工艺技术_铸造工艺--铸造用涂料及胶合剂工艺技术

第二篇第四章铸造用涂料及胶合剂 2 4 1铸造用涂料 一 涂料的作用 一 提高铸件表面质量 二 减少铸件粘砂等缺陷 三 加固砂型 减少浇注时的冲砂现象 四 特种用途 例如促使铸件表面合金化等 缺陷名称 涂料脱落 产品名称 压铸模铸造法 消失模铸造材质 球墨铸铁原因 1 涂料烘干不充分2 模样周围填砂不充分 缺陷名称 涂料剥落 产品名称 后铰链铸造法 金属型铸造材质 铝合金原因 1 涂料层厚度不适当 2 涂敷后烘干不充分 涂层与铸型结合不良 缺陷名称 涂料结疤 产品名称 平台铸造法 消失模铸造材质 球墨铸铁原因 1 砂型排气不充分2 消失模铸造时 涂层与铸型结合分离 铸造用涂料 膏 主要是砂型 芯 用的防粘砂涂料 其功用在于增强砂型 芯 的表面强度和稳定性 提高型砂的蓄热性和金属浸透的临界压力 借以抵抗金属液的作用 防止或减少粘砂等缺陷 以减轻铸件清理的劳动量 二 优质涂料应具有的性能和获得条件 一 优质涂料应具有的性能 1 好的悬浮稳定性能 2 有一定的触变性 3 合适的涂层厚度 4 具有适当的渗透性 5 具有足够的耐急热性和高温稳定性 6 好的抗粘砂性 7 低的发气性 8 好的贮存性 9 各种原材料资源丰富 成本低廉 并能满足劳动卫生方面的要求 涂料的悬浮性 是涂料抵抗固体耐火粉料分层和沉淀的能力 用悬浮率 表示 在标准JB T9226 1999 砂型铸造用涂料 中规定 将涂料稀释至使用状态时的悬浮性分为两级 表1涂料悬浮性分级 涂料悬浮性是涂料一项非常重要的物理性能 悬浮性差会给涂敷带来困难 同时影响涂层质量 尤其对于采用流涂方式的涂料 对其悬浮性的要求更高 否则容易导致流涂设施中管路的堵塞 在保证涂料其他性能的前提下 其悬浮率越高越好 凡出现严重沉淀 板结 又称死沉淀 的涂料 除了不易再搅匀外 还会损害其他很多性能 因此不宜使用 涂料流变性是涂料一项非常重要的性能指标 对涂料的涂刷性 渗透性 流平性 不流淌性 涂层耐磨性和抗裂性等许多性能都有着密切的关系 表2涂料流变性与其他工艺性能的关系注 表示正相关 一 表示负相关 0 表示不相关或相关性很小 二 获得优质涂料的条件 三 涂料的基本组成铸造涂料由耐火粉料 载液 悬浮剂 粘结剂和改善某些性能的添加剂所组成 一 耐火粉料 耐火粉料的选定 依浇注的合金类别 铸型采用的材料及可能产生的铸造缺陷来确定 铸铁件涂料最常用的耐火粉料 土片状石墨粉 黑铅粉 石墨涂料缺点 落砂后在表面上会留下一层黑灰 现采用无碳或少碳涂料 例 石英粉 铝矾土等 铸钢件涂料常用的耐火粉料 锆英石粉 刚玉粉 铝矾土粉 莫来石粉 铬铁矿粉 石英粉 镁砂粉 其中锆英石粉既是铸钢 锰钢除外 涂料用的极好的耐火粉料 也可用于铸铁或铜铸件 有色金属涂料常用耐火粉料 石墨 滑石粉等 表3不同铸件材质常用的耐火填料 注 常用 O 不常用 不用 二 载体液体作用 使耐火粉料分散或悬浮在载体内 使粉料保持一定粘度和密度 便于喷涂 浸涂或刷涂到型 芯工作表面 三 悬浮剂稠化载体液体 作用 1 促使涂料中耐火粉料在载体液体中保持悬浮 防止沉淀 分层 2 使涂料具有适当触变性 3 起粘结剂的作用 水基涂料常用的悬浮剂 膨润土 有机高分子化合物 膨润土 高分子化合物复合稠化体系 水基涂料悬浮剂有机高分子化合物 羧甲基纤维素 CMC 海藻酸钠 聚乙烯醇 PVA 田菁植物胶 聚丙烯酰胺 糖浆等 应用较广的是CMC 醇基涂料较理想的悬浮剂 是在乙醇中可溶胀的有机膨润土 