压铸用砂芯的试验研究.docx

压铸用砂芯的试验研究孙保纯王连琪王开琦毕钅监智( 沈阳工业学院材料工程系, 沈阳 110015)摘要研制的压铸用溃散性砂芯, 用于压铸 zl 102 铝合金, 压铸件的孔型成形完好, 无粘砂缺陷, 溃散性好, 可满足压铸工艺及铸件质量要求.关键词砂芯, 压铸, 溃散性.分类号t g249. 2引言0随着压铸技术的发展, 压铸件的应用日益广泛. 但是, 压铸通常采用金属芯, 当铸件具有复杂的内腔或曲折的通道, 压铸型的抽芯机构无法抽出时, 就无法压铸. 若采用溃散性砂芯, 压铸 后取出铸件, 清除砂芯, 可得到复杂内腔或曲折通道的压铸件. 这不但增加了压铸的灵活性, 扩大了压铸件的应用范围, 而且简化了压铸型的结构.国外对压铸用溃散性砂芯的研究与应用十分重视, 美国和日本研制的砂芯已用于批量生 产内腔复杂的水泵壳体, 变速箱体及高尔夫球帽等压铸件, 国内尚未见此类报导.压铸用砂芯与其它铸造方法中的砂芯工作条件不同. 压铸对砂芯要求更高, 要求砂芯具有 足够的强度, 良好的抗冲刷性, 抗表面渗透性和溃散性. 砂芯具有足够的强度和抗冲刷性; 能承受高速、高压合金液的冲刷; 不易变形或脱落; 并能防止产生夹砂缺陷以及对铸件成型部分的 形状、尺寸精度的影响. 为防止在高温和高压综合作用下的合金液破坏砂芯表面, 渗入砂粒之 间, 形成混有砂粒的粗糙的铸件表面, 要求砂芯具有良好的抗表面渗透性. 良好的溃散性能便 于把砂芯从压铸件中清除出来. 基于上述, 开展了对压铸用砂芯的试验研究.1 实验条件1. 1实验设备及仪器本实验所用设备、仪器有: j 1113a 型卧式冷室压铸机、gr 240 坩埚电阻炉、h 10k 13412201表面测温仪、syc 锤击式制样机、sr t x 28213 箱式电阻炉、自制压铸型及制芯模具、shn 辗轮 式混砂机、z236a 震实制芯机、型砂试验仪及天平等.收稿日期: 1996- 04- 03沈 阳 工 业 学 院 学 报1997 年141. 2实验用原材料实验所用原材料有: 标准石英砂、n b s55/100 目、ii 型呋喃树脂、200 目的氧化铝粉、二氧化钛、铝粉、a 型二水石膏、苯磺酸、硅酸钠及 zl 102 铝合金等.2 实验方法及步骤2. 1制芯1) 混砂称一定重量的石英砂, ii 型呋喃树脂占石英砂的 3% 5% , 苯磺酸占呋喃树脂的 15% 60%. 先将石英砂与苯磺酸混合 30 60 s 至均匀, 再加入呋喃树脂混合 30 90 s 至 混匀.2) 制芯体将混好的树脂砂装入制芯模具, 用锤击式制样机及 z236a翻台震实制芯机,压实后放置 1 h 脱模.3) 配制涂料第一种涂料: 氧化铝粉 9% 14% , 铝粉 9% 11% , 硅酸钠 22% 28% , 二 氧化钛 4% 6% , 其余为水. 第二种涂料: 氧化铝粉 9% 11% , 石膏 28% 30% , 硅酸钠 9% 11% , 其余为水.4) 涂涂料芯体硬化 24 h 后, 将上述二种涂料分别均匀地刷在芯体上 ( 涂料也可采用浸 渍或喷涂方法) , 涂料层厚度为 012 014 mm , 制成两种砂芯各 10 件.5) 砂芯烘干将涂好涂料的砂芯放入箱式电阻炉中烘干, 温度控制在 300 400, 15m in 后取出.2. 2压铸实验利用现有的中等复杂的自制压铸型, 将其中心的金属芯换成制好的砂芯, 砂芯成型部分的形状和金属芯相同, 其定位部分靠配合固定在压铸型上. 砂芯外形见图 1 左图.将 制 好 的 砂 芯 预 热 后 装 入 到 200250压 铸 型 中.在 压 射 比 压 11115 m p a,压射速度 2 m /s, 浇注温 度 660 700的条件下, 压铸后, 砂芯与压铸件一起取出.对其进行机械振动, 砂芯很容易溃散被抖 落掉. 清除砂芯后的压铸件如图 1 右图, 由砂芯形成的中心孔成形完好, 无粘砂缺陷.测得孔内表面粗糙度为 r a 612 1017 m.涂两种涂料的砂芯实验结果一致.图 1 砂芯 ( 左) 及压铸件 ( 右) 1994-2014 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 第 1 期孙保纯等: 压铸用砂芯的试验研究153 实验结果及分析3. 