مقدمه
رزین ریخته گری شن و ماسه یکی از پرکاربردترین و پرکاربردترین روش های قالب گیری در تولید ریخته گری مدرن است.
این دقت ابعادی خوبی را ترکیب می کند, سفتی قالب بالا, سازگاری قوی با اشکال پیچیده, و سازگاری گسترده با آهن, فولاد, و آلیاژهای غیر آهنی.
در عین حال, سیستم های شن و ماسه رزین "یک ماده نیستند, یک نتیجه.”
عملکرد آنها به شیمی رزین بستگی دارد, نوع سخت کننده, تمیزی شن و ماسه, شرایط محیطی, اندازه ریخته گری, ریختن دما, و استراتژی احیاء.
1. چرا اسید فسفریک اغلب به عنوان سخت کننده برای رزین های خود تنظیم فوران با نیتروژن بالا استفاده می شود؟, اما به ندرت برای رزین های فوران کم نیتروژن?
دلیل آن در تعامل بین شیمی رزین نهفته است, رفتار آب, و تشکیل شبکه در حین پخت.
در رزین های فوران کم نیتروژن, سخت شدن اسید اغلب کندتر و کارآمدتر است, که منجر به طولانی تر شدن زمان نوار و کاهش استحکام سبز می شود.
در مقابل, رزین های فوران با نیتروژن بالا به طور موثرتری به اسید فسفریک پاسخ می دهند, به سیستم اجازه می دهد تا به سرعت پخت و استحکام نهایی مورد نیاز برای قالب گیری عملی و ساخت هسته دست یابد.
یک عامل فنی کلیدی نحوه تعامل اسید فسفریک با رطوبت است. در سیستم های کم نیتروژن, اسید فسفریک اختلاط نسبتاً ضعیفی با رزین دارد و میل ترکیبی قوی با آب دارد.
در نتیجه, رطوبت حاصل از رزین و تراکم در حین پخت می تواند در اطراف مناطق غنی از اسید جمع شود, ایجاد قطرات آب موضعی یا مناطق ضعیف در لایه رزین.
این ساختار باند پخته شده را ضعیف می کند و استحکام را کاهش می دهد.
رزین های فوران با نیتروژن بالا رفتار متفاوتی دارند. سازگاری آب آنها بهتر است, رطوبت کمتر به صورت قطرات غلیظ جمع می شود, و فیلم پخته شده متراکم تر و یکنواخت تر است.
به همین دلیل است که اسید فسفریک می تواند در یک سیستم فوران سخت کننده عملی باشد اما در سیستم دیگر انتخاب ضعیفی است.
2. چرا نفوذ پذیری سخت شدن ماسه رزینی خودگیر فنلی-اورتان بهتر از ماسه رزینی خود گیر فورانی است؟?
سیستم های رزین فنولیک-اورتان عمدتاً از طریق واکنش نوع پلیمریزاسیون پخت می شوند, که مقادیر زیادی محصولات فرعی مانند آب تولید نمی کند.
به خاطر آن, سرعت پخت از طریق توده ماسه یکنواخت تر است, و تفاوت بین لایه بیرونی و لایه داخلی نسبتا کم است.
رزین های خود تنظیم فوران, در مقابل, از طریق یک واکنش تراکم که در حین سخت شدن آب تولید می کند، درمان شود. این آب باید از داخل قالب یا هسته پخش شود.
از آنجایی که نواحی درونی و بیرونی توده ماسه با سرعت های مختلف خشک و پخته می شوند, مشخصات درمان کمتر یکنواخت می شود.
به همین دلیل است که سیستمهای فوران به رطوبت محیط حساستر هستند و اغلب نفوذپذیری سختشدگی ضعیفتری نسبت به سیستمهای فنلی-اورتان نشان میدهند..
از نظر عملی, شن و ماسه رزین فنولیک-اورتان اغلب استحکام هسته قابل اعتمادتری را از طریق سطح مقطع کامل فراهم می کند, به خصوص در هسته های ضخیم تر یا پیچیده تر.
3. چرا می توان از رزین های فوران با نیتروژن بالا برای ریخته گری آلومینیوم و مس استفاده کرد؟?
دلیل اصلی این است که آلومینیوم و مس حلالیت بسیار کمی برای نیتروژن در فلز مذاب دارند.
