陶瓷砂三乙胺冷芯盒制芯工艺的研究

陶瓷砂三乙胺冷芯盒制芯工艺的研究

在饮酒过程中，铁溶液被完全包裹，并由于加热集中，一些体表的砂芯容易出现脉纹、断芯和燃烧缺陷。擦洗砂加抗脉纹添加剂的解决方案并不理想,笔者公司也尝试过混合使用其它的多种特种砂,均未获得理想结果。近几年采用陶瓷砂和三乙胺冷芯盒制芯法制作缸体砂芯,成功地解决了脉纹、断芯和烧结缺陷,使用效果非常好。下面将对陶瓷砂及其砂芯的特点,结合笔者公司陶瓷砂三乙胺冷芯盒制芯工艺做具体介绍。1陶瓷砂的特点1.1人工铸造砂的制作陶瓷砂一般是以铝矾土为原料,加热使铝矾土重熔,对熔融状态下的高氧化铝质的原料进行喷雾处理,使之再结晶而得到的高耐热性、低热膨胀、球状的人工铸造砂。陶瓷砂的主要成分为Al2O3、SiO2,其物理及化学性能如表1。1.2铸造缺陷产生的原因依据陶瓷砂的物理及化学性能,其特点如下:(1)角形系数≤1.1,砂粒为球形(如图1),流动性好,易舂实,且透气性好。同时,因砂粒为球形,其表面积小,树脂的加入量较硅砂可减少30%~50%,因而减少了粘结剂所产生的铸造缺陷,提高了铸件的合格率。(2)表面光滑,结构致密,使粘结剂能均匀覆盖砂粒。(3)热膨胀率低,与铬矿砂等特种砂相同,用其配制型砂,铸件不会产生膨胀缺陷,所生产铸件的尺寸精度高,破裂及表面缺陷少,铸件成品率高,尤其可以有效地防止脉纹缺陷。(4)陶瓷砂属中性材料,且化学稳定性好,酸、碱粘结剂均可使用。(5)主要成分是Al2O3,耐火性能很好。耐火度≥1790℃,能满足铸造各种金属及合金的要求。(6)热导率大,稳定性好,不龟裂。即使重复再生使用也很少破碎,减少了铸造生产过程中的粉尘对生产环境的污染,减少了产业废物排放,利于环境保护。(7)陶粒砂价格只有锆英砂的1/3左右,和铬铁矿砂价格相当而使用成本较低。1.3砂芯与砂芯的制备在实验室,做了如下对比研究,原砂配料方案和砂芯性能如表2。试验采用的粘结剂为酚醛树脂和聚异氰酸酯。混砂时先预混30s,再加聚异氰酸酯混制1.5min,然后再加酚醛树脂混制2min,最后将混合好的试验砂在冷芯盒制样机上打制标准“8”字试块。由表2和图2可知,焙烧砂和擦洗砂相比,焙烧砂对砂芯性能的削弱较低,每克芯砂的发气量基本相同,说明使用焙烧砂的砂芯性能优于擦洗砂;而铬铁矿砂由于粒型呈多角形,对强度的削弱非常严重。在表2的所有方案中,单一陶瓷砂的混砂方案强度最高且发气量最低,且1.5%的树脂加入量所得2h强度已偏高,树脂加入量有相当大的下降空间。1.4注射试验根据对比试验结果,适当调整树脂加入量后,进行了浇注试验,结果如下。1.4.1研磨改性对砂芯质量的影响使用普通硅砂或普通硅砂混合铬铁矿砂等特种砂制芯浇注的铸件结果如图3和图4所示。铸件有脉纹缺陷,清理难度较大,并且砂芯断芯和烧结严重。由表2和表3分析可知,脉纹缺陷的主要影响因素为使用硅砂的品质及其使用量;碎芯缺陷则与主料砂的性能有密切联系;砂芯发气量直接影响炝火缺陷率;芯砂的耐火度直接影响烧结缺陷率。综上可知,陶瓷砂制芯工艺为最优方案。选定最优方案后,进行了小批试验,试验结果非常理想。批量生产后,脉纹、碎芯和烧结总体缺陷率小于1%,基本杜绝了脉纹、断芯和烧结缺陷。1.4.2为陶瓷砂芯配制的铸造材料使用陶瓷砂制芯工艺浇注的铸件清砂效果较好,光洁无缺陷,解剖后内腔如图5所示。2生产控制2.1原材料的选择2.1.1砂粒加工和砂胶结推荐使用粒度较粗的陶瓷砂,部分技术条件如表4所示。为保证铸件内腔表面粗糙度,也曾使用过较细的陶瓷砂,但在制芯过程中缝隙稍大的顶芯杆处易跑砂,造成砂芯缺肉,而在完全使用50/100目的擦洗砂为原砂制芯时却无跑砂现象,分析原因为陶瓷砂粒型圆整,比重较大,射砂时动能较大,易于穿过顶芯杆缝隙,为此采用了粒度较粗的宝珠砂,基本杜绝了跑砂问题,铸件内腔表面粗糙度也可以满足技术要求。2.1.2密度和工艺密度应选用热稳定性较高的树脂,一般要求酚醛树脂密度为1.0~1.1g/ml,聚异氰酸酯密度为1.05~1.15g/ml,工艺试样即时抗拉强度≥1.0MPa。2.2砂温对冷芯砂使用的影响具体混砂工艺如图6所示。原砂使用温度范围要求在15~40℃。砂温偏低时,要进行加热,或适当延长混碾时间;砂温过高时,会造成冷芯砂可使用时间缩短,影响制芯质量,同样应加以控制。在树脂加入量一定时,随着组分Ⅱ的增加,砂芯终强度和抗吸湿性下降。在组分Ⅱ的加入量为80%时,砂芯中强度几乎完全丧失。随着组分Ⅱ的减少,制芯时粘模性降低,取芯较容易,铸件产生脉纹倾向减小。推荐树脂组分Ⅰ:组分Ⅱ为55:45。2.3砂芯强度调整即时抗拉强度的大小直接影响砂芯的起模性能。抗拉强度低,砂芯易碎,起模困难;强度太高,又容易导致粘模,影响砂芯表面质量,且出模后易变形。合适的即时抗拉强度范围为0.6~0.8MPa。结构简单、厚大的砂芯取下限,而结构复杂的薄壁砂芯取上限。终强度的高低直接影响铸件质量:砂芯终强度太低,易造成碎芯和冲砂等缺陷。许多厂家终强度控制的是24h强度,由于笔者公司生产节奏快,砂芯存放时间短,控制的终强度是2h抗拉强度。日常生产中,应检验芯砂的即时抗拉强度和终强度,以此作为调整树脂加入量的依据,推荐工艺要求及部分检验数据如表5。据此,在冬季,砂芯强度偏低,树脂加入总量应适当增加;夏季,则可以适当降低树脂加入量,以降低砂芯发