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          粘土湿型砂及其控制要点(五)
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           混砂和型砂主要性能的控制

          混砂的主要作用是:将型砂中各组分混合均匀,尽可能地使水分润湿膨润土,成为粘土膏,并使粘土膏涂布在砂粒表面上。目标是使型砂具有与造型方法和所用设备相适应的性能。目前,需要严加控制的性能主要是可紧实性和强度。

          由于粘土膏是半固态粘性物料,达到上述目标所需的能量很大,如果混砂设备的功率不高,或混砂时间不够,粘土就不能充分发挥其粘结作用,导致型砂的强度不高,其它性能也不好。

          如果增加型砂中的水分,使粘土膏的水分增高、粘度下降,就可以减少涂布粘土膏所需的能量,即混砂时间可以缩短。但是,由于粘土膏的粘度下降,型砂的湿强度急剧下降,其他性能也随之改变,这种作法实际上是不可取的。

           l、混砂时的加料顺序

          为了减少混砂所需的能量,采用合理的加料顺序是很重要的。

          很多工厂混砂时都习惯于先加干料(砂和膨润土),干混一些时间,然后加水混匀。这种操作方法有三个缺点。

          (1)混干料时粉尘飞扬,污染环境且有害于工人的健康;

          (2)混砂机抽尘会损失大量有效粉料;

          (3)需要较长的混砂时间。

          在混匀了的干料中加水,即使水加得很分散,也是一滴一滴地落在干料中。因为膨润土是亲水的,加上水滴表面张力的作用,水滴附近的膨润土很快聚集到水滴上,形成较大的粘土球,将这些粘土球压碎并使它涂布在砂粒表面上是比较困难的,需要的能量也比较大。

          如果先加砂和水混匀,后加膨润土,因为水已分散,没有较大的水滴,加入膨润土后只能形成大量较小的粘土球。压开这些小粘土球是比较容易的,需要的能量也较小。

          也就是说,用同样的混砂设备,得到品质相同的型砂,所需的混碾时间可以较短。

          图8是就两种加料方法进行试验所得到的结果。曲线1和2的差别是明显的。型砂配方是:木里图砂100%;外加黑山膨润土5%;水3%。


          混砂设备是实验室用的混砂机。

          由图8可以看出,为使型砂有合适的强度,用先加干料、后加水的工艺,需混17min;用先加砂和水、后加膨润土的工艺,只需混13min。

          使用大量返回的旧砂中,也应先加旧砂和水,然后加膨润土粉。

          国外有的铸造厂,在采用间歇式混砂机的条件下,混砂前先向混砂机中加水,运转几秒钟,后再加砂和干料。当然,设备方面必须保证水不会泄漏。这样,不仅有上述先加水的好处,而且可以在每次混砂前将碾轮和刮板洗净,增进混砂效率。

          回收砂冷却后先经一次预混,对提高型砂质量作用很大,新建砂处理系统时,应该对此加以认真的考虑。现在的砂处理系统中,因设备布置已定,很难增加预混设备,但如对此有充分的认识,也许有可能采取某些补救措施。

          2、型砂可紧实性的控制

          粘土湿型砂的可紧实性,是一种反映型砂调制程度的参数,可以认为是从手感推衍而来的。自1969年F. Hofmann、H. W.Dietert和A. L. Graham等人提出此项试验方法以来,很快就得到了广泛的重视,现在已经是粘土湿型砂重要的性能之一。

          干、净的硅砂流动性好,在未经紧实的状态下的松密度高,大约可到1.5~1.7 g/cm3,而可紧实性则很低。硅砂加粘土和水调制后,砂粒表面的粘土膏阻碍砂粒的流动,其松密度随之降低。砂粒表面上的粘土和水调和程度越好,则型砂的可紧实性越高,流动性越差,松密度也就越低。

          采用手工造型工艺时,由人工舂实,只要型砂的强度不太高,流动性差一点影响不大,所以型砂的可紧实性可以高些。

          采用震压式造型机造型,型砂是靠震击时的惯性和机器施压而紧实的,如果型砂的流动性太差,就难以制得紧实度高而又比较均匀的砂型,所以可紧实性不宜太高。

          采用高压造型机造型时,虽然也有多种辅助的紧实措施,但主要是靠施压时使型砂流动而得以紧实的。型砂不能保持足够的流动性,就难以制得高质量的砂型。因此,严格控制型砂的可紧实性在适当而较低的范围内是至关重要的。

          型砂的可紧实性太高,砂型不容易充分紧实,各处的紧实度也不均匀,会使铸件的表面质量恶化。

          型砂的可紧实性太低,即水分不够,粘土未能形成足够的粘土膏,会导致铸件上冲砂、夹杂物等缺陷增多。

          (1)混砂时控制可紧实性

          控制型砂的可紧实性在一比较窄的范围内,当然主要是由混砂实现的。混砂时,控制可紧实性是控制型砂质量的关键。目前,各工业国开发了多种通过在线检测以自动控制混砂过程的设备,其中,可紧实性都是必测项目。

