呋喃樹脂砂鑄件常見缺陷及防止措施

呋喃樹脂砂鑄件常見缺陷及防止措施季文華作者簡介：季文華(1932-),男，1955年浙江大學(xué)機(jī)械制造專業(yè)畢業(yè)，曾在哈爾濱汽輪機(jī)廠，上海汽輪機(jī)廠，杭州齒輪箱廠從事鑄造技術(shù)工作,1993年退休。摘要：呋喃樹脂砂鑄件質(zhì)量一般比黏土砂鑄件好，但如果原材料選擇、工藝設(shè)計(jì)、造型和制芯操作不當(dāng)，也會產(chǎn)生氣孔、粘砂、脈紋、裂紋、夾渣、硬度不足、滲碳、滲硫和球化不良等鑄造缺陷。對這些缺陷的產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的防止措施。關(guān)鍵詞：呋喃樹脂砂；缺陷；防止措施呋喃樹脂砂鑄件質(zhì)量好，廢品率低，但若在原輔材料選用、工藝設(shè)計(jì)、造型(芯)操作、生產(chǎn)管理等方面控制不當(dāng)，鑄件也會產(chǎn)生不少缺陷，甚至成批報(bào)廢。本文根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)并參閱有關(guān)資料，談?wù)勥秽珮渲拌T件常見缺陷及其防止措施。1氣孔與針孔呋喃樹脂砂透氣性很好，但比各種無機(jī)類鑄型的發(fā)氣量高，綜合看來較易發(fā)生氣體類缺陷。氣體來源有以下幾方面：目前國外先進(jìn)指標(biāo)樹脂加入量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0.6%?0.8%，國內(nèi)為0.8%?1.0%，但也有不少廠家樹脂和固化劑加的很多，樹脂w(N)量過高，加上型(芯)未完全硬化即行澆注等因素，使發(fā)氣量增大，引起氣孔類缺陷。原砂粒度偏細(xì)，透氣性降低(要求粒度是30/70，原砂水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.2%)。涂料質(zhì)量不良或干燥不充分，使砂型(芯)殘留水分較高。舊砂再生不良，使系統(tǒng)中砂的灼減量失控,微粉含量超標(biāo)，造成發(fā)氣量增大，透氣性降低。澆注時(shí)鑄型(芯)尚未充分硬化。工藝設(shè)計(jì)不當(dāng)。如澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不良，澆注速度慢，壓頭過低，砂芯出氣方案不當(dāng)?shù)?。操作不?dāng)引起。如造型(芯)時(shí)未考慮砂芯排氣，合型時(shí)未將砂芯出氣道與砂型排氣孔連通，或出氣口未封好，澆注時(shí)鐵液鉆入，上涂料時(shí)局部堆積嚴(yán)重，以致干燥不充分，芯頭被涂料封死，影響砂芯排氣，澆注速度過慢或斷流，使?jié)沧⑾到y(tǒng)未被金屬充滿。防止措施：樹脂和固化劑加入量要附合標(biāo)準(zhǔn)，要選用糠醇含量高，尿素含量少的低N樹脂。根據(jù)季節(jié)不同，選用合適的固化劑品種，千方百計(jì)降低粘結(jié)劑加入量。充分硬化后，合型澆注，尤其是舊砂再生回用條件下，鑄鋼件樹脂w(N)控制在1%以下，鑄鐵件也應(yīng)控制在2%以下。在混砂前的樹脂中加入占樹脂質(zhì)量2%?0.3%的硅烷，可有效地提高粘結(jié)強(qiáng)度，從而降低樹脂用量。使用濃度較低的揮發(fā)性涂料，點(diǎn)火干燥后，鑄型中有殘留醇分的危險(xiǎn)?？傊苛系臐舛日{(diào)整到“30”波美以上。