青岛双星中大件铸铁树脂砂型涂料组合涂刷工艺

摘要：介绍了呋喃树脂砂型中大铸铁件涂料组合涂刷工艺和实践效果。具体做法是:采用以铝矾土为耐火骨料的醇基涂料对树脂砂型芯进行第一遍底层的涂刷, 再采用以石墨为耐火骨料的醇基涂料进行第二遍涂刷。通过生产实践证明, 此种涂料的组合涂刷工艺较以往单一涂料的涂刷工艺优点明显, 铸件开箱后涂层的烧结剥离性好, 铸件抛丸后表面平整光洁, 且此种涂料组合成本低廉, 效益明显。

长期以来, 很多铸造厂对铸造涂料技术在铸造生产中的重要性尚认识不足, 甚至认为铸造涂料施涂工序是辅助性工序, 其技术工艺可有可无。近年来, 随着国内铸造企业的转型升级、由大变强的步伐加快及高端铸件的增多, 对铸件表面质量要求也不断提高, 涂料的作用及应用技术也愈显重要。正确地选用涂料种类及科学的施涂工艺是防止铸件产生各类表面缺陷, 提高铸件表面质量和档次, 减少铸件清理工作量, 改善劳动环境, 降低生产成本, 提高经济效益的根本保证。

1 问题的提出

我厂是采用呋喃树脂砂造型、电炉熔炼生产高端球铁、灰铁铸件的专业化铸造厂, 目前的用户大多为外资企业或合资企业, 铸件的表面质量要求比较高。在以往的生产过程中, 公司一直采用单一的涂料组合及常规的施涂工艺。但经常会发现有个别铸件在抛丸机抛丸后, 存在着粘砂、表面粗糙甚至密集性小气孔等缺陷, 铸件经反复打磨修整后仍坑凹不平、表面效果较差, 严重地影响了铸件的表面质量和产品的市场信誉。

2 解决思路与过程

2.1 选择涂料的原则

对于易溃散的呋喃树脂砂型所用的理想涂料, 在选用时应遵循“一要烧结、二要剥离”的原则。良好坚固的烧结层, 才能保证耐火粉料在浇注温度下形成足够高的机械强度和致密性, 承受住铁水的冲刷和渗入, 以防止机械粘砂的产生;同时, 还希望烧结层与液态金属之间存在着低强度的隔离层, 铸件在冷却时烧结层与铸件的收缩率不同, 隔离层在切应力作用下容易破裂分离, 烧结层便会自动剥落下来。

2.2 关于涂料组合概念的提出

如果能选择烧结性能好的涂料做底层、选择耐火度高且与铁水不浸润的涂料做表层, 进行组合施涂, 那么就能够真正达到“一要烧结、二要剥离”的目的, 充分发挥涂料的作用。

2.3 涂料种类的选择

关于底层涂料, 重点从烧结性、渗透性、成本等方面去综合考虑选择。铝矾土涂料的烧结温度为1 200℃~1 300℃, 低于正常浇注温度50℃~100℃, 浇注后易形成玻璃态的高烧结相及致密强韧的屏蔽层, 烧结性能突出, 是所有涂料耐火粉料中烧结性能最好的。该涂料对砂型的渗透能力较强, 能有效提高涂料的附着力和强度。因其是用作底层涂料, 其耐火度稍低点也无妨。同时由于是浅色涂料, 与黑色的砂型芯对比明显, 不易产生漏涂。

因表层涂料直接接触铁水, 重点从耐火度、铁水浸润性、成本等方面去综合筛选。石墨的耐火性能极佳, 一般工业用石墨的熔点在2 100℃;石墨涂料在浇注时析出光亮碳膜, 降低了表层涂料层与铸件的结合强度及铁液对铸型的浸润能力;同时由于石墨具有良好的润滑性, 铁水流动充型性好, 使得铸件棱角清晰, 表面光洁。而石墨涂料难以烧结、强度低恰是作为隔离层涂料所需要的性能, 正好形成低强度隔离层, 有利于促进烧结层的剥离。由于是黑色涂料, 与底层浅色涂料又形成了鲜明的颜色对比, 也不易产生漏涂。

综合以上特点考虑, 选择用铝矾土为主的醇基涂料作为底层涂料, 用石墨为主的醇基涂料作为表层涂料 (下称“白+黑”组合) 。而且这两种涂料可以说都是目前市场上成本价较低的品种, 此组合可谓优势互补、取长补短。

