Увођење
Смола ливење песка је једна од најсвестранијих и најраспрострањенијих метода обликовања у савременој ливници.
Комбинује добру тачност димензија, висока крутост калупа, снажна прилагодљивост сложеним облицима, и широка компатибилност са гвожђем, челик, и легура обојених гвожђа.
Истовремено, системи песка од смоле нису „један материјал, један резултат.”
Њихове перформансе зависе од хемије смоле, тип учвршћивача, чистоћа песка, амбијентални услови, величина ливења, Температура изливања, и стратегија мелиорације.
1. Зашто се фосфорна киселина често користи као учвршћивач за самовезујуће смоле са високим садржајем азота, али ретко за фуранске смоле са ниским садржајем азота?
Разлог лежи у интеракцији између хемије смоле, понашање у води, и формирање мреже током очвршћавања.
У фуранским смолама са ниским садржајем азота, кисело очвршћавање је често спорије и мање ефикасно, што доводи до дужег времена траке и ниже зелене чврстоће.
У супротности, фуранске смоле са високим садржајем азота ефикасније реагују на фосфорну киселину, омогућавајући систему да постигне брзину очвршћавања и коначну чврстоћу потребне за практично обликовање и израду језгра.
Кључни технички фактор је начин интеракције фосфорне киселине са влагом. У системима са ниским садржајем азота, фосфорна киселина има релативно слабу мешавину са смолом и јак афинитет за воду.
Као резултат, влага из смоле и кондензација током сушења може се акумулирати око зона богатих киселинама, стварајући локализоване капљице воде или слабе делове у филму смоле.
Ово слаби структуру очвршћене везе и смањује снагу.
Фуранске смоле са високим садржајем азота се понашају другачије. Њихова компатибилност са водом је боља, мања је вероватноћа да ће се влага скупити у концентрисане капљице, а осушени филм тежи да буде гушћи и уједначенији.
Зато фосфорна киселина може бити практичан учвршћивач у једном фуранском систему, али лош избор у другом.
2. Зашто је пропусност фенол-уретанског самовезујућег смолног песка боља од фуранског песка од самовезујуће смоле?
Системи фенолно-уретанске смоле очвршћавају се углавном реакцијом типа полимеризације, који не ствара велике количине испарљивих нуспроизвода као што је вода.
Због тога, брзина очвршћавања тежи да буде равномернија кроз масу песка, а разлика између спољашњег и унутрашњег слоја је релативно мала.
Фуранске самовезујуће смоле, супротно, очвршћавање кроз реакцију кондензације која производи воду током очвршћавања. Ова вода мора да дифундује из калупа или језгра.
Пошто се унутрашњи и спољашњи делови пешчане масе суше и очвршћавају различитим брзинама, профил очвршћавања постаје мање уједначен.
Због тога су фурански системи осетљивији на влажност околине и често показују слабију пропусност очвршћавања од фенолно-уретанских система.
У практичном смислу, песак од фенолно-уретанске смоле често обезбеђује поузданију чврстоћу језгра кроз цео попречни пресек, посебно код дебљих или сложенијих језгара.
3. Зашто се фуранске смоле са високим садржајем азота могу користити за одливке од алуминијума и бакра?
Главни разлог је тај што алуминијум и бакар имају веома ниску растворљивост азота у растопљеном металу.
Чак и ако смола генерише азот током сипања и термичког разлагања, растопљени алуминијум или бакар је мало вероватно да ће га апсорбовати у значајним количинама.
Као резултат, ризик од порозности гаса у вези са азотом је много мањи него што би био код ливења челика.
То значи да се смоле са високим садржајем азота могу одабрати када ливница жели да постигне добро понашање при колапсу, висока чврстоћа калупа, или одговарајуће карактеристике очвршћавања без стварања озбиљних гасних дефеката у одливцима од алуминијума или бакра.
Другим речима, метални систем је исто толико важан као и систем смоле.