另外，揮發(fā)性涂料溶劑中可能有變質(zhì)酒精或含水分較高的酒精，點(diǎn)火干燥不徹底，使鑄型內(nèi)有殘留水分，這是產(chǎn)生氣孔的重要原因，故要求涂料中溶劑含水分不大于5%。除了應(yīng)注意涂料的溶劑質(zhì)量外，合箱前還應(yīng)對鑄型進(jìn)行噴火干燥處理。造型后硬化所需時(shí)間隨氣溫、濕度、固化劑加入量、固化劑種類等因素的不同而變化，一般要經(jīng)過十幾個小時(shí)以后才能反應(yīng)完全，未反應(yīng)完全的鑄型發(fā)氣量較高，在冬季尤其應(yīng)注意砂芯最好能做到隔天使用，外型也起碼應(yīng)保持6?8h以上再澆注，起模時(shí)間最好不少于20min，硬化后也不宜久放，否則起模困難。有機(jī)再生砂的灼減量與鑄型的發(fā)氣量成正比，與氣體缺陷有密切關(guān)系，鑄鐵的灼減量應(yīng)低于3%，而微粉含量應(yīng)控制0.8%以下。另外卜，盡量降低砂鐵比“S/M-,為此，對批量重復(fù)生產(chǎn)的鑄件可采用專用砂箱，減少吃砂量，或采用鋼板焊制各種形狀中空箱框或隔板，安放在砂箱轉(zhuǎn)角或代替型砂充填在箱內(nèi)，也可在距型腔一定距離處埋入舊砂塊或泡沫塑料塊等，一般將“S/M”比控制在3以下為宜。澆注時(shí)應(yīng)掌握好速度，決不能中途斷流，澆注開始后還應(yīng)點(diǎn)火引氣等。造型工藝要注意下列情況：樹脂砂的宏觀透氣性很好，但澆注時(shí)有機(jī)物發(fā)氣速度較快，只靠分散出氣還來不及，為及時(shí)排除型腔氣體要適當(dāng)增加上型出氣，在上型的大平面及凸起部位，應(yīng)設(shè)置出氣孔(可在合箱前用電鉆鉆出，或在造型前在木模上放好出氣銷，(扁形規(guī)格80mmx10mm，80mmx8mm，圓形規(guī)格p20mm)。同時(shí)，設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)要注意直、橫、內(nèi)澆道的封閉性，注意直澆道的形狀，防止金屬液發(fā)生紊流，將空氣卷入，使呋喃樹脂燃燒產(chǎn)生更多氣體，通常選用F直:F橫:F內(nèi)=1.5:1.25:1的封閉澆注系統(tǒng)為宜。原則上采用底注較為安全合理。澆注系統(tǒng)要認(rèn)真上好涂料，假如直澆道較深，以陶瓷管來代替。2機(jī)械粘砂原砂粒度較粗，分布過于集中，造成砂粒間隙大，金屬液容易滲入砂型中去，呈“鐵夾砂”狀態(tài)的機(jī)械粘砂。涂料層不良引起。涂料的波美濃度要大于“30”。受熱嚴(yán)酷的厚大部位，可采用雙層涂料,底層涂料有一定滲透深度，面層涂料建立一定涂層厚度。對于鑄鐵而言，石墨涂料仍不失為防粘砂性能優(yōu)秀的涂料，但為了提高熱沖擊的抵抗力，骨料中最好配入20%以上的鋯英粉。型(芯)的緊實(shí)度不夠，使型(芯)表面疏松，穩(wěn)定性差，對機(jī)械粘砂的抵抗力差。新砂的比例高時(shí)，抗粘砂能力較再生砂差。影響砂型表面穩(wěn)定性的其他因素，如使用了超過使用時(shí)間的型砂，砂溫過高等，均降低了抵抗機(jī)械粘砂的能力。3脈紋由于石英砂的SiO2含量高，其膨脹系數(shù)較高，新砂的熱膨脹系數(shù)和涂料熱膨脹系數(shù)低不一樣，澆注受熱時(shí)，砂型的熱膨脹將涂層“拉裂”導(dǎo)致鐵液鉆入砂中與砂凝固在一起，形成脈狀條紋缺陷，并常伴有機(jī)械粘砂，脈紋較易鏟除，克服辦法是舊砂再生回用比例高一些，使膨脹系數(shù)降低，使型砂熱膨脹系數(shù)接近涂料層。4!