优质铸件 生产中冷芯 盒制芯 的质量控制

优质铸件 生产中冷芯 盒制芯 的质量控制

涂荣华 陈涛

中车长江铜陵车辆有限公司 安徽铜陵 244000

【摘要】冷芯盒工艺是一种节能、低污染、高效的造型及制芯工艺。随着我国铸造业的快速发展，冷芯盒树脂砂工艺已经日益成熟，有逐步取代热芯盒成为铸造行业首选的趋势。本文旨在分析探讨生产中使用酚醛尿烷树脂砂冷芯盒工艺制芯对铸钢件质量造成影响的因素，强调铸钢件制芯过程中的过程控制要点。

【关键词】冷芯；酚醛尿烷树脂砂；铸钢件质量；制芯

一、冷芯工艺特点

气硬冷芯盒工艺是指将树脂砂填充于芯盒，然后在室温下吹入气体或气雾催化或硬化而瞬时成型的树脂砂制芯工艺。

1.硬化速度快。硬化反应几乎是在表面和内部同时进行，不受型腔形状或壁厚的限制，可有效提高生产效率，制得的砂芯可在1h内合型浇注。

2.芯砂可使用时间长。可使用时间内树脂粘度变化几乎不可察觉，型砂的流动性良好。一旦催化后，芯砂很快硬化。可使用时间可在30s~200min范围内变化，能大范围适应生产需要。

3.砂芯抗热裂纹、脉纹等缺陷能力高。

4.含氮量低，发气量少，可降低气孔缺陷发生率。

5.气硬冷芯工艺设备密封性要求较高，必须配备尾气处理装置。

6.质量风险点。制芯过程主要可能造成的铸件缺陷有气孔、夹砂、脉纹等，芯砂混砂是气硬冷芯工艺的最关键工序，混砂质量直接影响砂芯的强度质量，是质量管控的重点。

二、过程控制

1.制芯原材料

气硬冷芯工艺树脂砂制芯的原材料包括原砂、树脂粘结剂、冷铁、芯骨、涂料等。

1.1芯砂原砂

1.1.1原砂的角形因数、颗粒度、含泥量。在满足砂芯吊运的基础上，原砂的颗粒度、含泥量等的不同，树脂的加入量也要发生变化，相应影响铸件气孔和应力产生的倾向。原砂颗粒度越小，含泥量越高，硅砂颗粒表面积越大，耗费的粘结剂量越多，铸件气孔和应力倾向越大。生产过程常控制粘结剂量，对硅砂颗粒度应有所要求，建议优先选用满足下表1要求的擦洗硅砂，工艺控制过程可基本稳定控制树脂等粘结剂加入量，来保证砂芯使用强度。

表1 擦洗砂建议参数

1.1.2原砂含水量。为保证砂芯成型强度满足要求，原砂必须干燥，原砂含水量超过0.1%就会减少芯砂的可使用时间，降低砂芯强度，也会增加铸件针孔产生的倾向，含水量最佳范围是＜0.1%，允许范围≤0.2%。

1.1.3砂温。原砂的理想温度为20-27℃，砂温低会降低混砂效率，使胺冷凝及硬化不均匀；砂温高，可缩短吹气周期，减少所需的催化剂用量，但会缩短芯砂可使用时间并造成砂

芯表面酥脆，强度不足。砂温过高或者过低，都会影响砂芯成型，增加铸件的夹砂风险。所以根据环境温度，在春秋冬三季生产过程中可以通过原砂加热系统辅助调节砂温。

1.1.4原砂种类。涉及到铸件关键部位时，为减少脉纹缺陷倾向，建议用铬铁矿砂局部代替擦洗砂原砂，配合涂料和氧化铁粉的使用，起到抗脉纹效果。

1.2树脂 酚脲烷/胺法冷芯盒工艺（PUCB），采用的树脂为双组分，组分Ⅰ为聚苯醚酚醛树脂，组分Ⅱ为聚异氰酸酯，在雾化的三乙胺催化下硬化。两种组分的比例一般为6：4，以保证粘结效果的同时降低芯砂氮含量。

