山东省铸造协会

 
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碱性酚醛树脂砂在铸钢件生产中的应用  (2009/8/8 11:17:42)
标签:     分类:铸造技术
一、前言
在铸件生产过程中,造型制芯工艺占有十分重要的地位,它直接影响铸件的质量,生产成本,生产效率,资源利用及环境污染。
随着科学技术的不断进步,世界贸易的不断扩大,环境保护意识的增强,以及能源紧张、材料涨价等问题的日益严重,对铸造生产和铸件质量提出了更高的要求。
为了适应二十一世纪节能、环保、优质、高效铸造的需要,在铸件生产中使用先进的造型制芯工艺是至关重要的。
先进的造型制芯工艺必须满足下述的要求:1.造型制芯容易操作,型芯质量稳定。2.劳动环境好,对生态环境的污染小。3.生产的铸件质量好,铸造缺陷少;具有较强的市场竞争力。4.生产成本低,生产效率高。5.最大限度地利用自然资源,节约能源。
山推铸钢公司的前身是山推股份公司下属的铸钢分厂,由于环境污染的原因由市区内搬迁到开发区的山推国际事业园内。生产的产品主要是工程机械推土机、挖掘机上使用的普通碳钢铸件和低合金钢铸件。在铸钢分厂时用的是Co2硬化水玻璃砂法造型制芯,在生产中存在型芯质量不稳定、铸件表面容易粘砂、清砂困难、砂眼类缺陷多等问题,再生难,旧砂利用率仅为50-60%。铸钢件的质量不稳定,没有较强的市场竞争力。但国内大多数的铸钢件生产采取的都是水玻璃砂法造型制芯;同时由于铸钢件仅在山推生产的推土机上使用,不存在销售问题,不用考虑成本;因此一直使用水玻璃砂法造型制芯。其间针对上述问题也不断的想办法解决,但也是一直从改善水玻璃砂的性能方面着手,效果不是很理想。值此搬迁的机会,公司领导决定采用一种全新的造型制芯工艺来解决使用水玻璃砂工艺产生的许多问题。经过多次的考察、论证,充分了解了国内外铸造业的发展动态,最后决定采用酯硬化碱性酚醛树脂砂工艺。经过了近三年的生产实践,取得了令人比较满意的结果:采用这种工艺造型制芯操作方便、气味小、铸件光洁、尺寸精度高、砂芯溃散性好,旧砂再生利用率达到85%,具有优良的综合性能。
二、碱性酚醛树脂的现状及发展前景
碱性酚醛树脂是由苯酚和甲醛在碱催化剂作用下合成的,它的固化剂为有机酯。碱性酚醛树脂砂工艺早在1984年就在英国的铸造工业中得到了应用。经过了二十多年的推广应用,现在发达国家的铸钢件生产使用碱性酚醛树脂砂工艺的比较普遍,已经是一种很成熟的工艺。生产中遇到的问题也越来越少,生产出的铸钢件质量稳定。使用这种工艺很容易就达到优质高效的目的,同时也满足了环境卫生和劳动保护方面的要求。反观在国内从八十年代末开始应用,开始应用的时间不算很晚,但是由于国内对铸钢件的质量要求不高,并且水玻璃砂的成本较低,碱性酚醛树脂砂工艺没有得到很好的推广,还不能算是一种很成熟的工艺。因此国内的铸钢件生产使用碱性酚醛树脂砂工艺的也比较少,这也是国内生产的铸钢件普遍质量不好的原因之一。出口铸钢件占生产铸钢件的比例远远低于出口铸铁件占生产铸铁件的比例。
随着世界贸易范围的不断扩大,许多发达国家在全球范围内采购铸钢件。但是由于我们国家生产的铸钢件普遍质量不好,因此占有的市场份额有限。现在如果我们积极推广使用碱性酚醛树脂砂工艺生产出优质的铸钢件,不仅使自己产品质量能够得到提升,争强产品竞争力;同时可以大量出口带来显著的经济效益和社会效益。
三、碱性酚醛树脂砂工艺与Co2硬化水玻璃砂工艺的对比
下面就我公司目前和以前使用的两种造型制芯工艺做一个详细的对比,希望能够让大家对这两种工艺的优劣有一定的了解,为以后的工艺选择提供一些参考。
 