Смола која би била проблематична у челику може бити савршено прихватљива у производњи обојених метала.
4. Зашто су керамичке цеви пожељније за систем затварања када се песак од смоле користи за тешке ливење?
За тешке ливење, време изливања је дуже и растопљени метал остаје у контакту са системом заливања дужи временски период.
Под овим условима, Високо топлотно оптерећење може прерано ослабити песак везан смолом и довести до колапса или еродирања улазних канала.
То може довести до укључивања песка, метална турбуленција, и други недостаци уливања.
Керамичке цеви решавају овај проблем нудећи много бољу топлотну отпорност и отпорност на ерозију од обичних канала од смоле од песка.
Нарочито су корисни у систему уводника и клизача, где је метални млаз најтоплији и термички напад најјачи.
Керамичке цеви такође смањују потребу за премазивањем у неким зонама и обезбеђују стабилнији пут протока за велике или тешке одливке.
5. Како можемо утврдити да ли је време рада смолног песка довољно?
Радно време, или живот на клупи, мора бити довољно дуга да се комплетна операција обликовања или прављења језгра заврши пре него што песак изгуби своју пластичност и компактност.
За мешач песка са прекидима, време рада треба да прелази интервал од тренутка испуштања мешаног песка до његовог потпуног коришћења.
За континуирани миксер, радно време треба да буде дуже од времена потребног да песак путује од излаза миксера кроз један пуни циклус испоруке песка и да се врати на исту тачку у производном низу.
У пракси, ово није само теоријски параметар.
Ако је радно време прекратко, песак почиње да се укрућује током рада, узрокујући слабо сабијање, димензионална недоследност, и површинских недостатака.
Безбедан дизајн процеса увек оставља значајну границу између радног века стола и стварног времена производње.
6. Зашто би угао промаја узорка песка од смоле био већи од оног који се користи за песак повезан са глином?
Калупи и језгра од смоле песка се стврдњавају са релативно великом крутошћу и врло малом способношћу колапса током повлачења узорка.
За разлику од песка везаног за глину, песак везан смолом се не деформише лако или попушта да би ослободио шару. Као резултат, трење повлачења је веће, а ризик од оштећења површине калупа је већи.
Истовремено, Калупи и језгра од песка од смоле су мање поправљиви од калупа за песак од глине.
Ако је површина калупа поцепана или сломљена током уклањања шаре, поправке су теже и могу угрозити коначни квалитет.
Већи угао промаја смањује отпор повлачењу, смањује могућност оштећења, и побољшава конзистенцију ослобађања калупа.
7. Зашто се у производњи ливеног гвожђа од песка од смоле обично преферира мање скупљајућих и више вентилационих стубова?
Калупи за песак од смоле су крути и добро одржавају облик током сипања, посебно у почетној фази.
Ово их чини посебно погодним за коришћење предности експанзије графита у очвршћавању ливеног гвожђа.
У производњи сивог гвожђа и нодуларног гвожђа, да проширење може помоћи да се смање или чак елиминишу недостаци скупљања, што значи да ће можда бити потребно мање скупљача.
Међутим, смолни песак такође ствара гас током загревања и разлагања. Зато што је калуп јак и релативно затворен, гас мора бити ефикасно испуштен.
Због тога је често потребно више отвора за вентилацију. Њихова улога није да хране метал, већ да обезбеди излазне путеве за гас и пару који настају током изливања.
Једноставно, песак од смоле подржава филозофију ливења ниског нивоа, али само ако је вентилација правилно пројектована.
8. Зашто фуранска самовезујућа смола која садржи око 70%-80% фурфурил алкохола обично показује највећу коначну чврстоћу на собној температури?
Овај опсег представља практичну равнотежу између развоја снаге, садржај воде, и ефикасност лечења.
