三乙胺冷芯盒制芯工藝的改進

三乙胺冷芯盒制芯工藝的改進

1乙胺冷芯盒法在現(xiàn)代的鑄造和芯生產(chǎn)中，冷芯箱法由于其高效、節(jié)能等優(yōu)點，得到了越來越多的推廣應(yīng)用。其中，三乙酰吸痰冷芯法是第一個和最受歡迎的方法。在這種工藝中,芯砂粘結(jié)劑由兩部分液體組成:組分I為酚醛樹脂,組分II為聚異氰酸酯;催化劑為液態(tài)三乙胺。如圖1所示是一種典型的三乙胺冷芯盒法的工藝過程。在冷芯盒射芯機上將樹脂砂射入芯盒后,通過三乙胺氣體發(fā)生器向芯盒內(nèi)吹入三乙胺和載體的混合氣體,使砂芯在數(shù)秒至數(shù)十秒內(nèi)硬化,達到滿足脫模和搬運的強度。對三乙胺和載體氣體進行加熱,促進三乙胺和載體氣體充分混合均勻,可以縮短硬化時間和降低樹脂的用量。由于三乙胺具有堿性并且有毒,因此從芯盒中排出的氣體必須通過化學洗滌器,使之與洗滌器內(nèi)的稀硫酸(或磷酸)發(fā)生反應(yīng)生成無害的硫酸胺鹽或磷酸胺鹽,這樣就可以除去廢氣中的三乙胺,避免三乙胺對人體的傷害和對環(huán)境的污染。2乙胺氣體發(fā)生器的工作過程20世紀90年代初,筆者公司從美國BP公司引進了2臺冷芯盒射芯機,型號為BP40和BP25,與其配套的氣體發(fā)生器的基本工作原理如圖2所示。其中,定量泵13采用的是氣動收縮波紋管,易造成三乙胺的泄漏。單向閥14.1、單向閥14.2,氣控截止閥4.1、截止閥4.2采用的都是非標耐腐蝕元件,由于磨損的原因,使三乙胺定量不準確,三乙胺的利用率低,浪費嚴重。由于這些元件國內(nèi)均無代用產(chǎn)品,國外由于技術(shù)升級換代,維修用件已無法采購。因此,只能采用國產(chǎn)氣動元件及自制的非標件進行全面改造。改造后的氣體發(fā)生器的基本工作原理如圖3所示。在改造后的氣體發(fā)生器中,增加系統(tǒng)減壓閥02,使系統(tǒng)壓力更加穩(wěn)定。采用氣缸驅(qū)動的定量缸更換原波紋管式定量泵,增加節(jié)流閥12,使吹胺壓力平穩(wěn)地從低壓轉(zhuǎn)換到高壓,避免了原氣體發(fā)生器中低壓到高壓轉(zhuǎn)換時對砂型的沖擊。增加氣控截止閥15,避免三乙胺在定量泵13輸出時因單向閥14.2密封不良造成回流現(xiàn)象,使定量泵在輸送三乙胺時定量更加準確。三乙胺氣體發(fā)生器的一個工作循環(huán)分為如下3個階段:(1)低壓吹胺氣源通過分水過濾器01、減壓閥02,變?yōu)榍鍧?、干燥并且壓力穩(wěn)定的壓縮空氣,此時氣控減壓閥03受先導減壓閥8.1的控制輸出低壓吹胺(壓力為1~2bar),然后電磁閥9.2帶電,使氣控截止閥4.1、4.2打開,同時定量泵13開始向混合器07中輸送液態(tài)三乙胺,三乙胺在定量泵的壓力及混合器噴嘴的作用下,被霧化成細小的液滴。調(diào)節(jié)定量泵13驅(qū)動氣缸的節(jié)流閥,使三乙胺與壓縮空氣的比例調(diào)整到1:10。壓縮空氣在通過加熱器06時被加熱至85~95℃,在混合器中,加熱后的壓縮空氣與細小的三乙胺霧滴充分混合后,液態(tài)三乙胺被氣化,通過截止閥4.2吹入芯盒,砂型中的兩種粘接劑在三乙胺的催化作用下使砂型表層發(fā)生固化反應(yīng)。