Aplicación de arena de revestimiento en la fundición
La fundición en arena revestida tiene una larga historia y una producción de piezas de fundición considerable. Sin embargo, la producción de piezas de acero de precisión mediante fundición en arena revestida presenta numerosos problemas: arena pegajosa (cicatrices), segregación en frío y porosidad. Se explorará más a fondo cómo resolver estos problemas.
Conocimiento y comprensión de la arena revestida (la arena revestida pertenece al tipo de aglutinante orgánico, arena de núcleo)
(1) Características de la arena revestida: propiedades de resistencia adecuadas; buena fluidez, contorno claro del tipo de arena y del núcleo de arena, organización densa y capacidad de producir núcleos de arena complejos; buena calidad de la superficie del tipo de arena (núcleo), rugosidad de la superficie hasta Ra = 6,3 ~ 12,5 μm y precisión dimensional hasta el nivel de CT7 ~ CT9; buen enrutamiento y la fundición es fácil de limpiar.
(2) Ámbito de aplicación: la arena revestida se puede utilizar para hacer moldes de fundición y núcleos de arena, y los moldes o núcleos de arena revestida se pueden utilizar en conjunto entre sí, así como con otros moldes de arena (núcleos); no solo se puede utilizar para la fundición por gravedad de tipo metal o la fundición a baja presión, sino que también se puede utilizar para la fundición en arena de hierro y la fundición centrífuga en el método en caliente; no solo se puede utilizar en la producción de fundición de hierro fundido y aleaciones no ferrosas, sino que también se puede utilizar en la producción de piezas de acero fundido.
La preparación de arena revestida
1. Composición de la arena revestida
Generalmente se compone de materiales refractarios, aglutinante, agente de curado, lubricante y aditivos especiales.
(1) El material refractario constituye la base de la arena de película. Los requisitos para los materiales refractarios son: alta refractariedad, bajo contenido de volátiles, partículas más redondeadas, sólidos, etc. Generalmente se utiliza arena de sílice de depuración natural. Los requisitos para la arena de sílice son: alto contenido de SiO₂ (las piezas de fundición de hierro y aleaciones no ferrosas requieren más del 90%, las piezas de fundición de acero requieren más del 97%); contenido de lodo no superior al 0,3% (para la arena de depuración) - [el contenido de lodo de la arena lavada con agua es inferior a lo establecido; tamaño de partícula ① distribución del número de tamiz adyacente 3 ~ 5; forma de partícula redondeada; el factor angular no debe ser superior a 1,3; valor de consumo de ácido no inferior a 5 ml.
(2) El aglutinante comúnmente adopta resina fenólica.
(3) El agente de curado suele ser urotropina; el lubricante, estearato de calcio, cuya función es evitar la aglomeración de la arena revestida y aumentar la fluidez. La función principal de los aditivos es mejorar el rendimiento de la arena revestida.
(4) La proporción básica de arena revestida Ingredientes Proporción (fracción de masa, %) Descripción: arena cruda 100 arena de fregado, resina fenólica 1,0 ~ 3,0 del peso de la arena cruda, urolitiofarmina (solución acuosa 2) 10 ~ 15 del peso de la resina, estearato de calcio 5 ~ 7 del peso de la resina, aditivos 0,1 ~ 0,5 del peso de la arena original. 1:2) 10 ~ 15 del peso de la resina, estearato de calcio 5 ~ 7 del peso de la resina, aditivo 0,1 ~ 0,5 de la arena original. ～Aditivos 0,1 a 0,5 % del peso de la arena original.
2. Proceso de producción de arena revestida
Existen principalmente tres tipos de procesos de preparación para la arena revestida: recubrimiento en frío, recubrimiento en caliente y recubrimiento en caliente. Actualmente, la producción de arena revestida casi siempre adopta el método de recubrimiento en caliente. El proceso de laminación en caliente consiste en calentar la arena cruda a una temperatura determinada, mezclarla y agitarla con resina, urotropina acuosa y estearato de calcio, respectivamente, y triturarla y tamizarla tras enfriarla. El proceso de mezclado varía debido a la fórmula. Actualmente, existen numerosos tipos de líneas de producción nacionales de arena laminada: entre 2000 y 2300 líneas de producción semiautomáticas con carga manual, y cerca de 50 líneas de producción automáticas controladas por computadora han mejorado eficazmente la eficiencia de producción y la estabilidad del producto. Por ejemplo, la línea de producción visual automatizada de XX Foundry Co., Ltd. cuenta con un control del tiempo de alimentación con una precisión de 0,1 segundos y una temperatura de calentamiento con una precisión de 1/10 ℃, y permite observar el estado de la mezcla de arena a través de vídeo. Su eficiencia de producción alcanza las 6 toneladas/hora.
