1. Giới thiệu
Cát phục vụ như xương sống của đúc cát, hình thành khoang khuôn trực tiếp định hình mọi đúc.
Bằng cách đóng gói cát xung quanh một mẫu, Các xưởng đúc tạo ấn tượng tiêu cực mà kim loại nóng chảy, củng cố, và đảm nhận hình học cuối cùng của nó.
Lựa chọn cát đóng một vai trò quan trọng: Nó ảnh hưởng đến bề mặt hoàn thiện, tính thấm khí, Độ chính xác kích thước, và cuối cùng, trị giá.
Trong các phần sau, Chúng tôi kiểm tra các hệ thống cát chính, liên kết hóa học, Natri silicat, Nhựa được chế biến, và cát đặc sản - sáng tác của chúng, của cải, và ứng dụng lý tưởng.
2. Cát xanh
Cát xanh đóng vai trò là Môi trường khuôn công việc trong hơn 70% của các hoạt động hạ cánh toàn cầu.
Foundries ủng hộ nó với chi phí thấp của nó, dễ dàng tái sử dụng, và khả năng thích ứng với một loạt các kích thước và hình học một phần.
Thành phần
Một hỗn hợp màu xanh lá cây điển hình và chứa:
| Thành phần | Tỷ lệ điển hình | Chức năng |
| Cát silica | 85Cấm90 WT % | Cung cấp bộ xương và định nghĩa vật liệu chịu lửa |
| Bentonite đất sét | 5Cấm10 WT % | Truyền đạt độ dẻo, Sức mạnh màu xanh lá cây,"Và khả năng thu gọn |
| Nước | 2Cấm4 WT % | Kích hoạt chất kết dính đất sét; Kiểm soát độ dẻo khuôn |
| phụ gia (BIỂN - BIỂN, 1Cấm3 WT %) | 1Cấm3 WT % | Tăng cường hoàn thiện bề mặt và thúc đẩy carbon bóng |
Thuộc tính chính
- Độ ẩm (2–4 %)
Đảm bảo độ dẻo cát tốt để in dấu. Quá ít độ ẩm gây ra vỡ vụn; quá nhiều mang lại tính thấm kém và khuyết tật khí. - Sức mạnh màu xanh lá cây (30PS50 psi)
Các biện pháp có khả năng của khuôn không bị hỏng để hỗ trợ kim loại nóng chảy mà không bị sụp đổ. - Tính thấm (200Mạnh400 pn)
Chỉ ra cách các khí dễ dàng thoát khỏi các khoang nấm mốc. - Sự thu gọn (0.5Mạnh1,5 mm)
Mô tả biến dạng được kiểm soát của nấm mốc khi hóa rắn, Giảm các khiếm khuyết nóng.
Ưu điểm và ứng dụng
Cát xanh Chi phí dụng cụ thấp ($50- $ 200 mỗi khuôn) Và Khả năng tái sử dụng trong 5 chu kỳ làm cho nó lý tưởng cho lớn,
Các vật đúc nặng như khối động cơ, Vỏ bơm, và các thành phần máy móc nông nghiệp.
Các xưởng đúc cũng sử dụng cát xanh cho các bộ phận nguyên mẫu, Trường hợp doanh thu nhanh và đầu tư trả trước tối thiểu.
Hạn chế & Giảm thiểu
- Dung sai kích thước (± 0,5 bóng1.5 %)
Khuôn màu xanh lá cây và thể hiện dung sai lỏng hơn. Các kỹ sư thắt chặt dung sai bằng cách kiểm soát chính xác mức độ đất sét và độ ẩm. - Rửa trong các phần mỏng
Liên hệ mở rộng với kim loại nóng chảy có thể làm xói mòn các chi tiết tốt. Tăng hàm lượng đất sét hoặc áp dụng lớp phủ chịu lửa cho các bức tường khuôn giảm nhẹ.
3. Cát liên kết hóa học
Hệ thống cát liên kết hóa học biến đổi các hạt silica đơn giản thành các khuôn và lõi hiệu suất cao bằng cách sử dụng nhựa tổng hợp làm chất kết dính.
Các xưởng đúc chọn từ ba hóa chất nhựa hàng đầu, Furan, và epoxy - mỗi người phù hợp với sức mạnh cụ thể, sự chữa bệnh, và hồ sơ phát sinh khí.
