降低,因此需要控制原砂的酸耗值[2]。此外,固化剂加入量高,还会提高树脂砂的w(S)量,影响铸铁铸件表层质量,使表面产生硫化物夹渣,使球铁件表层球化不良。

为实现型砂质量的稳定控制,笔者公司对酸耗值、型砂强度及型砂可使用时间的关系进行了研究。试验条件:环境温度控制在18~20℃,相对湿度在30%~50%,试验结果如图2所示。

由图2可知,型砂可使用时间随着酸耗值的增大而增加。当再生砂酸耗值在-1.76~2.0范围内时,同等液料加入量下,型砂强度比较稳定,而且将会获得最好的型砂强度。当酸耗值大于2.0时,随着酸耗值的增加型砂强度呈下降趋势;当酸耗值小于-2时,型砂可使用时间小于5min,另外,型砂强度也将随着再生砂酸耗值的降低而降低。

通常稳定酸耗值的措施有:(1)采购的原砂酸耗值控制在3%左右;(2)保证砂温和环境温度接近;(3)保证合适的环境温度,一般控制在25~30℃;(4)使用合适酸值的固化剂,加入量保持在30%~40%。

2.3微粉

微粉是指原砂中粒径小于106μm(140目)的细砂,微粉含量较多时,虽然可能增加砂粒镶嵌程度,但这将使树脂砂的透气性下降,并且同体积砂子表面积会增加,导致树脂消耗量的上升。树脂加入量过多,增加了树脂膜厚度,多余的树脂就会流到砂粒之间的空隙中,造成透气性下降,发气量增大,旧砂再生困难,成本提高。解决措施:(1)保证除尘风量满足要求;(2)砂再生过程增加沸腾床设备,保证砂沸腾效果;(3)砂再生过程增加风选设备,保证砂目的均匀和除尘负压合理。

2.4含泥量

原砂中含泥量越少越好,含泥量超过0.01%就会使树脂砂混合物的可使用时间延长,含泥量高,砂粒表面还会沉积一层泥膜,使砂回收困难,并降低树脂砂的强度。

解决措施:(1)选用含泥量低的原砂;(2)保证再生效果。

2.5型砂颗粒度

再生砂中细砂粒比表面积大,比粗砂粒含有更多的树脂和固化剂,细砂的灼减量明显高于粗砂的灼减量,当再次加入树脂时,残留的固化剂继续起催化作用,提高了固化速度。综合考虑强度和硬化速度两方面因素,在使用再生砂时要控制合理的再生砂粒度分布。

笔者公司就4种不同粒度范围内的型砂,在加入相同含量的树脂和固化剂时,研究其和型砂强度之间的关系,得出以下试验结果,见图3。由图3可知,同等树脂固化剂加入量下,粒度越大,型砂强度越高。这是因为粒度越细,比表面积越大,比表面积大,同等树脂加入量下单位面积树脂量少,导致强度降低。

质量控制措施:(1)对于外观面要求较低的大型铸件选用30/50目主筛号砂子,不仅可以用相对较低的液料加入量获得较高的型砂强度,而且可增加型芯的透气性,减少呛火等铸造缺陷的产生;(2)对于小型件或精密铸造可选用相对较细的砂子,如40/70目、50/100目甚至70/140目主筛号砂子,以保证铸件具备极高的表面质量和精度。

2.6砂温

自硬树脂硬化速度对反应温度十分敏感,再生砂砂温每增加10℃,型砂硬化时间减少一半,温度每降低10℃,硬化时间会增加1倍,因此要将砂温控制在合理的范围内。

解决措施:由于提高和降低砂温均是一件很麻烦的事情,需要设备投资和能源消耗,考虑到成本、效率等因素,建议砂温控制最好和铸造现场的环境温度相统一,建议砂温按照环境温度的±5℃来控制,对于呋喃树脂砂,砂温上限应不高于35℃。

3结束语

采用呋喃树脂自硬砂生产铸件的铸造企业,必须建立质量控制标准,明确规定原砂和旧砂回用砂灼减量、酸耗值、微粉含量、含泥量、颗粒度、砂温等影响因素的合理控制范围,并建立快速、高效的检验机制,对由于各影响因素波动导致的质量问题要有明确的解决措施,在对型砂参数进行实时监控时,当某些参数发生异常波动时可及时纠正。除此之外,采用先进的再生装置、砂处理系统,并对其做到定期维护和检修是最根本的解决方案。

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