鑄型尼龍的離心澆注與砂模成型工藝

1、鑄型尼龍的離心澆注與砂模成型工藝合肥工業(yè)大學(xué)蘇勇【提要】論述了鑄型尼龍的合成工藝及成型要求研究了離心澆注的特點(diǎn)、工藝及存在的問題在此基礎(chǔ)上提出了一種滿足任意形狀要求的新的尼龍成型工藝砂模成型。關(guān)鍵詞鑄型尼龍砂模成型離心澆注鑄型尼龍是一種新型合成材料它是將已內(nèi)酰胺置于容器中加熱待完全熔融后加入堿性催化物在一定溫度下抽真空。待水分脫盡后加入助催化劑迅速使其均勻并澆鑄于已預(yù)熱的模具中在常壓下聚合成型。這種工藝方法生產(chǎn)的材料稱為單體澆鑄尼龍或鑄型尼龍縮寫為mc尼龍。由于mc尼龍比一般尼龍有更高的分子量和結(jié)晶度因而有較高的拉伸強(qiáng)度、模量、熱變形溫度和耐化學(xué)性并有良好的耐磨性和低的吸濕性。目前mc尼龍廣泛

2、用于各個(gè)部門。塑料成型方法有注塑、擠壓和澆鑄等。由于前兩種方法需要耐高壓的成型設(shè)備和精密的模具同時(shí)由于尼龍的熔點(diǎn)比較高其熱傳導(dǎo)性又比較差制品壁厚受到限制。隨著制品重量的增加模具費(fèi)用增高。所以要制造幾公斤以上的大型制件成形較困難且價(jià)格昂貴。尼龍澆鑄成型可分為靜止成型和離心澆鑄成型兩類。mc尼龍的離心澆鑄成型mc尼龍離心澆鑄是將制備好的聚合活性混合料澆鑄到旋轉(zhuǎn)的模具中在離心力的作用下熔料在模具的內(nèi)壁進(jìn)行聚合和成型如軸套、齒輪等。根據(jù)鑄件的形狀和尺寸要求可采用水平式或立式離心成型法。制造的空心件其軸線方向尺寸很長(zhǎng)時(shí)采用水平式旋轉(zhuǎn)成型如果制件軸線方向尺寸小于制品的直徑時(shí)采用立式旋轉(zhuǎn)成型的方法也可以使模

3、具同時(shí)按兩個(gè)不同方向旋轉(zhuǎn)。圖1為水平式離心澆鑄聚合成型設(shè)備。圖1水平式離心澆鑄設(shè)備示意圖鑄型模具的旋轉(zhuǎn)成型采用電動(dòng)機(jī)經(jīng)變速箱帶動(dòng)轉(zhuǎn)速為602000rmin。在模具外面有懸空固定的加熱殼體外面加熱套和模具內(nèi)的溫度用熱電偶連接儀表測(cè)溫。離心澆鑄與采用靜止模具澆鑄聚合成型的工藝條件不同厚壁制件比薄壁制件散熱困難因此模具內(nèi)的溫度因聚合放熱明顯上升經(jīng)過一段時(shí)間會(huì)超過模具外面溫度。當(dāng)制件壁薄時(shí)模具內(nèi)的溫度上升較慢而且達(dá)不到模具外面溫度隨著鑄件厚度減小需升高模具加熱溫度和入模熔體溫度這樣才能使模具內(nèi)的實(shí)際溫度相同得到同樣性能的鑄型件。模具溫度可按制件壁厚選擇決定。熔體注模后在170190溫度下保持2030m

