Zastosowanie piasku okładzinowego w odlewnictwie

Odlewnictwo piaskowe w odlewnictwie ma dość długą historię, a produkcja odlewów jest również dość duża. Jednak produkcja precyzyjnych elementów stalowych metodą odlewania piaskowego w odlewnictwie wiąże się z wieloma problemami: lepkością piasku (bliznowaceniem), segregacją na zimno i porowatością. Rozwiązania tych problemów będą przedmiotem dalszych badań.

 

Wiedza i zrozumienie piasku powlekanego (piasek powlekany należy do rodzaju spoiwa organicznego, piasku rdzeniowego)

 

(1) Charakterystyka piasku powlekanego: odpowiednie właściwości wytrzymałościowe; dobra płynność, wyraźny kontur rodzaju piasku i rdzenia piaskowego, gęsta organizacja i zdolność do wytwarzania złożonego rdzenia piaskowego; dobra jakość powierzchni rodzaju piasku (rdzenia), chropowatość powierzchni do Ra = 6,3 ~ 12,5 μm i dokładność wymiarowa do poziomu CT7 ~ CT9; dobre prowadzenie, a odlew jest łatwy do czyszczenia.

 

(2) Zakres zastosowania: piasek powlekany można stosować do wykonywania zarówno form odlewniczych, jak i rdzeni piaskowych, a formy lub rdzenie z piasku powlekanego można stosować w połączeniu ze sobą, a także z innymi formami piaskowymi (rdzeniami); można go stosować nie tylko do odlewania grawitacyjnego metali lub odlewania niskociśnieniowego, ale także do odlewania piaskowego żelaza i odlewania odśrodkowego na gorąco; można go stosować nie tylko do produkcji odlewów z żeliwa i stopów metali nieżelaznych, ale także do produkcji części ze staliwa.

 

Przygotowanie piasku powlekanego

 

1. Skład piasku powlekanego

Składa się zazwyczaj z materiałów ogniotrwałych, spoiwa, utwardzacza, środka smarującego i specjalnych dodatków.

 

(1) Materiał ogniotrwały stanowi główny składnik piasku filmowego. Wymagania dla materiałów ogniotrwałych to: wysoka ogniotrwałość, niska zawartość substancji lotnych, bardziej okrągłe cząstki, twardość itd. Zazwyczaj stosuje się naturalny piasek krzemionkowy do płukania. Wymagania dla piasku krzemionkowego to: wysoka zawartość SiO2 (odlewy żeliwne i ze stopów metali nieżelaznych wymagają ponad 90%, odlewy stalowe ponad 97%); zawartość szlamu nie większa niż 0,3% (dla piasku płuczącego) - [zawartość szlamu przemywanego wodą jest mniejsza niż podana w przepisach; rozkład wielkości cząstek ① na sąsiednim sicie o liczbie sit 3 ~ 5; zaokrąglony kształt cząstek, współczynnik kątowy nie powinien być większy niż 1,3; wartość zużycia kwasu nie mniejsza niż 5 ml.

 

(2) Spoiwem jest zazwyczaj żywica fenolowa.

 

(3) Utwardzacz zazwyczaj zawiera urotropinę; środek smarny zazwyczaj zawiera stearynian wapnia, którego funkcją jest zapobieganie zbrylaniu się piasku powlekanego i zwiększenie płynności. Główną funkcją dodatków jest poprawa właściwości piasku powlekanego.

 

(4) Podstawowa proporcja piasku powlekanego Składniki Proporcja (ułamek masowy, %) Opis: surowy piasek 100 piasek szorujący, żywica fenolowa 1,0 ~ 3,0 wagi surowego piasku, urolitiofarmina (roztwór wodny 2) 10 ~ 15 wagi żywicy, stearynian wapnia 5 ~ 7 wagi żywicy, dodatki 0,1 ~ 0,5 wagi oryginalnego piasku. 1:2) 10 ~ 15 wagi żywicy, stearynian wapnia 5 ~ 7 wagi żywicy, dodatek 0,1 ~ 0,5 oryginalnego piasku. ～Dodatki 0,1 do 0,5 % wagi oryginalnego piasku.