通常是用二甲基十八烷基氯化铵 季铵盐 处理钠基膨润土获得的 有机膨润土涂料的特性 具有好的悬浮性 涂刷性和流平性 但有机膨润土价格昂贵替代材料 直接使用钠质膨润土作醇基涂料悬浮剂 优点 价格低 容易制备 缺点 载体乙醇很快就深深渗入砂芯内 对砂芯工作表面强度破坏较大 表面的涂层来不及流平 有较明显的刷痕 目前采取措施 1 补加其它合适的悬浮剂和粘结剂 使乙醇增粘 降低其渗透速率 减少渗透深度 2 综合使用钠质膨润土和有机膨润土 四 粘结剂作用 使涂料中的耐火粉料粘结在一起 并粘附到型 芯工作表面 水基涂料常用的粘结剂分类 低温和高温粘结剂 低温型粘结剂 CMC 羧甲基纤维素 海藻酸钠 水溶性合成树脂 PVA 聚乙烯醇 聚醋酸乙烯乳液 乳白胶 淀粉 糖浆 亚硫酸盐纸浆废液等 高温粘结剂 钠水玻璃 硅溶胶 膨润土 普通粘土 聚合磷酸盐等 醇基涂料用的粘结剂 热塑性低温粘结剂聚乙烯醇缩丁醛 松香 漆片 虫胶 等 缺点 受热变为液态 不耐金属热冲刷 不适合大件使用 较高温或高温型粘结剂 有热固性酚醛树脂 加入了六亚甲基四胺的线型酚醛树脂 硅酸乙酯等 受热后不出现液态 可用于大铸件 为什么不宜选用普通粘土作悬浮稳定剂或粘结剂 普通粘土是铸造生产中常用的一种牯结剂 是一种天然土状的细颗粒材料 主要有高岭石类粘土矿物所组成 其晶体结构为两层型 遇水后水分子难以侵入晶层之间 粘土颗粒不产生晶间膨胀 因此吸水率和膨胀性都比较小 湿态粘结性较低 膨润土主要为蒙脱石类粘土矿物 其晶体结构为三层型 晶体之间的连接不牢固 水分子不仅能润湿晶体的表面 同时也能渗入晶体的内部而分布在各单元的表面 使膨润土具有晶体内部膨胀和晶体长大的特性 并且有好的吸水膨胀性 胶体分散性 可塑性和湿态的粘结性能 五 改善某些性能的其他添加剂 1 表面活性剂 用以改善涂料对型 芯表面的浸润 渗透能力 2 消泡剂 消除涂料在制备或搅拌时所引起的气泡 以及醇基涂料的涂层在点燃干燥时可能产生的气泡或麻坑 3 防腐剂 防止涂料中海藻酸钠 纤维素衍生物 糖浆 淀粉等多糖类有机物发酵变质 可应用的有甲醛液 酚类及其衍生物等 4 防潮剂 涂料中含水溶性粘结剂和悬浮剂较多时 在形成涂层以后 常能吸收空气中水分使涂层性能恶化 加入少量起偶联剂作用的硅烷或某些表面活性剂有一定防潮效果 5 减水剂 要求涂料的粘度不增高又能降低水的质量分数时 可适量加入减水剂 四 涂料的配制涂料按耐火粉料的耐火程度分 高 中 低耐火度三类涂料 低耐火度涂料主要以滑石粉等为基本粉料 侧重用于轻合金 中耐火度涂料常用石墨 石英粉构成的涂料 主要用于铸铁和铜合金 高耐火度涂料是用非硅质的 热稳定性好的材料作耐火粉料 主要用于铸钢和特别厚实铸铁件 按所用载体分 水基 醇基和其他有机溶剂涂料 按耐火粉料分 不含碳基的 碳基的 具有冶金效应的 一 水基涂料的配制水基涂料中耐火粉料的质量分数应尽量高 以减少涂层在烘干或硬化后的收缩 并应能一次刷成较厚的涂层 但其含量应与悬浮剂等匹配 以保证有好的涂刷性等工艺性能 配置水基涂料应注意以下5点 1 铸造用水基涂料是用水作分散介质 水的硬度即水中碳酸盐含量对涂料性能有影响 但影响不大 因此一般可用普通自来水作分散介质 2 配制铸造用水基涂料前 需先将膨润土加水浸泡 高分子化合物应预先配制成溶液 3 配制锆砂粉或石墨粉水基涂料时 可用搅拌机搅拌 用其他耐火填料配置的水基涂料 最好用球磨机 碾压机或胶体磨配制 4 铸造用水基涂料应贮放在干净的料桶内 长期贮放或在夏季 