冷芯盒缸体铸件内腔结疤分析与防止措施

Vol152　No13Mar.2003

铸造

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FOUNDRY

生产技术

冷芯盒缸体铸件内腔结疤分析与防止措施

于明道,邢其民,徐志新,钮本庆

(中国第一拖拉机集团有限公司,河南洛阳471004)

摘要:分析了冷芯盒树脂砂条件下,缸体铸件内腔结疤的原因,指出满足砂芯一定强度,减少砂芯受不良热作用是防

止结疤缺陷产生的有效措施。通过采用抗湿型树脂、表面增强剂,防止芯盒跑砂漏气、粘模,控制砂芯可使用时间;调整下芯卡具,增强拦火效果等措施,控制了结疤缺陷的出现。

关键词:铸件;冷芯盒;缸体;结疤中图分类号:TG245　文献标识码:B　文章编号:100124977(2003)0320207204

AnalysisandPreventionMethodofScabDefectinCylinder

BlockCastingMadebyColdCoreBox

YUMing2dao,XINGQi2min,XUZhi2xin,NIUBen2qing

(ChineseNo11TractorMakingGroupCo.,Luoyang471004,Henan,)

一拖公司LR105系列柴油机四、六缸体铸件材质为HT250。采用冲天炉-有芯工频感应电炉双联熔炼铁液,浇注温度1380～1400℃,,缸体为16～20s,六缸体为线湿砂型生产。,进表面烘干炉在160～200℃下烘干处理30～40min。自1994年投入批量生产后,不少铸件曲轴箱上型内腔弧形面处局部出现结疤,各缸均出现过,但中间缸的缺陷比两端缸出现多且程度较严重。2001年结疤单项废品率,四缸体达511%,六缸体达519%,且单班单项废品率高达16%。多年来为防止结疤曾采取多项措施,直到2002年4月才得以根本控制。

2〕

1范围内,表层应F膨侧F底所平衡(F侧+F底)时,砂芯易形成分层

。当砂芯疏松或紧实度低时,F底、F侧值小。呈凸起形状时,F侧值小。紧实度不均或受不良热作用强烈时,F膨值大,铸件易产生结疤。四、六缸体主体砂芯、曲轴箱内腔上部呈弧形凸起,F侧值小。因垂直分盒自大端(裙部芯头)向小头(缸筒芯头)射砂,射程长达600mm,由于射砂后期效应,致使该处不易射实,且受横浇道及内法兰处阻碍射砂的影响,该处砂芯紧实度不均,F膨值大。因紧实度低而影响砂芯强度,F底、F侧值小。铁液浇入铸型后该处受到强烈不良热作用,F膨值大,即F膨>(F侧+F底)倾向较大。且砂芯上表面不能被铁液及时覆盖,故缸体上型内腔弧形面处易产生结疤,结疤程度随主

体砂芯质量状况及其受不良热作用情况不同而变化。

1　结疤成因分析

三乙胺冷芯盒法树脂粘结剂的反应产物———聚胺脂是在三乙胺催化剂作用下快速形成的,其交联度低,受热时产生软化或进一步交联强化作用〔1〕。故铁液浇入铸型后,砂芯表层在不良热作用下水分及粘结剂向里迁移形成的饱和凝聚区因树脂粘结力作用被软化,热湿拉强度很低。又因砂芯表层温度高,里层温度低,存在很大温差,因而产生热应力。砂芯表层石英在573℃左右由α石英转变为β石英而发生急剧膨胀,里层石英达不到相变温度阻碍表层膨胀,而产生相变应力。在热应力、相变应力作用下,砂芯表层与里层从凝聚区分层拱起、开裂、破碎时形成铸件结

