宝珠覆膜砂制备及再生工艺关键技术研究

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现代铸造行业对铸件质量提出了更高的要求,目前中小型高精度铸件的生产常采用精密铸造工艺,但其工艺流程复杂并且需要高标准的材料和设备的投入。而覆膜砂壳型铸造工艺在保证铸件质量的同时还能大大降低生产成本,因此受到越来越多的关注。但传统覆膜砂原砂应用具有局限性,如硅砂,由于其角形系数和热膨胀率较大,使得铸件的表面光洁度有所降低。新型人造球形砂—宝珠砂综合性能优异,逐渐被作为覆膜砂原砂应用到铸造生产中。在低树脂加入量的情况下,细粒度宝珠覆膜砂就可具备较高强度,用其制备的壳型浇注得到铸件的表面精度堪比精密铸件。但宝珠砂价格相对硅砂较高,目前国内开展的宝珠覆膜砂相关工艺研究工作较少,因此宝珠覆膜砂相比于其他型砂的突出性能特点和优势没有被充分利用。本文对宝珠覆膜砂的制备工艺、固化工艺及旧砂再生工艺进行研究,以获得高质量覆膜砂同时实现铸造生产的零排放及资源的高效循环利用。本文借助光学金相显微镜、扫描电子显微镜、型砂强度试验机、型砂发气性测定仪、热分析等仪器和手段,对宝珠覆膜砂性能和再生砂质量进行评估,采用正交试验的方法对100-200目宝珠砂覆膜工艺进行优化研究;确定宝珠覆膜砂固化工艺和再生工艺合理的工艺参数,并对旧砂再生机理进行分析,最终得到以下结论:(1)通过正交试验得出100-200目宝珠砂最优覆膜工艺参数为:加入树脂温度为150℃,树脂混制时间为80s,加入固化剂温度为120℃,固化剂混制时间为60s,润滑剂加入温度约85℃,混制时间约45s,此时制得的宝珠覆膜砂抗拉强度达到2.62MPa,抗弯强度达到6.21MPa。(2)100-200目宝珠覆膜砂在固化温度为230℃,固化时间为120s的固化条件下可得到最大的抗拉强度和抗弯强度,分别为1.64MPa和4.78MPa,此时砂粒间以内聚断裂为主,树脂粘结效率达到最大。(3)100-200目宝珠覆膜砂旧砂热法再生最优工艺参数为:再生加热温度为680℃~700℃,保温时间为20min;热法+机械法再生工艺的加热温度为600℃。利用再生砂制备的宝珠覆膜砂强度接近甚至优于在同工艺下覆膜的新砂覆膜砂,且发气性相比于新砂覆膜砂有所降低。(4)热法再生为宝珠覆膜砂旧砂的再生过程提供热能,使其砂粒表面残余树脂发生分解,砂粒表面质量得到改善;热法+机械法再生使砂粒受热脆化的惰性膜在外力的相互碰撞与摩擦中破裂和脱落,达到更好的再生效果。
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