汽車覆蓋件冷芯盒樹(shù)脂砂的選擇

汽車覆蓋件冷芯盒樹(shù)脂砂的選擇

我司的主體套筒最初采用了油砂生產(chǎn)工藝。主要問(wèn)題是原材料成本高。泥漿芯容易變形，鑄造內(nèi)腔尺寸變化較大。芯的殘余率高。同時(shí)，生產(chǎn)效率低。勞動(dòng)強(qiáng)度高。節(jié)省成本。胺法冷芯盒工藝的特點(diǎn)是:(1)硬透性高,制芯廢品率低;(2)砂芯發(fā)氣量小(≤14ml/g),鑄件廢品率低;(3)胺氣催化,生產(chǎn)效率高;(4)沒(méi)有芯盒受熱變形問(wèn)題,砂芯尺寸精度高;(5)有害氣體集中處理且在常溫下生產(chǎn),生產(chǎn)環(huán)境好;(6)節(jié)省能源,鑄件綜合成本低,競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。1冷芯盒中砂芯的性能要求1.14加工耐壓性試驗(yàn)4JR3缸體材質(zhì)為HT250,力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度不小于235MPa,硬度170～241HBS;不允許有氣孔、針孔、裂紋等缺陷。加工后100%進(jìn)行耐壓性試驗(yàn),無(wú)滲漏。輪廓尺寸:長(zhǎng)×寬×高=542mm×334mm×425mm,主要壁厚為6±0.5mm,屬于形狀復(fù)雜、薄壁、高強(qiáng)度的高難度類灰鑄鐵件。1.2生產(chǎn)條件現(xiàn)有一條氣動(dòng)微震造型生產(chǎn)線,砂箱尺寸:長(zhǎng)×寬×高=850mm×690mm×350/350mm。1.3施工質(zhì)量要求根據(jù)4JR3缸體技術(shù)要求、生產(chǎn)條件及環(huán)境保護(hù)的要求,砂芯必須具有:滿足制芯、搬運(yùn)等工序,低廢品率的常溫工藝性能;滿足砂芯存放7天以上的抗吸濕性能;滿足涂敷水基涂料后150～180℃、50～60min烘干、搬運(yùn)等低廢品率的熱態(tài)工藝性能;滿足高溫鐵液沖擊烘烤時(shí)不出現(xiàn)裂紋、不斷裂的高溫工藝性能等。2砂芯性能評(píng)價(jià)項(xiàng)目和方法2.1砂芯檢驗(yàn)保證得到輪廓清晰、表面光滑、無(wú)局部疏松的砂芯,檢驗(yàn)芯砂的即時(shí)流動(dòng)性;降低制芯、搬運(yùn)等過(guò)程的廢品率,須檢驗(yàn)樹(shù)脂砂在存放30min、60min所制砂芯的即時(shí)抗拉強(qiáng)度。2.2砂芯熱態(tài)強(qiáng)度測(cè)定砂芯存放4～7天后涂敷水基涂料立即烘干,隨后搬運(yùn)、組裝等,保證這些工序盡可能低的廢品率,須檢驗(yàn)砂芯存放7天后在180℃烘烤40～60min的抗拉強(qiáng)度(8字樣采用JB/3828-1999中6.6樹(shù)脂砂熱態(tài)抗拉強(qiáng)度測(cè)定方法)。2.3抗吸濕性能存放7天、涂敷水基涂料、下入潮模砂均可吸水,控制其間的各種廢品率,須檢查砂芯浸水15min、30min的抗拉強(qiáng)度。2.4高性能高溫工藝控制砂芯在高溫鐵液沖擊、烘烤后發(fā)生裂紋、斷裂的廢品率,檢查砂芯在850℃烘烤10min的抗拉強(qiáng)度。2.5砂芯發(fā)氣量、發(fā)氣速度檢查氣孔缺陷與砂芯的發(fā)氣量、發(fā)氣速度密切相關(guān),檢查砂芯發(fā)氣量、發(fā)氣速度。