2〕疤缺陷〔。

图1　砂芯表层应力示意图

2　防止措施

从上述分析可以看出,防止缸体内腔结疤一方面要增强砂芯强度,保持砂芯无疏松孔洞,即增大F底、

收稿日期:2002210208收到初稿,2002212210收到修订稿。

作者简介:于明道(1966-),男,河南南阳人,工学士,主要从事铸造技术工作。电话:0379-4967730

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F侧值;另一方面要减少砂芯受不良热作用程度,即

降低F膨值。211　增加砂芯强度21111　采用抗湿型树脂

冷芯盒用CII-308M、CIII-608抗湿型树脂与CII-308、CIII-608普通型树脂加入量2%,相对

主体砂芯表面喷涂后,渗入聚胺脂孔洞及砂粒间隙内,烘干时水分蒸发干燥硬结,提高了砂芯一定深度表层的强度。但增强剂应喷涂适量、均匀,因为纸浆废液吸湿性大,易引起铸件气孔。21114　防止跑砂漏气四、六缸体两端主体砂芯共用,上型弧形面处由芯盒活块形成,在对应活块四周,砂芯经常出现孔洞。而铸件对应活块部位结疤频繁产生。2002年3月查明,砂芯孔洞是因芯盒制造时活块与气缸间连接螺栓孔钻斜,造成活块倾斜与芯盒本体配合间隙不均,且因磨损越来越大,射砂时跑砂引起。当芯盒活块间隙调修并加强密封效果后,砂芯孔洞、铸件两端结疤立即消失。这是因为三乙胺法制芯吹胺时间在30s内,时间很短,固化反应迅速,而射砂、吹胺均在0135～015MPa压力下进行。当芯盒活块间隙过大、密封不良时,易造成跑砂漏气,形成砂芯对应活块四周存在孔洞或疏松,良,2),从而引起铸

湿度分别在小于60%和大于90%条件下芯砂抗拉强度及发气量的比较见表1。从表1可以看出,相对湿度低于60%条件下,两种树脂砂初、终强度及发气量差别不大,而抗湿型的24h高湿抗拉强度明显高于普通型。这是因为三乙胺冷芯盒制芯法是采用双组分可溶性有机粘结剂液态酚醛树脂,组分Ⅰ中的羟基-OH和聚异氰酸脂,组分Ⅱ中的异氰酸基-NCO在催化剂三乙胺作用下发生固化反应生成氨基甲酸脂树脂。由于组分Ⅱ中的异氰酸基为亲水基团,遇水发生分解,生成的尿素衍生物又与水反应生成胺。胺也能

1〕

与聚异氰酸脂反应〔,减少粘结剂的有效作用,使砂芯强度迅速降低。当原砂水分每增加011%时,砂芯强度可降低20%～30%。因此高湿环境下缸体结疤倾向大。团相对含量降低,大于70%条件下,。1998,部分铸件不致报废,效果明显。

表1　抗湿型树脂与普通型树脂砂性能比较

芯砂普通型

抗湿型

初始抗拉强度

/MPa113114

24h

抗拉强度

/MPa119213

24h高湿抗拉强度/MPa013110

发气量/(ml g-1)

1413

图2　跑砂漏气时的砂芯状态

21115　防止芯盒粘模

21112　禁用超期砂芯

因为三乙胺法冷芯盒树脂粘结剂反应产物聚胺脂

呈孔洞结构,吸湿性大,当砂芯存放时间过长时,砂芯吸湿,水分增加,强度降低,抗结疤能力下降。因此,生产工艺规定主体砂芯允许存放时间一般为7天,以保证砂芯具有足够强度,防止结疤,同时对防止铸件气孔有利。21113改进涂料工艺

三乙胺冷芯盒制芯时,原采用砂芯脱模后即刷水基烧结型涂料、尔后烘干的工艺。涂料的使用一方面增加了砂芯吸湿性,降低了砂芯强度,对防止结疤不利;另一方面,涂料可削减铁液热量向砂芯内部的传递作用,增加砂芯抗结疤能力。当采用砂芯脱模后,在主体砂芯上型弧形面易结疤处喷涂增强剂(如纸浆废液),再刷水基烧结型涂料烘干的工艺时,缸体内腔结疤减少。这是因为纸浆废液是水溶性粘结剂,在

三乙胺法制芯是在一定压力下射砂、吹胺的,故树脂易脱离砂粒表面粘附芯盒造成粘模,起模时砂芯部分已完成固化。在芯盒粘模情况下,砂芯表层易被拉伤,强度降低,从而引起铸件在粘模处形成结疤。2002年3月,生产六缸体时,内腔结疤部位与芯盒粘模处一一对应,而当清理芯盒、克服粘模后,没有再出现结疤。21116　更换射砂嘴

当射砂嘴缺口时,射砂呈发散状态,砂芯不易射实,局部疏松,强度降低,引起铸件结疤。2002年2月,曾因射砂嘴口部缺损造成四、六缸体主体砂芯轴承座至裙部间疏松。更换射砂嘴后,砂芯完整,铸件结疤减轻。212　减少砂芯受不良热作用21211　用泥绳拦火由图3可以看出,四、六缸体横浇道边缘距离型腔很近(33mm)。考虑防压环及过滤网处横浇道相对扩大,局部距离仅有13mm,而且泡沫陶瓷过滤网