1.3催化剂 目前常用的催化剂为三乙胺,三乙胺发生器设定吹气时间需要根据砂芯结构和大小而设定。载送气体要求干燥，含水量不得超过0.2%，否则会影响硬化速度和强度。因为组分Ⅱ聚异氰酸酯与水有强烈的亲和性，它将优先与水反应，会导致砂芯强度降低，增加铸件夹砂风险。

1.4冷铁芯骨 冷铁要求表面清洁无油无锈蚀，以减少铸件针孔倾向。另外需要注意的是，冷铁的变形、尺寸不符、焊疤都可能造成砂芯成型不良。

芯骨的合理设计可以提高砂芯的整体结构强度，减少砂芯在吊运过程断裂造成报废损失，建议芯骨除主体结构外尽量采用简单搭接式，并置于模具型腔空间中部，便于生产组织和后期清理。

1.5涂料 涂料影响铸件表面质量，选择品质好的涂料不仅涂刷层均匀，表面光洁，耐火度高，同时可有效地阻止树脂砂芯在高温下产生的气体渗入铸件，降低铸件的气孔形成倾向。

2、模具及工装设计

2.1芯盒模具 模具是保证砂芯成型良好的保证，主要取决于活块配合，有无缺损、变形，各部位配合间隙超差、芯盒的密封情况、排气塞、射砂嘴是否通畅等。以上方面任一环节存在问题都会造成砂芯局部松散、硬化不良、铸件尺寸超差等问题。尤其是模具芯盒长时间使用后，以上问题会层出不穷，也一定程度上造成砂芯质量缺陷，影响铸件质量。

2.2辅助工装 工装设计对大型树脂砂砂芯有着重要的作用，方便安全的吊索具、合理的托芯架、轻巧实用的工具等。吊索具保证砂芯从模具内平稳的进行吊运出来不会掉落而报废，合理的托芯架结构保证砂芯在托芯架上能够在运输过程中不受到损坏。若砂芯断裂破损不能在下芯合型前及时发现，甚至会造成夹砂废品，这也成为铸件质量风险点。

3、生产节拍的影响

解决降低树脂砂芯的报废率的方法是提高树脂加入量，但提高铸件产品质量降低气孔和裂纹的倾向的方法又是降低树脂的加入量。两者的矛盾是由于冷芯盒树脂砂的可使用时间性造成的（在加入量1.3%时，夏季<1小时，冬季<2小时），在保证前两项原材料和模具、工装设计的情况下，要解决这个矛盾只能通过提高生产节拍。我们通过对冷芯盒树脂砂的全面的分析和实验，采取了以下几个步骤进行改进，效果非常明显，供各位同仁参考，具体根据企业情况制定。首先对生产员工进行培训达到一定的熟练程度，生产节拍达到每小时12件。然后制定供砂系统的供砂要求，采取砂斗砂量柔性定量操作法来降低树脂加入量（树脂量<1.2%），再通过射芯机操作手、自动联锁操作法的改进提高射芯机的工作效率，生产节拍达到每小时16件以上，再次将树脂加入量降低在1.1%左右，达到矛盾的均衡。

三、综述

冷芯盒树脂砂芯对铸件质量的影响是多方面的．其影响因素因产品结构不同而变化,只要我们认真观察，多做对比，理论结合现场实际来分析问题，解决起来总会有迹可寻。但更重要的还是对原材料的质量控制要到位，在保证模具、工装设计的合理常态下，从源头上控制质量问题，实现人、机、料、法、环的有机结合，以达到提高铸件质量和减少砂芯报废降低成本的最终目的。

附作者简介：涂荣华（1991-），男，助理工程师，本科学历，材料成型及控制工程专业。

参考文献

【1】中国铸造协会组织编写《造型制芯及工艺基础》【M】，化学工业出版社，2010

【2】黄天佑主编《铸造手册第4卷-造型材料》【M】，机械工业出版社，2011

【3】李远才主编《铸型材料基础》【M】，化学工业出版社，2009

【4】中华人民共和国铁道行业标准《铁道货车铸钢摇枕、侧架》，Cast steel bolster and side frame for railway freight car.TB/T 3012-2016.