为了防止水基涂料中的有机物质腐败变质 常加防腐剂如麝香草酚 五氯苯酚 五氯酚钠 苯甲酸钠 工业甲醇溶液 加人量0 025 等 5 有的涂料在制备时会含有大量气泡 为避免涂层中的气泡破裂而损坏涂层表面 可在涂料中加适量的消泡剂 常用的消泡剂有正丁醇 正戊醇 正辛醇 加入量一般为0 02 制备铸钢用水基涂膏时应注意以下3点 1 通常应选用耐火度高的特种砂作耐火填料 配制涂膏用的锆英砂 铬铁矿砂的粒度应为0 154 0 071mm 100 200 镁砂应 5mm 2 配制时应先加干料 然后加入液态粘结剂和水 整个混碾时间为10 20min 碾压均匀后才可使用 3 涂膏一般是当天使用当天配制 如需贮放或在夏季 为防止有机粘结剂糖浆等发酵变质 应加入为糖浆量1 的幅尔马林 使用时还应注意 涂抹涂膏时要压紧压实 厚度通常为5 7mm 为了保证铸件的尺寸 上涂膏前 先将砂型 芯 刮去一层然后再上涂膏 上完涂膏后再刷一次稀涂料 自然凉干 一般不少于4h 再按规定的烘干工艺进行烘干 制备实型铸造涂料时应注意的问题 由于实型铸造用涂料是涂敷在泡沫塑料模样上的 因此在制备实型铸造用涂料时应注意 1 涂料应有很好的涂挂性和附着强度 2 不与模样发生化学反应 3 有较高的高温透气性 4 能在空气中自然干燥或经50 60 烘干 5 涂层有足够的强度和刚度 制备V法造型用涂料时应注意的问题 涂料是涂敷在塑料薄膜上 因此在制备V法造型用涂料时应注意 1 涂料应与塑料薄膜有良好的附着性能和涂挂性能 2 应能快速自然干燥或在50 以下烘干 二 醇基涂料的配制1 醇基涂料的涂层在点燃后即硬化 不用进窑烘干 其与自硬砂或湿型配合 可使造型 造芯不需烘干工序 既缩短生产周期 节约能源 减少烘干设备投资 又提高铸件表面质量 减少铸件清理劳动量 2 醇基涂料使用的耐火粉料常根据铸件的材质和壁厚选用 所用载体液体国外常用异丙醇 我国常用工业酒精 乙醇 常用粘结剂为液体酚醛树脂和硅酸乙酯 常用悬浮剂 稠化剂 为有机改性膨润土 制备铸造用有机溶剂涂料时应注意的问题 1 铸钢生产中使用的硅石粉和镁砂粉醇基涂料仅限于水玻璃砂型 芯 浇注中 小型铸件热节部分易出现粘砂的地方 局部涂刷使用 配制时 应先将松香压碎 加入酒精或汽油中使之溶解 待全溶解后 再加入糊精 硅石粉或镁砂粉 搅拌均匀 2 铸铁生产中添加沥青制取醇基涂料时 应先将沥青加热熔化后加入糊精和松香进行搅拌 然后再加入汽油搅拌均匀 最后再加入石墨粉继续搅拌均匀为止 3 为增加涂料的渗入深度 可加入渗透剂 效果好的有乳百灵 OP 10 是一种非离子型的表面活性剂 化学名称为聚氧乙烯烷基醇醚 五 涂料的涂敷方法及特点 一 主要涂敷方法 5种 1 刷涂法是涂敷涂料最常使用的方法 在刷的作用下触变涂料变稀 使涂料的渗入深度较大 也可避免涂层过厚 2 浸涂法是将砂芯浸没在涂料槽中 经过一定时间从槽内取出 用振动或旋转或摔动或刷子去除多余涂料 3 喷涂法使用压缩空气及喷枪使涂料雾化的涂敷方法 4 流涂法是将涂料用泵打出经喷嘴将涂料喷洒在大砂芯表面 多余的涂料流入下部集液槽中可继续使用 静电喷涂 借高压直流电形成强大静电场 使粉末涂料微粒在喷枪头部的电晕放电区带电 在电力场和风力作用下向异极性砂芯 型 表面迅速集积成涂层 加热使涂层中粘结剂软化重熔建立涂层强度 二 涂敷方法的特点 1 刷 刷涂最简单 但要求工人有熟练的技术 劳动强度大 生产率低 2 浸 生产效率高 材料消耗量低 容易得到光洁的涂层表面 容易实现机械化 3 喷 