冷硬树脂砂产生粘砂和金属渗透的原因及防止措施.pdf

S e r i e s No 2 3 7 M a r c h 1 9 9 6 金 属 矿 山 M ETAL M I NE 总 第 2 3 7 韶 l S 9 6 年 第?轻，冷硬树脂 砂产生粘砂和金属 渗透 的原 因及防止 措施 少 石家 庄水泵厂张 利 一 摘要本 文基 于 树脂 砂 型 芯 易产 生 枯砂 和盒 属渗 透过 种 特有 的 铸 件表 酉缺 陷 兢 大 量 的 生产 实 践中研究分析了产生这种缺陷的原日及各种影响因索 并提出了解决这种缺陷的措施。，关 键 词 兰 旦 堡 膨 Th e Ca u s e a n d Pr e v e n t i v e M e a s a r e s o f Ad h e s i o n a n d M e t al Pe ne t r a t i o n of Chi l l e d Re s i n S a nd Zh a n g Li (Sh a z hu a n g W a t e r I：u mp Pl a n t)Ab s t r a c t As t h e r e s i n s a n d c o F e i s l i a b l e t o a d h e s i on a n d me t a p e ne t r a t i o n wh i c h a r e d e f e c t s p e r u l i a r t o t h e s u r f a c e o f c a s t i n g pi e c e s t h e a u t h o r ma k e s o n e x t e n s i v e i n v e s t i g a t i o n o f p r o d u c t i o n pr a c t i c e a n d a n a l y s e s t h e C a l l S e s a n d v a r i o u s i n flu n c i n g f a c t o r s a n d p u t s f o r wa r d t h e me a s u r e s f or e l i m i na t i n g t h e s e d e f e c t s Ke y Wor d s Re s i n s a n d+Ad h e s i v e s a n d，Me t a l P e n e t r a t i o n 用冷硬呋喃树脂砂造 型、制芯有强度高、几 何形状 准 确、透气 性高和 溃散 性好 以及 铸件尺 寸精度高、表面粗糙 度等级高等优点。但是，树 脂砂高温强度的持续 时间较短，溃散速度快，容 易产生粘砂和金属渗透的缺陷。粘砂 和 金属渗透 大多发 生在厚 壁、大件及 铸件棱角、凹槽和处于酷热条件下的热节部位。通常大件 比小件 严重，铸钢件 比铸铁件严重。粘砂和金属渗透的清理 比较困难。粘砂严 重的要用风铲、砂轮清理，有 的甚至固清理不掉 而使铸件报废。清理粘砂和金属渗透消耗大量 的工 时，并产生大量粉尘，对 生产工人 的身体健 康及环境卫生带来极大危 害。通过对本厂粘砂严重 的铁夹砂金属断面观 察，除 砂粒 和 炭膜 外，金属 组 织和 铸 件 本身 相 同，而没有其 它的反应产物，只有铁水渗入型芯 内部并凝固在砂粒 之间。1 树脂砂产生粘砂和金属渗透的原因 树脂砂 铸型 浇注后，铸 型表面 层迅 速 升高 到液态金属的温度，在金属的热作用下，铸型本 身发生体积膨胀，有机粘结剂燃烧，并 产生气悼 等变化。