حتی اگر رزین در حین ریختن و تجزیه حرارتی نیتروژن تولید کند, آلومینیوم یا مس مذاب به احتمال زیاد آن را به مقدار قابل توجهی جذب نمی کند.
در نتیجه, خطر تخلخل گاز مربوط به نیتروژن بسیار کمتر از آن در ریخته گری فولاد است.
این بدان معنی است که رزین های با نیتروژن بالا را می توان زمانی که ریخته گری می خواهد به رفتار فروپاشی خوبی دست یابد، انتخاب کرد, استحکام قالب بالا, یا ویژگی های پخت مناسب بدون ایجاد عیوب گاز جدی در ریخته گری آلومینیوم یا مس.
به عبارت دیگر, سیستم فلزی به اندازه سیستم رزین اهمیت دارد.
رزینی که در فولاد مشکل ساز باشد ممکن است در تولید غیرآهنی کاملاً قابل قبول باشد.
4. چرا زمانی که ماسه رزینی برای ریخته گری های سنگین استفاده می شود، لوله های سرامیکی برای سیستم دروازه ای ترجیح داده می شوند?
برای ریخته گری های سنگین, زمان ریختن طولانی تر است و فلز مذاب برای مدت طولانی در تماس با سیستم دریچه ای باقی می ماند.
تحت این شرایط, بار حرارتی بالا می تواند ماسه متصل به رزین را زودتر تضعیف کند و باعث فروپاشی یا فرسایش کانال های دروازه شود..
که می تواند منجر به گنجاندن شن و ماسه شود, تلاطم فلزی, و سایر عیوب ریختن.
لوله های سرامیکی این مشکل را با ارائه مقاومت حرارتی و مقاومت در برابر فرسایش بسیار بهتر از کانال های شنی رزین معمولی حل می کنند..
آنها به ویژه در سیستم اسپرو و رانر مفید هستند, جایی که جریان فلز داغ ترین است و حمله حرارتی قوی ترین است.
لوله های سرامیکی همچنین نیاز به پوشش را در برخی مناطق کاهش می دهند و مسیر جریان پایدارتری را برای ریخته گری های بزرگ یا سنگین فراهم می کنند..
5. چگونه می توانیم تعیین کنیم که آیا زمان کار ماسه رزینی کافی است یا خیر؟?
زمان کار, یا زندگی نیمکتی, باید به اندازهای طولانی باشد که کل عملیات قالبگیری یا هستهسازی قبل از اینکه ماسه انعطافپذیری و تراکمپذیری خود را از دست بدهد، کامل شود..
برای مخلوط کن شن و ماسه متناوب, زمان کار باید از زمان تخلیه ماسه مخلوط تا استفاده کامل از آن تجاوز کند.
برای یک میکسر مداوم, زمان کار باید بیشتر از زمان لازم برای حرکت شن و ماسه از خروجی میکسر در یک چرخه کامل تحویل ماسه و بازگشت به همان نقطه در توالی تولید باشد..
در عمل, این فقط یک پارامتر نظری نیست.
اگر زمان کار خیلی کوتاه باشد, ماسه در حین کار شروع به سفت شدن می کند, باعث تراکم ضعیف می شود, ناسازگاری ابعادی, و عیوب سطحی.
یک طراحی فرآیند ایمن همیشه یک حاشیه معنی دار بین عمر نیمکت و زمان واقعی تولید باقی می گذارد.
6. چرا باید زاویه کشش یک الگوی ماسه رزینی بزرگتر از زاویه ای باشد که برای ماسه چسبانده شده با خاک رس استفاده می شود؟?
قالبها و هستههای ماسه رزینی با استحکام نسبتاً بالا و قابلیت فروپاشی بسیار کمی در حین برداشت الگو سخت میشوند..
بر خلاف شن و ماسه چسبیده با خاک رس, شن چسبانده شده با رزین به راحتی تغییر شکل نمی دهد یا تسلیم نمی شود تا الگو را آزاد کند. در نتیجه, اصطکاک برداشت بیشتر است, و خطر آسیب به سطح قالب بیشتر است.
در عین حال, قالبها و هستههای شنی رزینی نسبت به قالبهای شنی رسی قابل تعمیر کمتری هستند.
اگر سطح قالب در حین برداشتن الگو پاره یا شکسته شود, تعمیرات سخت تر است و ممکن است کیفیت نهایی را به خطر بیندازد.
