陶瓷砂制芯工藝在汽缸水套芯制作中的應(yīng)用

陶瓷砂制芯工藝在汽缸水套芯制作中的應(yīng)用

在我廠的干缸套筒中生產(chǎn)氣芯時(shí)，水套筒的芯采用了英石砂和合格砂的芯工藝。所制砂芯強(qiáng)度高，耐火性強(qiáng)，腫脹變形小，蓄熱能力強(qiáng)，冷卻速度快。它有效地減少了氣芯和回波芯之間壁厚的泄漏趨勢。其缺點(diǎn)是,由于砂粒粗大且呈尖角狀,射砂時(shí)對(duì)模具的沖擊磨損大,砂芯的脫模效果不好,對(duì)模具的使用壽命影響很大。藍(lán)擎系列柴油機(jī)是我廠的新產(chǎn)品,氣缸體水套芯的設(shè)計(jì)對(duì)制芯工藝中砂芯的頂芯考慮明顯不足。由于頂芯面積太小,砂芯要從模腔中頂出非常困難,廢芯率高且效率低。為解決上述問題,決定采用陶瓷砂制芯工藝解決砂芯脫模問題、提高砂芯制芯效率,同時(shí)可以提高模具使用壽命。但是制芯工藝變更會(huì)一定程度的影響產(chǎn)品尺寸和理化性能,需要進(jìn)行生產(chǎn)工藝試驗(yàn)。1陶瓷砂1.1莫來石砂的特點(diǎn)陶瓷砂是人工燒制的陶瓷球形顆粒。最早由美國的CarbCeramics公司于20世紀(jì)80年代研制問世,90年代美國和日本先后將其應(yīng)用于鑄造行業(yè),作為鋯英砂的代用品。陶瓷砂具有以下優(yōu)異的性能:(1)顆粒為球形,流動(dòng)性好,易于緊實(shí);(2)熱膨脹系數(shù)小,用其配制型砂,鑄件不會(huì)產(chǎn)生膨脹缺陷;(3)脫模性能好;(4)抗金屬液潤濕能力大,抗金屬氧化物作用好,可提高鑄件內(nèi)腔表面質(zhì)量,消除粘砂缺陷;(5)耐火度高、透氣性好、易潰散,其莫來石相大大高于燒結(jié)產(chǎn)品,具有良好的耐火性能,抗燒結(jié)能力強(qiáng);(6)回用再生性能好,性價(jià)比高,與鉻鐵礦砂相比,其價(jià)格相對(duì)低廉。同時(shí),因粒形為球形,樹脂的加入量明顯減少,從而降低了生產(chǎn)成本;(7)由于樹脂加入量少,減少了氣體的散發(fā)量,鑄造氣孔缺陷減少,從而提高了鑄件的成品率;(8)熱導(dǎo)率大,蓄熱能力強(qiáng),一定程度上提高相鄰鑄件壁厚處的材料性能。其物理化學(xué)性能指標(biāo)見表1。1.2al2o380%、fe2o33.目前市場上的陶瓷砂價(jià)格差距較大,主要是由于其成分的差距。質(zhì)量好的陶瓷砂其Al2O3≥75%、Fe2O3≤3%。市場上很多陶瓷砂的Al2O3≤70%,Fe2O3的含量偏高,粒度分布不集中,質(zhì)量一般。經(jīng)過市場調(diào)研,我們選用了河南金耐源公司的陶瓷砂,其產(chǎn)品質(zhì)量要優(yōu)于市場上同類產(chǎn)品,表2和表3是其某批次產(chǎn)品抽樣檢測結(jié)果。2水套芯混砂機(jī)加砂料斗的改造為進(jìn)行上述工藝試驗(yàn),進(jìn)行了生產(chǎn)試驗(yàn)前的準(zhǔn)備,對(duì)水套芯混砂機(jī)的加砂料斗進(jìn)行了改造。為降低生產(chǎn)成本,計(jì)劃使用陶瓷砂與焙燒砂制芯工藝進(jìn)行試驗(yàn),陶瓷砂與焙燒砂的配制比例為1∶1。2.1陶瓷砂的使用效果試驗(yàn)對(duì)象為藍(lán)擎氣缸體鑄件。在水套芯芯砂混砂工序混制陶瓷砂,在水套芯制芯工序觀察陶瓷砂的脫模效果,在上涂料工序試驗(yàn)涂料的涂覆性,在清理工序分析陶瓷砂制芯工藝對(duì)水套芯內(nèi)腔質(zhì)量的影響情況。需要解剖樣件測量水套芯對(duì)材料收縮的影響及產(chǎn)品形狀的變形情況。跟蹤機(jī)加工情況,分析水套芯制芯工藝對(duì)氣缸體加工精度和滲漏缺陷的影響。