载液消耗量大 醇基涂料喷涂时 洒精雾化散入空气的量大 对环境污染比较严重 并易引起火灾 适用于大面积的型 芯表面和多层喷涂 4 流 是一种新型快速的施涂方法 适用于没有凹腔的大砂芯 生产率较高 但需要有操纵大型砂型 芯 的专门设备 涂料常见的缺陷及防止措施 涂料常见的缺陷及防止措施 涂料常见的缺陷及防止措施 涂料常见的缺陷及防止措施 涂料常见的缺陷及防止措施 涂料常见的缺陷及防止措施 涂料常见的缺陷及防止措施 涂料常见的缺陷及防止措施 涂料常见的缺陷及防止措施 涂料常见的缺陷及防止措施 涂料常见的缺陷及防止措施 六 涂料的新进展 1 发展趋势 涂料颜色由黑色转向浅色 载体由采用载液朝尽可能少用或不用载液或主要用水 涂覆方法由手工转向机械 静电和采用更能保证型 芯尺寸精度的工艺 干燥由全烘干朝快干和靠物理化学反应自硬 涂料效用由一般防粘砂朝充分利用涂料达到冶金化的目的等的方向发展 2 部分进展 1 水基自干触变型涂料 用水作载液 但能自然干燥和硬化 含固量相当高 所用粘结剂为聚乙烯醇 聚醋酸乙烯乳胶 钠水玻璃 磷酸盐等有机或无机材料 悬浮剂为活化膨润土 CMC 海藻酸钠等 此外还可加入减水剂等 这种涂料安全 无毒 价格低 常常既可用于树脂砂和粘土砂 也可用于酯自硬水玻璃砂的型 芯 2 有机自干涂料 靠有机溶剂挥发固化 常用的有机溶剂为氯化烃 如三氯甲烷 三氯乙烷 二氯甲烷等 这类溶剂在空气中允许的浓度较低 使用时要加强通风 3 转移涂料 在模样或芯盒表面涂覆涂料 填砂脱模时 该涂层留在型 芯表面 这种涂料可以防止涂层对砂型或砂芯尺寸精度的不利影响 4 无溶剂型粉末涂料 只在耐火粉料如锆英粉 石英粉等颗粒表面包覆一层树脂粘结剂 例如 热塑性酚醛树脂和六亚甲基四胺的混合物 膜的粉状涂料 5 具有冶金效用基料如含碲 铋 铬 铝 硅 钻等的涂料 这是利用涂料来调节铸件表层的化学成分 改善铸件表面质量 制备转移涂料时应注意的问题 1 用喷涂法时应具有良好的喷涂性 涂敷后载体能很快挥发 2 涂层具有足够坚韧的自身强度及与型 芯的附着强度 3 有一定的塑性 4 涂层与芯盒或模样表面的附着力小于涂层与型或芯的附着力 2 4 2胶合剂及修补材料 一 胶合剂1 胶合剂是用来胶合两半个砂芯 以及用来作修补砂粘于砂芯缺肉掉角处的粘结剂 2 胶合剂胶合的强度取决于胶合体本身的内聚强度和胶合剂与胶合面之间的附着强度 3 为增加附着强度 要求胶合剂能渗透到砂粒孔隙中去 硬化之后 就象许多小钩子似的把胶合的芯或型连接在一起 即靠机械作用结合 4 胶合剂浓度不能太大 便于渗透到被胶合的砂芯 或型 面的砂粒间孔隙中去 5 通常在常温下进行 有时需热胶合 100 200 胶合面厚度尽量减小 以使铸件有好的尺寸精度 6 胶合剂强度的测定是将被胶结的砂芯制成 8 字形抗拉试样 拉断后敷上胶合剂 硬化后再拉断 得出粘合强度值 7 热壳型用无机胶合剂 a 钠水玻璃100 按质量 复合强化填料23 复合促凝剂3 5 表活剂适量 b 粉状酚醛树脂撒在处于热态的壳型分型面上压合 c 呋喃树脂与酸催化剂同时涂在处于冷态的壳型分型面上压合 二 修补材料1 修补砂 用于修补烘干或硬化后的砂芯表面缺肉 掉角以及堵塞工艺孔等处 2 泥膏 用来修抹装置好的砂芯接缝及砂芯表面破皮处 3 修补膏 供修补已上好涂料并已干燥的砂芯表面粗糙部分及细裂缝处用 2 4 3分型 脱模 剂 脱模剂 称分型剂 是在造型造芯过程中 在模样 芯盒工作表面覆盖一薄层可以减少或防止型砂 芯砂对模样或芯盒的粘