陶瓷砂三乙胺冷芯盒制芯工藝的研究

陶瓷砂三乙胺冷芯盒制芯工藝的研究

在飲酒過程中，鐵溶液被完全包裹，并由于加熱集中，一些體表的砂芯容易出現(xiàn)脈紋、斷芯和燃燒缺陷。擦洗砂加抗脈紋添加劑的解決方案并不理想,筆者公司也嘗試過混合使用其它的多種特種砂,均未獲得理想結(jié)果。近幾年采用陶瓷砂和三乙胺冷芯盒制芯法制作缸體砂芯,成功地解決了脈紋、斷芯和燒結(jié)缺陷,使用效果非常好。下面將對陶瓷砂及其砂芯的特點(diǎn),結(jié)合筆者公司陶瓷砂三乙胺冷芯盒制芯工藝做具體介紹。1陶瓷砂的特點(diǎn)1.1人工鑄造砂的制作陶瓷砂一般是以鋁礬土為原料,加熱使鋁礬土重熔,對熔融狀態(tài)下的高氧化鋁質(zhì)的原料進(jìn)行噴霧處理,使之再結(jié)晶而得到的高耐熱性、低熱膨脹、球狀的人工鑄造砂。陶瓷砂的主要成分為Al2O3、SiO2,其物理及化學(xué)性能如表1。1.2鑄造缺陷產(chǎn)生的原因依據(jù)陶瓷砂的物理及化學(xué)性能,其特點(diǎn)如下:(1)角形系數(shù)≤1.1,砂粒為球形(如圖1),流動(dòng)性好,易舂實(shí),且透氣性好。同時(shí),因砂粒為球形,其表面積小,樹脂的加入量較硅砂可減少30%~50%,因而減少了粘結(jié)劑所產(chǎn)生的鑄造缺陷,提高了鑄件的合格率。(2)表面光滑,結(jié)構(gòu)致密,使粘結(jié)劑能均勻覆蓋砂粒。(3)熱膨脹率低,與鉻礦砂等特種砂相同,用其配制型砂,鑄件不會(huì)產(chǎn)生膨脹缺陷,所生產(chǎn)鑄件的尺寸精度高,破裂及表面缺陷少,鑄件成品率高,尤其可以有效地防止脈紋缺陷。(4)陶瓷砂屬中性材料,且化學(xué)穩(wěn)定性好,酸、堿粘結(jié)劑均可使用。(5)主要成分是Al2O3,耐火性能很好。耐火度≥1790℃,能滿足鑄造各種金屬及合金的要求。(6)熱導(dǎo)率大,穩(wěn)定性好,不龜裂。即使重復(fù)再生使用也很少破碎,減少了鑄造生產(chǎn)過程中的粉塵對生產(chǎn)環(huán)境的污染,減少了產(chǎn)業(yè)廢物排放,利于環(huán)境保護(hù)。(7)陶粒砂價(jià)格只有鋯英砂的1/3左右,和鉻鐵礦砂價(jià)格相當(dāng)而使用成本較低。1.3砂芯與砂芯的制備在實(shí)驗(yàn)室,做了如下對比研究,原砂配料方案和砂芯性能如表2。試驗(yàn)采用的粘結(jié)劑為酚醛樹脂和聚異氰酸酯?；焐皶r(shí)先預(yù)混30s,再加聚異氰酸酯混制1.5min,然后再加酚醛樹脂混制2min,最后將混合好的試驗(yàn)砂在冷芯盒制樣機(jī)上打制標(biāo)準(zhǔn)“8”字試塊。由表2和圖2可知,焙燒砂和擦洗砂相比,焙燒砂對砂芯性能的削弱較低,每克芯砂的發(fā)氣量基本相同,說明使用焙燒砂的砂芯性能優(yōu)于擦洗砂;而鉻鐵礦砂由于粒型呈多角形,對強(qiáng)度的削弱非常嚴(yán)重。在表2的所有方案中,單一陶瓷砂的混砂方案強(qiáng)度最高且發(fā)氣量最低,且1.5%的樹脂加入量所得2h強(qiáng)度已偏高,樹脂加入量有相當(dāng)大的下降空間。1.4注射試驗(yàn)根據(jù)對比試驗(yàn)結(jié)果,適當(dāng)調(diào)整樹脂加入量后,進(jìn)行了澆注試驗(yàn),結(jié)果如下。1.4.1研磨改性對砂芯質(zhì)量的影響使用普通硅砂或普通硅砂混合鉻鐵礦砂等特種砂制芯澆注的鑄件結(jié)果如圖3和圖4所示。鑄件有脈紋缺陷,清理難度較大,并且砂芯斷芯和燒結(jié)嚴(yán)重。