زاویه کشش بزرگتر مقاومت خروج را کاهش می دهد, احتمال آسیب را کاهش می دهد, و قوام رهاسازی قالب را بهبود می بخشد.
7. چرا در تولید چدن شنی رزینی، رایزرهای انقباضی کمتر و رایزرهای هوای بیشتری ترجیح داده می شوند؟?
قالب های ماسه رزینی سفت هستند و در هنگام ریختن شکل خود را به خوبی حفظ می کنند, به خصوص در مرحله اولیه.
این باعث می شود که آنها به ویژه برای استفاده از انبساط گرافیت در انجماد چدن مناسب باشند.
در تولید آهن خاکستری و چدن داکتیل, که انبساط می تواند به کاهش یا حتی حذف عیوب انقباض کمک کند, به این معنی که ممکن است به رایزرهای جمع شونده کمتری نیاز باشد.
با این حال, ماسه رزینی نیز در حین گرم شدن و تجزیه گاز تولید می کند. چون قالب محکم و نسبتا بسته است, گاز باید به طور موثر تخلیه شود.
به همین دلیل است که اغلب نیاز به دریچههای خروجی بیشتری است. نقش آنها تغذیه فلز نیست, اما برای ایجاد مسیرهای فرار برای گاز و بخار تولید شده در هنگام ریختن.
به زبان ساده, ماسه رزینی از فلسفه ریخته گری کم ارتفاع پشتیبانی می کند, اما تنها در صورتی که هواگیری به درستی طراحی شده باشد.
8. چرا رزین خود تنظیم فوران حاوی حدود 70 تا 80 درصد فورفوریل الکل معمولاً بالاترین استحکام نهایی را در دمای اتاق نشان می دهد.?
این محدوده نشان دهنده تعادل عملی بین توسعه قدرت است, محتوای آب, و کارایی درمان.
اگر محتوای الکل فورفوریل خیلی کم باشد, رزین به شدت تحت تأثیر سایر اجزای رزین قرار می گیرد و محتوای آب افزایش می یابد, که می تواند پخت را کند کرده و استحکام نهایی را کاهش دهد.
اگر محتوای الکل فورفوریل خیلی زیاد باشد, قسمت حاوی نیتروژن خیلی کم می شود, و شبکه رزین ممکن است به همان ساختار پخت یا عملکرد نهایی نرسد.
در محدوده تقریبی 70٪ - 80٪, فرمول رزین اغلب به بهترین تعادل بین واکنش پذیری می رسد, تشکیل شبکه, و چگالی ساختار درمان شده است.
به همین دلیل است که استحکام نهایی دمای اتاق اغلب در این پنجره ترکیبی به حداکثر می رسد.
9. چرا هاردنرهای بیش از حد فعال می توانند, یا دوز بیش از حد سخت کننده, کاهش استحکام نهایی ماسه رزینی?
اگر درمان خیلی سریع شروع شود, رزین ممکن است قبل از اینکه زنجیره های مولکولی آن زمان کافی برای گسترش داشته باشند، به هم متصل شوند, مایل, و یک شبکه به خوبی توسعه یافته تشکیل دهند.
به عبارت دیگر, سیستم خیلی زود "قفل" می شود.
یک سخت کننده بسیار فعال می تواند استحکام اولیه سریعی ایجاد کند, که ممکن است در طبقه مغازه جذاب به نظر برسد.
اما اگر شبکه پلیمری خیلی سریع تشکیل شود, ساختار حاصل می تواند کمتر کامل و کارآمدتر شود, برخی از گروه های واکنشی را بدون استفاده باقی می گذارند.
هنگامی که دوز سخت کننده بیش از حد باشد، همین مشکل ممکن است رخ دهد. نتیجه اغلب استحکام اولیه بالا اما استحکام نهایی کمتر است.
این یک مورد کلاسیک از تضاد سرعت فرآیند با کیفیت نهایی است. عمل آوری سریعتر همیشه بهتر نیست اگر یکپارچگی شبکه رزین پخت شده را قربانی کند.
10. چرا ماسه رزینی سخت شده با اسید فسفریک نباید برای احیای شن و ماسه قدیمی استفاده شود؟?
مشکل این است که اسید فسفریک می تواند پس از ریختن بقایای فسفات روی دانه های شن باقی بماند..
این باقیمانده ها به راحتی توسط عمل حرارتی فلز مذاب از بین نمی روند و در طی احیاء به سختی حذف می شوند..