2.2試驗(yàn)過程2.2.1生產(chǎn)煙氣體鑄造工藝(1)在化驗(yàn)室進(jìn)行陶瓷砂、焙燒砂原砂性能檢驗(yàn),并得出制芯工藝混砂配比。(2)試驗(yàn)陶瓷砂混砂工藝和水套芯制芯、上涂料、烘干等工藝;使用陶瓷砂制芯工藝生產(chǎn)的水套芯生產(chǎn)氣缸體。(3)氣缸體劃線、解剖,檢查陶瓷砂水套芯變形情況和內(nèi)腔質(zhì)量,測量鑄件水套內(nèi)腔尺寸計(jì)算陶瓷砂水套芯內(nèi)腔收縮率。(4)加工氣缸體,檢查水套芯收縮和變形情況對(duì)機(jī)加工定位和加工精度的影響。進(jìn)行打壓試驗(yàn),檢驗(yàn)水套腔氣密性。2.2.2生產(chǎn)結(jié)果及分析(1)通過化驗(yàn)室試驗(yàn),獲得鉻礦砂與熟料砂、陶瓷砂與焙燒砂的混制結(jié)果,可以用于指導(dǎo)生產(chǎn),同時(shí)對(duì)比兩種制芯工藝的砂芯的性能差別。詳見表4和表5。按照表5中的配比在車間進(jìn)行了試驗(yàn),詳見表6。通過試驗(yàn)結(jié)果分析,陶瓷砂與焙燒砂的樹脂加入量為1.8%、固化劑加入量0.8%時(shí),發(fā)氣量小,流動(dòng)性好,抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足技術(shù)條件要求。通過比較,抗彎強(qiáng)度略低于硌礦砂制芯工藝的車間混制試樣值。(2)射芯機(jī)工作參數(shù)為:射砂壓力0.4～0.6MPa、固化時(shí)間170～260s。通過實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),砂芯的成型率93%,脫模性明顯優(yōu)于硌礦砂制芯工藝。圖1為砂芯局部示意圖。(3)鑄件毛坯清理工序發(fā)現(xiàn)陶瓷砂與焙燒砂制芯工藝生產(chǎn)的氣缸體水套內(nèi)腔清理容易,未發(fā)現(xiàn)水套粘砂現(xiàn)象,內(nèi)腔質(zhì)量明顯好于硌礦砂制芯工藝生產(chǎn)的氣缸體,充分驗(yàn)證了陶瓷砂和焙燒砂制芯工藝的耐火度高和潰散性好的優(yōu)點(diǎn)。圖2為氣缸體水套芯內(nèi)腔解剖圖。(4)對(duì)生產(chǎn)的氣缸體毛坯進(jìn)行了解剖測量,分析水套芯在澆注過程中的變形情況,以及鐵水的收縮情況。通過實(shí)測數(shù)據(jù)證明,使用陶瓷砂與焙燒砂制芯工藝的水套芯變形情況和使用鉻礦砂與熟料砂制芯工藝的水套芯相近。鑄件在水套芯部分的縮尺與鉻礦砂與熟料砂制芯工藝的基本一致。(5)根據(jù)氣缸體指定檢驗(yàn)位置(即水套芯周圍壁厚區(qū))進(jìn)行理化檢驗(yàn),數(shù)據(jù)滿足本體理化性能要求。同時(shí)還對(duì)水套芯與挺桿芯薄壁區(qū)進(jìn)行了理化分析,結(jié)果顯示薄壁區(qū)也能滿足本體理化性能要求。圖3是理化檢驗(yàn)的金相圖片。(6)氣缸體左右方向和長度方向粗加工定位基準(zhǔn)均為水套芯的水腔,使用陶瓷砂與熟料砂制芯工藝生產(chǎn)的氣缸體經(jīng)加工驗(yàn)證,尺寸合格。對(duì)加工后的氣缸體毛坯進(jìn)行了打壓試驗(yàn),結(jié)果顯示水套芯砂的更換不會(huì)對(duì)氣缸體氣密性產(chǎn)生影響。(7)基于陶瓷砂與焙燒砂水套芯成型率與鉻礦砂水套芯一樣,根據(jù)配料的百分比和單價(jià)計(jì)算得出每個(gè)氣缸體水套芯的成本,詳見表7。由于陶瓷砂制芯工藝的砂芯成型率高于硌礦砂制芯工藝,因此實(shí)際制芯成本還要降低。3鑄造工藝對(duì)模具壽命的影響(1)陶瓷砂與焙燒砂按照質(zhì)量比6∶4混制水套芯砂,射芯機(jī)制芯工作參數(shù)、上涂料工藝和烘干工藝與硌礦砂水套芯一樣。毛坯解剖與加工結(jié)果顯示滿足產(chǎn)品生產(chǎn)與技術(shù)要求