砂芯的潰散性能、抗粘砂性能影響鑄件的裂紋、斷裂缺陷,需要現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后慎重選擇原材料和工藝參數(shù)。3冷芯盒生產(chǎn)三乙胺法冷芯盒工藝在工藝的成熟性及設(shè)備配套的完善性上均有明顯優(yōu)勢(shì)。3.1原材料3.1.1結(jié)構(gòu)及砂芯質(zhì)量影響因素(1)SiO2含量:既能防止鑄件粘砂,又能消除硅砂相變引起的尺寸偏差,SiO2含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))在90%～95%之間。(2)角形系數(shù):顆粒形狀嚴(yán)重影響樹(shù)脂砂的流動(dòng)性等重要性能和砂芯的成本,角形系數(shù)在1.3左右為佳。(3)含泥量:含泥量越高,樹(shù)脂的加入量提高,砂芯的強(qiáng)度降低,廢品增加,發(fā)氣量升高,鑄件缺陷增加,含泥量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))應(yīng)≤0.2%。(4)水分含量:原砂中的水易與樹(shù)脂粘結(jié)劑中的組分Ⅱ(聚異氰酸脂)反應(yīng),引起芯砂流動(dòng)性及砂芯強(qiáng)度降低,提高鑄件廢品率,水分應(yīng)小于0.1%。(5)微量成分含量:微量成分的有害作用與泥分相同,微量成分越小越好。3.1.2砂芯原料的選擇(1)樹(shù)脂種類選擇:胺法冷芯盒樹(shù)脂中,醇酸脲烷系樹(shù)脂砂的致命缺點(diǎn)是熱態(tài)強(qiáng)度低、生產(chǎn)效率低;多元醇酸脲烷系樹(shù)脂砂,常溫強(qiáng)度高,固化均勻,但熱態(tài)強(qiáng)度低,含氮;酚醛脲烷系樹(shù)脂砂可在1min內(nèi)制成砂芯,固化均勻,熱態(tài)強(qiáng)度高,生產(chǎn)效率高,固化1h即可澆鑄。根據(jù)4JR3缸體砂芯性能要求等,選擇酚醛脲烷系樹(shù)脂。(2)酚醛脲烷系樹(shù)脂:目前,國(guó)內(nèi)研究生產(chǎn)冷芯盒酚醛脲烷系樹(shù)脂的有外資、合資、國(guó)營(yíng)、民營(yíng)等性質(zhì)的企業(yè)幾十家,所用原材料不完全相同,生產(chǎn)工藝各異,樹(shù)脂性能各具特色。選取3種不同商家的樹(shù)脂進(jìn)行室內(nèi)“8”字試樣初步對(duì)比試驗(yàn),詳細(xì)結(jié)果見(jiàn)表2、表3。根據(jù)表2、表3所示試驗(yàn)結(jié)果,考慮研發(fā)新產(chǎn)品能力、生產(chǎn)規(guī)模、市場(chǎng)占有率等方面的優(yōu)勢(shì),選用濟(jì)南圣泉冷芯盒樹(shù)脂,其性能指標(biāo)見(jiàn)表4。3.1.3燃點(diǎn)4、燃點(diǎn)4國(guó)內(nèi)外通用的是三乙胺,它的閃點(diǎn)-6.6℃、燃點(diǎn)4℃。因此,在滿足固化速度的前提下,盡可能改善生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,降低火災(zāi)的可能性,因此選擇三乙胺為固化劑。3.2冷芯盒設(shè)備組分Ⅰ中具有對(duì)人體有害的游離酚、游離甲醛,固化劑三乙胺的毒害更大。須采用既能滿足工藝要求又能滿足環(huán)保要求的冷芯盒設(shè)備。3.2.1封閉措施及自動(dòng)化控制從樹(shù)脂桶、原砂至混砂,整個(gè)系統(tǒng)采用封閉措施,加入原砂采用定量裝置,樹(shù)脂加入量及組分Ⅰ、Ⅱ比例均可實(shí)現(xiàn)料位調(diào)節(jié),混砂采用機(jī)械操作自動(dòng)化控制。