          虽然通过测定室温、大气中的湿度、回收砂的温度和水分,可以自动控制混砂时的加水量,但由于影响回收砂性能的变数太多,很难全面顾及,要将可紧实性控制在很窄的范围内仍然是非常困难的。

          用同一条造型生产线,回收砂的性能可能因多种因素而改变,例如:

          改变铸件的品种时,砂型中的砂-铁比改变,进入回收砂中的芯砂量也不相同。砂-铁比降低,则回收砂中的干砂和死粘土增多,混砂时就需补加较多的粘土和水;进入的芯砂量多,则回收砂中的有效粘土量和水分都相对降低,也需要补加较多的粘土和水。

          生产过程中造型线因故停止运行一段时间,已浇注的砂型中铸件停留时间延长,型砂吸热量增多,会导致回收砂中死粘土增多。

          不浇注的砂型增多、回收的散落砂增多,也都会导致回收砂性能改变。

          从这方面看来,要保持型砂的质量稳定、一致,加强对回收砂的处理和管理是十分重要的。

          (2)型砂送往造型机过程中可紧实性的变化

          可紧实性的控制值是为适于造型而拟定的,当然希望型砂进入造型机时可紧实性的数值符合这样的要求。实际上,尽管混砂时保证了可紧实性符合要求,在型砂自混砂机送往造型机的过程中,可紧实性的数值仍然会有可观的变化。通常,在运送过程中,可紧实性的数值可能降低3~6个单位,在回收砂质量控制不好的情况下可能还会更大的差异。

          实际生产中,在混砂机内混砂的时间很短,混砂时所加入的水不可能均匀地分布在所有的粘土中,只能润湿粘土颗粒的表面,或砂粒上粘土膜的表层,混砂终了时测定的可紧实性数值是这种较湿的粘土膏所赋予的。

          型砂运送过程中,这些较湿的粘土膏中的水既向大气中挥发,又会向深层的粘土中扩散,自身所含的水分有所降低,结果表现为型砂的可紧实性数值的降低。

          要想型砂运送过程中可紧实性数值不改变是不可能的,我们所应该努力的是:通过对砂处理系统的优化,和严格的过程控制,尽可能地使这种变化稳定,以便于控制。

          回收砂在进入混砂机时的性状,对型砂在运送过程中可紧实性的变化有非常重要的影响。根据美国铸造师学会造型工艺及材料分会就可紧实性的控制问题所作的一项调查研究,回收砂性状的影响主要有以下三点。

          砂型浇注时砂-铁比(型砂质量与浇注铁液的质量之比)低,则型砂在运送过程中可紧实性降低的数值增大。

          进入混砂机的回收砂的水分低,则可紧实性降低的数值增大。这再一次说明,:落砂后尽早向回收砂中加入足够的水,在砂处理系统中增设预混工序,都可使回收砂中保持较高的水分,混砂时只需加很少量的水进行调整,对提高型砂的质量大有裨益。

          整个砂处理系统中型砂的周转太快,回收砂从落砂机卸出到进入混砂机经历的时间太短,也会使型砂在运送过程中可紧实性降低的数值增大。

          除此以外,型砂的温度、室温、大气中的湿度等,都会影响型砂在运送过程中可紧实性数值的变化。

          3、型砂强度的控制

          这里,要特别说一说对型砂的湿抗压强度的控制。湿抗压强度的控制目标,一定要按照造型方法选定,绝不是强度高就好。强度愈高的型砂,造型时使型砂紧实所需的能量愈大。现在,不少铸造厂型砂的强度都太高。一些手工造型或震压机造型用的型砂,湿抗压强度高到130-170 kPa。用这样的型砂,震压机造型或手工造型,很难得到紧实度高而各处紧实度又比较均匀的砂型。结果,铸件的表面质量不好,内部也容易产生缩松缺陷。特别是制造球墨铸铁件时,因缩孔、缩松而报废的铸件会明显增多。

          4、型砂性能的参考数值

          粘土湿型砂对各种造型工艺的适应性都很好,可以用于手工造型、震压造型机造型、高压造型、射压造型、气冲造型和静压造型等工艺条件。但是,在不同的工艺条件下,对型砂性能的要求有所不同。确保型砂的各项性能符合铸造企业具体条件的要求,是保证铸件质量并使工艺装备在良好状态下运行所必需的。

          不同工艺条件下对型砂性能的要求见表4。


          在各种性能检测的频次方面,建议如下:

          每次混砂都应检测可紧实性和湿抗压强度。

          每小时检测一次水分。

          每一工作日检测一次的项目: 

          ·活性膨润土含量:

          ·湿抗拉或抗劈强度;

          ·透气性(结果供参考)。

          每一周检测一次的项目:

          ·含泥量:

          ·系统砂的粒度分布:

          ·灼烧减量:

          ·有效煤粉含量。


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