山东省铸造协会

 
http://www.yzw.cc/space/sdszzxh
新型冷芯盒树脂在发动机铸件上的应用 (2009/8/8 11:13:04)
标签:     分类:铸造技术
摘要:本文介绍了冷芯盒树脂在发动机铸件生产过程中存在的问题及改进,阐述了新型冷芯盒树脂的特点及应用。
关键词:新型冷芯盒树脂 抗吸湿性 高温性能  瞬时强度
 
前言:1968年美国AshIand公司开发了吹胺硬化冷芯盒法,该法粘结剂系统为组分。组分Ⅰ为带有醚键的线性酚醛树脂;组分Ⅱ为聚异氰酸酯;组分Ⅲ为三乙胺的气雾;与传统的热芯盒树脂砂工艺相比,冷芯盒工艺具有制芯效率高、芯盒适应性强、模具尺寸稳定,砂芯尺寸精度高,铸件尺寸偏差低以及节省能耗、劳动条件好等特点,因此冷芯盒工艺是目前世界上最先进、且应用范围最广的制芯工艺。我昌乐恒昌化工有限公司自上世纪90年代初开始生产冷芯盒树脂并应用于发动机铸件的生产,我公司结合生产企业反映的问题,对冷芯盒树脂进行了持续改进。本文根据通过对生产企业反映主要问题的解决情况,介绍了新型冷芯盒树脂具备的特点及应用。
新型冷芯盒树脂与普通的冷芯盒树脂相比具有如下的显著特点:
●强度高:具有很好的常温和高温强度,初强度高,能有效减少铸件缺陷、提高成品率。
●抗吸湿性能好:适合于在各种气候条件下的使用,能显著的提高砂芯的抗吸潮能力、延长芯砂的存放时间。
●环保性能好:树脂的游离甲醛含量低,能明显的改善作业环境。
●粘度低:树脂粘度低能明显的提高芯砂的流动性,使砂芯更紧实,适合于生产各种复杂的铸件。
●发气量低:能有效的降低铸件产生各种气孔类缺陷的可能。
●溃散性好:树脂砂具有很好的溃散性,能方便清砂和处理,能进一步的降低劳动强度。
●可使用时间长:能延长芯砂在较高天气温度下的存放时间,使用和存放更加方便。
下面我公司根据客户使用新型冷芯盒树脂的情况简要的从树脂砂的抗吸湿性能、高温性能和在全自动制芯机上的应用等进行简单的说明;
一、新型冷芯盒树脂的抗吸湿性
  
由于冷芯盒工艺Ⅱ组分异氰酸酯与水有很强的反应倾向,且与水的反应优先于同Ⅰ组分酚醛树脂的反应,即异氰酸酯遇到水,无论是在树脂中还是砂子中,均会先与水反应,然后才和酚醛树脂反应,因此砂芯强度会大大减低。由于正常生产过程中,芯砂及砂芯存放过程中不可避免地会吸收水分,因而冷芯盒树脂的抗吸湿性能的好坏直接决定了芯砂的可使用时间及砂芯可存放时间的长短。
    
冷芯盒工艺的使用初期,我们的一个发动机生产客户反映使用中的问题;一方面砂芯存放时间过短,砂芯存放超过一天,强度下降剧烈,有时会造成成批报废;另一方面芯砂可使用时间短,超过1小时芯砂流动性及强度下降明显,在高温、雨季以上问题表现特别突出。分析因为以上问题主要是由于雨季环境湿度高,芯砂及砂芯吸潮严重,同时环境温度高,会加快水分与Ⅱ组分的反应,从而影响了冷芯盒树脂砂芯的强度。
针对生产企业反馈问题,我们对砂芯强度与放置时间的变化进行了实验,数据如表1、图1所示。从数据可以看出,从终强度开始延迟14小时后,强度下降59%,下降剧烈。公司开始针对此问题进行了抗吸湿冷芯盒数脂的改进研究。
 
表1试样放置时间对强度的影响

放置时间(h)
0
10
24
抗拉强度Mpa
0.9
1.7
0.7

 
实验条件:NBS砂100%,树脂2.0%,两组分比(1:1),温度 28℃ ,湿度72%
 
 
 

 
图1试样强度随放置时间的变化
通过不断改进实验和生产实践,我公司冷芯盒树脂的抗吸湿性逐步提高,反映在铸件生产中,砂芯可存放时间有效延长。表2是我公司新型冷芯盒数脂砂芯强度与放置时间的变化数据,从数据可以看出,从终强度开始延迟12小时后,强度下降7%,下降不明显,并且瞬时强度及终强度都相对提高,同时达到终强度的时间也延迟,因而砂芯可存放时间大大延长。
表2新型冷芯盒数脂试样放置时间对强度的影响