Các loại và thuộc tính nhựa
- Nhựa phenolic: Cung cấp sự ổn định nhiệt tuyệt vời (lên đến 300 °C) và tiến hóa khí thấp (≤ 0.2 L/kg cát).
Họ đạt được điểm mạnh của băng ghế dự bị 200 ps300 psi (1.4MP2.1 MPa) Trong vòng 5 phút10 phút. - Nhựa furan: Chữa bệnh nhanh chóng (1–3 phút) với sự tiến hóa khí vừa phải (0.3Hàng0.5 l/kg).
Điểm mạnh của băng ghế của họ đạt 250 ps350 psi (1.7MP2.4 MPa), Làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các vật đúc bằng thép trung bình. - Chất kết dính epoxy: Cung cấp các thế mạnh cao nhất (300Mạnh400 psi / 2.1MP2.8 MPa) và sản lượng khí tối thiểu (< 0.1 L/kg).
Mặc dù thời gian chữa bệnh kéo dài đến 15 phút30 phút, Sands epoxy tạo ra các bề mặt đặc biệt sạch cho các bộ phận nhôm sợi mỏng.
Chuyển từ hóa học nhựa sang lựa chọn quá trình, Foundries chọn giữa Không có wakes Và Hộp lạnh phương pháp:
Không có quá trình
- Cơ chế: Trộn cát với nhựa chất lỏng và chất xúc tác; Cho phép nấm mốc chữa khỏi ở nhiệt độ môi trường.
- Thuận lợi: Thiết lập đơn giản, Năng lượng - hiệu quả (Không có hệ thống sưởi bên ngoài), chứa các khuôn lớn (> 2 m chiều dài).
- Số liệu điển hình: Cường độ nén > 10 MPA trong vòng 2 phút 5 phút; Tuổi thọ băng ghế dự bị 10 phút15 phút để lắp ráp khuôn.
Quá trình hộp lạnh
- Cơ chế: Đóng gói hỗn hợp cát cát trong bình, Sau đó chuyển chất xúc tác amin khí qua cát để kích hoạt phương pháp chữa trị tức thì.
- Thuận lợi: Thời gian chu kỳ thấp như 30 giây, Lý tưởng cho sản xuất khối lượng cao và lõi phức tạp.
- Số liệu điển hình: Cường độ nén của 10 trận15 MPa trong 1 phút; Chất xúc tác còn lại thấp giảm thiểu các khuyết tật.
Trong khi cát liên kết hóa học cung cấp Sức mạnh băng ghế lên đến 15 MPa Và sự thu gọn đủ cho hình học phức tạp, Họ yêu cầu nghiêm ngặt quản lý khí.
Sự tiến hóa khí quá mức có thể gây mất lỗ kim và thổi; do đó, xưởng đúc điều chỉnh liều lượng nhựa,
Tối ưu hóa thông hơi hộp lõi, và sử dụng chân không hoặc áp lực thấp để giảm thiểu khuyết điểm.
Ứng dụng Phạm vi từ các khối động cơ biển lớn, nơi dung sai kích thước siết chặt đến ± 0.2 MM - đến nhà ở tuabin hàng không vũ trụ yêu cầu RA ≤ 2 Kết thúc.
Trong các kịch bản này, cát liên kết hóa học đáp ứng cả độ chính xác chiều và các tiêu chuẩn chất lượng bề mặt mà cát xanh không thể đạt được.
4. Natri silicat (Thủy tinh nước) Cát
Xây dựng trên các hệ thống liên kết hóa học, Natri Silicate Sand—Voten gọi Cát thủy tinh nước—Choffers một cơ chế hợp tác đặc biệt, sức mạnh, và chất lượng bề mặt.
Foundries sử dụng nó chủ yếu để tạo ra cốt lõi và các vật thể trung bình, nơi quay vòng nhanh chóng và hoàn thiện tốt.
Cơ chế liên kết và làm cứng co₂
- Trộn: Người vận hành pha trộn cát silica với dung dịch silicat natri lỏng (8Cấm12 WT %).
- Lắp ráp khuôn: Kỹ thuật viên đóng gói hoặc bắn cát ướt xung quanh mẫu hoặc hộp lõi.