در نتیجه, شن و ماسه بازیافتی به گونه ای آلوده می شود که مستقیماً روی پیوند رزینی آینده تأثیر می گذارد.
بقایای فسفات استحکام مخلوط شن و ماسه را کاهش می دهد و همچنین می تواند تمایل به انبساط قالب و خطر ورود شن و ماسه را افزایش دهد..
اگر یک ریخته گری به استفاده مجدد و احیاء بستگی دارد, سختکنندهای که بقایای مواد معدنی پایدار به جا میگذارد، معمولاً یک انتخاب طولانی مدت ضعیف است.
11. چرا بهتر است از اسیدهای آلی با محتوای اسید آزاد کم و اسیدیته کل بالا برای ماسه رزین فنولی سخت شده با اسید استفاده شود؟?
رزین های فنلی با سخت شدن اسیدی اغلب حاوی رطوبت نسبتاً بالایی هستند.
در طول پخت, خود رزین از طریق تراکم آب تولید می کند, و ممکن است آب اضافی از قبل در سیستم وجود داشته باشد. آن آب سخت کننده اسید را رقیق می کند و واکنش را کند می کند.
اگر محتوای اسید آزاد خیلی زیاد باشد, درمان می تواند تسریع کند, اما قدرت شن ممکن است بیش از حد کاهش یابد.
بنابراین, سختکننده ایدهآل، سختکنندهای است که اسیدیته کل کافی را برای انجام واکنش مؤثر فراهم کند و در عین حال اسید آزاد را در سطح متوسط نگه میدارد تا استحکام بیش از حد قربانی نشود..
بنابراین اسیدهای آلی با اسیدیته کل بالا و اسید آزاد نسبتاً کم برای این نوع سیستم رزینی متعادل ترند..
12. چرا باید دوز سخت کننده برای ماسه رزین فنولی سخت شده با اسید به صورت درصد رزین بیان شود?
دوز صحیح به شدت به مقدار رزین در سیستم بستگی دارد, زیرا اسید باید روی توده رزینی که محتوای آب و بار شیمیایی آن با افزودن رزین تغییر می کند، عمل کند.
سیستم های رزین فنلی نسبت به برخی از سیستم های فورانی حساسیت کمتری به اسید دارند, بنابراین یک درمان معنی دار ممکن است تنها زمانی رخ دهد که غلظت اسید به سطح کافی بالا برسد.
زیرا رزین خود حاوی رطوبت است و می تواند آب بیشتری را در طول عمل آوری آزاد کند, افزایش مقدار رزین باعث افزایش اثر رقت بر روی هاردنر می شود.
برای حفظ همان سرعت پخت, بنابراین دوز سخت کننده باید با دوز رزین افزایش یابد.
بیان سختی گیر به صورت درصدی از رزین، مبنای فرمولاسیون واقعی تر و قابل کنترل تری می دهد.
13. چرا نباید هسته های تازه برداشته شده یا تازه تعمیر شده بلافاصله پوشش داده شوند?
هنگامی که یک هسته به تازگی جدا شده یا تعمیر شده است, واکنش سخت شدن رزین هنوز در مرحله اولیه است.
اگر یک پوشش مبتنی بر آب بلافاصله اعمال شود, آب یا حلال می تواند در عمل آوری مداوم اختلال ایجاد کند, به ویژه در سیستم های حساس به رطوبت.
در سیستم های رزین فنولیک-اورتان, اجزای ایزوسیانات واکنش نداده نیز ممکن است با آب واکنش دهند, که می تواند به شیمی پخت مورد نظر آسیب برساند.
اگر از پوشش مبتنی بر الکل استفاده شود, احتراق در حین خشک شدن می تواند سطح رزین را که هنوز واکنش نشان می دهد بیش از حد گرم یا بیش از حد بسوزاند.
در هر دو مورد, پوشش زودرس ممکن است پایداری سطح را ضعیف کرده و قابلیت اطمینان قالب یا هسته را کاهش دهد.
یک دوره انتظار کوتاه اغلب لازم است تا سطح قبل از پوشش تثبیت شود.
14. چرا احیای ماسه قدیمی از سیستم های رزین فنلی قلیایی دشوار است؟?