4、in后停止加熱待溫度降至150160時(shí)即可脫模然后將制件放入烘箱內(nèi)進(jìn)行保溫冷卻。離心澆鑄的特點(diǎn)是:1可以制造任何壁厚的大型鑄件2制件的外形與模具內(nèi)壁形狀相同在離心力的作用下鑄件內(nèi)部不產(chǎn)生縮孔或傷痕制件內(nèi)應(yīng)力很小或幾乎沒有表面光潔度很高3與靜止模具相比制出的毛坯件機(jī)加工余量明顯地減少。如果精度要求不高可以生產(chǎn)出不需機(jī)加的制件減少了原材料的消耗4離心成型的制品其機(jī)械強(qiáng)度如彎曲強(qiáng)度、硬度都很高。但應(yīng)用離心澆鑄成型設(shè)備較為復(fù)雜且生產(chǎn)周期長(zhǎng)只能生產(chǎn)一些軸向?qū)ΨQ的中空件。mc尼龍的砂模成型工藝靜止成型工藝原則上可生產(chǎn)任意形狀制品其模具材料可分為金屬材料模具和非金屬材料如砂模等。采用砂模制型與制芯不但可滿足

5、任意形狀需要且節(jié)材、節(jié)能。對(duì)mc尼龍靜止模具設(shè)計(jì)有以下要求:1.模具的緊密性由于已內(nèi)酰胺熔體粘度很低流動(dòng)性與水相似為了使?jié)茶T熔體不致滲漏要求模具具有較高的緊密性。2.模具內(nèi)壁的光潔度3.要求模具耐溫250并對(duì)堿催化聚合反應(yīng)沒有影響對(duì)聚合熔體的化學(xué)穩(wěn)定性良好。4.模具尺寸留有適當(dāng)收縮量和加工余量模具有足夠的強(qiáng)度且便于取制件。目前mc尼龍靜止成型大多使用金屬型成型工藝砂型成型工藝很少。這主要是普通砂型很難滿足上述模具的要求借鑒有關(guān)金屬液砂型鑄造工藝我們認(rèn)為mc尼龍砂模成型應(yīng)注意以下問題:轉(zhuǎn)下頁?32?新技術(shù)新工藝1997年第4期? 1995-2004 tsinghua tongfang optic

6、al disc co. ltd. all rights reserved.新型含硼高強(qiáng)韌低合金馬2貝耐磨鋼的研究吉林工業(yè)大學(xué)趙玉謙趙宇光王樹奇長(zhǎng)春發(fā)電設(shè)備總廠田伯拓劉赤威劉暢【提要】研制的新型馬-貝耐磨鋼具有合金白口鑄鐵及高錳鋼的優(yōu)點(diǎn)有較佳的強(qiáng)韌性匹配。經(jīng)球磨機(jī)和破碎機(jī)運(yùn)行試驗(yàn)表明該材料適于中、低應(yīng)力沖擊磨料磨損工況。關(guān)鍵詞馬2貝耐磨鋼沖擊韌性合金成分工業(yè)上各類抗磨件80以上在中、低應(yīng)力沖擊磨損工況下工作但由于磨料磨損的復(fù)雜性至今尚未找到一種適合低、中應(yīng)力沖擊工況下的理想耐磨材料。目前國(guó)內(nèi)外使用的抗磨材料主要有高錳鋼、低合金鋼及各類合金白口鑄鐵。高錳鋼在非強(qiáng)烈沖擊下因不能充分加工硬化其耐磨性較

7、差。合金白口鑄鐵如高鉻鑄鐵等因其馬氏體基體分布著m7c3型高硬度的碳化物相故硬度高耐磨性好但韌性太低使用受到限制。經(jīng)淬火-回火的新型含硼高強(qiáng)韌低合金馬2貝耐磨鋼綜合上述兩種材料的優(yōu)點(diǎn)具有較佳的強(qiáng)韌性匹配在中、低應(yīng)力沖擊磨料磨損工況下已顯示出明顯的優(yōu)越性。經(jīng)球磨機(jī)襯板和破碎機(jī)錘頭的實(shí)際生產(chǎn)和裝機(jī)運(yùn)行試驗(yàn)證實(shí)新型高強(qiáng)韌馬2貝耐磨鋼生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單易行質(zhì)量穩(wěn)定可靠生產(chǎn)的耐磨件成本低性能優(yōu)異是在低、中應(yīng)力沖擊磨料磨損工況下使用較為理想的抗磨材料。合金成分的優(yōu)化設(shè)計(jì)新型鋼種合金成分設(shè)計(jì)主要考慮立足國(guó)內(nèi)資源采用常規(guī)合金元素即中等偏低的碳較高的硅適量加入錳、鉻、鉬和銅再配以鈦、硼、稀土等多元微合金化復(fù)合變質(zhì)處理