四、碱性酚醛树脂砂在实际生产中的应用
在实际应用过程中,感觉到碱性酚醛树脂砂工艺确实比水玻璃砂工艺先进的多。但是不可避免的也存在一些问题,由于国内碱性酚醛树脂砂工艺的应用不是很成熟,因此有些问题从工具书上寻找不到解决的办法,只好自己尝试解决生产过程中出现的各种问题。对于每个使用碱性酚醛树脂砂工艺生产铸钢件的公司,由于生产铸钢件的种类重量以及实际生产条件的不同,同一个问题的解决办法也不近相同。同样有时一种问题有几种解决的办法,这时就需要根据自身的生产条件选择最适合可行的,这样即可以解决问题,同时又可以使得成本增加的最少。
    下面就我们公司如何解决在实际应用过程中遇到的一些问题做一下详细的讲解。这些问题的解决办法是根据我们公司现有的生产条件制定出来的。有一些方法并不是最佳的,只能说是最适合我们公司生产的产品及生产条件。对其它铸钢件公司遇到的相同问题,我们公司的解决方法不一定适用,但也许能够起到一定的借鉴,从而找出自己的解决办法。
    1.旧砂的再生利用率
    根据相应的资料显示,日本习惯采用强力再生,树脂残留膜经多次强力摩擦而剥落,再生回用率达90%。山推铸钢公司确定砂再生设备生产能力时,为了达到90%的再生回用率,采用了四级离心再生方式。最初回用率完全达到了90%,但是再生砂的使用强度低,作为背砂使用时经常发生沉箱、塌箱的现象。经过大量的实验分析后发现,再生砂中粒形过细的砂及含尘量偏大,消耗一部分树脂固化剂,从而影响砂型强度。后来对再生设备进行了改造。增强了去除粒形过细的砂及尘的效果,使得再生砂的使用强度得到了很大的提高,基本满足了生产要求。这时的再生回用率是85%。由于我们公司使用的原砂是破碎擦洗砂,可能再生时对粒度的影响较大,因此感觉旧砂再生回用率在85%时,使用效果还算理想。由此得出的结论是:不能太过于追求旧砂再生回用率。原砂来源是破碎砂时,85%的再生回用率应该是比较理想的。原砂来源是海砂时,再生回用率也许能更高一些。
    2.影响树脂固化剂加入量的几方面因素
    ⑴.原砂的粒度:
原砂的粒度过于集中、偏细导致树脂固化剂消耗增加。通过对不同粒度的组合进行对比试验,将原砂粒度组成由原来的40/70目调整为30/70目,使得原砂的粒度组成相对分散、粗细搭配均匀,对树脂固化剂加入量的降低起到了一定的作用。
    ⑵.再生砂的含尘量、灼减量:
    再生砂的含尘量、灼减量的多少直接影响了使用时树脂固化剂的加入量。树脂固化剂加入量太多的话对再生效果也产生不好的影响,形成恶性循环。因此再生后的含尘量、灼减量越低越好。目前我们公司把再生砂的含尘量、灼减量控制在很低的范围以内,满足正常生产使用时需要加入的树脂固化剂的量不是很高,基本上处于一种稳定的循环状态。
    3.砂温与环境温度的差异对生产的影响
    在冬季生产的时候,如果砂温与环境温度的温差超过15℃,将导致砂型的硬化速度不一样,容易导致沉箱砂眼等缺陷。所以应该尽量使砂温与环境温度保持一致。如果做不到一致,也应该使砂温与环境温度的差异保持在15℃以内。
    4.固化剂配比的准确性