- Co₂ chữa bệnh: Một luồng của 100% Co₂ (tốc độ dòng 4 trận8 m³/h) đi qua khuôn.
- Đặt thời gian: Các hình thành gel silicat trong 10–30 giây, Mang lại một khuôn cứng sẵn sàng để lắp ráp ngay lập tức.
Cảm ơn sự cứng nhắc nhanh chóng này, lõi silicat natri có thể vào bình và được đổ vào bên trong 1–2 phút của Co₂ tiếp xúc, thời gian rút ngắn đáng kể thời gian chu kỳ so với hệ thống nhựa.
Thuận lợi
- Chữa bệnh nhanh: Hoàn thành Gelation trong Under 30 giây loại bỏ thời gian băng ghế dài, tăng thông lượng tăng cường.
- Hoàn thiện bề mặt tốt: Lõi được chữa khỏi biểu hiện độ nhám bề mặt xung quanh RA 3-5 Pha, mịn hơn cát xanh 30% 50%.
- Khói và mùi thấp: CO₂ Curing tạo ra các sản phẩm phụ dễ bay hơi không đáng kể, Cải thiện điều kiện làm việc của xưởng đúc.
- Khả năng tái sử dụng: Khi được khai hoang đúng, cát silicat natri có thể đạp qua 8Mạnh12 Sử dụng trước khi mất sức mạnh đáng kể.
Hạn chế
- Những thách thức cải tạo: Hàm lượng cacbonat natri cao đòi hỏi Khai hoang ướt hoặc nhiệt ở 600 nhiệt800 ° C để thoát ra khỏi các chất kết dính, tăng chi phí năng lượng.
- Giảm tuổi thọ cát: Cát tái chế cuối cùng tích lũy cacbonat và tiền phạt, sức mạnh xuống cấp của lên đến 15% sau đó 10 chu kỳ.
- Độ nhạy cảm độ ẩm: Độ ẩm xung quanh ở trên 70% có thể là hỗn hợp tiền cứng hoặc thâm nhập co₂ chậm, Yêu cầu kiểm soát khí hậu.
Ứng dụng
Foundries tận dụng cát silicat natri khi chúng cần sự cân bằng về tốc độ và độ chính xác:
- Làm cốt lõi: Khí lõi hardened cho máy bơm bơm, thân van, và các đoạn ngoại biên.
- Đóng thép kích thước trung bình: Đa tạp và vỏ hộp số (10Phạm vi200 kg) yêu cầu dung sai thứ nguyên vừa phải (± 0.3 mm).
5. Nhựa sands
Nhựa được phủ cát được sử dụng phổ biến trong Đúc vỏ—Combine độ chính xác của các hệ thống liên kết hóa học với tốc độ sản xuất khối lượng cao.
Bằng cách áp dụng một mỏng, lớp nhựa được xúc tác trước cho từng hạt cát, Foundries tạo ra các vỏ sò mạnh mẽ, nắm bắt chi tiết tốt và duy trì độ chính xác chiều đặc biệt.
Quá trình đúc vỏ
- Lớp phủ nhựa: Các nhà sản xuất đồng đều phủ lên cát silica cao cấp cao (AFS 50 trận70) với 1Mùi2 WT % Nhựa nhiệt (Phenolic hoặc epoxy).
- Hình thành vỏ: Họ ném cát phủ xung quanh một mô hình đã chết trước (175Mùi200 ° C.); nhiệt chữa khỏi nhựa, tạo thành một cái vỏ cứng xỏ khoảng 2Mạnh5 mm dày.
- Lõi Lõi: Kỹ thuật viên loại bỏ cát không bị, Lắp ráp các nửa vỏ vào bình, và hậu vệ bằng cát không tráng để hỗ trợ.
- Đúc: Sản xuất vỏ nhanh chóng mang lại khuôn mẫu sẵn sàng để đổ 5 phút loại bỏ mẫu.
Ưu điểm chính
- Bề mặt hoàn thiện đặc biệt: Vỏ đúc được đóng gói đạt được RA ≤ 2 Mạnhm, lên đến 80% mượt mà hơn các đối tác màu xanh lá cây.
- Dung sai chặt chẽ: Độ chính xác kích thước đạt đến ± 0.1 mm, Giảm sau khi vận hành bằng cách 30–40%.