3. Principales tipos de productos de arena revestida
(1) Tipo ordinario de arena revestida La arena revestida ordinaria, es decir, la arena revestida tradicional, generalmente se compone de arena de cuarzo, resina fenólica termoplástica, urolitiofosfato y estearato de calcio, sin aditivos relevantes, y la cantidad de resina agregada suele ser relativamente alta bajo un cierto requisito de resistencia, y no tiene las características de resistencia a altas temperaturas, baja expansión y baja desgasificación, lo que es adecuado para la producción de fundición de requisitos menos exigentes.
(2) Arena de laminación de alta resistencia y baja gasificación Características: alta resistencia, baja expansión, baja gasificación, gasificación lenta, antioxidante Introducción: La arena de laminación de alta resistencia y baja gasificación es un producto más nuevo de la arena de laminación ordinaria, al agregar las características relevantes de los 'aditivos' y adoptar un nuevo proceso de formulación, de modo que la dosis de resina se ha reducido considerablemente y la resistencia de su resistencia es un 30% o más mayor que la de la arena de laminación ordinaria. Su resistencia es superior a la de la arena revestida ordinaria en más de un 30%, y la cantidad de gasificación se reduce significativamente y la velocidad de gasificación se puede ralentizar, de modo que se puede adaptar mejor a las necesidades de la producción de fundición. Este tipo de arena revestida es principalmente adecuada para la producción de piezas de hierro fundido, acero fundido de tamaño pequeño y mediano, acero fundido de aleación. En la actualidad, existen tres series de este tipo de arena revestida: arena revestida de alta resistencia y baja desgasificación GD-1; Arena recubierta GD-2 de alta resistencia, baja expansión y baja desgasificación; Arena recubierta GD-3 de alta resistencia, baja expansión y baja desgasificación con recubrimiento antioxidante.
(3) Arena recubierta resistente a altas temperaturas (tipo ND) Características: resistencia a altas temperaturas, alta resistencia, baja expansión, baja desgasificación, desgasificación lenta, fácil colapso, resistencia a la oxidación Introducción: La arena recubierta resistente a altas temperaturas es un nuevo tipo de arena recubierta con excelente rendimiento a altas temperaturas (alta resistencia a altas temperaturas, larga resistencia al calor, baja expansión térmica, baja desgasificación) y un rendimiento de fundición integral, producido mediante una fórmula de proceso especial. Este tipo de arena recubierta es especialmente adecuada para piezas complejas de hierro fundido de precisión de paredes delgadas (como bloques de motores de automóviles, culatas de cilindros, etc.) y altos requisitos de la producción de piezas de acero fundido (como el ángulo del contenedor y el retardo del freno del tren; en las piezas de la carcasa del buque, etc.), puede eliminar eficazmente la arena pegajosa, la deformación, el agrietamiento térmico y la porosidad y otros defectos de fundición. En la actualidad, existen cuatro series de esta arena de película: Arena de película resistente a altas temperaturas VND-1. Arena recubierta ND-2, resistente a altas temperaturas, de baja expansión y baja desgasificación. Arena recubierta antioxidante ND-3, resistente a altas temperaturas, de baja expansión y baja desgasificación. Arena recubierta ND-4, resistente a altas temperaturas, de alta resistencia, de baja expansión y baja desgasificación.
(4) El tipo de arena recubierta fácil de colapsar tiene buena resistencia y al mismo tiempo tiene un excelente rendimiento de colapso a baja temperatura, adecuado para la producción de piezas fundidas de metales no ferrosos.
(5) Otros requisitos especiales de arena revestida Para satisfacer las necesidades de diferentes productos, se ha desarrollado una serie de arena revestida especial, como: arena revestida de fundición centrífuga, arena revestida en frío, arena revestida húmeda, arena antiadherente, arena anti-patrón de venas, arena revestida anti-piel de naranja, etc.