型芯体积 膨胀 产生应力造 成 型芯开 裂，未 凝 固的金属 液侵入型 芯裂纹，使铸 件表面 产生 毛刺状 的凸出物，由于树脂粘结剂的燃 烧 型芯 表面出现了炭膜，砂粒问产生了空隙 减 少了膨 胀应力和 金属 液对型芯的 润湿，故型 芯开裂 的 缝隙深度和宽度都较小，长度呈不规则的曲线 状，犹如人体的血管，所 以生产 中一般 称之为脉 纹状毛刺，这 种缺陷也 是冷硬树 脂砂 特有的一 豫 利 石蒙庄 水泵厂 0 5 0 0 1 1石家 庄 市和平 东路一盛】号 维普资讯 总第 2 3 7期 金 属 矿 山 1 9 9 6年 第 3期 种表面缺陷。如果浇注的金属液温较低，或 铸件重量较 小，金属液压头低，凝固快，铸件就不出现粘砂 和金属渗透，有少量脉纹毛刺存在，铸件清理也 很方便，这类情况多出现在 中小 型铸铁件上。随着浇注温度的提高，压头的增大，金属液 就会沿 着型芯 的裂纹渗 入型 芯 内部，造成 铸件 局部粘砂和深度较小的金属渗透缺陷，这类现 象多发生在l铸件的热节部位。当浇注厚壁大件时，由于浇注温度高，静压 头大，金属液对型芯的润湿性也大，树脂膜过早 的被烧毁，型芯裂纹增大、增多，星网状，并向纵 深发展，残 留的碳膜遗 留在砂粒周屡，砂粒 间产 生了空隙，但仍能 保持 砂粒 在原 来的位置。由于 金属液此 时尚未凝 固，受 毛细管 作用的 影响加 剧 了金 属液 渗入砂 粒 间的空隙和 裂纹，将砂粒 包日固定在铸件的表面，并不断向型芯内部渗 透，形成了严重的粘砂和渗透，渗透深度可高达 5 0 ram，渗透的探度越大，清理就越困难。2 影响牯砂和金属渗透的因素 2 1 砂粒大小和型芯的紧实度 砂粒间空隙越大，金属渗入就越严重，即减 小毛细管的半径可减小金属渗入的深度，影响 砂 粒 问 薅【大 小的 因 素有 砂粒 大 小 和紧 实度 等(图 1、图 2)采用细砂和提高砂型的紧实度都可以使金 属渗入深度减小，并可得到表面光洁的铸件。型 芯的透气性与砂粒空隙的大小成正比。本厂用树脂砂生产铸钢件原用 2 0 4 0目 砂，透气性5 0 0，铸件常产生粘砂和金属渗入 i E 鞋 型廿 中到 比崩 圉 1 金嗣渗人深藏与型砂牡度组成 的关系 卜 盒属 八探虚一 遗气性 3 6 n 目n e 班m 譬 善 J I 圉 2 金属渗人深度与紧实度的关系 一绷 砂卜粗砂 以及砂眼等缺陷。后来将原砂粒度改为 5 0 1 0 0 目砂，透气性为 1 8 0，铸件粘砂和金属渗入现象 大大降低，表面粗糙度也得到了提高。树脂 砂用原砂 的粒度分 布最好选 用四个筛 号 砂，其粒度分布 比较分散，有 利于减小砂粒 间 隙和提高紧 实度。树脂 砂的流动性虽然很好，但 对易产生粘砂和金属渗入的地方还是需要人工 紧实的，尤其是热节及形状复杂的部位。影响树脂砂间隙大小的因素除砂粒大小和 紧 实度外，还有重要 的 一条 就是要 掌握好 树脂 砂的可使用 时间。冷硬树脂 砂混好后，其 型芯强 度和表面稳定性 及型芯密度都随使用时 间的延 长而降低，产生粘砂和金属渗入的倾向就增加。可使用时 间是 自硬 砂 的特 性之 一，在 生 产 中主要是调整固化剂的加入量来控制可使用时 间。在这十时问内造型、制芯树脂砂强度高，流 动性好，充填密度大，超过了这十时问砂子流动 性下降，型芯的充填密度就明显降低，在砂重相 同时试样高度明显增高(图 3、图 4)，这就说明：砂粒问的空隙增大，强度低，表面稳定性不好，浇注 时就 易产生粘砂和金属 渗透(表 1)。2 2 原砂成 份和 热变 化 树脂 砂产生粘砂和金属渗透的部位，一般 都有大量的网状脉纹存在。而有毛刺缺陷的地 方不一定存在粘砂和金属渗透。所以可以认为：粘砂和金属渗透是由型芯表面裂纹所引起并随 着裂纹宽度和深度的大小不同而发展。，维普资讯 总 第 2 3 7期 金 属 矿 山 衰 l 冷硬树膳砂使 用时间和叠属渗人情况 墨廿健 J 呵 n 囝 4 树膳砂使用时间与试样高度的关系 型芯表面的裂 纹是 由于型芯在金属 液高温 作用下产生体积膨胀而引起。体积膨胀有二方 面的原因；一是因温度升高产生的热膨胀I 二是 温度升高 时石英砂 的主 要成 份石英(S i O )发 生 相变，由 石英转变成 石英。