 

2. Proces produkcji piasku powlekanego

 

Istnieją trzy główne rodzaje procesów przygotowania piasku powlekanego: powlekanie metodą na zimno, powlekanie metodą na ciepło i powlekanie metodą na gorąco. Obecnie produkcja piasku powlekanego prawie zawsze odbywa się metodą powlekania na gorąco. Proces laminowania na gorąco polega na podgrzaniu surowego piasku do określonej temperatury, a następnie wymieszaniu go z żywicą, wodną urotropiną i stearynianem wapnia, a następnie rozdrobnieniu i przesianiu po schłodzeniu. Proces mieszania różni się ze względu na odmienną formułę. Obecnie istnieje wiele rodzajów krajowych linii produkcyjnych piasku do laminowania, w tym około 2000–2300 półautomatycznych linii produkcyjnych z ręcznym załadunkiem oraz blisko 50 automatycznych linii produkcyjnych sterowanych komputerowo, co skutecznie poprawiło wydajność produkcji i stabilność produktu. Na przykład zautomatyzowana linia produkcyjna firmy XX Foundry Co., Ltd. ma kontrolę czasu podawania z dokładnością do 0,1 sekundy, kontrolę temperatury nagrzewania z dokładnością do 1/10 ℃ i umożliwia monitorowanie stanu mieszania piasku za pomocą kamery wideo, a wydajność produkcji sięga 6 ton/godzinę.

 

3. Główne rodzaje piasku powlekanego

 

(1) Zwykły typ piasku powlekanego Zwykły piasek powlekany, tj. tradycyjny piasek powlekany, zwykle składa się z piasku kwarcowego, termoplastycznej żywicy fenolowej, urolitiofosforanu i stearynianu wapnia, bez istotnych dodatków, a ilość dodanej żywicy jest zwykle stosunkowo wysoka przy określonych wymaganiach wytrzymałościowych i nie ma ona cech wysokiej odporności na temperaturę, niskiej rozszerzalności i niskiego odgazowywania, które są odpowiednie do produkcji odlewów o mniej wymagających wymaganiach.

 

(2) Wysoka wytrzymałość i niskie wydzielanie gazów przez piasek do laminowania Charakterystyka: wysoka wytrzymałość, niska rozszerzalność, niskie wydzielanie gazów, powolne wydzielanie gazów, przeciwutleniające Wprowadzenie: Wysoka wytrzymałość i niskie wydzielanie gazów przez piasek do laminowania jest nowszym produktem zwykłego piasku do laminowania, uzyskanym poprzez dodanie odpowiednich właściwości „dodatków” i przyjęcie nowego procesu formulacji, dzięki czemu dawka żywicy znacznie spadła, a wytrzymałość jego jest o 30% lub więcej wyższa niż zwykłego piasku do laminowania. Jego wytrzymałość jest wyższa niż zwykłego piasku powlekanego o ponad 30%, a ilość wydzielania gazów jest znacznie zmniejszona, a prędkość wydzielania gazów może zostać spowolniona, dzięki czemu może być lepiej dostosowany do potrzeb produkcji odlewów. Ten rodzaj piasku powlekanego nadaje się głównie do produkcji części żeliwnych, staliwa małej i średniej wielkości, staliwa stopowego. Obecnie istnieją trzy serie tego rodzaju piasku powlekanego: GD-1 piasek powlekany o wysokiej wytrzymałości i niskim wydzielaniu gazów; GD-2 piasek powlekany o wysokiej wytrzymałości, niskiej rozszerzalności i niskim odgazowaniu; GD-3 piasek powlekany antyoksydacyjnie o wysokiej wytrzymałości, niskiej rozszerzalności i niskim odgazowaniu.