3.2.2砂芯密封設(shè)計(jì)目前,先進(jìn)的冷芯盒射芯機(jī),將胺氣發(fā)生器、胺氣處理器、空氣干燥器、真空泵、儲(chǔ)砂斗、芯盒、射砂機(jī)構(gòu)等設(shè)計(jì)為一個(gè)密封系統(tǒng),生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化控制,消除了人體接觸材料的機(jī)會(huì)。影響砂芯質(zhì)量的射芯筒形狀、壓力罐大小、各種開(kāi)關(guān)閥門均實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)、精密制造。選用28440型冷芯盒射芯機(jī)。3.2.3干燥的烤箱4JR3缸體砂芯采用冷芯盒工藝需涂敷水基涂料,少數(shù)芯采用醇基涂料,烘干爐要滿足烘干溫度、生產(chǎn)節(jié)拍的要求,選用隧道式烘干爐。3.3樹(shù)脂砂的制備3.3.1對(duì)孔徑、頭皮氣孔的影響不同樹(shù)脂加入量對(duì)砂芯在850℃發(fā)氣量、抗拉強(qiáng)度的影響,以及對(duì)鑄件氣孔、皮下氣孔缺陷的影響見(jiàn)表5?？梢?jiàn)適宜的樹(shù)脂加入量,可得到厚度最佳的樹(shù)脂膜,能保證芯砂具有最佳的性能。根據(jù)多次調(diào)試的廢品統(tǒng)計(jì)結(jié)果,確定樹(shù)脂加入量為1.7%～1.9%。3.3.2組分和砂芯、氣孔、林試驗(yàn)結(jié)果表明,組分Ⅱ發(fā)氣量大于組分Ⅰ發(fā)氣量;當(dāng)組分Ⅰ高于組分Ⅱ時(shí),砂芯即時(shí)抗拉強(qiáng)度提高,砂芯發(fā)氣量減少,氣孔、皮下氣孔缺陷的幾率降低;當(dāng)組分Ⅰ低于組分Ⅱ時(shí),砂芯即時(shí)抗拉強(qiáng)度降低,砂芯發(fā)氣量提高,氣孔、皮下氣孔缺陷的幾率提高;當(dāng)二者之比相等時(shí),綜合性能最好。經(jīng)過(guò)數(shù)次調(diào)試,將組分Ⅰ、組分Ⅱ之比確定為55:45。3.4樹(shù)脂砂性能的影響間歇式高速混砂機(jī)的采用,消除了組分Ⅰ、Ⅱ加入順序不同對(duì)樹(shù)脂砂性能的影響。冷芯盒樹(shù)脂組分Ⅰ、Ⅱ的比重基本相同,二者粘度接近,實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化加料控制,通過(guò)調(diào)試,確定的混砂工藝為:天然石英擦洗砂+組分Ⅰ、Ⅱ混制160s→出砂。3.5芯生產(chǎn)3.5.1砂芯質(zhì)量下降相同時(shí)間不同壓力、相同壓力不同時(shí)間射制結(jié)果表明,壓力過(guò)低,砂芯緊實(shí)度低、密度小、表面局部疏松,甚至填充不完全或無(wú)法成形,砂芯抗拉強(qiáng)度低,砂芯廢品率增加;相反,增大壓力,砂芯緊實(shí)度高、密度增大、表面光滑,砂芯抗拉強(qiáng)度提高。射砂時(shí)間過(guò)長(zhǎng),生產(chǎn)效率低,壓縮空氣耗量增大,造成能源浪費(fèi)。根據(jù)砂芯大小、復(fù)雜程度,確定射砂壓力0.3～0.5MPa,射砂時(shí)間3s。3.5.2砂芯長(zhǎng)期固化的影響吹胺量不足,砂芯固化不完全,,即時(shí)強(qiáng)度降低,泥芯廢品率提高;吹胺過(guò)量,砂芯過(guò)度固化,胺氣耗量增加、砂芯成本增大,吸濕性增強(qiáng),脆性增大,砂芯有效存放時(shí)間減少;一定溫度、濃度條件下,決定胺量大小的是吹胺壓力、吹胺時(shí)間。