- Khả năng mỏng: Tường mỏng như 1 mm với nước mắt nóng hoặc rửa trôi tối thiểu.
- Tự động hóa - thân thiện: Các dòng vỏ liên tục tạo ra 100Vỏ200 vỏ mỗi giờ, hỗ trợ thông lượng cao.
Chi phí và chu kỳ xem xét thời gian
| Số liệu | Đúc vỏ | Cát xanh | Đúc chết |
| Chi phí khuôn | $500- $ 2.000/vỏ | $50- $ 200/khuôn | $10,000- $ 100.000/chết |
| Thời gian chu kỳ | 510 phút/vỏ | 20Mạnh60 phút | Giây mỗi lần bắn |
| Khối lượng một phần | 1,00050.000.000/năm | 10010.000/năm | 10,000Cấm1.000.000/năm |
| Giảm gia công | 30Mạnh40 % | 0Tiết10 % | 40–60 % |
Trong khi đúc vỏ đòi hỏi chi phí trả trước cao hơn, của nó chu kỳ nhanh chóng Và giảm hoàn thiện làm cho nó hấp dẫn về kinh tế cho trung bình Sản xuất chạy (1,000Đơn vị 50.000).
Các ngành công nghiệp và ứng dụng nhắm mục tiêu
- Vỏ tăng áp ô tô: Lớp mỏng, Các thành phần cao được hưởng lợi từ sự chính xác của vỏ đạn.
- Vỏ hộp số hàng không vũ trụ: Dung sai chặt chẽ (± 0.1 mm) và kết thúc tốt đáp ứng các tiêu chuẩn chứng nhận nghiêm ngặt.
- Thiết bị y tế chính xác: Hình học phức tạp với RA < 2 Các bề mặt.
- Vỏ điện tử: Bé nhỏ, Các lựa chọn thay thế CASTENT sử dụng khuôn vỏ để tránh độ xốp và cải thiện hiệu suất EMI.
6. Sands và phụ gia đặc sản
Ngoài các hỗn hợp silica tiêu chuẩn, Foundries triển khai Đặc sản cát Và phụ gia Để giải quyết dịch vụ nhiệt độ cao, Cải thiện chất lượng bề mặt, và hành vi nấm mốc tốt.
Bằng cách điều chỉnh hóa học cát và đặc điểm hạt, Các kỹ sư tối ưu hóa việc đúc cho các ứng dụng yêu cầu.
Cát nhiệt độ cao
Khi nhiệt độ kim loại nóng chảy vượt quá 1,300 ° C, hoặc khi điện trở sốc nhiệt có vấn đề thay thế hoặc pha trộn trong cát chịu lửa:
| Loại cát | Thành phần | điểm nóng chảy | Những lợi ích | Trường hợp sử dụng điển hình |
| Cát zircon | Zarsio₄ | > 2,200 °C | Khúc xạ đặc biệt; Mở rộng nhiệt rất thấp (4.5 × 10⁻⁶/k); thâm nhập kim loại tối thiểu | Lưỡi dao tuabin Superalloy; Thôi thép khuôn |
| Cát olivine | (Mg,Fe)₂sio₄ | ~ 1,900 °C | Ổn định nhiệt tốt; độ bền thấp; Chi phí vừa phải (10Lọ20% trên silica) | Thép nặng và đúc sắt |
| Cát chromit | Fecr₂o₄ | > 1,700 °C | Độ dẫn nhiệt cao (≈ 7 W/m·K); Giảm phản ứng hóa học bằng cát | Đúc đầu tư hợp kim nhiệt độ cao; Khuôn thủy tinh |
Bề mặt phụ gia chất lượng
Để đạt được bề mặt đúc mượt mà hơn Và giảm thiểu rửa sạch, Foundries giới thiệu các chất phụ gia hữu cơ hoặc carbon tốt:
- Bụi than (BIỂN - BIỂN)
-
- Liều dùng: 1Cấm3 WT % hỗn hợp cát
- Chức năng: Ở nhiệt độ đúc, Các chất bay hơi than lắng đọng một lớp carbon mỏng giúp cải thiện dòng kim loại và giảm phản ứng tổng hợp cát, Sản lượng bề mặt hoàn thiện tốt hơn 203030% so với cát không được xử lý.
