覆膜砂在直噴型發(fā)動機缸體、凸輪軸生產(chǎn)中的應用

覆膜砂在直噴型發(fā)動機缸體、凸輪軸生產(chǎn)中的應用

芯生產(chǎn)工藝是殼體精煉的重要組成部分，對鑄造的質(zhì)量極為重要。許多鑄造缺陷是由芯造成的。缸體型芯用于形成內(nèi)腔的復雜幾何形狀、水套、油腔,它幾乎全被高溫鐵液包圍,受液體金屬的熱、水和化學作用較砂型更為激烈,所以要求它比砂型有更高的強度、剛度和耐火度。4DA1發(fā)動機缸體油泵、頂桿芯采用覆膜砂熱芯盒制芯工藝,本文以3種國內(nèi)典型的缸體、缸蓋用商品覆膜砂為例,檢測比較在不同固化時間和固化溫度下覆膜砂的強度、發(fā)氣性及潰散性,從而確定每種覆膜砂的最佳固化參數(shù)。1試驗條件1.1試驗材料試驗采用3種典型商品覆膜砂,即北方覆膜砂、安徽覆膜砂及南方覆膜砂均為70~140目,以下分別記為A砂,B砂,C砂。1.2壓力顯式液壓流量現(xiàn)場系統(tǒng)試驗制備“8”字形標準試樣用SAF型覆膜砂制樣機。常溫抗拉強度測定在SWY-2數(shù)顯式液壓萬能強度試驗機上進行。試樣在850℃、3min,測量發(fā)氣性用SFL型發(fā)氣性試驗儀,稱量用MP5002電子天平(感量0.01g),潰散性測定用的TDW箱式電阻爐(0~1600℃)和SSZ震擺式篩砂機。1.3計算相關(guān)系數(shù)的數(shù)值將SAF覆膜砂制樣機預熱到200℃,保溫10min,然后分別對覆膜砂A、B、C制樣,每種砂制樣8個,待其冷卻至室溫后,將其放到SWY液壓萬能強度試驗機上測量“8”字試塊的抗拉強度,記錄數(shù)值并計算其平均值。將測量抗拉強度試驗后的“8”字試樣斷塊按工藝條件編號,然后沿斷面處將其摩擦成細小顆粒后取樣,用MP5002電子天平稱取1.0g試樣放入小瓷舟中,并將小瓷舟迅速送入預熱到850℃的SFD型發(fā)氣性測定儀,經(jīng)過3min可以從記錄紙上直接讀出發(fā)氣量的大小,記錄數(shù)據(jù)并計算其平均值。潰散性的測量在SAF覆膜砂制樣機對3種覆膜砂制樣,每組制5個樣,然后將其冷卻至室溫,再放入預熱到600℃的TDW型箱式電阻爐中恒溫加熱5min,取出并冷卻至室溫,接著將其放在30目的篩子上進行震動,最后用MP5002電子天平稱取托盤上砂的重量,代入潰散率的計算公式進行計算。2審查和分析聚膜砂的性能2.1固化溫度對覆膜砂力學性能的影響強度是覆膜砂的主要性能指標,為了適應砂型和砂芯在生產(chǎn)過程中翻箱、搬運的要求及澆注時不會因鐵液的沖刷、靜壓力作用使鑄件產(chǎn)生沖砂、砂眼、粘砂、脹箱等缺陷,要求覆膜砂經(jīng)加熱緊實后制得的泥芯有足夠的強度。用“8”字形標準試樣測量試樣在常溫下的抗拉強度。試驗目的在于比較同一固化時間(120s)下檢測固化溫度對覆膜砂常溫抗拉強度的影響,以及同一固化溫度(230℃)不同固化時間對覆膜砂強度的影響。實驗結(jié)果見表1和表2。對應相互關(guān)系如圖1和圖2所示。從圖1可以看出,在固化時間t=120s的條件下,3種覆膜砂的抗拉強度都是隨固化溫度的升高而增大,直至達到最大值,然后隨著固化溫度的進一步提高,固化強度開始下降。其中A砂和C砂在210~220℃溫度區(qū)間內(nèi)常溫抗拉強度達到最大值,B砂在220~230℃溫度區(qū)間內(nèi)抗拉強度達到最大值,并且可以明顯的看出A砂的抗拉強度要高于B砂和C砂。由于覆膜砂在固化過程中,在沒有達到最大強度時,隨著固化溫度的增加樹脂逐漸硬化,故強度隨著固化溫度的升高而增加。當固化溫度繼續(xù)上升,使得樹脂完全硬化,此時強度達到最大值。但當固化溫度達到強度最大值的溫度區(qū)間之后,樹脂開始分解,隨溫度升高,粘結(jié)橋出現(xiàn)收縮,直至樹脂頸成為棍狀。樹脂膜斷裂也從開始的撕裂狀斷裂變?yōu)檎w的脆斷,直至出現(xiàn)樹脂膜消失,溫度繼續(xù)升高,覆膜砂強度迅速下降,直至喪失強度。由圖2可以看出,在固化溫度T=230℃下,3種覆膜砂隨著固化時間的延長,其常溫抗拉強度都是先升后降。