裂紋呋喃樹脂砂型鑄件的熱裂傾向比水玻璃砂和粘土砂型的鑄件大，這可能是由于樹脂砂型剛性好,熱膨脹系數(shù)大，加上鑄件冷卻速度慢等因素造成的。鑄鋼件發(fā)生熱裂傾向更嚴(yán)重。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚差大的鑄件以及收縮阻力較大的部位，出現(xiàn)裂紋的可能性較大。另外，使用磺酸類固化劑，能引起表面滲硫，在鑄件表面引起微裂紋成為龜裂的特點(diǎn)。防止辦法:提高型(芯)退讓性，如在型砂中添加2%?3%的木粉等潰散劑。造型(芯)時(shí)，背砂中埋入發(fā)泡聚苯乙烯塊，盡量減薄型(芯)的吃砂量，做空心芯等。在易發(fā)生裂紋的部位用鋯砂和鉻鐵礦砂代替硅砂，可明顯減輕裂紋，這是因?yàn)檫@二種材料熱膨脹系數(shù)低。改變澆注系統(tǒng)，使鑄件達(dá)到同時(shí)凝固。在允許條件下，對鑄件結(jié)構(gòu)作合理修改。適當(dāng)降低澆注溫度，對減少裂紋有明顯效果。在易發(fā)生裂紋處設(shè)置防裂筋。特殊情況下，以磷酸代替硫酸類固化劑。合理使用冷鐵和其他激冷措施。5夾渣主要是金屬液與粘結(jié)劑反應(yīng)生成的渣，以及因澆注時(shí)間長型(芯)頂被高溫金屬液烤壞產(chǎn)生的結(jié)疤。前者多發(fā)生在開始流入型內(nèi)的那部分前期鐵液中，并常伴有氣孔缺陷，后者則常發(fā)生在型腔上部和上側(cè)面。防止措施：在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)，按照“快、穩(wěn)、封閉、底注保證壓頭，處理鐵液”的原則，并在有條件的鑄件頂面設(shè)置溢流冒口，將澆注中的冷、臟鐵液導(dǎo)入溢流冒口中，并使其溢出。使用強(qiáng)度高、耐熱性好、發(fā)氣性低的涂料。大平面的平板鑄件澆注時(shí)最好采用傾斜澆注，并在澆口杯對面設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的溢流冒口，可有效地防止大平面上出現(xiàn)夾渣缺陷。6硬度不足呋喃樹脂砂鑄型導(dǎo)熱性差，金屬液冷卻凝固速度慢，會導(dǎo)致錛件硬度偏低。需要注意的是樹脂砂鑄件表層(3mm)硬度比內(nèi)部低10?15HB，所以在測定硬度時(shí)，需除去表層(>3mm)后才能測出正確的硬度值。防止措施：適當(dāng)降低鐵液的CE值，以防止鐵素體的產(chǎn)生。添加少量穩(wěn)定珠光體元素，如：Cr、Cu。提高鑄件冷卻速度，如采用合適的冷鐵和使用碲粉涂料等。適當(dāng)降低澆注溫度。適當(dāng)提早開箱時(shí)間。7滲碳、滲硫與球化不良在低碳鋼及低碳不銹鋼中，會出現(xiàn)鑄件表面層的滲碳現(xiàn)象，滲碳層可達(dá)2?3mm深，用磺酸類固化劑時(shí)，在鑄鋼、不銹鋼或球鐵表面可有1?2mm的滲硫?qū)?造成球化不良或性能惡化。防止措施：解決滲碳問題的辦法是在鑄型涂料中添加適量的氧化鐵等合適的氧化劑，或用鉻鐵礦砂型，上雙層涂料，可減少滲碳層深度。為防止?jié)B硫，已經(jīng)開發(fā)多種含強(qiáng)力脫硫劑的特種涂料，對于球墨鑄鐵，還應(yīng)適當(dāng)增加一些球化劑用量。8鑄鐵尺寸精度超差樹脂砂鑄型能提高鑄件尺寸精度，但實(shí)際生產(chǎn)中因鑄件尺寸超差而報(bào)廢的情況還時(shí)有發(fā)生，原因有以下幾種情況：模型或工裝的變形。一般來說，樹脂砂用模型采用木模即可，而木模若干燥不夠時(shí)，常隨溫度變化而變形。