Ако је садржај фурфурил алкохола пренизак, на смолу више утичу друге компоненте смоле и садржај воде расте, што може успорити очвршћавање и смањити коначну чврстоћу.
Ако је садржај фурфурил алкохола превисок, део који садржи азот постаје пренизак, а мрежа од смоле можда неће постићи исту структуру очвршћавања или коначне перформансе.
У распону од приближно 70%–80%., формулација смоле често постиже најбољу равнотежу између реактивности, формирање мреже, и густина очврснуте структуре.
Због тога је коначна чврстоћа на собној температури често максимизирана у овом прозору композиције.
9. Зашто могу превише активни учвршћивачи, или прекомерна доза учвршћивача, смањити коначну чврстоћу смолног песка?
Ако очвршћавање почне пребрзо, смола се може умрежити пре него што њени молекуларни ланци имају довољно времена да се продуже, оријентисати, и формирају добро развијену мрежу.
Другим речима, систем се „закључава“ прерано.
Веома активан учвршћивач може произвести брзу почетну снагу, што може изгледати атрактивно у радњи.
Али ако се полимерна мрежа формира пребрзо, настала структура може постати мање потпуна и мање ефикасна, остављајући неке реактивне групе неискоришћене.
Исти проблем се може десити када је доза учвршћивача превелика. Резултат је често висока почетна чврстоћа, али нижа крајња чврстоћа.
Ово је класичан случај брзине процеса у сукобу са коначним квалитетом. Брже очвршћавање није увек боље ако жртвује интегритет очврсле смоле.
10. Зашто се песак од смоле очвршћен фосфорном киселином не би користио за рекултивацију старог песка?
Проблем је што фосфорна киселина може оставити остатке фосфата на зрнцима песка након изливања.
Ови остаци се не уништавају лако термичким дејством растопљеног метала и тешко их је уклонити током рекултивације.
Као резултат, регенерисани песак постаје контаминиран на начин који директно утиче на будуће везивање смоле.
Остаци фосфата смањују снагу поново коришћене мешавине песка и такође могу повећати тенденцију ширења калупа и ризик од укључивања песка.
Ако ливница зависи од поновне употребе и рекултивације, учвршћивач који оставља упорне минералне остатке је обично лош дугорочни избор.
11. Зашто је боље користити органске киселине са ниским садржајем слободних киселина и високом укупном киселошћу за песак од фенолне смоле очвршћен у киселини?
Фенолне смоле са киселинским очвршћавањем често садрже релативно висок садржај влаге.
Током сушења, сама смола ствара воду кондензацијом, а додатна вода може већ бити присутна у систему. Та вода разблажује кисели учвршћивач и успорава реакцију.
Ако је садржај слободне киселине превисок, очвршћавање може убрзати, али снага песка може превише пасти.
Стога, Идеалан учвршћивач је онај који обезбеђује довољну укупну киселост да ефикасно покрене реакцију док одржава слободну киселину на умереном нивоу тако да снага није претерано жртвована.
Органске киселине са високом укупном киселошћу и релативно ниском слободном киселином су стога често боље избалансиране за ову врсту система смоле.
12. Зашто би се доза учвршћивача за песак од фенолне смоле очврсла у киселини изразила као проценат смоле?
Тачна доза у великој мери зависи од количине смоле у систему, јер киселина мора деловати на смоласту масу чији се садржај воде и хемијско оптерећење мењају додавањем смоле.
Системи фенолних смола су мање осетљиви на киселине од неких система фурана, тако да до значајног излечења може доћи само када концентрација киселине достигне довољно висок ниво.
Зато што сама смола садржи влагу и може ослободити више воде током сушења, повећање количине смоле повећава ефекат разблаживања на учвршћивач.
За одржавање исте брзине очвршћавања, стога доза учвршћивача мора да расте са дозом смоле.
Изражавање учвршћивача у процентима смоле даје реалистичнију и контролисану основу формулације.