 

(3) Wysokotemperaturowy (typ) piasek powlekany (typ ND) Charakterystyka: odporność na wysokie temperatury, wysoka wytrzymałość, niska rozszerzalność, niskie odgazowywanie, powolne odgazowywanie, łatwe zapadanie się, odporność na utlenianie Wprowadzenie: Wysokotemperaturowy piasek powlekany to nowy rodzaj piasku powlekanego o doskonałych właściwościach wysokotemperaturowych (wysoka wytrzymałość w wysokiej temperaturze, długa odporność na ciepło, niska rozszerzalność cieplna, niskie odgazowywanie) i kompleksowe właściwości odlewnicze, wytwarzane dzięki specjalnej formule procesowej. Ten rodzaj piasku powlekanego jest szczególnie odpowiedni do złożonych cienkościennych precyzyjnych części żeliwnych (takich jak blok silnika samochodowego, głowica cylindra itp.) i wysokich wymagań produkcji części ze staliwa (takich jak kąt pojemnika i opóźnienie hamulca pociągu; w częściach powłoki statku itp.), może skutecznie eliminować lepki piasek, odkształcenia, pęknięcia termiczne i porowatość oraz inne wady odlewnicze. Obecnie istnieją cztery serie tego piasku filmowego: VND-1 piasek filmowy odporny na wysokie temperatury. ND-2 piasek powlekany, odporny na wysokie temperatury, o niskiej rozszerzalności i niskim odgazowaniu. ND-3 piasek powlekany, odporny na wysokie temperatury, o niskiej rozszerzalności i niskim odgazowaniu, antyoksydacyjny. ND-4 piasek powlekany, odporny na wysokie temperatury, o wysokiej wytrzymałości, o niskiej rozszerzalności i niskim odgazowaniu.

 

(4) Łatwy do zapadnięcia rodzaj powlekanego piasku ma dobrą wytrzymałość i jednocześnie doskonałe właściwości zapadania się w niskich temperaturach, co czyni go odpowiednim do produkcji odlewów z metali nieżelaznych.

 

(5) Inne specjalne wymagania dotyczące piasku powlekanego Aby sprostać potrzebom różnych produktów, opracowano serię specjalnych piasków powlekanych, takich jak: piasek powlekany metodą odlewania odśrodkowego, piasek powlekany na zimno, piasek powlekany na mokro, piasek zapobiegający przywieraniu, piasek zapobiegający żyłkowaniu, piasek powlekany zapobiegający skórce pomarańczowej i tak dalej.

 

Główny proces powlekania rdzeni piaskowych

 

Temperatura nagrzewania 200-300°C, czas utwardzania 30-150 s, ciśnienie piasku 0,15-0,60 MPa. Prosty kształt rdzenia, dobra płynność laminowanego piasku pozwala na zastosowanie niższego ciśnienia piasku, cienki rdzeń piasku pozwala na wybór niższej temperatury utwardzania, a niska temperatura utwardzania pozwala odpowiednio wydłużyć czas utwardzania. Żywica używana do powlekania piasku to żywica fenolowa. Zalety procesu wytwarzania rdzenia: odpowiednie właściwości wytrzymałościowe; dobra płynność; dobra jakość powierzchni rdzenia piasku (Ra = 6,3-12,5 μm); antyhigroskopijność rdzenia piasku; łatwe frezowanie, łatwość czyszczenia odlewów.

 

1. Temperatura odlewu (formy)

 

Temperatura odlewania jest jednym z głównych czynników wpływających na grubość i wytrzymałość warstwy powłoki, na ogół kontrolowana na poziomie 220 ~ 260 ℃ i dobierana zgodnie z następującymi zasadami: (1) aby zapewnić, że żywica zmięknie i utwardzi się w wystarczającym cieple.

 

(1) Zapewnić odpowiednią ilość ciepła do zmiękczenia i utwardzenia żywicy na piasku laminowanym;

(2) Upewnij się, że utworzono wymaganą grubość skorupy i powierzchnia skorupy (rdzenia) nie jest przypalona;

(3) Aby zwiększyć wydajność, należy skrócić czas skorupy i utwardzania.

 

2. Ciśnienie i czas wtrysku piasku

 

Czas wtrysku piasku jest zazwyczaj regulowany w zakresie 3–10 sekund. Zbyt krótki czas może uniemożliwić formowanie formy piaskowej (rdzenia). Ciśnienie wtrysku piasku wynosi zazwyczaj około 0,6 MPa; zbyt niskie ciśnienie może prowadzić do niedostatecznego wtrysku lub luzu.