由于射芯后,芯盒中的砂型仍處于松散狀態(tài),低壓吹胺可以使吹入芯盒的氣流緩和,如果此時采用高壓吹氣,松散的砂型來不及發(fā)生固化反應(yīng),高速氣流會把砂型的幾何形狀破壞。圖4為吹胺壓力與時間曲線,通過電氣控制調(diào)整可以改變吹胺時間t1,調(diào)整減壓閥8.1可以改變低壓吹胺P1的值。(2)高壓吹胺電磁閥9.2帶電,先導閥8.2輸出的高壓通過節(jié)流閥12、快排閥11、梭閥10,控制減壓閥03輸出高壓氣流,與低壓吹胺同樣的原理,通過截止閥4.2輸出的是高壓的三乙胺混合氣體。調(diào)整節(jié)流閥12可以改變低壓P1到高壓P2的轉(zhuǎn)換時間(如圖4:t1~t2),使壓力轉(zhuǎn)換比較緩慢,避免壓力突然升高造成對砂型的破壞。在這個過程中,定量泵13中的三乙胺全部輸送到系統(tǒng)中,砂型內(nèi)部樹脂砂中的兩種粘接劑發(fā)生固化反應(yīng),提高了砂芯的整體強度。(3)清空三乙胺是一種對人體有害的物質(zhì),對人體粘膜組織有強烈的刺激作用,因此在開模前,將芯盒及砂型中殘留的三乙胺氣體清空是必要的,如圖4所示。t3是定量泵將三乙胺全部輸送到系統(tǒng)中的時刻,從t3開始的時間即為清空時間,在這個過程中,芯盒中通入的是高壓、清潔的熱空氣,殘留的三乙胺將被清空,同時砂型中未發(fā)生固化反應(yīng)的粘接劑在高溫作用下繼續(xù)反應(yīng),砂型強度進一步提高。根據(jù)砂型和芯盒進排氣道的結(jié)構(gòu),通過電氣控制的調(diào)整,可以延長或縮短清空時間。在這套裝置中,定量泵13、單向閥14.1、單向閥14.2、氣控截止閥15、截止閥4.2中的密封件與三乙胺直接接觸,是制作技術(shù)要求最高、難度最大的元件。定量泵13采用了氣缸驅(qū)動定量缸的方式,定量缸采用了耐腐蝕的彈性骨架聚四氟乙烯密封圈。單向閥14.1、單向閥14.2的閥體采用不銹鋼制作,閥芯采用了耐磨而且密封性能良好的陶瓷材料。截止閥15、截止閥4.2在國產(chǎn)氣控截止閥的基礎(chǔ)上,采用聚四氟乙烯材料對閥芯密封件進行了改進。所有這些措施使控制元件達到了耐腐蝕、高可靠性的目的。定量泵加裝線性位移傳感器后,通過電氣控制實現(xiàn)了遠程人機交互控制,可以很方便地進行參數(shù)調(diào)整,提高了自動化程度。改造后的氣體發(fā)生器已無故障運行一年多的時間,砂芯的成品率由原來的60%~70%提高到98%以上,并且杜絕了三乙胺泄漏,提高了三乙胺的利用率,避免了泄漏三乙胺對人體的傷害。3優(yōu)化改造三乙胺氣體發(fā)生器的改造由于三乙胺的腐蝕性,氣體發(fā)生器中與三乙胺接觸的部分不可避免地要使用耐腐蝕元件,現(xiàn)階段我國工業(yè)耐腐蝕元件技術(shù)比較落后,進口元件價格昂貴,因此,在制作三乙胺氣體發(fā)生器時,盡量減少耐腐蝕元件的使用可以降低設(shè)備制造成本。在這次三乙胺氣體發(fā)生器改造中,除定量泵13、單向閥14.1、單向閥14.2及氣控截止閥15必須