將粘土砂模型或工裝轉(zhuǎn)移到樹脂砂用時(shí)，芯頭間隙、分型負(fù)數(shù)等沒有縮小。收縮量未作適當(dāng)調(diào)整，澆注時(shí)出現(xiàn)漂芯、跑火等情況，都會影響鑄件尺寸精度。樹脂砂的收縮率應(yīng)該為多少，要根據(jù)實(shí)測確定。同時(shí)要注意外型與型芯的區(qū)別，各部位阻力大小的區(qū)別，應(yīng)仔細(xì)進(jìn)行對照試驗(yàn)，好在這種鑄型對于同一尺寸的重現(xiàn)性很好，也不難掌握其收縮規(guī)律。造型及鑄型裝配操作不當(dāng)，模型定位松動等都會引起尺寸誤差。對于要求很高的尺寸，甚至涂料層厚度都會影響精度。第十三章：干燥通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)熟練掌握表示濕空氣性質(zhì)的參數(shù)，正確應(yīng)用空氣的H-I圖確定空氣的狀態(tài)點(diǎn)及其性質(zhì)參數(shù)；熟練應(yīng)用物料衡算及熱量衡算解決干燥過程中的計(jì)算問題；了解干燥過程的平衡關(guān)系和速率特征及干燥時(shí)間的計(jì)算；了解干燥器的類型及強(qiáng)化干燥操作的基本方法。二、 本章思考題I、 工業(yè)上常用的去濕方法有哪幾種？態(tài)參數(shù)？II、 當(dāng)濕空氣的總壓變化時(shí)，濕空氣H-圖上的各線將如何變化？在t、H相同的條件下，提高壓力對干燥操作是否有利？為什么？12、 作為干燥介質(zhì)的濕空氣為什么要先經(jīng)預(yù)熱后再送入干燥器？13、 采用一定濕度的熱空氣干燥濕物料，被除去的水分是結(jié)合水還是非結(jié)合水？為什么？14、 干燥過程分哪幾種階段？它們有什么特征？15、 什么叫臨界含水量和平衡含水量？16、 干燥時(shí)間包括幾個部分？怎樣計(jì)算？17、 干燥哪一類物料用部分廢氣循環(huán)？廢氣的作用是什么？18、 影響干燥操作的主要因素是什么？調(diào)節(jié)、控制時(shí)應(yīng)注意哪些問題？三、 例題例題13-1：已知濕空氣的總壓為101.3kN/m2，相對濕度為50%，干球溫度為20oC。試用I-H圖求解：(a)水蒸汽分壓p；(b)濕度H；（c） 熱焓I；（d） 露點(diǎn)td;（e） 濕球溫度tw；⑴如將含500kg/h干空氣的濕空氣預(yù)熱至117oC,求所需熱量Q。解：由已知條件：P=101.3kN/m2,中0=50%,t0=20oC在I-H圖上定出濕空氣的狀態(tài)點(diǎn)A點(diǎn)。（a）水蒸汽分壓p過預(yù)熱器氣所獲得的熱量為2'=h-k=躅翹=9每小時(shí)含500kg干空氣的濕空氣通過預(yù)熱所獲得的熱量為2=500g'-500*99=49500^=13.&先將例題13-2:在一連續(xù)干燥器中干燥鹽類結(jié)晶，每小時(shí)處理濕物料為1000kg，經(jīng)干燥后物料的含水量由40%減至5%（均為濕基），以熱空氣為干燥介質(zhì)，初始濕度H1為0.009kg水-kg-1絕干氣，離開干燥器時(shí)濕度H2為0.039kg水?kg-1絕干氣，假定干燥過程中無物料損失，試求：（1） 水分蒸發(fā)是qm,W（kg水?h-1）；（2） 空氣消耗qm,L（kg絕干氣?h-1）；原濕空氣消耗量qm,L,（kg原空氣?h-1）；

(3)干燥產(chǎn)品量qm,G2(kg*h-i)o解：qmG1=1000kg/h,w1=40°C,w2=5%H1=0.009,H2=0.0