 

3. Czas utwardzania: czas utwardzania zależy głównie od grubości formy piaskowej (rdzenia) i temperatury odlewu, zazwyczaj od 60 do 120 sekund. Zbyt krótki czas utwardzania powoduje, że warstwa skorupy nie jest całkowicie utwardzona, co prowadzi do niskiej wytrzymałości. Zbyt długi czas utwardzania powoduje, że warstwa powierzchniowa piasku (rdzenia) łatwo ulega przypaleniu, co wpływa na jakość odlewów. Przykładowe parametry procesu formowania piaskowego powlekanego (rdzeń): Nr Grubość powłoki (㎜) Waga (kg) Temperatura odlewania (℃) Czas wtrysku (s) Czas utwardzania (s) 1 (tuleja prowadząca) DN80-05 8 ~ 10 2,5 ~ 2,6 220 ~ 240 2 ~ 3 60 ~ 80 2 (korpus zaworu) DN05-01 10 ~ 12 3,75 ~ 3,8 240 ~ 260 3 ~ 5 80 ~ 100

 

Problemy i środki zaradcze przy stosowaniu piasku powlekanego

 

Istnieje wiele metod wytwarzania rdzeni, które można podzielić na dwie kategorie: metody termoutwardzalne i metody utwardzania na zimno. Wytwarzanie rdzeni z piasku powlekanego należy do kategorii metod termoutwardzalnych. Każda metoda wytwarzania rdzeni ma swoje zalety i wady, które zależą głównie od wymagań jakościowych produktu, złożoności, partii produkcyjnej, kosztów produkcji, ceny produktu i innych czynników decydujących o wyborze metody. Wysokie wymagania dotyczące jakości powierzchni wnęki odlewniczej, wysoka dokładność wymiarowa, kształt złożonego rdzenia piaskowego z rdzeniem piaskowym powlekanym są bardzo skuteczne. Na przykład: rdzenie piaskowe dolotowe i wylotowe głowic cylindrów silników samochodowych, rdzenie piaskowe do kanałów wodnych, rdzenie piaskowe do kanałów olejowych, rdzenie piaskowe do kanałów wodnych bloku cylindrów, rdzenie piaskowe do kanałów olejowych, kolektory dolotowe, kolektory wydechowe, rdzenie piaskowe zaworów hydraulicznych, rdzenie piaskowe do kanałów powietrznych turbosprężarek samochodowych i tak dalej. Jednak w stosowaniu piasku powlekanego często napotyka się pewne problemy, o których można mówić tylko na podstawie doświadczeń.

 

1. Metoda oznaczania wytrzymałości i stopnia gazowania piasku laminowanego

Zakładając, że jakość surowego piasku i żywicy jest pewna, kluczowym czynnikiem wpływającym na wytrzymałość laminowanego piasku jest głównie ilość dodanej żywicy fenolowej. Dodanie większej ilości żywicy fenolowej zwiększy wytrzymałość, ale jednocześnie zwiększy ilość gazu, a tym samym zmniejszy zapadanie się. Dlatego w procesie produkcji należy kontrolować wytrzymałość piasku, aby zmniejszyć ilość gazu i poprawić zapadanie się, a przy opracowywaniu norm wytrzymałościowych należy znaleźć równowagę. Ta równowaga ma zapewnić, że jakość powierzchni rdzenia piaskowego i odlewu nie spowoduje odkształceń i pęknięć rdzenia, przy założeniu wytrzymałości. Aby zapewnić jakość powierzchni odlewów i dokładność wymiarową, a także zmniejszyć ilość gazu, zmniejszyć ryzyko wystąpienia wad porowatości odlewu i poprawić parametry rdzenia piaskowego. Proces przechowywania i transportu rdzeni piaskowych można przeprowadzić na stanowisku roboczym, na wózku do rdzeni piaskowych, a na nim ułożyć gąbkę o grubości 10–15 mm, aby zmniejszyć tempo utraty rdzenia piaskowego.

