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铸造用增碳剂吸收率的影响因素
随着铸造生产中废钢应用的普及,铸铁生产中,增碳剂的应用越来越多。但是,很多铸造朋友并不是十分了解不同增碳剂在不同铸铁中的应用。嘉碳技术部刘工根据十多年的铸造客户一线应用指导经验总结出铸造用增碳剂吸收率的影响因素,供铸造朋友参考。
一、铁液成分
嘉碳品牌增碳剂中的碳熔点很高(3 727℃),主要通过溶解和扩散两种途径溶于铁液。碳在铁液中溶解度为:Cmax=1.3+0.25T-0.3Si-0.33P-0.45S+0.028Mn式中,T 为铁液温度(℃)。
1.铁液成分。从上式可以看出Si、S、P 降低C的溶解度,降低增碳剂的吸收率,而Mn 则相反。资料显示:铁液每增加0.1%的C 和Si,增碳剂的吸收率分别降低1~2 和3~4 个百分点; 而每增加1%的Mn,吸收率可增加2%~3%。Si 的影响最大,Mn 次之,C、S 较小。因此实际生产中应先增C,后补Si。
2.铁液温度。铁液平衡温度(C-Si-O)对吸收率有很大的影响:当铁液温度大于平衡温度时,C 优先与O 反应,铁液中的C 损耗增加,吸收率下降;当铁液温度小于平衡温度时,C 的饱和度下降,C 的扩散速度降低,吸收率也下降;铁液温度等于平衡温度时,吸收率最高。铁液平衡温度(C-Si-O) 随C、Si 不同而变化, 实际生产中嘉碳品牌增碳剂增碳剂多在低于平衡温度(1 150~1 370 ℃)的铁液中溶解扩散。
3.铁液搅拌有利于C 的溶解和扩散,减少增碳剂浮在铁液表面被烧损的几率。在增碳剂未完全溶解前,搅拌的时间越长吸收率越高,但搅拌对炉衬寿命影响大, 而且还会加剧铁液中C 的损耗。适宜的搅拌时间应该是在保证增碳剂完全溶解后尽可能短。
4.扒渣如需在铁液化清后补加增碳剂,必须将炉内浮渣尽量扒净,防止增碳剂裹入渣中。

二、增碳剂方面

1.嘉碳品牌增碳剂的石墨化微观结构。
研究显示碳的结构介于无定型结构和石墨结构之间,为无序叠合的非晶结构。通常情况下,当温度达到2500℃以上并维持一定的时间,才能基本完成石墨化。碳在高温下或者二次加热过程中,其非石
墨碳转变为类石墨碳的程度称为碳的石墨化程度,这也是碳显微分析的检测项目之一。基于石墨晶体结构理论可知,石墨结构是由六角碳原子平面网组成的层平面,层与层间以范德华力相连,从而形成向三维方向无限延伸的点阵晶体结构,通过X射线衍射仪测量X 射线,测试石墨化后规则的六角晶形的比例,来测试石墨化度。

石墨化程度是增碳剂的重要指标。石墨化程度高不仅可以增加碳的吸收速度,还因其结构具有同铁液石墨的同质异核作用而能够提高铁液的形核能力。石墨化增碳剂和非石墨化增碳剂最大的不同就是石墨化增碳剂既有增碳作用也有一定的孕育效果。
2.嘉碳品牌增碳剂根据各种铸件的力学性能、产品特性,通过控制碳以及各微量元素指标,为各类铸件提供专用增碳剂。

固定碳量和灰分固定碳是增碳剂的有效成分,越高越好;灰分是一些金属或非金属的氧化物,是杂质,应尽量少。增碳剂中固定碳量和灰分是此消彼长的两个重要参数,增碳剂中固定碳含量高,增碳效率亦高。灰分含量高的增碳剂容易“焦化”而形成渣层,渣层将碳颗粒隔离,使其不能溶解,因而降低了碳的吸收率。灰分高还造成铁液渣量多,增加电耗,增大熔炼过程中的工作量。硫以及氮等微量元素的控制也最大限度的控制铸件次品率。

3.增碳剂粒度的选择。
增碳剂的粒度小与铁液接触的界面面积大吸收率会高,但过细的颗粒易被氧化,还容易被热对流空气或除尘的气流带走;颗粒尺寸最大值,应该以能在作业时间内完全溶于铁液为准。如增碳剂随炉料一起加入,粒度可大一些,建议在0.2~9.5 mm; 如作为微调在铁液中或出铁前加入,粒度可为0.60~4.75 mm;如在包内增碳及用作预处理, 粒度为0.20~0.85 mm;0.2 mm 以下颗粒不宜使用。粒度还与电炉炉膛直径有关,炉膛直径大,增碳剂的粒度应选大一些,反之亦然。

4.嘉碳品牌增碳剂的超强通指标的控制。

嘉碳品牌增碳剂具有高超强通,碳粒的比表面积大,有更大的表面浸润于铁液,加快溶解和扩散,可提高增碳剂的吸收率。

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模内热切模具在世界各工业发达地区均得到广泛的应用。

1、模内浇口分离自动化,降低对人的依赖度;传统的塑胶模具开模后产品与浇口相连,需二道工序进行人工剪切分离,模内热切模具将浇口分离提前至开模前,消除后续工序,有利于生产自动化,降低对人的依赖。

2、降低产品人为品质影响;在模内热切模具成型过程中,浇口分离的自动化保证浇口分离处外观一致性,其结果是品质一致的零件,而传统人工分离浇口工艺无法保证浇口分离处外观一致。因此市场上很多高品质的产品均由模内热切模具生产。

3、降低成型周期,加强生产稳定性;

