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树脂砂铸造法的工艺应用实践与研究 
作者:     类别:技术交流     日期:2016-5-29 13:10:37     访问:3090

  树脂砂铸造法的工艺应用实践与研究

  信息来源;宁波市铸造协会

    根据我国汽车工业发展的需要,从国外引进车用变速器,与引进的91系列重型汽车配套使用。变速器壳体以及前后壳盖体是变速器的主体构件。变速器壳体外形如图1所示,铸件几何形状复杂,凸台及装配位置孔众多,且相关尺寸精度高,材质为H T250。

                    树脂砂铸造法的工艺应用实践

树脂砂生产线设备从日本引进。

1. 科研产品铸造用树脂砂材质状况

在产品科研试制生产中,选用都昌擦洗砂,其质量状况如表1。经工艺测试筛选,都昌擦洗砂颗粒组成如表2。

表1 都昌擦洗砂化学成分

项目

SiO2

 粒度

含泥量

含水量

灼减量

含量(%)

>85

55/100

<0.3

<0.3

<0.55

 

表2 都昌擦洗砂筛选粒度组成数值

筛号

28

45

55

75

100

150

200

底盘

质量分数(%)

0.3

4.2

8.1

60.4

19.2

7.1

0.6

0.1

都昌擦洗砂用于配制树脂砂的优点:

(1)SiO2在原砂中的含量较高,达到85%以上,可以减少树脂用量,并会增高树脂砂强度。

(2)含泥量低,不仅能控制树脂及固化剂用量,并能防止粘土与碱性氧化物结合,对固化剂产生中和作用,同时还可以避免对其树脂砂透气性和强度带来的不利影响。

(3)以75目为中心(60.45),相邻3筛(55/100)总数达到87.7%,粒度分布均匀。

所用FFD-131树脂质量技术标准如表3。

表3  FFD-131树脂质量指标

糠醇含量

含氮量

粘度

密度

游离甲酫含

PH值

W(%)

W(%)

(Pa.s)

(20℃)

量W(%)

>50

≤9.0

≤0.15

1.15—1.25

≤1.0

6—8

 

选用中速固化剂FFD-G04甲苯磺酸,主要质量技术指标如表4。

 

表4 铸造用树脂固体剂FFD-G04甲笨磺酸技术指标

总酸

(以H2SO4计W%)

游离硫酸

W(%)

外观

备注

18.5—22.0

≤3.0

深棕色油状液体

冬季无明显沉淀

此种固化剂固化速度缓和,型砂可用时间长,固化后强度高,并可以按季节变化增减其加入量来控制固化速度。

1.     2树脂砂生产设备使用性能的测试与工艺验证

(1)         混砂设备出砂量的测试验证

对设备出砂量进行了称重验证,测定结果为50kg/min,用以表明设备的正常运转能力。在此基础上对出砂口拖板刻度进行了称重计量,测出的新砂和旧砂在出砂口各刻度表示的出砂量,其测试数据概况如图2所示,为树脂砂的型砂定量提供了条件。

(2)         呋喃树脂和固化剂流量的测定

 为了摸清在型砂配制过程中呋喃树脂和固化剂与控制柜流量表的关系,用量筒对流量刻度逐个进行测定,其测试验证结果列入图3和图4。

从图示表明,树脂流量刻度从10至100时恰时好是605ml/min;固化剂从10至100是295ml/min,即呋喃树脂流量为600L/min,而甲笨磺酸流量为30L/min,达到了设备规定的额定流量。

2关于树脂砂工作性能的工艺验证

2.1产品科研试制生产用树脂砂配制成分列表5,按表5配制成分的树脂砂,其工艺使用性能如表6。

表5 树脂砂使用材料及配制成分概况

原砂

(50-100)

回用砂

FFD-131呋喃树脂

固化剂(FFD-G04

甲苯磺酸)

10-20

80-90

1.3-1.5

30-50

表6  树脂砂工艺使用工作性能数据

抗拉强度/(Kg/m2

可用期/min

 脱模时间/min

工作温度/℃

3.96-4.32

40

35

10-20

2.2树脂砂硬化及有效使用时间与强度关系的测定

按照上述配方,对树脂砂硬化及可使用工作时间与其强度关系进行了测定,其测试曲线如图5。

产品科研试制生产实践证明,按上述测试曲线表把铸型(型芯)脱模操作控制在最佳状态,即可以降低铸型(型芯)的破损率,减少铸型(型芯)的修补工作量,同时还操持了铸型(型芯)的几何尺寸的准确性,所以是应用树脂砂的重要工艺节。