由表2和表3分析可知,脈紋缺陷的主要影響因素為使用硅砂的品質(zhì)及其使用量;碎芯缺陷則與主料砂的性能有密切聯(lián)系;砂芯發(fā)氣量直接影響熗火缺陷率;芯砂的耐火度直接影響燒結(jié)缺陷率。綜上可知,陶瓷砂制芯工藝為最優(yōu)方案。選定最優(yōu)方案后,進(jìn)行了小批試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果非常理想。批量生產(chǎn)后,脈紋、碎芯和燒結(jié)總體缺陷率小于1%,基本杜絕了脈紋、斷芯和燒結(jié)缺陷。1.4.2為陶瓷砂芯配制的鑄造材料使用陶瓷砂制芯工藝澆注的鑄件清砂效果較好,光潔無缺陷,解剖后內(nèi)腔如圖5所示。2生產(chǎn)控制2.1原材料的選擇2.1.1砂粒加工和砂膠結(jié)推薦使用粒度較粗的陶瓷砂,部分技術(shù)條件如表4所示。為保證鑄件內(nèi)腔表面粗糙度,也曾使用過較細(xì)的陶瓷砂,但在制芯過程中縫隙稍大的頂芯桿處易跑砂,造成砂芯缺肉,而在完全使用50/100目的擦洗砂為原砂制芯時(shí)卻無跑砂現(xiàn)象,分析原因?yàn)樘沾缮傲Ｐ蛨A整,比重較大,射砂時(shí)動(dòng)能較大,易于穿過頂芯桿縫隙,為此采用了粒度較粗的寶珠砂,基本杜絕了跑砂問題,鑄件內(nèi)腔表面粗糙度也可以滿足技術(shù)要求。2.1.2密度和工藝密度應(yīng)選用熱穩(wěn)定性較高的樹脂,一般要求酚醛樹脂密度為1.0~1.1g/ml,聚異氰酸酯密度為1.05~1.15g/ml,工藝試樣即時(shí)抗拉強(qiáng)度≥1.0MPa。2.2砂溫對冷芯砂使用的影響具體混砂工藝如圖6所示。原砂使用溫度范圍要求在15~40℃。砂溫偏低時(shí),要進(jìn)行加熱,或適當(dāng)延長混碾時(shí)間;砂溫過高時(shí),會(huì)造成冷芯砂可使用時(shí)間縮短,影響制芯質(zhì)量,同樣應(yīng)加以控制。在樹脂加入量一定時(shí),隨著組分Ⅱ的增加,砂芯終強(qiáng)度和抗吸濕性下降。在組分Ⅱ的加入量為80%時(shí),砂芯中強(qiáng)度幾乎完全喪失。隨著組分Ⅱ的減少,制芯時(shí)粘模性降低,取芯較容易,鑄件產(chǎn)生脈紋傾向減小。推薦樹脂組分Ⅰ:組分Ⅱ?yàn)?5:45。2.3砂芯強(qiáng)度調(diào)整即時(shí)抗拉強(qiáng)度的大小直接影響砂芯的起模性能。抗拉強(qiáng)度低,砂芯易碎,起模困難;強(qiáng)度太高,又容易導(dǎo)致粘模,影響砂芯表面質(zhì)量,且出模后易變形。合適的即時(shí)抗拉強(qiáng)度范圍為0.6~0.8MPa。結(jié)構(gòu)簡單、厚大的砂芯取下限,而結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁砂芯取上限。終強(qiáng)度的高低直接影響鑄件質(zhì)量:砂芯終強(qiáng)度太低,易造成碎芯和沖砂等缺陷。許多廠家終強(qiáng)度控制的是24h強(qiáng)度,由于筆者公司生產(chǎn)節(jié)奏快,砂芯存放時(shí)間短,控制的終強(qiáng)度是2h抗拉強(qiáng)度。日常生產(chǎn)中,應(yīng)檢驗(yàn)芯砂的即時(shí)抗拉強(qiáng)度和終強(qiáng)度,以此作為調(diào)整樹脂加入量的依據(jù),推薦工藝要求及部分檢驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5。據(jù)此,在冬季,砂芯強(qiáng)度偏低,樹脂加入總量應(yīng)適當(dāng)增加;夏季,則可以適當(dāng)降低樹脂加入量,以降低砂芯發(fā)