放置时间(h)
0
24
36
抗拉强度Mpa
1.6
2.8
2.6

实验条件:NBS砂100%,树脂2.0%,两组分比(1:1),温度 28℃ ,湿度72%

图2新型冷芯盒数脂试样强度随放置时间的变化
目前我公司新型冷芯盒树脂所制砂芯上涂料之前的冷芯存放期可大于7天,上涂料之后马上烘干的冷芯存放期可以更长,在正常砂温和环境温度下,芯砂可使用时间可达3~4小时,这反映我公司新型冷芯盒树脂具备良好的抗吸湿性。
二、新型冷芯盒树脂的高温性能
采用冷芯盒工艺进行铸件生产,铸件存在脉纹是一个普遍问题,较轻的脉纹缺陷可在铸件抛丸过程消除,严重的脉纹缺陷会加大清理难度,甚至导致铸件报废。在高温铁液的热作用下,砂芯表面因石英砂的相变发生开裂形成裂纹,金属液渗入裂纹便形成脉纹,砂芯被铁水包裹的面积越大,脉纹产生的倾向越大。要减小脉纹产生倾向,要求砂芯具备良好的退让性和高温强度,这综合反映了冷芯盒树脂的高温性能。
某发动机企业生产的气缸体铸件曾出现严重脉纹缺陷,表现在水腔通道六个进水孔脉纹严重,1、6进水孔处脉纹将砂芯割断,割断部分烧结严重,极大增加清理难度。如图3所示为产生脉纹砂芯图。得知此问题后,我们到该企业进行现场调研,同有关技术人员确认问题产生的原因为脉纹而不是所谓的粘砂,同时建议采用我公司的新型冷芯盒树脂进行生产试验。经过生产试验,取得了立竿见影的效果,脉纹缺陷轻微,易于清理,1、6串水孔断裂烧结比率显著下降。
 
图3产生脉纹砂芯示意图
 
在这期间我们了解到由于该砂芯在周转过程易于磕碰损伤,操作者提高了树脂加入量达2.2%,这种强度极高的砂芯在周围高温铁水的作用下,表层强度与砂芯内部强度差会越大,在热应力及相变应力作用下,越发容易开裂产生脉纹,同时酚醛树脂在氧不足情况下,会形成坚硬的残碳骨架,影响铸件收缩,增加清理难度,因此我们建议该砂芯树脂加入量降到1.8%左右。降低树脂加入量后,脉纹缺陷可以通过抛丸清理掉,断芯不再产生。
解决脉纹缺陷的有效性,说明了我公司新型冷芯盒树脂具备较优越的高温性能。
三、新型冷芯盒树脂在全自动制芯工艺上的应用
某发动机龙头企业采用全自动制芯中心进行主体芯制芯,砂芯如图4所示,砂芯总重 170Kg ,生产节拍为60模/小时,采用机器人取芯、人工把合、机器人浸水基涂料,及时进烘干窑烘干。
图5全自动制芯中心所制主体芯
自设备调试到投产至今,该企业一直使用我公司的新型冷芯盒树脂,并得到现场操作人员的好评,相对其它厂家的冷芯盒树脂,我公司新型冷芯盒树脂具有相对高的制芯成品率(成品率可达98%),同时砂芯固化相对快,有利于提高生产效率,更适于自动化高节奏生产。
我们对不同厂家的冷芯盒树脂进行性能指标对比,所得数据如表3所示。从数据可以看出我公司新型冷芯盒树脂具有相对较高的瞬时强度,同时较低的粘度值能明显的提高芯砂的流动性,使砂芯更紧实,所以制芯成品率较高;另外,相对低的发气量,能有效的降低铸件产生各种气孔类缺陷的可能。
表3不同厂家树脂性能指标

项目
 
生产厂家
抗拉强度(Mpa)
发气量(ml/g)
粘度(mPa.s)
瞬时强度
24h
恒昌化工
1.6
2.8
10.3
209.5
A
1.5
2.7
11.2
229.4
B
1.4
2.8
11.8
238.6

四、新型冷芯盒树脂在发动机铸件生产上的几点总结
我公司生产的新型冷芯盒树脂广泛应用在发动机铸件生产上,应用于小到不足 100g 大到大于 100Kg 的砂芯,有形状简单,尺寸规则的外皮砂芯,也有形状复杂,尺寸变化大的内腔砂芯,结合各发动机企业反馈的信息和对我们产品多年来的使用经验的总结,我们有以下体会:
1、水分、原砂温度是冷芯盒工艺应用中的两个最大影响因素。原砂水分应严格控制在0.1%以下,所用压缩空气必须经除湿后使用;原砂温度最佳控制范围在20~ 30℃ ,不少企业对水分控制非常重视,但对原砂烘干后的冷却没有足够认识,设备冷却能力不足,导致原砂温度过高,虽然可缩短吹气周期,但同时缩短芯砂使用周期,恶化强度控制,导致制芯质量及成品率下降。
2、冷芯盒工艺应用中,应根据原砂特点、砂芯结构确定适宜的工艺,一般对于粒度为40/70目原砂树脂加入量为1.2~1.5%,对于粒度为50/100目原砂树脂加入量为1.5~2.0%,不能过分追求砂芯强度,控制偏高的树脂加入量,这样不仅造成成本浪费,同时过高的砂芯强度,会造成砂芯浇注后退让性差,增加铸件脉纹及热裂倾向。
3、冷芯盒树脂选用应根据砂芯结构形状、生产条件、环境条件确定。一些企业在选用冷芯盒树脂时过分的以价格和材料成本作为最主要因素,我们认为这种认识是不恰当的,通过近几年国内冷芯盒树脂市场和我公司新型冷芯盒树脂在长期应用中的情况反馈来看,新型高性能冷芯盒树脂更能提高制芯综合利用率和生产效率、同时降低铸件缺陷,有更好的成本优势,值得我们在下一步继续加大推广力度。
结束语
1)经过不断、持续改进,我公司新型冷芯盒树脂具备优良的综合性能并在发动机铸件生产上得到广泛应用。
2)冷芯盒工艺应用中,应根据原砂特点、砂芯结构、生产条件、环境条件等确定适宜的工艺
上一篇:振动时效技术的突破—频谱谐波振动时效技术
下一篇:十大产业振兴规划出炉 政府保增长信心凸显
阅读(loading...)|评论(loading...)|转载(loading...)|举报
本文最近读者:
loading...
评论:我要评论
loading...

我要评论:抱歉!由于最近广告泛滥,暂只允许登录用户发表评论。【马上登录