سیستم های رزین فنولیک قلیایی اغلب دارای خاصیت بازی هستند, و رزین ممکن است حاوی مقدار قابل توجهی قلیایی باشد, مانند هیدروکسید پتاسیم.
در حین ریختن, این قلیایی می تواند با ماسه سیلیس واکنش داده و سیلیکات های کم ذوب را تشکیل دهد.
این سیلیکات ها می توانند به شدت به سطح دانه های شن و ماسه ذوب شوند, حذف آنها در حین احیا دشوار است.
در نتیجه, کیفیت شن و ماسه استفاده مجدد کاهش می یابد, بار تمیز کردن افزایش می یابد, و بازگرداندن مواد بازیافتی به حالت پایدار سخت تر می شود.
به همین دلیل است که سیستم های فنلی قلیایی می توانند در بازیابی طولانی مدت شن و ماسه نسبت به بسیاری از سیستم های رزین دیگر چالش برانگیزتر باشند..
15. هنگام انتخاب نوع رزین برای ریخته گری چه عواملی باید در نظر گرفته شود?
انتخاب رزین هرگز نباید تنها بر اساس عادت انجام شود. باید بر اساس آلیاژ ریخته گری باشد, اندازه و ضخامت دیواره ریخته گری, دمای ریختن, و خطر نقص مربوط به ساختار.
اولی, مواد ریخته گری مهم است.
اگر ریخته گری فولاد یا آهن پر آلیاژ باشد و تخلخل نیتروژن نگران کننده است, رزین کم نیتروژن یا بدون نیتروژن معمولا ایمن تر است.
اگر ریخته گری چدن خاکستری یا چدن داکتیل باشد, جایی که تخلخل نیتروژن کمتر نگران کننده است, رزین نیتروژن متوسط ممکن است قابل قبول باشد.
برای ریخته گری مس و آلومینیوم, جایی که نیتروژن به راحتی توسط فلز مذاب جذب نمی شود, رزین با نیتروژن بالا ممکن است یک انتخاب عملی باشد.
دوم, اندازه و ضخامت مهم است.
سنگین, ریخته گری دیواره ضخیم و دماهای ریختن بالا به سیستم های رزینی با عملکرد قوی تر در دمای بالا نیاز دارند.
در چنین مواردی, رزینی با محتوای الکل فورفوریل بیشتر و محتوای اوره فرمالدئید کمتر اغلب ترجیح داده می شود تا هسته یا قالب بتواند استحکام کافی را تحت گرما حفظ کند..
برای کوچکتر, ریخته گری دیواره نازک با دمای ریختن پایین تر, یک رزین کمهزینه با محتوای اوره بالاتر ممکن است کافی باشد.
سوم, گرایش ساختاری ریخته گری مهم است.
اگر ریخته گری مستعد ترک خوردگی داغ باشد, یک چسب با مقاومت گرمایی کمتر ممکن است در واقع نامطلوب باشد; رزین باید فلز را تا زمانی که انجماد پایدار شود پشتیبانی کند.
اگر قالب ریخته گری مستعد ترک سرد باشد, چسب باید پس از ریختن به خوبی فرو بریزد تا ریخته گری بتواند آزادانه و بدون محدودیت بیش از حد منقبض شود..
کوتاه, انتخاب رزین یک مشکل تطبیق است. رزین صحیح رزینی است که تولید گاز را متعادل می کند, قدرت گرم, رفتار فروپاشی, سرعت پخت, عملکرد احیاء, و خطر نقص برای ریخته گری خاص.
نتیجه گیری
ریخته گری شن و ماسه رزین فرآیندی است که در آن شیمی و متالورژی ارتباط نزدیکی با یکدیگر دارند.
همان ریخته گری می تواند به سادگی با تغییر سختی گیر به نتایج بسیار متفاوتی دست یابد, خانواده رزین, روش احیاء, یا زمان بندی پوشش.
به همین دلیل است که دانش عملی در این زمینه بسیار اهمیت دارد.
یک فرآیند شن و ماسه رزینی خوب نه تنها سریع و قوی است. همچنین پایدار است, قابل پیش بینی, و با آلیاژ ریخته گری سازگار است, هندسه, و چرخه تولید.
زمانی که سیستم رزین به درستی انتخاب و کنترل شود, ریخته گری شن و ماسه رزین به یکی از کارآمدترین روش ها برای تولید ریخته گری های فلزی دقیق و پیچیده تبدیل می شود.