1呋喃树脂的加入量实验测定, ii 型呋喃树脂加入量与砂芯抗弯强度的关系见图 2, 若呋喃树脂的量小于石英砂重量的 3% , 砂芯表面上的透气性被膜烧成 时, 粘结剂烧损, 使砂芯强度下降, 经不住合金 液的冲刷; 当其大于石英砂重量的 5% 时, 砂芯 的强度提高, 但压铸后砂芯的溃散性不好, 难于清除. 所以, ii 型呋喃树脂的加入量应控制 在石英砂重量的 3% 5% 为宜.3. 2涂料的配制涂料要有足够的粘度, 能够密封砂芯表面孔洞, 其厚度适当且均匀, 从而有良好的抗冲 刷性和抗渗透性. 涂料中硅酸钠为粘结剂, 二 氧化钛为悬浮剂, 氧化铝粉有耐热作用, 铝粉 有热反射作用, 石膏起隔热和润滑作用.图 2 树脂含量对砂芯强度的影响依据压射比压及砂芯离浇口远近, 适当增减氧化铝粉和铝粉成份, 以调整涂料的配比. 如比压较高或砂芯离浇口较近时, 砂芯受到的热冲刷较大, 则氧化铝粉和铝粉可用上限, 否则用 下限. 若这两种成份增加过多, 硅酸钠成份减少, 则耐热性被膜对砂芯的粘结作用恶化; 反之, 涂料不能充分渗透到砂芯表面层, 致使涂料难于涂到砂芯上. 涂料涂到砂芯表面上, 其中一部 分浸透到砂芯表面形成渗透层.3. 3砂芯烘干温度砂芯在箱式电阻炉中烘干时, 涂料中硅酸钠与空气中的 co 2 及粘结剂部分烧损而产生 的 co 2 发生反应, 析出硅溶胶. 这时渗透层和 涂料层中的氧化铝粉和半熔状态的铝粉在砂 芯的表面并和表面层重叠粘结在一起, 因铝粉的热反射性和氧化铝粉的耐热性而形成耐热 的透气性好的被膜.实验测定, 烘干温度为 125 450, 时间为 15 20 m in , 有无涂料层的砂芯抗弯强度相 对于无涂料层砂芯在 125时强度的百分比,见图 3. 有涂料层砂芯抗弯强度比无涂料层砂 芯抗弯强度大. 有涂料层砂芯在 300 400之烘干温度/图 3 烘干温度与相对弯曲强度a 1 涂第一种涂料砂芯; a 2 涂第二种涂料砂芯;b 无涂料砂芯 1994-2014 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 沈 阳 工 业 学 院 学 报1997 年16间的抗弯强度相对稳定. 这是因为在此温度下, 粘结剂部分烧损的透气性、耐热性被膜仍能很好的粘结在砂芯上, 使砂芯保持一定的抗弯曲强度, 然而由于压铸时余热又使粘结剂分解, 加 上铸件的凝固收缩, 使砂芯的溃散性良好.结束语4用 3% 5% 的ii 型呋喃树脂制造的砂芯, 涂以 9% 14% 氧化铝粉、9% 11% 铝粉、4% 6% 二氧化 钛、22% 28% 硅 酸 钠、余 量 为 水 配 制 的 涂 料, 或 9% 11% 氧 化 铝 粉、28%32% 石膏、9% 11% 硅酸钠、余量为水配制的涂料, 涂料层厚度不小于 0115 mm , 在 300400经 15 m in 烘干制得的涂覆砂芯, 其抗弯强度不小于 315 m p a, 在压铸比压不大于 11115m p a、压射速度不大于 2 m /s 的条件下, 经压铸实验, 溃散性好, 其铸件孔型成形完好, 无粘砂 缺陷.参考文献1 战国昌. 专用涂料. 北京: 化学工业出版社, 19932 小林三郎著. 1 h 金型设计制作. 东京: 日刊工业新闻社, 19933 - ( 株) 研究部. 7 合金制 i. 讠志上新素形材展, 1990, 31 ( 1)r e sea rch o n san d co re in d ie c a s t in gsu n b ao ch u n w an g l ian q i w an g k a iq i(d ep t. o f m a te r ia l e ng inee r ing, sh enyang in st itu te o f t ech no lo gy, sh enyang 110015)a bstra c t t h e deve lop ed san d co res co llap sib ility is goo d , w h ich is te sted b yth ed ie2ca st in g o f zl 102 a lum in ium a llo y, an d it can m ee t th e requ irm en t s o f d ie ca st in g t