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涂料工艺对呋喃树脂砂型性能的影响

时间:2018-04-16 10:13 作者:pwj 点击:

摘    要:

铸造技术中涂料作用至关重要,性能优良的涂料和正确的施涂工艺,是获得优质树脂砂铸件必不可缺少的条件。通过设计试验,分析树脂砂砂型起模后砂型烘干、涂料涂敷、涂料放置时间、施涂时机等对型砂性能影响。研究表明,保证砂型高温性能是获得优质铸件的关键。经生产验证,试验得出的优选施涂工艺提高了铸件质量及成品率。

呋喃树脂自硬砂是应用最多、最广的自硬砂之一。砂型的高温性能对铸件的质量有重要的影响。美国铸造师学会主要检测的型砂高温性能有高温抗压、残留强度、热膨胀、热变形、溃散性等。目前国内对型砂性能的控制,往往局限于测定常温性能,如抗压强度、抗拉强度、紧实率等。这些性能的测定主要反映型砂的造型性能及常温下的性能。但型砂的高温性能决定了其在浇注条件下的状态,高温性能不良会导致其在浇注时产生有关的缺陷就有15种之多,例如夹砂、冲砂、裂纹、粘砂等铸造缺陷,直接降低铸件质量及成品率。为了防止缺陷产生,在实验室条件下,自制一种高温性能方法,测定涂料工艺对呋喃树脂砂型在常温、高温的强度行为。通过试验研究,保障砂型高温性能,给出树脂自硬砂用涂料的特点及较好的施涂工艺规范。规范得到生产实践验证,可以提高树脂砂型砂的高温强度,减少铸件粘砂。

1 试验

1.1 主要仪器和条件

马弗炉、电热烘箱、树脂砂制样机、型砂试验仪。机械再生硅砂,磺酸类固化剂:GH06A、GH05A、GH04A,中氮呋喃树脂,水基涂料。

1.2 试验方法

试样基体采用实际使用的型(芯)砂配比,在制样机上制成8字试样。试样放24 h,测试终抗拉强度。砂块按型(芯)砂相应的工艺自然硬化1.5 h后,刷涂料2遍,刷涂料干燥后测试抗拉强度。将马弗炉加热至1 000℃后,将烘干过的试样送入炉中,保温5 min,取出自然冷却后,测定抗拉强度。

2 结果与讨论

2.1 树脂砂造型及涂料工艺

图1为呋喃树脂砂造型及涂料工艺简要的流程图,按照此流程。测量了各工艺参数,对树脂砂型砂强度的影响。

2.2 固化剂种类、加入量对强度影响

不同的固化剂种类(即酸值)和加入量对呋喃树脂砂层的硬化深度影响很大。因此应根据砂温,环境温度选择合适的固化剂种类,固化剂加入量推荐为40%~50%,如图2。

2.3 树脂砂砂型起模后砂型烘干对型砂性能影响

树脂砂造型过程,呋喃树脂的固化过程十分复杂。目前认为,呋喃树脂的固化是由于呋喃环中的共轭双键打开而交联形成体型结构所致。此外,呋喃树脂的侧链中的其他活性基团在固化过程中可能也参与交联反应。呋喃树脂与固化剂反应在砂的表面形成树脂膜,同时有水分放出。树脂砂砂型起模后,在涂敷涂料前,由于水基涂料含有水分,对树脂膜具有破坏作用,砂型强度,流程上考虑砂型烘干,是否对砂型性能有利。采用砂型烘干还是不采用烘干进行了一些试验。

图1 树脂砂造型及涂料工艺流程Fig.1 Resin sand molding and coating process

图1 树脂砂造型及涂料工艺流程Fig.1 Resin sand molding and coating process   下载原图

 

图2 固化剂加入量对型砂强度的影响Fig.2 Effect of amount of curing agent on the strength of sand

图2 固化剂加入量对型砂强度的影响Fig.2 Effect of amount of curing agent on the strength of sand   下载原图

 

实验室试验了对砂型自然硬化常温强度与砂型烘干后常温强度,以及高温强度,如图3,砂型烘干后,自然硬化常温强度从1.254 MPa上升到砂型烘干后1.605 MPa,但砂型烘干后高温强度却比自然硬化常温高温强度低。因此砂型烘干有利于常温强度提高,只是表观常温强度高,但实际高温强度不好。从机理分析上看,烘干方式只是加速快速反应,对铸件质量不利。通过实际生产验证,砂型烘干后,树脂膜脆,浇注的件夹砂、冲砂、裂纹、粘砂等缺陷较多。