13. Зашто се свеже скинута или поправљена језгра не би одмах премазала?
Када је језгро управо скинуто или поправљено, реакција стврдњавања смоле је још увек у раној фази.
Ако се премаз на бази воде одмах нанесе, вода или растварач могу да ометају текуће сушење, посебно у системима осетљивим на влагу.
У системима фенолно-уретанске смоле, неизреаговане компоненте изоцијаната такође могу да реагују са водом, што може оштетити предвиђену хемију очвршћавања.
Ако се користи премаз на бази алкохола, паљење током сушења може прегрејати или прегорети површину смоле која још увек реагује.
У оба случаја, преурањено премазивање може ослабити стабилност површине и смањити поузданост калупа или језгра.
Често је неопходан кратак период чекања да би се површина стабилизовала пре наношења премаза.
14. Зашто је рекултивација старог песка из система алкалних фенолних смола тешка?
Системи алкалних фенолних смола често имају високу базичност, а смола може да садржи значајну количину алкалија, као што је калијум хидроксид.
Током поливања, ова алкалија може да реагује са силицијум песком и формира силикате ниског топљења.
Ови силикати се могу снажно стопити на површину зрна песка, што их чини тешким за уклањање током рекултивације.
Као резултат, квалитет поново коришћеног песка опада, расте оптерећење чишћења, а обновљени материјал постаје теже вратити у стабилно стање.
Због тога алкални фенолни системи могу бити изазовнији у дугорочном обнављању песка од многих других система смоле.
15. Које факторе треба узети у обзир при одабиру врсте смоле за ливење?
Избор смоле никада не би требало да се врши само по навици. Требало би да се заснива на легури за ливење, величина и дебљина зида одливака, температура изливања, и ризик од дефекта у вези са структуром.
Прво, материјал за ливење је битан.
Ако је ливење челично или високо легирано гвожђе и порозност азота је забрињавајућа, смола са ниским садржајем азота или без азота је обично сигурнија.
Ако је ливење сиво гвожђе или нодуларно гвожђе, где је порозност азота мање забрињавајућа, смола средњег садржаја азота може бити прихватљива.
За одливке од бакра и алуминијума, где растопљени метал не апсорбује азот лако, смола са високим садржајем азота може бити практичан избор.
Друго, величина и дебљина су битни.
Тешка, одливци дебелих зидова и високе температуре изливања захтевају системе смоле са јачим перформансама при високим температурама.
У таквим случајевима, смола са већим садржајем фурфурил алкохола и нижим садржајем урее-формалдехида је често пожељна тако да језгро или калуп могу задржати довољно чврстоће под топлотом.
За мање, одливци танких зидова са нижим температурама изливања, јефтинија смола са већим садржајем урее може бити довољна.
Треће, битна је структурна тенденција ливења.
Ако је одлив склон врућем пуцању, везиво са нижом топлотом чврстоћом може заправо бити непожељно; смола мора да подржи метал док очвршћавање не буде стабилно.
Ако је одлив склон хладном пуцању, везиво би требало добро да се сруши након изливања тако да се одлив може слободно скупљати без претераног задржавања.
Укратко, избор смоле је одговарајући проблем. Права смола је она која балансира стварање гаса, врућа снага, колапс понашања, брзина очвршћавања, мелиорациони учинак, и ризик од квара за одређени одлив.
Закључак
Ливење у песку од смоле је процес у коме су хемија и металургија блиско повезане.
Иста ливница може постићи веома различите резултате једноставном променом учвршћивача, породица смола, метод рекултивације, или време наношења премаза.
Зато је практично знање толико важно у овој области.
Добар процес смоле песка није само брз и јак. Такође је стабилан, предвидљив, и компатибилан са легуром за ливење, геометрија, и циклус производње.
Када је систем смоле изабран и правилно контролисан, ливење у песку од смоле постаје један од најефикаснијих начина за производњу тачних и сложених металних одливака.