- Phụ gia carbon bóng
-
- Hoá học: Hỗn hợp của bình nhựa và microspheres than chì
- Lợi ích: Tạo ra một màng carbon sáng bóng trong khoang khuôn, tăng cường hơn nữa chi tiết và ngăn chặn sự xâm nhập của kim loại vào lỗ chân lông cát, điều trị bằng nhôm và đồng thau có độ cao cao.
Kích thước hạt và độ mịn
các Hiệp hội đúc Mỹ (AFS) Số lượng hạt mịn Hướng dẫn lựa chọn cát:
| Số AFS | Đường kính hạt trung bình | Ảnh hưởng đến hành vi khuôn |
| 30Mạnh40 | 0.6Hàng0,8 mm | Tính thấm cao, Kết thúc thô |
| 50Mạnh70 | 0.3Hàng0,6 mm | Cân bằng tính thấm và chi tiết |
| 80Mạnh100 | 0.2Hàng0,3 mm | Chi tiết tốt (Ra ≤ 3 ừm), tính thấm thấp hơn |
- Cát thô hơn (AFS 30 trận40): Lý tưởng cho các phần nặng, nơi các loại khí thoát vượt quá yêu cầu bề mặt.
- Cát trung bình (AFS 50 trận70): Công việc cho các vật đúc kỹ thuật nói chung, Cung cấp một sự thỏa hiệp giữa khả năng lấp đầy và chi tiết.
- Cát tốt (AFS 80 bóng100): Cần thiết cho những bức tường mỏng, cạnh sắc nét, và các tính năng nhỏ, nhưng thường được pha trộn với các hạt thô hơn để duy trì dòng khí.
7. Thuộc tính chính của cát để đúc cát
| Tài sản | Tầm quan trọng | Phạm vi điển hình |
| Độ ẩm | Độ dẻo vs. tính thấm | 2–4% |
| Sức mạnh màu xanh lá cây | Sự ổn định của khuôn trước khi đổ | 30PS50 psi (0.2MP0.3 MPa) |
| Tính thấm | Khí thoát trong quá trình | 200Mạnh400 (Số tính thấm) |
| Khúc xạ | Khả năng chống nhiệt độ kim loại nóng chảy | 1,200Mạnh1,400 ° C. |
| Sự thu gọn | Dễ dàng loại bỏ cát sau khi hóa rắn | 0.5Biến dạng1,5 mm |
| Hạt mịn | Bề mặt hoàn thiện vs. tính thấm | AFS 40 trận100 |
8. Lựa chọn cát cho các ứng dụng đúc cụ thể
Dựa trên loại kim loại
Các kim loại khác nhau đòi hỏi các đặc điểm cát khác nhau do các điểm nóng chảy và khả năng phản ứng của chúng:
- Hợp kim màu (Sắt, Thép):
Những kim loại này đổ ở nhiệt độ cao, thường ở trên 1,400 °C, yêu cầu cát với tuyệt vời Khúc xạ, Điện trở thâm nhập kim loại, Và ổn định nhiệt.
Các lựa chọn phổ biến bao gồm:
-
- Cát chromite - Độ dẫn nhiệt vượt trội và khả năng chống hợp hạch
- Cát silica tinh khiết cao - Kinh tế và có sẵn rộng rãi, với khúc xạ vừa phải
- Hợp kim màu (Nhôm, đồng, kẽm):
Những vật đúc ở nhiệt độ thấp hơn (600Mạnh1,100 ° C.) và nhạy cảm hơn với các khuyết tật khí và độ nhám bề mặt. Hệ thống cát lý tưởng bao gồm:
-
- Cát zircon - Mở rộng nhiệt thấp và hoàn thiện bề mặt tuyệt vời
- Cát silica hạt mịn -Hiệu quả về chi phí và có khả năng giải quyết chi tiết cao
Dựa trên sự phức tạp đúc
- Hình dạng đơn giản: Cát xanh có thể là một chi phí - lựa chọn hiệu quả do dễ đúc.
- Hình dạng phức tạp: Cát liên kết hóa học (Đặc biệt lạnh - hộp) hoặc nhựa - cát phủ cho đúc vỏ được ưu tiên cho độ chính xác và chi tiết của chúng - khả năng giữ.
Dựa trên khối lượng sản xuất
- Sản xuất khối lượng thấp: Cát xanh là phổ biến do chi phí và khả năng tái sử dụng thấp.