    碱性酚醛树脂砂工艺其中一个比较大的优点是不需要改变树脂固化剂的加入量,根据温度的变化改变不同固化剂的对比就可以实现固定的可使用时间和起模时间。我们公司目前主要使用圣泉公司提供的树脂和固化剂,固化剂有快速、中速、慢速三种型号。根据一年四季的砂温的变化,需要不断调整三种固化剂的对比。因为我们公司有两条造型线,一线上的混砂机是进口意大利IMF公司的,二线的混砂机是国产的。通过两条线的生产情况发现了一些差异:意大利IMF公司生产的混砂机具有自动调节功能,使用起来使得固化剂的快慢对比能够与砂温准确的适应,从而使得一线生产运转正常稳定。国产的混砂机普遍没有自动调节固化剂快慢对比的功能,使得固化剂的快慢对比不能很好地与砂温适应,手动调节比较麻烦,而且也不很准确--可使用时间、固化速度不稳定,对砂型强度有影响。通过07年的山东铸协会议了解到圣泉公司开发了一种“A+B+C”固化剂自控仪,自控仪可根据砂温的变化自动调节固化剂配比,可实现在砂温变化下固化速度基本稳定。通过与圣泉公司的联系交流,在圣泉公司的积极配合下已安装完成,目前正在使用中,二线的生产运转也正常稳定。
    5.使用碱性酚醛树脂砂工艺生产铸钢件容易出现的一些质量问题
    ⑴.再生砂的使用对铸钢件质量的影响:
    适合铸钢件生产的几种砂工艺中,碱性酚醛树脂砂最大的优点是可再生回用,使用得当可以有效地降低成本,保证产品质量稳定。与水玻璃砂工艺相比,碱性酚醛树脂砂工艺不容易产生粘砂、砂眼缺陷。但是如果对碱性酚醛树脂砂使用不当,同样容易产生粘砂、砂眼缺陷。一般情况下,旧砂再生后混入一定量的新砂完全可以当作新砂使用。但是对于某些散热性较差的产品则最好用新砂当面砂使用。因为一般情况下砂芯形成的铸钢件部位散热效果都不好,所以制芯全部使用新砂。因为树脂砂发热量大,必须使用涂料刷涂,才能够有限防止粘砂、砂眼等缺陷的大量产生。有的产品甚至需要用涂料刷涂2-3次。
    ⑵.树脂砂发热量大对铸钢件质量的影响:
    由于树脂砂的发热量大,在铸造过程中会增大铸钢件产品结构中有拐角的地方的热节。如果拐角处半径尺寸小的话,很容易产生裂纹、表面缩松、粘砂等缺陷。针对这类问题可以有好几种解决方法。一是适当增大拐角处半径尺寸;二是使用外冷铁;三是可在拐角处使用散热效果好的锆砂或铬矿砂当面砂使用;以及其它的解决方法。以上方法都在使用,有的时候是多种方法同时使用,以达到消除缺陷的目的。
    ⑶.树脂砂的热塑性对铸钢件质量的影响:
我们公司生产的铸钢件中有许多挖掘机上使用的轴座类产品,在最初的生产中发现普遍存在以下问题:一是轴孔加工后发现表面裂纹;二是铸件内腔尺寸普遍偏大,有些尺寸偏大已严重影响了产品在挖掘机上的使用。经过分析分析是砂芯的退让性差造撑的。同样的针对裂纹问题可以有几种解决方法。一是在芯砂中加入一定量的填充物;二是使用退让性好的Co2硬化的树脂砂;三是使用覆膜砂制做壳芯;以及其它的解决方法。这几种方法都在使用,效果都不错。针对尺寸偏差问题就只能是局部增加工艺补正量,也较好的解决了问题。
    任何一种工艺在实际生产使用中,都会产生许多问题。有很多问题只要积极地去解决,都能够找到解决的方法。我们公司使用碱性酚醛树脂砂工艺生产铸钢件已经将近三年了,在期间碰到了许多问题,也解决了很多问题。其它使用碱性酚醛树脂砂工艺生产铸钢件的公司肯定也碰到了许多问题,相信有些问题的解决方法比我们公司的更好更合理。以上只是我们公司的一家之言,希望能够起到抛砖引玉的作用,使得其它公司也把自己的先进经验拿出来让大家学习借鉴。我们可以通过山东省铸协安排的各种活动,多在一起进行交流,相互学习,总结经验,为了国内的碱性酚醛树脂砂工艺的完善尽一点微薄之力。努力地把碱性酚醛树脂砂工艺在国内的应用推广开来,让国内生产的铸钢件质量得到普遍的提高,使得国内的铸钢件生产具有更加广阔的前景
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