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              鑄造用砂常識

              文章來源:本站    時間:2020-05-22 09:02:43

              鑄造用砂常識


              潮模砂、粘土砂、水玻璃、覆膜砂、樹脂砂 都屬于鑄造中的砂鑄,不過是不同的粘結劑的區別。潮模砂、粘土砂、濕型砂是一樣的,粘結劑都是普通粘土或膨潤土,由于在混砂過程中要加入水,所以就叫潮模砂。水玻璃砂的粘結劑是鈉水玻璃,一般通過吹二氧化碳硬化或加硬化劑自硬化。覆膜砂的粘結劑一般是酚醛樹脂,有微毒,一般用來說砂芯用。樹脂砂的粘結劑為呋喃樹脂,樹脂砂造型在澆注后發氣量比較大。目前用樹脂砂造型的鑄件質量在砂鑄中。水玻璃砂是用來做型殼的一種材料,也可做粘結劑,并非一種獨立的鑄造方法
              主要有兩種使用方法:
              1,石英砂+水玻璃(做粘結劑用)做好砂型,通入二氧化碳快速固化
              2,失蠟鑄造制殼工序時,加入水玻璃做粘結劑
                      水玻璃的蠟很軟的,硅溶膠的蠟很硬。硅溶膠的產品表面比水玻璃的好。兩者只是在制造型客質量上有差別,硅溶膠制造出來的型客更適合精密鑄造,制造出來的產品表面光滑度好 ,變形小 ,縮水比率小,且尺寸精密 不需要二次加工。但是硅溶膠做的基本都是小產品,水玻璃消失模做的產品相對較大。兩者只是在制造型客質量上有差別,硅溶膠制造出來的型客更適合精密鑄造,制造出來的產品表面光滑度好 ,變形小 ,縮水比率小,且尺寸精密 不需要二次加工。水玻璃的蠟很軟的,硅溶膠的蠟很硬。硅溶膠的產品表面比水玻璃的好。原理都是一樣的 兩者用的蠟、面砂、粘接劑 都不一樣產品的質量有明顯區別的。國外基本都是硅溶膠工藝,水玻璃工藝應該國內更多一些。還有水玻璃清砂比較麻煩,因為水玻璃會燒結在鑄件表面
              硅酸鈉的水溶液俗名水玻璃好像也叫泡花堿,水玻璃砂具有價格低、強度高、無毒等優點,在鑄造生產中獲得廣泛應用,但是由于其潰散性差,因此不能完全取代其它粘結劑。改善水玻璃砂潰散性的措施有多種,但均不能達到令人滿意的效果。二氧化碳水玻璃砂由于造型效率高,鑄型不用烘烤即能澆注等特點,因而在鑄鋼件及部分鑄鐵件生產上得到較廣泛的應用。但長期以來,這種型砂存在潰散性差和舊砂再生麻煩二大難題,從而大大限制了其更廣泛的應用。近年,隨著技術的進步,出現了水玻璃改性及改善潰散性的添加劑等方法,使潰散性差的問題正在逐步解決;舊砂再生問題也出現了若干解決辦法,筆者采用濕法再生技術,能少投資,高再生回收率,環保性好,低成本解決這一難題。特點:設備簡,投資少,再生回收率高,環保性好,成本低.
              1:設備簡:簡易磁選,破碎,攪拌水洗機,清水池,污水池,污水處理池各一個,水泵兩臺。
              2:投資少:年產千噸鑄件廠,只須投資數萬元。
              3:再生回收率高:舊砂再生回收率大于90%。
              4:環保性好:洗砂污水經處理后循環使用,實現污水零排放.舊砂再生過程為濕法操作,環境基本無粉塵.
              5:成本低:每噸舊砂再生回收成本低于30元。
              水玻璃固化砂工藝
              最近十多年來,人們對于水玻璃的基本組成和“老化”現象實質的認識深化和新型硬化工藝的開發等兩方面均取得了突破性進展,在型芯砂保持足夠的工藝強度的條件下,水玻璃加入量(質量分數)可降至2.5%.~3.5%.,從而使水玻璃砂長期存在的潰散性差、 舊砂不能回用的問題得到了較好的解決。水玻璃砂的硬化方法可分為:CO2氣硬法和自硬法兩種,熱硬法已很少采用。
                  1.CO2氣硬法
                  此法是水玻璃粘結劑領域里應用最早的一種快速成型工藝,由于操作方便、使用靈活、無毒無味、在國內外大多數的鑄鋼件生產中,得到了廣泛的應用。
                  (1)硬化原理和特點 水玻璃的出現已有三百多年歷史,由于它的成分十分復雜、多變,它的基本組成一直沒有搞清楚,對水玻璃的研究主要停留在宏觀的層次上。近年來,多種先進測試手段的開發,可深入到分子范疇進行分析和研究,并發現,新制備的水玻璃是一種真溶液;但是在存放過程中,水玻璃中硅酸要進行縮聚,將從真溶液逐步縮聚成大分子的硅酸溶液,最后成為硅酸膠粒。因此,水玻璃實際上是一種由不同聚合度的聚硅酸組成的非均相混合物,易受其模數、濃度、溫度、電解質含量和存放時間長短的影響。
                  水玻璃砂吹人CO2氣體硬化時,水玻璃的表層因吸收COz而其模數升高和脫水,在酸化和脫水兩重作用下,迅速硬化而形成初強度。已固化的表層水玻璃阻礙了CO2往深層滲透,內層水玻璃只能靠脫水而繼續增加強度。此法缺點是:型芯砂強度低,含水量大,易吸潮,潰散性差,目前大多用于中、小型鑄鋼件生產。