其中A砂在100~120s的固化時間范圍內(nèi)常溫抗拉強度處于最大值區(qū)域,并且在固化時間110s處強度達到最大;B砂在110~130s的固化時間范圍內(nèi)常溫抗拉強度處于最大值區(qū)域,并且在固化時間120s處強度達到最大;C砂在90~110s的固化時間范圍內(nèi)常溫抗拉強度處于最大值區(qū)域,并且在固化時間為100s處強度達到最大。這是由于隨固化時間的延長,芯盒溫度傳遞的較深,使更多覆膜砂得到固化,從而使固化狀態(tài)區(qū)的厚度變厚,所以在開始階段,3種覆膜砂都隨著固化時間的延長低溫強度增加;但過分的延長固化時間會使其表面已形成好的粘結(jié)橋變細,表面的局部也會發(fā)生碳化,從而導致其強度的降低。2.2固化溫度和固化時間對覆膜砂發(fā)氣性的影響發(fā)氣性能也是覆膜砂性能的一個重要衡量標準。覆膜砂的發(fā)氣量大,往往會影響到金屬液的充型,同時也是鑄件氣孔缺陷產(chǎn)生的主要原因。本試驗是在考察固化溫度對強度影響的基礎(chǔ)之上,進一步考察固化溫度對覆膜砂發(fā)氣性能的影響規(guī)律,從而使上述的固化溫度參數(shù)更好的滿足高強度、低發(fā)氣量的制芯要求。對發(fā)氣性的測量,目的在于比較在同一固化時間(120s)下固化溫度對覆膜砂發(fā)氣性的影響,以及在同一固化溫度(230℃)下不同固化時間對覆膜砂發(fā)氣性的影響。試驗數(shù)據(jù)見表3和表4。對應相互關(guān)系如圖3和圖4所示。從圖3中可以看出,在固化時間t=120s時,3種覆膜砂的發(fā)氣量都隨固化溫度的提高而降低;并且3種覆膜砂中,B砂的發(fā)氣量要明顯高于A砂和C砂,3種覆膜砂的發(fā)氣量曲線從高到低依次順序為:B砂>C砂>A砂。3種覆膜砂發(fā)氣量出現(xiàn)上述變化規(guī)律的主要原因是隨著固化溫度的升高,發(fā)生固化的樹脂量增多,反應生成的NH3量增多,使得“8”字試樣中所含有機物降低造成的。當固化溫度繼續(xù)升高,“發(fā)氣源”將進一步減少,這就導致覆膜砂的發(fā)氣性也隨之而降低。從圖4中可以看出,在固化溫度T=230℃時,固化時間對發(fā)氣量的影響規(guī)律和固化溫度對發(fā)氣量的影響規(guī)律非常相似,隨著固化時間的延長,3種覆膜砂的發(fā)氣量隨之降低,其中還是B砂的降低幅度最大,A砂次之,C砂最小。3種覆膜砂發(fā)氣量出現(xiàn)上述變化規(guī)律的原因主要是隨著固化時間的延長,參與固化反應的樹脂量增多,反應產(chǎn)生的NH3量也相應增多,所以“8”試樣中殘留有機物的量相對減少,從而導致覆膜砂發(fā)氣量的降低。2.3種覆膜砂矯正效果分析潰散性是指鑄件冷凝后泥芯是否容易破壞,是否容易從鑄件上清除的性能。潰散性的好壞可以用潰散率來衡量,它是由砂芯燒結(jié)后的殘留強度來決定的。潰散率大,說明砂芯燒結(jié)后的殘留強度小,后續(xù)清理工作比較容易;反之,情況則相反。4DA1缸體生產(chǎn)中,水套芯中的粘砂現(xiàn)象主要是由于砂芯的潰散率較低造成的。所以對3種典型覆膜砂在優(yōu)選工藝條件下的潰散性分析研究具有十分重要的意義。目前,國內(nèi)對易潰散覆膜砂的潰散率檢測尚未制訂標準,但有的企業(yè)自訂了一些定性或定量的檢測方法。我們采用的檢測方法是:將“8”字試樣置于600℃的電爐中恒溫加熱5min,而后取出放在28目的振動篩上振動1min,稱量通過該篩網(wǎng)的砂量,此砂量占“8”字試塊總砂量的百分數(shù)即作為該腹膜砂的潰散率。實驗測得3種覆膜砂的潰散率如表5所示。從表5看出,3種覆膜砂在優(yōu)選工藝條件下,在500、600℃的潰散率大小順序依次為:A砂>C砂>B砂。而在700℃下,3者都具有高達100%潰散率。通過優(yōu)化工藝條件下潰散率的測定得出,在600~700℃的溫度區(qū)間內(nèi),泥芯的潰散性能較佳。4b、覆膜砂與b砂強度和發(fā)氣性的對比(1)3種腹膜砂性能比較,A砂在測試條件下的常溫抗拉強度遠遠高于B砂和C砂,發(fā)氣性也比B砂和C砂低很多。(2)A砂在固化溫度220℃、固化120s以及在固化溫度230℃、固化110s時的常溫抗拉強度較高,發(fā)氣性較低,潰散性也較高。B砂在固化溫度220℃固化120s時強度和發(fā)氣性達