樹(shù)脂砂用冷芯盒的研究與應(yīng)用

樹(shù)脂砂用冷芯盒的研究與應(yīng)用

目前，生產(chǎn)過(guò)程中的芯類型主要包括熱芯盒、冷芯盒、自硬砂、殼體芯和各種油砂。三乙胺固化冷芯盒制芯工藝以其高效、低耗、尺寸精度高等特點(diǎn)發(fā)展最為迅速,它是在常溫下將作為粘結(jié)劑的酚醛樹(shù)脂和異氰酸酯與砂混和后,通入三乙胺而迅速固化的工藝。1冷芯盒工藝中應(yīng)用的原材料1.1砂體強(qiáng)度試驗(yàn)石英砂是大量應(yīng)用的制芯用主體材料。石英砂的SiO2含量、粒形、含泥量及含有的雜質(zhì)等影響冷芯盒的強(qiáng)度性能。經(jīng)大量試驗(yàn)證明,我國(guó)原砂以內(nèi)蒙大林、河北圍場(chǎng)的風(fēng)積石英砂經(jīng)水洗特別是擦洗后(稱擦洗砂)強(qiáng)度發(fā)揮性能最好,其它海砂或湖砂較差。制芯采用的粒度一般為55/100目(0212A),含泥量≤0.3%,SiO2含量在90%左右。1.2非吸濕性樹(shù)脂粘結(jié)劑由二組份組成,Ⅰ組份為線型液體酚醛樹(shù)脂,Ⅱ組份為液體聚異氰酸酯樹(shù)脂。樹(shù)脂及樹(shù)脂砂的性能主要有粘度、強(qiáng)度、發(fā)氣性及抗吸濕性、可使用時(shí)間等。目前樹(shù)脂一般分為“非抗吸濕性”及“抗吸濕性”樹(shù)脂二種。非抗吸濕樹(shù)脂主要適用于北方干燥地區(qū)及冬季使用,抗吸濕性樹(shù)脂主要適用于南方高濕度地區(qū)及北方高溫高濕季節(jié)?？刮鼭裥詷?shù)脂比一般冷芯盒樹(shù)脂價(jià)略高,用戶應(yīng)根據(jù)自己條件選用。1.3氣體分離器砂芯固化組三乙胺是冷芯盒樹(shù)脂砂常用的催(固)化劑,商品呈液體,以壓縮空氣為載體經(jīng)氣體發(fā)生器汽化后通過(guò)芯盒使砂芯固化。三乙胺屬刺激性有害氣體,工作時(shí)應(yīng)注意排氣或安裝尾氣處理裝置(酸洗塔)。1.4塑料型三種分種脫模劑是防止樹(shù)脂粘膜,保證順利出模的材料,有金屬型和塑料型二種。良好的表面光潔芯盒噴一次脫模劑(采用噴槍)可順利出模10～30型,脫模劑一般由樹(shù)脂生產(chǎn)廠家供給。眾多應(yīng)用廠家證明以專業(yè)化脫模廠天津“特力”產(chǎn)品應(yīng)用效果最佳。1.5芯盒和藥劑的使用特殊的冷芯盒工藝配備有專用的芯盒清洗劑,它的作用是溶解殘留在芯盒表面的樹(shù)脂,擦去后保持完整光潔的芯盒表面,以保證制盒的表面光潔度,同時(shí)可清洗堵塞的排氣管。它的用法是在工作完畢時(shí),將清洗劑涂于芯盒表面,待溶解后,擦凈即可。值得注意的是清洗劑有腐蝕性。2響應(yīng)因素測(cè)算各種制芯工藝均有不同的特點(diǎn),其應(yīng)用成本影響因素較多,主要影響因素有原材料價(jià)格、制芯效率、能源消耗、制芯質(zhì)量及廢芯率、鑄件質(zhì)量、清理費(fèi)用等。經(jīng)綜合測(cè)算,冷芯盒工藝其綜合成本是各種樹(shù)脂砂工藝最低者。不同樹(shù)脂砂制芯工藝原材料成本及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表1、表2。3射芯機(jī)加“壓”原砂烘干——原砂定量——樹(shù)脂定量加入——混砂——加入射芯機(jī)并射砂——吹胺固化——空氣清洗——取芯(存放)——上涂料——點(diǎn)燃干燥(或烘干)——下芯澆注。4冷芯盒的制備和砂漿機(jī)的砂漿4.1樹(shù)脂加入量的影響砂100%,樹(shù)脂加入量1.6～2.0%,樹(shù)脂加入量高低與采用原砂品質(zhì)與砂芯要求強(qiáng)度性能有關(guān)。兩組份樹(shù)脂的加入量一般為50:50(正常情況采用),也有時(shí)采用55:45、60:40、40:60比例。Ⅰ組份增加可增進(jìn)脫模時(shí)強(qiáng)度,不易生成氣孔且價(jià)格便宜;Ⅱ組份增加,減低脫模時(shí)強(qiáng)度,易生成氣孔,增加脫模之彈性,且價(jià)較貴。4.2混砂效果的確定混砂設(shè)備可采用碾輪和碗式混砂機(jī),碗式混砂機(jī)有較高的效率和良好的混砂效果。