                  (2)水玻璃的改性 水玻璃在存放過程中分子產生縮聚,形成膠粒,可使其粘結強度下降20%~30%.,這一現象稱為水玻璃老化。為了消除老化,必須對水玻璃進行改性,目前改性的方法有物理改性和化學改性兩種。物理改性是用磁場、超聲波、高頻或加熱等辦法,往水玻璃中供給能量,使已聚合的膠粒解聚,聚硅酸分子重新均勻化。這種改性對高模數水玻璃有效,但是存在重新老化的問題?;瘜W改性是往水玻璃中加人少量化合物,這些化合物均含有羧基、酰胺基、羰基、羥基、醚基、氨基等極性基團,通過氫鍵或靜電將其吸附在硅酸分子或膠粒表面,改變其表面位能和溶劑化能力,提高聚硅酸穩定性,從而阻止老化進行。例如往水玻璃中加人聚丙烯酰胺、改性淀粉、聚磷酸鹽等,均取得了較好的效果。
                  (3)發展前景 采用水玻璃改性來提高其粘結能力,往往增加了生產成本和工藝復雜化。近年來,日本又開發了VRH法,此法是先把砂粒間空隙中的空氣抽去,再吹入CO2氣體,使鑄型迅速硬化成型。此工藝可使水玻璃加入量(質量分數,下同)降至 3.0%.以下,而CO2用量僅為原來的1/10。最近又有作者提出往水玻璃砂中加入一種無機物,經高溫作用后,在常溫時粘結橋上會形成大量孔洞,使型芯砂在不受外力作用下,自行潰散的新工藝。
                  2.酯硬化法
                  (1)硬化原理和特點 此法是采用液體的有機酯作水玻璃的硬化劑。有機酯在強堿性水玻璃溶液的作用下,水解為醇與酸。醇有很強的親水性,它可奪去水玻璃的水分,構成它的溶劑化水。酸與水玻璃反應,析出醋酸鈉,它也有一定的親水性,能奪取水玻璃的水分,構成它的結晶水。在酸化和脫水雙重作用下,使水玻璃砂硬化。這種硬化工藝可使型芯砂具有很高的強度,不僅水玻璃加入量可降至3.0%以下,而且硬透性和抗濕性均好,適用于各種大型鑄鋼件的生產。缺點是型芯砂硬化速度慢、脆性大和流動性較差。
                  (2)主要原材料及型砂的工藝控制 酯硬化的水玻璃砂用原材料有硅砂、水玻璃和液體有機酯,這些材料的質量和合理選用將直接影響工藝成敗、鑄件質量和生產成本。對酯硬化水玻璃砂來說,盡管對硅砂的要求不像樹脂砂那樣嚴格,為了降低水玻璃加入量,硅砂應滿足如下要求:泥的質量分數≤1.0%,水的質量分數≤0.5%.,細粉的質量分數<1.0%.和角形系數≤1.3。水玻璃應達到國家專業標準ZBJ31003—88的要求。嚴格控制水玻璃的模數是成功應用此工藝的關鍵,應根據季節和室溫加以調整:夏季,M=2.2~2.4,其余季節,M=2.4~2.6,有條件時,最好對水玻璃進行改性,消除老化現象。目前用于鑄造生產的有機酯有:丙三醇醋酸酯、乙二醇醋酸酯、二甘醇醋酸酯和丙二醇碳酸酯等,加入量(質量分數)占水玻璃的8%~12%。有機酯是決定酯硬化水玻璃砂的工藝性能和生產成本的關鍵材料,必須嚴加選擇,即應根據型、芯的大小和水玻璃的模數,合理選用不同型號(快酯、慢酯或混合酯)的有機酯。大型鑄件的混砂可采用連續式混砂機,造型、制芯均為手工操作。
                  (3)發展前景  加入某些附加物,形成復合水玻璃,起著助粘結劑作用,能進一步提高水玻璃的粘結性能,如加入磷酸鹽、硼酸鹽或鋁酸鹽等附加物。另外,應用較廣泛的有機酯硬化劑,因其價格高而影響了該工藝的推廣應用,有人又提出了一種無機酸和有機物配制成的硬化劑,其主要成分為磷酸、磷酸鹽和尿素,這種新型硬化劑不僅生產成本低,而且,型芯砂具有較好的潰散性。
              水玻璃的化學成分
                       水玻璃是由堿金屬氧化物和二氧化硅結合而成的可溶性堿金屬硅酸鹽材料,又稱泡花堿。水玻璃可根據堿金屬的種類分為鈉水玻璃和鉀水玻璃,其分子式分別為Na2O.nSiO2和K2O.nSiOz.式中的系數n稱為水玻璃模數,是水玻璃中的氧化硅和堿金屬氧化物的分子比(或摩爾比)。水玻璃模數是水玻璃的重要參數,一般在1.5-3.5之間。水玻璃模數越大,固體水玻璃越難溶于水,n為1時常溫水即能溶解,n加大時需熱水才能溶解, n大于3時需4個大氣壓以上的蒸汽才能溶解。水玻璃模數越大,氧化硅含量越多,水玻璃粘度增大,易于分解硬化,粘結力增大。 
                      水玻璃的生產有干法和濕法兩種方法。干法用石英巖和純堿為原料,磨細拌勻后,在熔爐內于1300-1400℃溫度下熔化,按下式反應生成固體水玻璃,溶解于水而制得液體水玻璃 
                      濕法生產以石英巖粉和燒堿為原料,在高壓蒸鍋內,2—3大氣壓下進行壓蒸反應,直接生成液體

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