模内热切成型的自动化,避免了生产过程中无用的人为动作,而产品的全自动化机械剪切保证品质一致性 ,在产品大规模生产过程中较传统的模具有着不可拟比优势。

2.1 模内切装置基本构成与系统布局
如图1、2所示,一般模内切装置主要由下列关键部件组成:
切刀:主要负责分离浇口料,一般使用SKH51做热处理加硬。
导向块:与切刀配合实现导向及产品成型,一般使用S136做热处理加硬。
微型油缸:承受高油压推动切刀向上动作。
复位弹簧:当切刀向上完成切断动作后,系统进行泄压,此时复位弹簧施力切刀复位。
行程开关:设置于分型面,用于给高压时序控制器发送开合模信号。
高压时序控制器:输出高压油,通过高压油管和模具油路给微型油缸供力及控制动作实施时间
2.2 基本原理与动作实现
注塑产品射胶—保压期间,利用高压时序控制器提供高压油路推动微型油缸,微型油缸推动切刀顶出切断产品浇口料,也就是在产品注塑成型的过程中进行分离。依据产品级模具结构不同,可以调整高压时序控制器及刀具形状, 达到的分离效果。

3浇口设计
使用模内热切的浇口与传统浇口有些区别,常用的有牛角浇口转切口和侧进浇口转切口两种,设计方面需要注意以下问题:

3.1 浇口的大小设计
浇口的大小对注塑产品的浇注效果影响很大,在兼顾浇注效果的同时,也需满足切刀的标准化和可换性问题。对于浇口的长度和宽度,需要按浇注需求选择接近规格的切刀型号。对于浇口的厚度,依据模内切装置高压油缸的行程值(可稳定切断的状态),可在0~4mm之间选择和调整。

3.2 溢料槽的设计
由于需要挤压剪切实现分离浇口料,必须设计溢料槽分流由于切刀挤压成型产生位移的塑料,避免浇口局部塑料密度增大而导致切刀过快磨损或者切不干净。溢料槽通常为切刀外侧面(内侧面为注塑产品)一个比流道宽的槽位,参考尺寸为:宽度=流道宽+5mm,高度与流道等高。各相接棱边必须倒好R角,做到各面圆滑过渡,同时需要做大出模角度,防止局部粘模而导致水口料顶出不平衡。

4 应用场合
模内热切应用场合广泛,适用于侧水口,搭接式水口,大型扇形水口,环形水口,潜水口,牛角水口等均可应用。刀口形状根据浇口形状变化而变化,同时依据不同的浇口在刀口上的投影面积计算分离浇口是需要的力量来选择应用高压油缸的大小和数量。
5 效果改善
由于切刀实际上也承担一部分成型的作用,所以分离水口料过程也是挤压成型过程,塑料产品上除了存在切刀和导向块的镶拼线外,没有残料产生。由于浇口分离处与产品共面,虽然有手感,但对产品外观的影响是不明显的。产品应用普通侧水口的情况下,使用手工去除侧水口后,产品表面存在粗糙而泛白的残料区,而且R角外观特征已呈残缺状。右图产品应用模内热切分离浇口后,没有残料,外观面与切口同样光滑,色泽无明显差异,外边缘R角特征完整。镶拼线的效果在产品上显示并不明显,高低台阶在0.05mm以下,
6 可制造性考虑
由于浇口料在模具顶出前就已经与塑料制件分离,所以批量生产过程中需要考虑浇口料的顶出与取件。一般牛角浇口分离后经顶出可以自动弹出后落下,但有无序弹飞的风险,侧进浇口分离后经顶出有可能粘付在顶针上,需多次顶出才能自动落下。所以建议浇口料设计工艺圆盘或取料柄, 与注塑产品一起使用机械手抓取,这样可以保证批量生产过程稳定可靠。

7 存在的不足及问题
7.1 切刀与镶件摩擦产生黑粉
由于切刀在动作过程中承受流道施予的侧向注塑压力,在生产过程中容易因摩擦而产生黑粉。这些黑粉随流道进入产品,在刀口周边形成一条黑线,会造成不合格件产生,特别是生产白色高光产品时更为明显,目前主要是通过刀口镀钛合金来解决。目前经过生产验证,镀钛处理后的切刀,可连续生产20万次以上。

7.2 漏油
由于系统采用超高压油压系统,输出压力可达800~1000kg/平方厘米,所以对油路及油缸处的封油效果有特别要求,否则生产过程中容易造成漏油现象。目前在油路端采用金属密封圈封油,而在油缸端采用进口密封圈封油,可确保长期生产。

7.3 浇口有应力痕或切不干净
由于是在注塑过程中,塑料未冷却时进行压切动作, 当压切的量较大,或者压切的时间不当的时候,容易造成浇口表面产生应力痕不良。目前主要是通过调整压切行程和压切时间去改善。生产应用证明,一般高光家电模具上(ABS和HIPS材料),刀口动作行程控制在0.8mm以下,刀口动作后与前模腔间隙控制在0.02mm~0.005mm的情况下,通过调节压切时间T1,可实现良好的切断效果,同时不影响注塑效果。

7.4 切刀卡死及披锋
当切刀与导向块的配合不合格的时候,容易造成切刀卡死或披锋产生。目前主要是靠加工精度和反复调试、磨合控制。

8 总结
模内时序控制技术是模具行业未来色趋势,是生产自动化的起点。模内热切技术既可改良了浇口分离效果,又可满足浇口的自动分离,从而促进了模具的自动化水平。就目前模内热切技术而言,在家电模具上的应用还不算普及和成熟,特别是稳定性、可靠性方面更需要改进,就像当年热流道技术普及过程一样,还需要不断摸索和改善,成为一种成熟可靠的技术。


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