2.3回用砂工艺性能变化的测定

(1)利用树脂旧砂需进行回用再生处理,把旧砂中残留的粘结剂去除一部分,同时除去砂中混入的杂质、微尘以及燃烧后的残留物,使型砂保持一定的粒度组成。

在科研试制生产中,通过测定砂的灼烧减量来了解砂中残留有机物质的数量,其计算公式为:灼烧减量(LOI)%=W1-W2*100%

                         W1

 

式中 W1―――灼烧前砂样重量(克);

   W2―――灼烧后砂样重量(克)。

工艺实验证明,灼烧减量检测砂中残留粘结剂的累计速率,随回用偱环次数增加而增加,但增长率依次下降,增加至某一数值时,即达到饱和状态。工艺实践表明,一般经过10-15次偱环后可以达到稳定值,如图6。

(3)         国际上沿用多年的灼减量计算公式为:

PS=   B(1-R2)(1-R3)        (2)

   1-(1-R1)(1-R2)(1-R3)

 

式中 PS――灼烧减量的稳定值(%)

   B――每次粘结刘加入总量(%)

   R1――每次新砂补充量(%)

   R2――某一砂铁比下浇注的燃烧去膜率(%)

   R3――旧砂通过再生设备去除树脂膜的生膜率(%)

(3)为了保证铸铁件不引起气孔缺陷,需将型砂的LOI值控制在2.5%-3.5%以下,根据公式(2)必须做到以下几点:①树脂粘结剂加入总量B与灼烧减量成正比;②新砂量R1补允得越多,灼烧减量越降低;③灼烧去膜率R2越高,灼烧减量越低;④再生去膜率R3越高,灼烧减量越低。

根据上述要求,为了降低偱环使用型砂的灼烧减量,从工艺上采取了以下办法:①先用粘结强度高,含氮量少的优质高呋喃树脂,以及选用表面光洁,粘度分布及颗粒形状较好的 原砂,以降低树脂及固化剂加入总量B;②适当加大新砂补充量R1;③降低砂铁比,提高燃烧去膜率R2。

设型(芯)砂与所浇注金属的比值――砂铁比为(S/m),则:

R2=65/(S/m)%

根据一般生产工艺情况,(S/m)值应达到3.0在右,根据公式(3),R2为2.2%左右。

3铸造工艺制订和工艺参数的选择

3.1产品科研铸造工艺技术设计

国产化铸造生产工艺设计以变速器壳体为示例。

采用从壳体两轴孔中心连线处分型的方法,2道内浇口将铁液从两边中部引入型腔,其浇注系统工艺设计方案为:∑F内:∑F横:∑F直=1.0:1.4:1.2

式中 ∑F内=8cm2

∑F横=11.2cm2

∑F直=9.6cm2

 

3.2铸型(芯)工艺参数的选择与生产操作要点

(1)型芯制备工艺参数的选定

①铸造收缩率:确定为0.8%-1.0%。

②铸造拔模斜度:取1/1000-4/1000

③铸造加工余量:为3-4mm

(2)制芯的造型生产操作要点

①铸造砂箱的吃砂量:砂层的厚度与铸件壁厚的比例约为2.5:1.0(即铸件壁厚为10mm,而砂层厚度为25mm)。

②掌握当班砂温、温度和气候条件,根据实际情况调整配方,作好生产前的准备。

③泥芯尽量挖空,并在不易挖空处通过尼龙排乞,保证通气系统畅通,铸型上表面应插

○10mm气眼,便于排气。

④严格控制模时间和起查勘强度,避免硬化不够造成粘模,或硬化过度而脱模困难,以致型(芯)块状破损。

⑤如出现块状破损的型(芯),在硬化1h后用巾结剂粘合修复。不成形的非规则局部部破损,先挖砂扩大成倒楔形,用新混砂修补的部位应有>2.0MPa的抗压强度,同时要保证几何尺寸准确无误。

3、总结

    采用树脂砂对国外引进的变速器壳体等进行国产化技术开发,应先在试制定型的基础上进行小批量生产,以考查验证科研试制的铸造工艺数据。经全面机加工,以及装机随车使用于各种型号载重汽车,在国产化各种重型汽车的运行实践证明,铸件质量良好,经考核鉴定,产品达到了国外厂家的有关技术标准,实现了引进产品国产化。

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