確定吹胺壓力0.15～0.25MPa,吹胺時(shí)間6～10s。3.5.3時(shí)間對(duì)砂芯性能的影響當(dāng)吹胺結(jié)束,吹入清潔空氣,使胺氣通過(guò)砂芯離開(kāi)芯盒進(jìn)入胺氣處理器,其壓力、時(shí)間直接影響砂芯的硬透性,影響胺氣在砂芯中的分布均勻性及殘留量。壓力過(guò)低、過(guò)高,時(shí)間過(guò)短、過(guò)長(zhǎng),對(duì)砂芯性能、成本、廢品率、生產(chǎn)效率均有不同程度影響。經(jīng)試驗(yàn),確定清洗壓力0.4～0.6MPa,清洗時(shí)間40～50s。3.5.4砂芯螺栓吹胺、清洗砂芯冷凝器經(jīng)反復(fù)調(diào)試,制定的冷芯盒制芯工藝為:射砂(壓力0.35～0.5MPa,時(shí)間3s)→吹胺(壓力0.15～0.25MPa,時(shí)間6～10s)→清洗(壓力0.4～0.6MPa,時(shí)間40～50s)→砂芯脫模。3.6砂芯注漿與水基涂料要經(jīng)受1380～1450℃鐵液的沖刷、烘烤,砂芯須具有優(yōu)良的高溫耐沖擊、耐輻射性能;減少砂芯裂紋、斷裂形成的鑄件廢品,防止產(chǎn)生機(jī)械粘砂,采取對(duì)砂芯涂敷水基涂料的方法,其涂料層具有適宜的烘干條件。當(dāng)隧道式烘干爐溫度過(guò)高、烘烤時(shí)間過(guò)長(zhǎng),砂芯有軟化、涂料層剝落的趨向。.經(jīng)試驗(yàn),確定涂料烘干工藝是:溫度150～180℃,時(shí)間40～60min。4砂芯的抗吸濕性和制造缺陷4.1提高抗吸濕性通過(guò)調(diào)整組分和的加入比例,以提高充填體的抗吸濕性來(lái)提高研磨法由于樹(shù)脂組分Ⅱ中的聚異氰酸根(-NCO)極易與水分子反應(yīng)生成相應(yīng)的化合物,降低粘結(jié)劑的質(zhì)量,加之冷芯盒法快速固化形成的脲烷粒狀骨架,利于水分很快滲透到樹(shù)脂膜與砂粒之間,這使砂芯強(qiáng)度大幅下降,可通過(guò)調(diào)整組分Ⅰ、Ⅱ的加入比例提高抗吸濕性。4.2避免施工缺陷4.2.1對(duì)含氮砂芯的影響冷芯盒砂芯在1380℃以上高溫產(chǎn)生氨和胺,二者又分解出原子態(tài)的氫和氮,使得金屬——砂芯界面氫和氮富集而形成氫氮混合皮下氣孔。抑制方法:盡可能降低樹(shù)脂加入量,調(diào)整組分Ⅰ、Ⅱ的比例,減少含氮量;并在涂料中添加5%以上的氧化鐵粉,消除氫氮的影響;還有使砂芯具有良好的排氣系統(tǒng)。4.2.2防裂紋劑高溫鐵液使砂芯產(chǎn)生微裂紋導(dǎo)致鑄件內(nèi)腔出現(xiàn)毛刺,裂紋嚴(yán)重時(shí)逐漸出現(xiàn)脈紋。防止方法:采用硬化后涂層無(wú)裂紋的涂料;鐵液澆注時(shí)采用工藝中下限溫度,杜絕澆注溫度過(guò)高。5樹(shù)脂砂質(zhì)量控制按照上述試驗(yàn)結(jié)果和制芯工藝,主體芯、水道芯、挺桿芯等砂芯采用GPⅠ/Ⅱ-201/202冷芯盒樹(shù)脂砂實(shí)現(xiàn)了大批量生產(chǎn),鑄件的材質(zhì)、工藝性能、內(nèi)外表質(zhì)量均能滿足技術(shù)要求。生產(chǎn)中,采用天然石英擦洗砂,樹(shù)脂加入量1.8%(組分Ⅰ/Ⅱ之和,占原砂量)。應(yīng)用GPⅠ/Ⅱ-201/202冷芯盒樹(shù)脂砂制取的缸體:主體、水道、挺桿砂芯輪廓清晰、棱角密實(shí),表面光