CFS-NGK覆膜砂在拖臂梁支架上的開發(fā)及應(yīng)用

1、CFS-NGK覆膜砂在拖臂梁支架上的開發(fā)及應(yīng)用東風汽車有限公司商用車鑄造二廠 魏結(jié)練 武炳煥 重慶長江造型材料有限責任公司 熊 杰摘要：本文根據(jù)拖臂梁支架在生產(chǎn)中遇到的問題，從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面分析了覆膜砂性能對鑄件質(zhì)量的影響。實踐表明：針對拖臂梁支架開發(fā)的CFS-NGK覆膜砂具有優(yōu)良的綜合性能，可顯著降低因砂芯造成的變形、穿芯等鑄件廢品。關(guān)鍵詞：CFS-NGK覆膜砂 高溫性能 生產(chǎn)應(yīng)用 iDevelopment and Application of The CFS-NGK Precoated Sand on Tuobiliang Bracket The No. 2 Foundry of Dongf

2、eng Motor Co., Ltd. Weijielian Wubinghuan Chongqing Changjiang Molding Material Co., Ltd. XiongjieAbstract : In allusion to quality problem during producing Tuobiliang Bracket , this paper analyzed the effect of the precoated sand performance on casting quality from product configuration . Practice

3、indicated that the CFS-NGK precoated sand have premium properties. By using the CFS-NGK precoated sand , casting distortion and metal eroded core defects are reduced evidently during producing Tuobiliang Bracket. Key words : CFS-NGK precoated sand high temperature performance application 我國從二十世紀六十年代

4、初期開始應(yīng)用熱法覆膜砂生產(chǎn)殼芯技術(shù)，但由于技術(shù)、設(shè)備等制約，發(fā)展一直比較緩慢。到了80年代后期，隨改革開放和市場經(jīng)濟的推進，覆膜砂生產(chǎn)技術(shù)逐步向?qū)I(yè)化發(fā)展，一定程度上促進了覆膜砂生產(chǎn)技術(shù)的大幅提高。進入90年代，隨國外先進技術(shù)和設(shè)備的引進，我國迎來了覆膜砂商品化大潮，覆膜砂品種形成了系列化，打破了原來靠單一普通覆膜砂一統(tǒng)天下的局面，極大地推進了覆膜砂在鑄造領(lǐng)域的應(yīng)用，為提高鑄件整體質(zhì)量起到了重要作用。隨商品覆膜砂的出現(xiàn)，覆膜砂的性能形成了多樣化，諸如普通覆膜砂、低發(fā)氣覆膜砂、高強度覆膜砂、耐高溫覆膜砂、易潰散覆膜砂及濕態(tài)覆膜砂等1。但鑄件品種千差萬別，生產(chǎn)條件各異，這就要求用戶必須根據(jù)自己的產(chǎn)

5、品結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)條件來確定覆膜砂的性能指標。我廠通過開發(fā)應(yīng)用CFS-NGK覆膜砂，并輔以隔熱涂料，使拖臂梁支架穿芯、脈紋、變形等缺陷由原來的40降低到2以下，取得了非常明顯的效果。1 拖臂梁支架技術(shù)要求及結(jié)構(gòu)特點拖臂梁支架系我公司新開發(fā)的39噸載重車（1398）上的一個產(chǎn)品，鑄件為一箱體結(jié)構(gòu)，具體如圖1所示。該件要求材質(zhì)為QT450-10，HB160210；鑄件尺寸精度要求達到CT8，內(nèi)外表面粗糙度分別不低于Ra3.2um和Ra25um；鑄件主要壁厚約1015mm，內(nèi)外不允許有砂眼、粘砂、夾砂、脈紋、氣孔、縮孔等明顯宏觀缺陷，并按鑄態(tài)組織生產(chǎn)。b圖1 拖臂梁支架三維結(jié)構(gòu)圖2生產(chǎn)過程存在問題及原因分

6、析拖臂梁支架在我廠GF氣沖造型線上生產(chǎn)，每型兩件；采用K89殼芯機造芯，每盒一件。熔煉采用彼樂公司生產(chǎn)的6噸中頻感應(yīng)電爐，鐵水澆注溫度控制在13901410。生產(chǎn)過程鑄件出現(xiàn)大量穿芯、脈紋、變形等缺陷，給正常生產(chǎn)和公司裝車帶來嚴重影響。從鑄件出現(xiàn)缺陷的狀況來看，影響因素主要有以下幾個方面：2.1 鑄造工藝及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)從鑄造工藝設(shè)計方面，該件整箱金屬重近200kg，澆注時間長達25s，設(shè)置內(nèi)澆口一側(cè)在充型過程不可避免要相對較長時間經(jīng)受鐵水的熱沖擊；在充型結(jié)束后因凝固周期長，砂芯需能夠承受鐵水的靜壓力和熱應(yīng)力。這些均加大了該件產(chǎn)生缺陷的傾向。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面，砂芯為如圖2所示的一個箱體結(jié)構(gòu)，大平面相對

