冷芯盒制芯技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀

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1、冷芯盒制芯技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀前言自1968年美國(guó)的阿什蘭公司發(fā)明并推廣冷芯盒技術(shù)以來，冷芯盒制芯因其生產(chǎn)效率高、節(jié)能，砂芯尺寸精度高、發(fā)氣量低，芯盒壽命長(zhǎng)、變形量小，鑄件表面光潔、尺寸精度高（可達(dá)到CT7級(jí)），澆注后砂芯潰散性好等特點(diǎn)而被廣泛采用。盡管冷芯盒法除了ISOCURE法（阿什蘭法）外，后來還開發(fā)了SO2法（呋喃樹脂/SO2法、環(huán)氧樹脂/SO2法、酚醛樹脂/SO2法、自由基硬化法）、低毒或無毒的氣硬促硬法（鈉水玻璃/CO2法、酚醛樹脂/脂法、有機(jī)粘結(jié)劑/CO2法）、FRC法，但目前應(yīng)用最多的仍是I

2、SOCURE法。ISOCURE法是在原砂中加入一定量的組分I（液態(tài)的酚醛樹脂）和II組分（聚異氰酸脂），在混砂機(jī)中混勻后，用射芯機(jī)射砂或人工填砂制芯，用干燥的空氣、CO2氣體或氮?dú)庾鬏d體，通入約5%濃度的催化劑氣體，使組分I中的酚醛樹脂的羥基和組分II中的異氰酸基在催化劑的作用下，發(fā)生聚合反應(yīng)生成尿烷樹脂而固化。冷芯盒的適應(yīng)性強(qiáng)，它可以應(yīng)用于鑄造所有種類的黑色和有色合金以及適用于大多數(shù)鑄造用砂，冷芯盒砂芯可小到136g，大到840Kg，最大達(dá)到1000磅；砂芯壁厚從3mm到170mm。在國(guó)內(nèi)外，冷芯盒

3、技術(shù)已成功的應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、飛機(jī)、機(jī)床、泵業(yè)等行業(yè)，但在實(shí)際生產(chǎn)中，冷芯盒制芯工藝受到許多因素的影響，包括原材料、工裝、工藝參數(shù)等。本文對(duì)冷芯盒技術(shù)的應(yīng)用中應(yīng)注意的問題作了一定的綜述，并對(duì)國(guó)內(nèi)應(yīng)用冷芯盒技術(shù)的情況作了說明。一、冷芯盒生產(chǎn)中應(yīng)注意的問題：冷芯盒技術(shù)的本質(zhì)是組分I（液態(tài)的酚醛樹脂）和II組分（聚異氰酸脂）在催化劑的作用下，生成尿烷的過程，即：催化劑酚醛樹脂+聚異氰酸脂尿烷組分I的酚醛樹脂結(jié)構(gòu)要求為苯醚型，組分II為4，4’二苯基甲烷二異氰酸酯（MDA）或多次甲基多苯基多異氰酸脂（PAP

4、I）等，美國(guó)推薦使用MDA，我國(guó)主要用PAPI。組分I和組分II通常用高沸點(diǎn)的酯或酮稀釋，以增加樹脂的流動(dòng)性和可泵性，使樹脂容易包覆在砂粒表面，也增加芯砂的流動(dòng)性，使砂芯致密。催化劑為叔胺，可使用三乙胺（TEA）、二甲基乙胺（DMEA）、異丙基乙胺或三甲胺（TMA），因?yàn)槿野繁阋?，通常采用三乙胺作催化劑。該反?yīng)過程非常迅速，在催化劑的作用下，可以立即完成反應(yīng)。冷芯盒的生產(chǎn)過程通常為：混砂射砂吹氣硬化洗滌取芯后硬化盡管冷芯盒樹脂的硬化過程很快，但在生產(chǎn)過程中，原砂、水分、溫度及工裝對(duì)制芯過程和砂芯質(zhì)量

5、有很大的影響。１、原砂所有用樹脂作黏結(jié)劑的原砂都要求粒形好，粒度適當(dāng)，以減少樹脂的加入量，降低澆注時(shí)的砂芯發(fā)氣量。冷芯盒樹脂要求原砂最好是圓形的，這樣，原砂表面積最小，可以減少樹脂的用量，對(duì)砂芯強(qiáng)度也最為有利。但次角形的砂對(duì)減少飛邊或毛刺有利。一般要求原砂的角形系數(shù)<1.3,AFS細(xì)度為50-60，并且分布不要過于集中，最好分布在相鄰的5-6個(gè)篩號(hào)，以利用澆注時(shí)不同粒度砂的膨脹時(shí)間差異來防止鑄件產(chǎn)生脈紋現(xiàn)象。因?yàn)槔湫竞袠渲趬A性情況下提早發(fā)生反應(yīng)，所以，原砂吸酸值高則芯砂的可使用時(shí)間縮短。原砂的吸酸值

6、為0-5最好，5-20為可用范圍。同樣，原砂的PH=6-8是最好的。許多金屬氧化物呈堿性，過多的氧化物也會(huì)降低芯砂的可使用時(shí)間，故原砂中的氧化物含量要求<0.3%。原砂的含泥量要盡可能的小。含泥量增加，不僅降低了砂芯強(qiáng)度，降低了透氣性，還使鑄件產(chǎn)生脈紋缺陷的傾向增加，一般要求含泥量<0.3%。水分能夠與冷芯盒樹脂中的組分II發(fā)生反應(yīng)，而且水分的存在還能降低芯砂的流動(dòng)性，造成砂芯疏松，使砂芯質(zhì)量大大降低。所以，冷芯盒工藝中對(duì)原砂的水分要求嚴(yán)格，原砂的水分最好在0.1%以下。隨著水分的增加，砂芯強(qiáng)度下降（

7、如圖1），鑄件產(chǎn)生脈紋的傾向加大。原砂水分<0.25%的也可用，但水分>0.25%，則砂芯的品質(zhì)大降。圖1：砂芯抗拉強(qiáng)度與原砂含水量的關(guān)系冷芯盒制芯對(duì)原砂和樹脂的溫度要求也較為嚴(yán)格。盡管目前冷芯盒樹脂的粘度較低（如蘇州興業(yè)的組分I≤300mpa.s,組分II≤100mpa.s；亞什蘭（常州）的組分I=120-200mpa.s,組分II=10-30mpa.s（均在25℃時(shí)）），但如果溫度太低（如低于10℃），因樹脂中的組分I變得粘性增加而造成混碾不勻；相反，如果砂溫過高，則樹脂反應(yīng)加快，混好的砂子存放期

8、頁(yè)：2芯砂即時(shí)強(qiáng)度下降30%時(shí)的存放時(shí)間就會(huì)變短。目前使用的樹脂，要求原砂溫度最好在21-27℃之間，10-40℃雖然也能使用，但對(duì)砂芯質(zhì)量有一定的影響。１、混砂雖然冷芯盒混砂可以使用任何類型的混砂機(jī)，但是，使用碗形快速混砂機(jī)最好，并且隨用隨混?；焐皶r(shí)，一方面要使混砂時(shí)間短些，以便不影響芯砂的可使用時(shí)間（空氣的濕度、混砂時(shí)的發(fā)熱和溶劑的揮發(fā)都可以影響到芯砂的可使用時(shí)間）；另一方面，又必須混勻，使樹脂均勻的包覆在砂粒的表面，發(fā)揮最大的粘結(jié)強(qiáng)度。混砂時(shí)一般為