2.4 涂料的波美度不同对型砂性能的影响

涂料中的水分渗入到呋喃树脂砂层中越深,其强度下降越多。但涂料的粘度越小,水分渗入呋喃树脂砂层中也越深,导致其强度下降越严重。而粘度是涂料的重要指标,铸造技术中涂料选择合适粘度,按波美度衡量,得到合适厚度涂层,例如硅质流涂为例,选择合适波美度为40~50时强度较高,如图4。

图3 砂型烘干工艺对型砂强度的影响Fig.3 Effect of drying process on the sand strength

图3 砂型烘干工艺对型砂强度的影响Fig.3 Effect of drying process on the sand strength  下载原图

 

图4 不同粘度(波美度)对砂型强度的影响Fig.4 Effect of different viscosities(Baume)on sand strength

图4 不同粘度(波美度)对砂型强度的影响Fig.4 Effect of different viscosities(Baume)on sand strength   下载原图

 

2.5 树脂砂砂型涂料涂敷对型砂性能影响

铸造技术中涂料至关重要,耐火材料是涂料的骨料,耐火材料应具有高的耐火度,适合的粒度,涂料与金属液发作化学反应,涂料对树脂砂砂型起到保护作用。呋喃树脂与固化剂反应在砂的表面形成树脂膜,同时有水分放出。树脂砂砂型涂料涂敷后,破坏了树脂膜,因此砂型刷涂料后,砂型强度会降低,如图5。如果树脂砂型不刷涂料,直接测定高温强度,高温强度几乎为零,证明铸造中涂料的作用。

图5 刷涂料后对砂型强度的影响Fig.5 Effect of paint on the strength of sand

图5 刷涂料后对砂型强度的影响Fig.5 Effect of paint on the strength of sand   下载原图

 

2.6 刷涂料放置时间对型砂性能影响

树脂砂造型,起模后,刷水基涂料后放置长短,对型砂性能有较大影响。通过试验,如图6,太长时间不烘烤对其常温强度和高温强度都有影响,砂型如果浸涂或流涂,刷涂后,超过2 h以上,型砂强度开始下降,造成粘砂等铸造缺陷。因此型(芯)脱模后,自然硬化,在2 h内进行刷涂,且刷涂后放置时间不宜过长应尽快进行涂料的烘干。

图6 刷水基涂料后放置时间对强度的影响Fig.6 Effect of standing time on the strength of the water-based paint sand

图6 刷水基涂料后放置时间对强度的影响Fig.6 Effect of standing time on the strength of the water-based paint sand   下载原图

 

2.7 树脂砂涂料工艺对型砂性能影响

性能优良的涂料和正确的施涂工艺,是获得优质树脂砂铸件必不可缺少的条件。因此涂刷在型、芯上的涂料要能形成一层具有一定物理强度的硬壳,能独立地承受高温铁液的冲击,有隔离和阻挡的作用。砂型高温强度低,长时间被高温铁液冲刷容易脱落,造成铸件砂眼和粘砂等缺陷。

设计了刷涂料时机试验,如图7,达到终强度的70%以内刷水基涂料对高温强度有利,烘烤至70%强度后,高温强度开始下降。因此不能等到终强度再刷涂料。

以放置2 h为界限,烘烤至常温下的终强度的80%对高温强度的提高都有利,烘烤超过常温下终强度,不利于高温强度的提升。

试验表明,砂型高温性能是保证优质铸件质量的关键。施涂工艺:(型)芯→脱模后放置≤2 h,50℃,10 min,或60℃,5 min,或放置1 h→刷涂料后尽快烘干,烘干温度低温120~200℃烘干,烘干时间为35 min。

图7 涂料烘干工艺对强度的影响Fig.7 Effect the paint drying process on the strength of sand

图7 涂料烘干工艺对强度的影响Fig.7 Effect the paint drying process on the strength of sand  下载原图

 

3 结论

经生产验证可有效避免铸造缺陷,较好的型砂涂料工艺控制建议如下。

(1)根据砂温,环境温度选择合适的固化剂种类,固化剂加入量推荐为40%~50%。

(2)树脂砂砂型起模后砂型烘干有利于常温强度提高,只是表观常温强度高,但实际高温强度下降,工艺砂型自然硬化不干燥。

(3)树脂砂砂型涂料选择合适的粘度波美度,例如流涂40~50。刷涂后尽快烘干涂料。

(4)水基涂料推荐施涂工艺:(型)芯→脱模后放置1 h→刷涂料后尽快烘干,烘干温度120~200℃,烘干时间35 min。此工艺并得到生产验证,提高铸件质量及成品率。