铸造

于明道等:冷芯盒缸体铸件内腔结疤分析与防止措施 209

具有较大的阻流作用,铁液极易从横浇道沿主体砂芯头与上型之间间隙直接冲入型腔,远在铁液充满型腔之前过早地使主体砂芯上表面直接受不良热作用,造成铸件内腔结疤,且因铁液直接进入型腔造成铸件渣孔。在直浇道和过滤网附近因铁液压头高,阻流作用大,铁液直接进入型腔的几率更大,故缸体中间缸结疤相对严重。当在主体砂芯平行横浇道方向用泥绳拦火时,减少了铁液直接冲入型腔的几率,铸件结疤及渣孔缺陷减少。但时有泥绳被铁液冲入型腔,在造成缸体结疤及渣孔的同时,气孔增多,尤其是靠近泥绳的裙部上方气孔明显增加。由于主体砂芯分盒拔模斜度形成芯头与上、下型之间呈波浪式间隙配合。当砂

芯下芯不到位,沿前后端方向偏移时,上型波浪式配合间隙局部增大(见图4),且砂芯不易垂直放稳,呈现倾斜,造成砂芯间存在较大间隙;当砂芯向上顶面(小端)方向或裙部(大端)方向偏移时,上型有效拦火宽度相对减小;泥绳均易受铁液作用发气或被冲入型腔。当泥绳质量(如软硬、粗细程度)差、放置位置不合适或冬季泥绳被冻结及夏季泥绳干硬时,泥绳更不能起拦火作用而减少结疤,反而使铸件气孔、渣孔、砂眼、披缝有增加趋势。2002年2月,使用石棉绳代替泥绳试验生产了5件,结果因石棉绳延展性不及泥绳,铸件上型披缝为0～315mm不等,有3件结疤,渣、气孔缺陷明显增加

。

图3　

缸体铸造工艺简图

月,在不使用泥绳拦火的情况下,铸件也没有出现结疤,气孔明显减少。值得注意的是,砂芯尺寸波动将迫使下芯卡具波动,从而影响下芯到位准确性,因此必须设法稳定和提高砂芯的尺寸精度。21213　防止砂芯碰伤

由于缸体浇注系统各组元位置紧凑,横浇道距型腔很近,当砂芯在横浇道与铸型之间处有因搬运、组芯操作不小心被碰伤时,铁液易直接进入型腔使铸件

图4　砂芯偏移时分型面配合间隙示意图

产生结疤,因此,防止砂芯碰伤有利于防止铸件结疤。

21212　调整下芯卡具

限于目前造型、制芯设备、砂箱尺寸及芯盒状况,只能从减小防压砂环宽度至5mm,并用适当尺寸的拦火压砂环来增加铸型拦火效果。要实现横浇道至型腔间距进一步扩大,而主体砂芯与上型间平面配合存在困难,可调整下芯卡具,确保下芯到位准确是实现自然拦火,防止结疤及渣孔、气孔出现的最简便有效方法。2002年3月调整下芯卡具后,铸件披缝均匀一致,结疤缺陷消失,渣孔、气孔明显减少。而且铸件尺寸更精确,挺杆室砂芯被压坏、加工孔偏斜、前后端黑皮等不良现象也得以控制。2002年8

3　经济效益分析

2002年4～9月,采取上述措施后,既使在四、

五月阴雨天及七、八、九月高温高湿天气条件下,生产四、六缸体也没有结疤出现。生产四缸体28394件,挽回经济损失6512万元;生产六缸体7352件,挽回经济损失2318万元。而且控制了渣孔、气孔缺陷,尺寸精度也得以提高。四缸体铸件综合废品率由2001年的1712%下降到911%,挽回经济损失10315万元,六缸体铸件综合废品率由2001年的2613%下降到917%,挽回经济损失6711万元。

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4　结论

(1)保持砂芯一定强度,减轻砂芯受不良热作

(3)防止芯盒跑砂漏气,保证砂芯充分固化,获

得优质砂芯对解决缸体铸件结疤具有关键作用。

(4)泥绳拦火对防止铸件结疤有利,但易引起缸体铸件气孔缺陷。

参考文献:

〔1〕　潘祖仁.高分子化学〔M〕.北京:化学工业出版社,1986〔2〕　李魁盛.铸造工艺及原理〔M〕.北京:机械工业出版社,1989

用,是防止缸体内腔结疤的两个重要方面。调整下芯

卡具,确保下芯到位是减少砂芯受不良热作用,防止缸体铸件结疤的有效措施。

(2)用抗湿型树脂、局部采用增强剂涂料的办法及禁用超期砂芯、防止粘模对提高砂芯强度、防止铸件结疤缺陷有益。

(编辑:田世江,tianshj@foundryworld1com)

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