 

2. Okres przechowywania rdzenia piaskowego dla piasku powlekanego

Każdy rdzeń piaskowy pochłania wilgoć, szczególnie w południowej części kraju, gdzie wilgotność względna powietrza jest wysoka. Okres przechowywania rdzeni piaskowych musi być określony w dokumentacji procesowej. Należy stosować oszczędny model produkcji (FIFO), aby ograniczyć ilość przechowywanych rdzeni piaskowych i cykl ich przechowywania. Każde przedsiębiorstwo powinno uwzględnić warunki panujące w jego zakładzie i lokalne warunki klimatyczne, aby określić okres przechowywania rdzeni piaskowych.

 

3. Kontrola jakości dostaw piasku powlekanego

Piasek do laminowania dostarczany do fabryki musi być zgodny z informacjami dostawcy dotyczącymi zapewnienia jakości, a przedsiębiorstwo musi przestrzegać standardów pobierania próbek do kontroli i inspekcji wykwalifikowanych pracowników przed wprowadzeniem do magazynu. Niezaliczenie przez przedsiębiorstwo badań próbek przez dział zapewnienia jakości i dział techniczny w celu uzyskania wyników obróbki jest równoznaczne z akceptacją lub zwrotem do dostawcy.

 

4. Podczas wykonywania rdzenia stwierdzono, że kwalifikowany piasek powlekany jest spękany i odkształcony.

Pęknięcia i odkształcenia rdzenia piaskowego podczas produkcji rdzenia są zazwyczaj uważane za spowodowane niską wytrzymałością laminowanego piasku. W rzeczywistości pękanie i odkształcenia rdzenia piaskowego występują w wielu procesach produkcyjnych. Aby całkowicie rozwiązać problem, należy zbadać nieprawidłową sytuację i ustalić jej rzeczywistą przyczynę. Poniżej wymieniono konkretne przyczyny:

 

(1) Temperatura formy i czas jej utrzymywania podczas wytwarzania rdzenia zależą od tego, czy grubość utwardzonej skorupy rdzenia piaskowego spełnia wymagania procesu. Parametry procesu określone w procesie muszą mieć określony zakres, który zależy od umiejętności operatora. W górnej granicy temperatury formy może mieścić się dolna granica czasu pozostawania formy w formie, a w dolnej granicy czasu pozostawania formy w formie – górna granica. Operatorzy muszą być stale szkoleni w celu doskonalenia umiejętności obsługi.

 

(2) Podczas wykonywania rdzenia na formie gromadzą się cząstki żywicy fenolowej i piasku, które należy w porę usunąć i spryskać środkiem antyadhezyjnym, w przeciwnym razie będą się one gromadzić coraz bardziej, a po otwarciu formy rdzeń zostanie wyciągnięty lub zdeformowany.

 

(3) Sprężysta belka górna w statycznej formie gorącej rdzeniówki spowoduje pęknięcie lub odkształcenie rdzenia z powodu utraty elastyczności podczas długotrwałej pracy w wysokiej temperaturze. Sprężynę należy wymienić na czas.

 

(4) Formy ruchome i statyczne nie są równoległe lub nie znajdują się w tej samej linii środkowej. Gdy forma jest zamykana pod naciskiem cylindra lub cylindra, przedni koniec sworznia ustalającego jest nachylony. Forma nadal będzie szczelnie zamknięta, ale po otwarciu formy formy ruchome i statyczne zostaną przywrócone do pierwotnego stanu pęknięcia lub odkształcenia rdzenia piaskowego. W takim przypadku piasek będzie się rozpływał podczas wystrzeliwania, a rozmiar rdzenia piaskowego będzie się zwiększał. Rozwiązaniem jest dostosowanie równoległości i współosiowości formy w czasie.

 

(5) W maszynie do produkcji rdzeni skorupowych, w przypadku rdzeni piaskowych pustych, rdzeń piaskowy z nieutwardzonego jeszcze piasku powlekanego należy ponownie wykorzystać, przesiać i wymieszać z rdzeniem niewykorzystany piasek powlekany w stosunku 3:7, aby zapewnić jakość powierzchni rdzenia skorupowego i wytrzymałość rdzenia piaskowego.