2.4 组合施涂工艺的特殊要点

1) 采用“白+黑”两遍涂料组合的刷涂方法时, 在刷涂厚度的掌握上要有明确的区别。白色涂料打底、填充砂粒孔隙, 厚度要求相对厚些, 一般控制在0.5 mm~0.6 mm;黑色涂料主要用于砂型表面粉饰找平, 厚度要相对薄些, 一般控制在0.2 mm~0.3 mm;

2) 在涂料波美度控制方面, 白色涂料选择在40~50、黑色涂料选择在30~40;

3) 在进行底层刷涂时, 较大铸件要采用分区点燃的方式, 一般情况下在刷了1 m2左右时就要及时进行点燃。以避免涂料中的粘结剂树脂等有机物因燃烧不充分造成固化反应不彻底、残留在涂料中, 在浇注时燃烧产生有机气体, 形成铸件气孔;

4) 合箱前, 要求用喷枪对铸型中的冷铁部位、涂层较厚部位进行认真地烘烤;

5) 在有条件时, 对于高端铸件, 为了去除冷铁或砂型芯吸潮造成的水汽, 浇注前采用铸型烘干器对合箱后的铸型进行120℃以上烘烤, 并视铸件大小, 烘烤时间在2 h~6 h内选择;

6) 因醇基涂料中的树脂等是溶解在酒精溶剂中的, 沉淀后的涂料中树脂含量很少。如采用直接加酒精勾兑搅拌, 对涂层硬化后的强度会造成影响, 所以要尽量少采用此种方法, 并加强日常涂料桶的密封, 防止溶剂或载液挥发。

3 实际生产试验及对比效果

3.1 铸件概况

选取同炉铁水的风电铸件扭力臂铸件 (见图1) 进行对比试验。该铸件的结构为普通盘形结构, 最大轮廓尺寸为2 627 mm×1 730 mm×323 mm, 壁厚为37mm~115 mm, 铸件重量为2 128 kg;材料牌号为:QT400-18AL, 浇注温度1 350℃.

3.2 试验方案

两种工艺分别为:一种是采用过去单一涂料和常规的刷涂方法;一种是采用目前“白+黑”两遍涂料组合的刷涂方法, 并选择铸件相同的部位进行对比观察拍照。

3.3 试验结果

1) 采用原工艺的铸件, 抛丸前对涂层采用铁钉划痕, 涂料层都不脱落 (见图2) , 另外该抛丸后还存在有少量粘砂 (见图3) 、表面粗糙 (见图4) 及少量的密集性小气孔 (见图5) 的现象。铸件表面粗糙度在Ra50μm~100μm.

在其他中大件铸铁, 如大型变速箱体, 精密机床铸件、冶金矿山铸件上逐步推广应用, 均取得了非常好的效果。目前公司所有的铸铁件均已采用了这种“白+黑”两遍涂料组合的刷涂方法, 铸件表面质量上了一个大台阶, 受到了客户的好评。

严密的密封：

抛丸器的端护板及顶护板采用了弧形多层迷宫式防护，保证了严密的密封，消除了弹丸击穿罩壳的现象。采用双圆盘叶轮，稳定好，抛射热区集中，抛丸均匀。

 本抛丸器的叶片、分丸轮、定向套等，采用特殊高铬耐磨铸铁材料制作，使叶片重量差控制在5克之内，大大降低了抛丸器运作时的噪音（小于85dB）（采用特殊的减震消音措施外，还可以将整个抛丸器部分整体屏蔽起来。 ），延长了易损件的寿命。

 该抛丸器叶轮和驱动电机直接连接、消除了损耗件—传动皮带,减少了维修工作量；另外,它占地面积小,布置灵活,容易满足抛射带的布置,还有整体更换性能,维修方便。该抛丸器有如下特点：

高效率：抛丸器参数经过最优化设计，能耗降低10～15%，抛丸效率高达16～20kg/min.KW

4 结论

1) 采用涂料组合涂刷呋喃树脂砂型 (芯) 的工艺是改善中大铸铁件表面质量、提高打磨清理效率的行之有效的方法之一;

2) 针对中大铸铁件的呋喃树脂砂型 (芯) , 采用铝矾土为耐火骨料的醇基涂料作为底层、以石墨为耐火骨料的醇基涂料作为表层, 即“白+黑”的涂料组合, 成本低廉、效益显著;

3) 此种涂料的组合及涂刷工艺较以往单一涂料的涂刷工艺优点明显, 铸件开箱后涂层的烧结和剥离性好, 铸件抛丸后表面平整光洁、无粘砂;

4) 对于树脂砂型 (芯) 的任何施涂工艺都不能忽视对型芯的点燃及铸型烘烤环节, 否则铸件浇注后会因有机气体的产生导致气孔缺陷;

5) 此“白+黑”的涂料组合及其施涂工艺有一定的推广借鉴价值。