El proceso principal de fabricación de núcleos de arena de recubrimiento
Temperatura de calentamiento: 200-300 °C, tiempo de curado: 30-150 s, presión de la arena: 0,15-0,60 MPa. La forma simple del núcleo y la buena fluidez de la arena laminada permiten una menor presión de la arena. Los núcleos de arena delgados permiten una temperatura de calentamiento más baja, lo que permite prolongar adecuadamente el tiempo de curado, etc. La resina utilizada para la arena recubierta es resina fenólica. Ventajas del proceso de fabricación de núcleos: buenas propiedades de resistencia; buena fluidez; buena calidad superficial del núcleo de arena (Ra = 6,3-12,5 μm); antihigroscopicidad del núcleo de arena; buen enrutamiento; fácil limpieza de las piezas fundidas.
1. Temperatura de fundición (molde)
La temperatura de fundición es uno de los principales factores que afectan el espesor y la resistencia de la capa de carcasa, generalmente controlada entre 220 y 260 °C, y seleccionada de acuerdo con los siguientes principios: (1) para asegurar que la resina reciba suficiente calor durante el ablandamiento y el curado.
(1) Asegúrese de que haya suficiente calor para ablandar y curar la resina en la arena laminada;
(2) Asegúrese de que se forme el espesor de cáscara requerido y que la superficie de la cáscara (núcleo) no esté quemada;
(3) Intente acortar el tiempo de cáscara y endurecimiento, con el fin de mejorar la productividad.
2. Presión y tiempo de inyección de arena
El tiempo de inyección de arena se controla generalmente entre 3 y 10 s. Si es demasiado corto, el molde de arena (núcleo) no se puede moldear. La presión de inyección de arena suele ser de aproximadamente 0,6 MPa; si la presión es demasiado baja, es fácil que se produzcan granallas insuficientes o sueltas.
3. Tiempo de endurecimiento: El tiempo de endurecimiento depende principalmente del espesor del molde de arena (núcleo) y de la temperatura de la pieza fundida, generalmente entre 60 y 120 s. Un tiempo demasiado corto puede provocar que la capa superficial de la carcasa no se cure completamente y presente baja resistencia; un tiempo demasiado largo puede provocar que la capa superficial de arena (núcleo) se queme fácilmente, lo que afecta la calidad de la pieza fundida. Ejemplos de parámetros del proceso de moldeo de arena revestida (núcleo): N.° Espesor de la carcasa (㎜) Peso (kg) Temperatura de la pieza fundida (℃) Tiempo de inyección (s) Tiempo de endurecimiento (s) 1 (manguito guía) DN80-05 8 ~ 10 2,5 ~ 2,6 220 ~ 240 2 ~ 3 60 ~ 80 2 (cuerpo de la válvula) DN05-01 10 ~ 12 3,75 ~ 3,8 240 ~ 260 3 ~ 5 80 ~ 100
Problemas y contramedidas en la aplicación de arena revestida
Existen diversos métodos para la fabricación de machos, que se dividen en dos categorías: termoendurecedores y de fraguado en frío. La fabricación de machos con arena revestida pertenece a esta última categoría. Cada método presenta sus propias ventajas y desventajas, que dependen principalmente de los requisitos de calidad del producto, la complejidad, el lote de producción, el coste de producción, el precio del producto y otros factores que influyen en la elección del método. La cavidad de fundición requiere una alta calidad superficial y una alta precisión dimensional, y la forma del macho de arena revestido resulta muy eficaz. Por ejemplo, se utilizan machos de arena para la admisión y el escape de culatas de motores de automóviles, machos de arena para vías navegables, machos de arena para vías de aceite, machos de arena para vías navegables de bloque de cilindros, machos de arena para vías de aceite, machos de arena para colectores de admisión, machos de arena para carcasas de colectores de escape, machos de arena para conductos de válvulas hidráulicas, machos de arena para conductos de aire de turbocompresores de automóviles, etc. Sin embargo, el uso de arena revestida suele presentar algunos problemas, que se detallarán a continuación.