8、及適當(dāng)?shù)臒崽幚淼玫揭詮?qiáng)相馬氏體為主引入一定量韌性和強(qiáng)度較好的貝氏體混相組織。1.碳碳是固溶強(qiáng)化提高淬透性影響顯微組織決定材料硬度和韌性最為重要的元素。碳含量過高淬火得到的馬氏體多為具有孿晶亞結(jié)構(gòu)的片狀馬氏體硬度高但韌性差。碳含量過低材料淬透性下降強(qiáng)度、硬度低耐磨性差。碳含量應(yīng)控制在滿足強(qiáng)度、硬度的情況下保持最低值。為此本鋼種的含碳量確定為0.30.45淬火后得到的馬氏體為具有高密度位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)的板條馬氏體和孿晶片狀馬氏體的混合以前者為主且有利于一定量的貝氏體形成。2.硅硅也能提高淬透性具有固溶強(qiáng)化作用阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大使第一類回火脆性提高。近期研究表明硅促進(jìn)連續(xù)冷卻過程中形成準(zhǔn)貝氏體或粒狀貝氏體

9、其特點(diǎn)是不析出碳化物而存在穩(wěn)定的奧氏體膜從而使材料具有良好的強(qiáng)韌性但硅過量會(huì)出現(xiàn)塊狀鐵素體使韌性降低并易產(chǎn)生淬火裂紋。因此硅含量選擇在0.81.8之間。3.錳、鉻錳、鉻元素主要用于提高鋼的淬透性但兩者均促進(jìn)回火脆性及熱敏感性錳可強(qiáng)化馬氏體基體改善鋼的強(qiáng)韌性適量的鉻易促使鋼形成條束狀馬氏體有利于提高鋼的綜合性能同時(shí)錳和鉻均具有推遲高溫區(qū)轉(zhuǎn)變比推遲貝氏體轉(zhuǎn)變更劇烈的特點(diǎn)這有利于貝氏體組織的形成。本研究選擇范圍為:mn1.01.8cr0.81.8。4.鉬、銅鉬顯著抑制珠光體和鐵素體轉(zhuǎn)變使其孕育期推遲而對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變影響較小。鉬提高淬透和回火穩(wěn)定性抑制回火脆性在相變過程中能減緩馬氏體板狀基體結(jié)晶周界碳化物析出從而改善鋼的沖擊韌性提高接上頁1.為提高模具緊密性與光潔度可在砂型壁上噴或刷一層涂料這層涂料既不與已內(nèi)酰胺起化學(xué)反應(yīng)又能防止?jié)B漏且還耐高溫250。2.需要選擇合適的砂型粘結(jié)劑以使砂型、砂芯有一定的強(qiáng)度以便成型并在刷涂料與澆注時(shí)不致落砂但砂芯在澆注完畢后又需有一定潰散性以便形成中空制品。3.根據(jù)鑄件軸徑向不同的收縮率和產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、形狀來設(shè)計(jì)模具的結(jié)構(gòu)、澆注口位置和體積以避免制品內(nèi)部產(chǎn)生縮孔等缺陷。以上問題是mc尼龍砂模成型工藝的難點(diǎn)所在本文作者對(duì)這些難點(diǎn)均進(jìn)行了一些試驗(yàn)研制出了多種特殊防滲