树脂砂用冷芯盒的研究与应用

树脂砂用冷芯盒的研究与应用

目前，生产过程中的芯类型主要包括热芯盒、冷芯盒、自硬砂、壳体芯和各种油砂。三乙胺固化冷芯盒制芯工艺以其高效、低耗、尺寸精度高等特点发展最为迅速,它是在常温下将作为粘结剂的酚醛树脂和异氰酸酯与砂混和后,通入三乙胺而迅速固化的工艺。1冷芯盒工艺中应用的原材料1.1砂体强度试验石英砂是大量应用的制芯用主体材料。石英砂的SiO2含量、粒形、含泥量及含有的杂质等影响冷芯盒的强度性能。经大量试验证明,我国原砂以内蒙大林、河北围场的风积石英砂经水洗特别是擦洗后(称擦洗砂)强度发挥性能最好,其它海砂或湖砂较差。制芯采用的粒度一般为55/100目(0212A),含泥量≤0.3%,SiO2含量在90%左右。1.2非吸湿性树脂粘结剂由二组份组成,Ⅰ组份为线型液体酚醛树脂,Ⅱ组份为液体聚异氰酸酯树脂。树脂及树脂砂的性能主要有粘度、强度、发气性及抗吸湿性、可使用时间等。目前树脂一般分为“非抗吸湿性”及“抗吸湿性”树脂二种。非抗吸湿树脂主要适用于北方干燥地区及冬季使用,抗吸湿性树脂主要适用于南方高湿度地区及北方高温高湿季节。抗吸湿性树脂比一般冷芯盒树脂价略高,用户应根据自己条件选用。1.3气体分离器砂芯固化组三乙胺是冷芯盒树脂砂常用的催(固)化剂,商品呈液体,以压缩空气为载体经气体发生器汽化后通过芯盒使砂芯固化。三乙胺属刺激性有害气体,工作时应注意排气或安装尾气处理装置(酸洗塔)。1.4塑料型三种分种脱模剂是防止树脂粘膜,保证顺利出模的材料,有金属型和塑料型二种。良好的表面光洁芯盒喷一次脱模剂(采用喷枪)可顺利出模10～30型,脱模剂一般由树脂生产厂家供给。众多应用厂家证明以专业化脱模厂天津“特力”产品应用效果最佳。1.5芯盒和药剂的使用特殊的冷芯盒工艺配备有专用的芯盒清洗剂,它的作用是溶解残留在芯盒表面的树脂,擦去后保持完整光洁的芯盒表面,以保证制盒的表面光洁度,同时可清洗堵塞的排气管。它的用法是在工作完毕时,将清洗剂涂于芯盒表面,待溶解后,擦净即可。值得注意的是清洗剂有腐蚀性。2响应因素测算各种制芯工艺均有不同的特点,其应用成本影响因素较多,主要影响因素有原材料价格、制芯效率、能源消耗、制芯质量及废芯率、铸件质量、清理费用等。经综合测算,冷芯盒工艺其综合成本是各种树脂砂工艺最低者。不同树脂砂制芯工艺原材料成本及优缺点对比见表1、表2。3射芯机加“压”原砂烘干——原砂定量——树脂定量加入——混砂——加入射芯机并射砂——吹胺固化——空气清洗——取芯(存放)——上涂料——点燃干燥(或烘干)——下芯浇注。4冷芯盒的制备和砂浆机的砂浆4.1树脂加入量的影响砂100%,树脂加入量1.6～2.0%,树脂加入量高低与采用原砂品质与砂芯要求强度性能有关。两组份树脂的加入量一般为50:50(正常情况采用),也有时采用55:45、60:40、40:60比例。Ⅰ组份增加可增进脱模时强度,不易生成气孔且价格便宜;Ⅱ组份增加,减低脱模时强度,易生成气孔,增加脱模之弹性,且价较贵。4.2混砂效果的确定混砂设备可采用碾轮和碗式混砂机,碗式混砂机有较高的效率和良好的混砂效果。以碗式混砂机为例,混砂工艺为:砂+树脂Ⅰ、Ⅱ组份(混三分)出砂。试验证明树脂Ⅰ、Ⅱ组份的加入顺序对混砂性能没有太大影响,可同时加入,也可按顺序加入。5金属基复合材料冷芯盒工艺所采用的芯盒的材质有金属、塑料、木质,具有最广泛适应性,以金属(铁、铝)具有最好的表面光洁度及最长的使用寿命。值得注意的是,采用塑料材料芯盒时所采用的清洁剂对芯盒可能产生腐蚀作用。6干枝的预处理冷芯盒工艺的射砂,吹胺固化及清洗均以压缩空气为载体完成,因树脂Ⅱ组份的异氰酸脂与水份能发生反应,降低树脂砂的强度性能和砂芯的存放性。因此冷芯盒用压缩空气在高温高湿季节应进行除湿处理。一般有无热(硅胶)再生和冷冻除湿二种,小型冷射机应采用风包及油水分离进行处理。7射砂压力对应用的影响冷芯盒工艺同其它树脂砂工艺一样,为保证射制致密的砂芯,视砂芯大小及复杂程度采用不同的射砂压力,一般在4～6Pa×105(4～6kgf/cm2),应用证明最好为2.5～3.2Pa×105。吹胺硬化包括两个步骤,一是通胺硬化,二是排气清洗。一般吹胺硬化压力在1.5～3.0Pa×105,清洗压力在2～3Pa×105。8砂温砂体使用损失可使用时间是指冷芯盒树脂砂混好后到能保持射制合格砂芯的时间,有的以强度损失不超过15～20%来衡量,主要影响因素是树脂本身性能、砂温及环境温度和环境气氛。在正常砂温和环境温度下(20℃左右),可使用时间达3～4小时。一般情况下最好在混好砂后1小时内用它,以获得最佳使用效果。9胺实施条件影响冷芯盒工艺是经三乙胺气体催化作用而固化成型,三乙胺属刺激性有害气体,不仅对操作者和环境不利,而且影响冷芯砂的可使用时间。因此,射芯机应加防护罩,排除尾气,并尽可能安装尾气处理装置,以减少污染。10剂性涂料的制备冷芯盒树脂Ⅱ组份因与水反应而降低强度,因此最好采用挥发性溶剂性涂料(如醇基涂料)。上涂料最好在砂芯硬化后30分钟,点燃或溶剂挥发后再浇注。如采用水基涂料,应在砂芯硬化后立刻上涂料,并尽快使砂芯干燥。烘干适宜温度为120～180℃。11在不同的条件下强度小冷芯制好后,在干燥条件下,在一定时间内强度会逐渐提高,在高湿度条件下强度小幅提高后会逐渐降低。因此,冷芯砂芯存放应尽量避免长时间存放,特别在高温高湿季节不应超过24小时,以避免与水反应强度损失而报废及水份增加引起铸件气孔缺陷。如条件许可,最好存于专用砂芯库。12砂温对原砂性能的影响砂温高,化学反应及溶剂挥发越快,混砂的存放期会缩短;砂温太低,组份Ⅰ太粘不易混均匀,并影响流动性,因此推荐最佳温度21～27℃,10～41℃为可用温度范围。目前随树脂粘度性能的降低,砂温条件可适当放宽。原砂内水分会与Ⅱ组份树脂起化学反应,并能降低流动性,从而降低砂芯强度,因此原砂水分应尽可能降低,最好是≤0.1%。通常0.25%以下为可用范围,若有0.25%以上的水分含量砂芯质量会大大下降。13防护用品防护树脂应储存在阴凉处,Ⅱ组份树脂严禁与水混合接触。三乙胺属易燃性液体,禁