1. El método para determinar la resistencia y la cantidad de gasificación de la arena laminada.
Bajo la premisa de que la calidad de la arena cruda y la resina es segura, el factor clave que afecta la resistencia de la arena laminada se toma principalmente de la cantidad de resina fenólica añadida. Si se añade más resina fenólica, la resistencia aumentará, pero la cantidad de gas también aumentará y se reducirá el colapso. Por lo tanto, en la producción de aplicaciones debe controlarse la resistencia de la arena para reducir la cantidad de gas y mejorar el colapso, al desarrollar estándares de resistencia debe encontrarse un equilibrio. Este equilibrio es para asegurar que la calidad de la superficie del macho de arena y en el vertido no produzca deformación ni rotura del macho bajo la premisa de la resistencia. Para garantizar la calidad de la superficie de las piezas fundidas y la precisión dimensional, pero también para reducir la cantidad de gas, reducir los defectos de porosidad de la fundición y mejorar el rendimiento de la arena del macho de arena. El almacenamiento de machos de arena y el proceso de manipulación se pueden utilizar en el equipo de la estación de trabajo, carro de machos de arena, sobre el cual se coloca una esponja de 10 mm a 15 mm de espesor, para reducir la tasa de pérdida de machos de arena.
2. Periodo de almacenamiento del núcleo de arena para arena revestida
Cualquier núcleo de arena absorbe humedad, especialmente en la región sur de la humedad relativa del aire. El período de almacenamiento de los núcleos de arena debe estipularse en los documentos del proceso. Se debe utilizar el método de producción eficiente (primero en entrar, primero en salir) para reducir el tiempo de almacenamiento y el ciclo de almacenamiento. Cada empresa debe considerar las condiciones de su planta y las condiciones climáticas locales para determinar el período de almacenamiento de los núcleos de arena.
3. Controlar la calidad del suministro de arena revestida.
La arena laminada que ingresa a la fábrica debe ir acompañada de la información de control de calidad del proveedor. La empresa, de acuerdo con los estándares de muestreo, realiza la inspección y realiza una inspección cualificada antes de ingresar al almacén. Si la prueba de muestreo de la empresa no supera los resultados del tratamiento, los departamentos de control de calidad y técnicos lo autorizan a aceptarla o devolverla al proveedor.
4. Se descubre que la arena revestida calificada se fractura y deforma durante la fabricación del núcleo.
Se suele pensar que la fractura y deformación del núcleo de arena durante su fabricación se debe a la baja resistencia de la arena laminada. De hecho, la rotura y deformación del núcleo de arena se producen en muchos procesos de producción. Es necesario investigar la causa real de la situación anormal para resolver el problema por completo. Las causas específicas se enumeran a continuación:
(1) La temperatura y el tiempo de retención del molde durante la fabricación del macho están relacionados con el cumplimiento del espesor de la costra de arena endurecida del macho con los requisitos del proceso. Los parámetros del proceso especificados deben tener un rango, cuyo ajuste depende de la habilidad del operador. La temperatura del molde, dentro del límite superior, puede alcanzar el límite inferior del tiempo de permanencia en el molde, y la temperatura del molde, dentro del límite inferior, puede alcanzar el límite superior. Los operadores necesitan capacitación constante para mejorar sus habilidades operativas.
(2) Al hacer el núcleo, habrá partículas de resina fenólica y arena adheridas al molde, que deben limpiarse a tiempo y rociarse con un agente desmoldante, de lo contrario se acumularán más y más y cuando se abra el molde, el núcleo se desprenderá o deformará.
(3) La barra superior del resorte del molde estático de la caja de machos calientes provocará que el macho se rompa o deforme debido a una pérdida de elasticidad al trabajar a altas temperaturas durante un período prolongado. El resorte debe reemplazarse a tiempo.
(4) Los moldes móviles y estáticos no están paralelos ni en la misma línea central. Al cerrar el molde bajo la presión del cilindro, el extremo frontal del pasador de posicionamiento presenta una pendiente. El molde permanece herméticamente cerrado, pero al abrirlo, ambos moldes recuperan su estado original tras la fractura o deformación del núcleo de arena. En este caso, la arena se escurre al inyectarla, aumentando el tamaño del núcleo de arena. La solución es ajustar el paralelismo y la coaxialidad del molde a tiempo.
(5) En la máquina de núcleo de cáscara en la producción de núcleos de arena huecos, a partir del núcleo de arena de arena recubierta aún no endurecida que necesita ser reutilizada, se debe tamizar y mezclar la arena recubierta no utilizada de acuerdo con la proporción de 3: 7 con el uso del núcleo, a fin de garantizar que la calidad de la superficie del núcleo de arena del núcleo de cáscara y la resistencia del núcleo de arena.