论文资料：水玻璃冷芯盒工艺研究.doc

精品文档 免费阅读 免费分享 如需请下载！水玻璃冷芯盒工艺研究沈阳汇亚通铸造材料有限责任公司 孙莹 金广明 重庆汇亚通铸造材料有限公司 尹德英 汪解民跨入二十一世纪，机械工业蓬勃发展，对外经济贸易日益扩大。环境污染、能源紧张、材料涨价等问题的日益严重，对铸造生产和铸件质量提出了更高的要求。近几年，国内许多专家、学者对进入二十一世纪的中国铸造提出了许多新的观念，及二十一世纪需要“绿色、集约化铸造”的定义使对环境无害（或危害很少），合理使用和节约自然资源，依靠先进铸造技术获得效益。为了符合绿色、集约化、可持续发展的生产方式，铸造工厂在生产过程中从生产技术、工艺装备等方面力求达到这些要求，特别使造型制芯工艺的选择上更应满足这些要求。二十一世纪先进造型制芯工艺应具备的基本条件为：生产的铸件质量好、尺寸精度高、铸造缺陷少；劳动条件好、对生态环境污染少；生产成本低、生产效率高；最大限度地利用自然资源、节约能源。1.国内外冷芯盒工艺发展情况1968年，美国Ashland公司推出吹胺硬化尿烷树脂制芯工艺，并很快在世界各国推广应用，当时称之为冷芯盒法，以后又开发出了多种类似的工艺。后来将在常温吹气（或气雾）硬化制芯工艺称为冷芯盒法，包括水玻璃CO2法（1952年）；酚醛树脂CO2法（1967年）；尿烷树脂三乙胺（或二甲基乙胺、三甲胺等）法（1968年）；呋喃树脂SO2法（1982年）；聚丙烯酸钠CO2法（1982年）；碱性酚醛树脂甲酸甲酯法（简称法）（1985年）。冷芯盒制芯工艺技术使继壳芯和热芯盒之后发展最快，应用最广泛的高效制芯技术，冷芯盒制芯工艺具有如下优点：砂芯常温下在芯盒内实现硬化，模具尺寸稳定，砂芯尺寸精度高，形变小，从而可以降低铸件尺寸偏差；制芯效率高，砂芯硬化速度以秒计算，远远高于壳芯和热芯盒制芯工艺；模具可以用木材和金属材料制作，模具制造成本低、周期短，使用寿命长；由于常温硬化，与热法制芯比节省能耗，改善了工人劳动条件；除水玻璃CO2法外，砂芯溃散性好，铸件清理费用低。2.新型冷芯盒工艺方案针对三乙胺法和SO2法冷芯盒法粘结剂系统中含N，吹气硬化有毒有味，铸件易出现毛刺、脉纹缺陷，必须安装尾气吸收塔，造型成本高等问题，设想用一种粘结剂系统中不含N、P、S等有害元素，吹硬气体相对无毒的工艺方法来代替这些工艺。既以水玻璃作制芯粘结剂，甲酸甲酯气体作为固化剂。水玻璃粘结剂系统中不含N、P、S等有害元素，可以用于各种合金铸件的生产。水玻璃来源广泛，价格便宜，无毒无味，制芯成本低，有利于改善劳动卫生条件和环境保护。与三乙胺法和SO2法相比，吹硬气体为甲酸甲酯，无毒无味（空气中8h允许含量为100ppm）改善了劳动环境。制芯效率与三乙胺法相当。3.原辅材料及试验设备实验用水玻璃是沈阳汇亚通铸造材料有限责任公司生产的新型水玻璃，同市场销售的普通水玻璃相比具有以下优点： （1）水玻璃的老化速度大大降低，新型水玻璃保质期达6个月，在此期间内，沉淀物少，砂型强度不降低。（2）新型水玻璃较普通水玻璃比强度高30%以上。（3）砂型的溃散性显著改善，残留强度1.0MPa。（4）在不降低固含量的前提下，降低水玻璃的粘度，使混砂均匀性提高，便于连续式混砂机的粘结剂输送及准确定量。实验用的固化剂使易挥发的酯类：甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯等。目前，最常用的为甲酸甲酯。