以碗式混砂機(jī)為例,混砂工藝為:砂+樹(shù)脂Ⅰ、Ⅱ組份(混三分)出砂。試驗(yàn)證明樹(shù)脂Ⅰ、Ⅱ組份的加入順序?qū)焐靶阅軟](méi)有太大影響,可同時(shí)加入,也可按順序加入。5金屬基復(fù)合材料冷芯盒工藝所采用的芯盒的材質(zhì)有金屬、塑料、木質(zhì),具有最廣泛適應(yīng)性,以金屬(鐵、鋁)具有最好的表面光潔度及最長(zhǎng)的使用壽命。值得注意的是,采用塑料材料芯盒時(shí)所采用的清潔劑對(duì)芯盒可能產(chǎn)生腐蝕作用。6干枝的預(yù)處理冷芯盒工藝的射砂,吹胺固化及清洗均以壓縮空氣為載體完成,因樹(shù)脂Ⅱ組份的異氰酸脂與水份能發(fā)生反應(yīng),降低樹(shù)脂砂的強(qiáng)度性能和砂芯的存放性。因此冷芯盒用壓縮空氣在高溫高濕季節(jié)應(yīng)進(jìn)行除濕處理。一般有無(wú)熱(硅膠)再生和冷凍除濕二種,小型冷射機(jī)應(yīng)采用風(fēng)包及油水分離進(jìn)行處理。7射砂壓力對(duì)應(yīng)用的影響冷芯盒工藝同其它樹(shù)脂砂工藝一樣,為保證射制致密的砂芯,視砂芯大小及復(fù)雜程度采用不同的射砂壓力,一般在4～6Pa×105(4～6kgf/cm2),應(yīng)用證明最好為2.5～3.2Pa×105。吹胺硬化包括兩個(gè)步驟,一是通胺硬化,二是排氣清洗。一般吹胺硬化壓力在1.5～3.0Pa×105,清洗壓力在2～3Pa×105。8砂溫砂體使用損失可使用時(shí)間是指冷芯盒樹(shù)脂砂混好后到能保持射制合格砂芯的時(shí)間,有的以強(qiáng)度損失不超過(guò)15～20%來(lái)衡量,主要影響因素是樹(shù)脂本身性能、砂溫及環(huán)境溫度和環(huán)境氣氛。在正常砂溫和環(huán)境溫度下(20℃左右),可使用時(shí)間達(dá)3～4小時(shí)。一般情況下最好在混好砂后1小時(shí)內(nèi)用它,以獲得最佳使用效果。9胺實(shí)施條件影響冷芯盒工藝是經(jīng)三乙胺氣體催化作用而固化成型,三乙胺屬刺激性有害氣體,不僅對(duì)操作者和環(huán)境不利,而且影響冷芯砂的可使用時(shí)間。因此,射芯機(jī)應(yīng)加防護(hù)罩,排除尾氣,并盡可能安裝尾氣處理裝置,以減少污染。10劑性涂料的制備冷芯盒樹(shù)脂Ⅱ組份因與水反應(yīng)而降低強(qiáng)度,因此最好采用揮發(fā)性溶劑性涂料(如醇基涂料)。上涂料最好在砂芯硬化后30分鐘,點(diǎn)燃或溶劑揮發(fā)后再澆注。如采用水基涂料,應(yīng)在砂芯硬化后立刻上涂料,并盡快使砂芯干燥。烘干適宜溫度為120～180℃。11在不同的條件下強(qiáng)度小冷芯制好后,在干燥條件下,在一定時(shí)間內(nèi)強(qiáng)度會(huì)逐漸提高,在高濕度條件下強(qiáng)度小幅提高后會(huì)逐漸降低。因此,冷芯砂芯存放應(yīng)盡量避免長(zhǎng)時(shí)間存放,特別在高溫高濕季節(jié)不應(yīng)超過(guò)24小時(shí),以避免與水反應(yīng)強(qiáng)度損失而報(bào)廢及水份增加引起鑄件氣孔缺陷。如條件許可,最好存于專用砂芯庫(kù)。12砂溫對(duì)原砂性能的影響砂溫高,化學(xué)反應(yīng)及溶劑揮發(fā)越快,混砂的存放期會(huì)縮短;砂溫太低,組份Ⅰ太粘不易混均勻,并影響流動(dòng)性,因此推薦最佳溫度21～27℃,10～41℃為可用溫度范圍。目前隨樹(shù)脂粘度性能的降低,砂溫條件可適當(dāng)放寬。原砂內(nèi)水分會(huì)與Ⅱ組份樹(shù)脂起化學(xué)反應(yīng),并能降低流動(dòng)性,從而降低砂芯強(qiáng)度,因此原砂水分應(yīng)盡可能降低,最好是≤0.1%。通常0.25%以下為可用范圍,若有0.25%以上的水分含量砂芯質(zhì)量會(huì)大大下降。13防護(hù)用品防護(hù)樹(shù)脂應(yīng)儲(chǔ)存在陰涼處,Ⅱ組份樹(shù)脂嚴(yán)禁與水混合接觸。三乙胺屬易燃性液體,禁