石英的热膨胀 比 较大，而且在 5 7 3 体积发生急剧膨胀(图 5)使 型芯表面产生裂纹 由此可知 影响砂粒热变化的主要因素是 原 砂的 S i O 含量。S i O：含量高的原 砂加热时的 体积变化比含量小的太，另外颗粒均匀的砂粒 加热时的体积膨胀又比颗粒分散的要太，新砂 体积膨胀又比旧砂太，所以在生产中要根据实 1 9 9 6年 第 3期 匾 臣 囝 几种砂 子 的热膨 胀 2 3 金属 的浇注温度和型砂的蓄热系数 在金属的热作用下，砂粒间的树脂膜发生 燃 烧，随着温度的提高，型芯的烧毁 层就 不断 向 内部扩大，故金属渗入深度受浇注温度的影响(图 7)。巍 拄 虔 囝 7 浇注温度对渗人深度的影响 过高的浇注温度还会使型芯表面发生烧结 或熔化，砂粒问的空隙困砂粒被烧结而变大，使 铸件粘 砂和金属 渗入 的深度显著增大。由此 可 维普资讯 总 第 2 3 7期 金 属 矿 山 1 9 9 6年 第 3期 知，铸钢件 用原 砂要求 S i O 含量高，对于一 些 特殊铸锕件或部位必要时还要使用蓄热系数高 的特种砂来解决。型芯 的蓄热 系数大，金属 的凝 固速度 快，金 属液 在砂粒 间的空 隙中很快 失去流动能力，故 用蓄热系数高的型砂可使金属的渗入深度小。在树脂砂生产中对于一些特殊 的铸锕件或部 位，常常采用锆 英砂和铬 矿砂来解决 粘砂和金 属 渗透，锫英砂 熔点 高，膨 胀小，只及 石英砂 的 1 6 1 3，导热 系性极好-有资料表 明，用 铬矿 砂混制 的树脂砂浇 注 后，没有出现钢水渗入砂层的现象，铸件表面光 洁，原因是铬 矿砂 有特殊 的高温强度，能承受高 温 钢水 的热 作用(图 8)，使之获得 较好 的抗 金 属渗透的能力 圈 8 三 种砂 的 高温强 度 2 4树脂 目前 我 们采 用 的树脂砂，不论 是冷硬树 脂 砂还是热固树脂砂，所用的人造树脂都是有机 高分子化合物。有机化合物是 以碳氢两元素为 主体 化学性 质是能够燃 烧，其 内部原子间结合 的化学 键属 于共价 键类型，其结构 一般属 分子 结构 由于分子 间引力较 小，目此有机化合物的 溶点较低，所 以树脂 砂高 温强 度持续 的时问短，型芯 有彀 好的 溃 敬性，在 5 0 0 C左 右时残 留强 度已接近零(在所定温度电炉中，保持一定的时 问)。在冷硬树脂成份中。糠醇含量的高低对树 8 脂砂的常温强度和热强度及高温持续时间有很 大 钓影 响 随糠 醇含量的增加，自硬砂的常温强 度、热 强度 和高温 持续 时 闯也得到 提高(图 9、表 2)因此，对于厚大、重型的铸件就要选用糠 醇含 量高 的树脂 作粘结剂，一 般生产 中铸钢件 选用 的树 脂其 糠醇含量要 7 S ，树脂的 加入 量也可适当提高。加 热丑 座 圉 9 树脂 砂的 热强 度 表 2 树脂糠醇含量对高温持续时间的影响 3 防止 粘砂和金属渗 透的措施(1)采用 粒度 合 适 的(铸铁 可用 7 0 1 4 0、5 0 1 0 0目，铸 锕可用 5 0 1 0 0、4 0 7 0目)原砂，必 要的部位和特殊 铸件采用 特种砂，但是 不能 用碱性 砂如橄榄石砂。(2)掌 握好树脂 砂的可 使用 时 间，使 之有 好 的流动性和 一定的紧 实魔，尤其要 注意 加强 热节棱角、凹槽处的紧实，如 能在微震 台上紧实 最好。(3)型 芯表面涂刷耐火涂料，涂层要均匀，并有相应的厚度。总之，冷硬树脂砂的高 温强 度不是很高的，尽管树脂砂 的粘 结强 度较 高，并 且型芯 边角的 强 度 也 很好，但 在 浇注 温 度 1 3 0 0 的情 况 下，对金属渗 透十分敏 感，因此防粘砂和金属 渗 透h 关键是型芯具有 良好的紧实度并一定要使 用 涂 料(收稿 日期 1 9 9 5 1 2 2 8)日 C 4 0 =0 _ 融 晕嚣 目 掉 维普资讯