实验用的原砂是JB/T9224-1999检定铸造粘结剂用标准砂；实验用气体发生器为沈阳汇亚通铸造材料有限责任公司设计开发的FXS气体发生器（如图1），FXS气体发生器是把液态介质加热转变为气体介质，与一定量的空气吹入砂芯，使砂芯硬化的设备。其他实验仪器为： ST195型水泥胶砂搅拌机； SWY型液压强度试验机；500g天平，感量0.1g。图1 FXS气体发生器4.芯盒吹甲酸甲酯冷芯盒模具与其他冷芯盒模具类似，但又有不同，该冷芯盒吹硬气体为硬化剂，参与树脂交联反应，因此，吹气浓度比较大，一般为40%-60%，这样才能保证在较短的吹气时间内，提供足够的硬化气体，吹气压力要适当，太少了不能穿透砂芯，产生局部硬化不良，压力太大，硬化气体冷凝温度提高，使气体输送过程中硬化气体液化，浓度降低。甲酸甲酯冷芯盒模具要求吹气面积至少为排气面积的2倍，这样才能保证气流穿过所有部位，带支路的砂芯，尽量设计或从多个芯头吹入，从多个芯头排出，治安岗亭如图1图1 芯头大小不一的砂芯模具与多支路的砂芯模具目前车钩芯盒设计有待今后改进，改成从大头射砂，吹硬。一是能保证射的实，二可保证吹得快，又可节约大量甲酸甲酯。工装设计时尽可能缩短吹气管路，减少吹气过程的温度损失。吹气板管路装有伴热带，在低温季节适当保温，保证吹气温度在50-605.实验结果分析实验内容为水玻璃加入量（水玻璃加入量指占原砂的质量百分比）、甲酸甲酯加入量（指占粘结剂的质量百分比）、试样抗拉强度随放置时间的变化，砂型的溃散性、实验用水玻璃的改进。试验条件为20，湿度60%。吹空气压力1.8MPa，吹空气时间为30s，甲酸甲酯与空气同步。原砂为检定铸造粘结剂用标准砂，除加入量试验外，水玻璃加入量为原砂的3%，甲酸甲酯加入量为水玻璃的30%。由图2可知，水玻璃甲酸甲酯固化工艺过程中，试样的强度随水玻璃加入量的升高而提高，由24h的增长曲线可以看出，当水玻璃加入量超过3%时，强度增长缓慢，从经济效益考虑，水玻璃加入量为型砂的3%较合适。图2 试样强度随水玻璃加入量变化曲线当甲酸甲酯加入量在40%以下时，随着甲酸甲酯量的增加，强度随之提高，加入量超过水玻璃量的40%时，强度不再升高，由图3可见，甲酸甲酯的加入量为35%-40%为最佳加入量。图3试样强度随甲酸甲酯加入量的变化曲线随着时间的增长，试样的抗拉强度也随之增加，由图4可见，证明试样的存放型良好，无明显的吸湿现象。图4试样强度随放置时间的变化曲线图5为甲酸甲酯硬化水玻璃的溃散性与普通自硬水玻璃的溃散性比较，由图可见，甲酸甲酯硬化的水玻璃溃散性明显好于普通自硬水玻璃。图5 水玻璃冷芯盒工艺与普通自硬水玻璃溃散性比较针对甲酸甲酯硬化水玻璃初强度较低的问题，对试验用水玻璃进行改性试验，由图6可见，改性后的水玻璃，吹气硬化后初强度明显增加，终强度也有所增加。图6 冷芯盒水玻璃的改进结论：试样的强度受甲酸甲酯加入量及水玻璃加入量的影响，但加入量过高，会增加生产成本，由实验数据可得，水玻璃加入量为原砂的2.5%-3.0%，甲酸甲酯量为占水玻璃的35%-40%是最佳比例。试样的抗拉强度随时间的延长而增大，说明该工艺吹硬的砂型（芯）存放型好，砂型存放超过72h强度不降低。该工艺硬化的砂型（芯）溃散性好。经过改善，试样的强度明显增加，已达到生产所需的强度，可在工业生产中大批量应用。参考文献：昆明理工学院，铸造材料，云南人民出版社，1978.11，P135朱纯熙等，水玻璃砂基础