- Cao - Sản xuất Khối lượng: Cát liên kết hóa học (Lạnh - hộp) hoặc nhựa - cát phủ cung cấp chất lượng nhất quán và thời gian chu kỳ nhanh hơn, Mặc dù chi phí ban đầu cao hơn.
9. Khai hoang cát và tái chế trong đúc cát
Tầm quan trọng của việc cải tạo cát
- Môi trường: Giảm nhu cầu về cát nguyên chất, bảo tồn tài nguyên thiên nhiên, và giảm thiểu chất thải bãi rác.
- Thuộc kinh tế: Cắt giảm chi phí mua sắm và xử lý cát, Cung cấp tiết kiệm đáng kể cho các xưởng đúc.
Kỹ thuật cải tạo
- Khai hoang thể chất: Các quy trình cơ học như sàng lọc, sự tiêu hao, và chà để loại bỏ chất kết dính và chất gây ô nhiễm. Thích hợp cho cát với chất kết dính đơn giản (ví dụ., cát xanh).
- Khai hoang nhiệt: Sử dụng nhiệt để đốt cháy chất kết dính và chất gây ô nhiễm hữu cơ. Hiệu quả hơn cho các chất kết dính phức tạp nhưng đòi hỏi nhiều năng lượng hơn và tốn kém hơn.
Tái lấy cát vs. Cát nguyên chất
Cát khai hoang có thể có các thuộc tính hơi khác nhau, chẳng hạn như kích thước hạt và hàm lượng chất kết dính. Tuy nhiên, với sự kiểm soát chất lượng thích hợp, Nó có thể đáp ứng các yêu cầu cho nhiều ứng dụng đúc.
Tác động môi trường và chi phí - Phân tích lợi ích
Trong khi cải tạo có một số tác động môi trường (ví dụ., Sử dụng năng lượng trong khai hoang nhiệt), Lợi ích môi trường tổng thể lớn hơn tác động của việc chỉ sử dụng cát nguyên chất.
Về mặt kinh tế, Tiết kiệm từ việc cải tạo thường vượt quá đầu tư vào thiết bị và quy trình.
10. Xu hướng tương lai trong cát để đúc cát
Phát triển vật liệu cát mới
- Các nỗ lực nghiên cứu để phát triển các loại cát mới với các đặc tính nâng cao, chẳng hạn như cải tiến khúc xạ, Mở rộng nhiệt thấp hơn, và khả năng tương thích môi trường tốt hơn.
- Thăm dò vật liệu thay thế cho các loại cát truyền thống, chẳng hạn như cát tổng hợp hoặc cát có nguồn gốc từ chất thải.
Những tiến bộ trong công nghệ chất kết dính
- Sự phát triển của các chất kết dính thân thiện với môi trường hơn với lượng khí thải thấp hơn và hiệu suất tốt hơn.
- Làm thế nào các công nghệ chất kết dính mới có thể cải thiện sức mạnh, tính thấm, và các tính chất khác của khuôn cát và lõi, dẫn đến các vật đúc cao hơn - chất lượng.
Tự động hóa trong xử lý và xử lý cát
- Việc sử dụng tự động hóa ngày càng tăng trong các quy trình đúc cát, bao gồm cả trộn cát, đúc, và cải tạo.
- Làm thế nào tự động hóa có thể cải thiện tính nhất quán và hiệu quả của việc xử lý cát, giảm chi phí lao động, và nâng cao chất lượng tổng thể của quá trình đúc.
11. Phần kết luận
Chọn đúng loại cát Nền tảng đúc cát thành công.
Từ cát xanh đa năng đến nhựa chính xác vỏ sò, Mỗi hệ thống mang lại lợi thế duy nhất và giao dịch.
Bằng cách hiểu thành phần cát, thuộc tính chính, và các chiến lược cải tạo, Kỹ sư đúc đảm bảo đúc chất lượng cao, Sản xuất kinh tế, và quản lý môi trường.
Khi công nghệ cát tiến bộ, các chất kết dính thân thiện với sinh thái, Kiểm soát quá trình kỹ thuật số, và sản xuất phụ gia, và đúc sẽ tiếp tục cung cấp năng lượng cho các ứng dụng sáng tạo trong các ngành công nghiệp khác nhau.