7、多一些，制芯過程易產(chǎn)生脫殼缺陷，加大了澆注過程受鐵水的作用而產(chǎn)生穿芯、變形等缺陷的傾向。 圖2拖臂梁支架砂芯圖片2.2 覆膜砂性能及砂芯質(zhì)量該件前期采用CFS-5TK高強度覆膜砂，其技術(shù)指標控制如表1：表1 CFS-5TK覆膜砂技術(shù)指標粒度熔點 熱抗拉強度MPa冷抗拉強度 MPa發(fā)氣量 ml/g21H100-1051.53.520制芯工藝如表2：表2 制芯工藝規(guī)范制芯設(shè)備芯盒溫度結(jié)殼時間S搖擺時間S固化時間S射砂壓力MPa結(jié)殼厚度mmK89230-250100-12010-15160-1800.3-0.515從解剖后砂芯的質(zhì)量來看，砂芯結(jié)殼較厚，存在局部脫殼現(xiàn)象，從而造成砂芯局部結(jié)殼厚度不足。

8、依上述分析情況，我們調(diào)整了制芯工藝，完善砂芯質(zhì)量。同時也調(diào)整了鑄造工藝，通過加快充型速度，增加內(nèi)澆口數(shù)量以減少澆注時間，調(diào)試生產(chǎn)后變形、穿芯等鑄件缺陷依然存在。這表明問題主要出在覆膜砂性能方面，現(xiàn)用覆膜砂高溫性能不能滿足使用要求。3 CFS-NGK覆膜砂性能試驗及生產(chǎn)考察根據(jù)存在的問題，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)一定的條件下，可通過改進覆膜砂性能，并使用隔熱涂料，對消除此類缺陷應(yīng)有很大裨益。3.1 覆膜砂性能的確定依據(jù)拖臂梁支架的結(jié)構(gòu)和鑄造工藝等條件要求，該件使用的覆膜砂應(yīng)具有高的熔點，以減少其脫殼傾向；優(yōu)良的耐高溫性能和低的膨脹性，以抵抗鐵水的熱沖擊和高溫穩(wěn)定性；相對低的發(fā)氣性及一定的韌塑性，以減少氣孔傾向

9、并保持高溫條件下抵抗破壞的能力。從砂芯質(zhì)量上，應(yīng)消除脫殼、局部疏松、結(jié)殼斷面分層等砂芯缺陷。原砂采用焙燒砂，考慮到該件的使用條件，以粒形好的北方風積砂為宜，利于提高覆膜砂的流動性和覆膜性；粒度采用10050，以提高其耐火度，改善高溫性能并降低脫殼傾向。與使用70140規(guī)格原砂相比，可減少樹脂加入量，降低覆膜砂的發(fā)氣量。熔點是覆膜砂一項非常重要的指標，對型芯質(zhì)量有著顯著影響。通常認為在其它條件一定的情況下，樹脂的分子量小，聚合速度慢，軟化點低，相應(yīng)覆膜砂的熔點低；樹脂的分子量大，聚合速度快，軟化點高，相應(yīng)覆膜砂的熔點也高2。從覆膜工藝上，主要與烏洛脫品的加入量和加入過程控制有關(guān)。當烏洛脫品加入量

10、過大且加入溫度過高時，由于冷速比較慢，造成固化劑與樹脂在膠凝過程作用顯著，會使覆膜砂熔點提高。但這種覆膜砂的結(jié)塊量要多一些，強度性能也明顯下降3。由于拖臂梁支架為一空間較大的箱體結(jié)構(gòu)，要求覆膜砂具有相對高的熔點，希望控制在105以上。這種覆膜砂脫殼傾向小，對芯盒內(nèi)腔溫度的均一性要求寬松，利于生產(chǎn)出壁厚均衡、輪廓清晰的殼芯。覆膜砂的強度一般要求比較高，主要因其砂芯中空，并承受高溫鐵水沖擊，需確保無變形、穿芯等缺陷產(chǎn)生。覆膜砂的熱態(tài)強度一定程度上反映其固化速度快慢。從生產(chǎn)方面考慮，熱態(tài)強度宜高。常溫強度主要用于衡量砂芯在存放、搬運、下芯等過程抵抗外力破壞的能力，也間接反映其高溫性能的優(yōu)劣。根據(jù)該件

11、的結(jié)構(gòu)特點，要求覆膜砂的熱態(tài)抗拉強度不低于2.0Mpa，熱態(tài)抗彎強度不低于5.0Mpa；常溫抗拉強度大于3.8Mpa，常溫抗彎強度大于9.0Mpa。發(fā)氣量和灼燒減量是型芯砂常規(guī)性能控制的一個重要指標，它反映了型芯砂中有機物含量及低熔點物質(zhì)含量的高低，也可反映出有機物的性質(zhì)。發(fā)氣量一般通過發(fā)氣性曲線來描述，可直觀地反映出覆膜砂的發(fā)氣量及發(fā)氣速度。從生產(chǎn)方面，在能滿足其它性能的基礎(chǔ)上，發(fā)氣量愈低愈好?；诖耍蟾材ど暗陌l(fā)氣量小于24ml/g，灼燒減量小于4.5。3.2 覆膜砂的熱性能【4】試驗采用CFS-NGK和CFS-5TK兩種覆膜砂，制成“8”字試樣后放入高溫爐中，在不同溫度下存放15min

12、，然后測試冷卻后的強度。檢測結(jié)果如圖3。圖3 抗拉強度隨溫度變化圖從圖上可以看出，CFS-NGK覆膜砂抗熱性要明顯優(yōu)于CFS-5TK種覆膜砂。采用的試驗尺寸為10×20，加熱溫度1000，測量試樣達到潰散時所需時間。結(jié)果如表3。 表3 覆膜砂耐高溫性能覆膜砂類別耐熱時間 sCFS-5TK180CFS-NGK210以上結(jié)果表明，CFS-NGK覆膜砂的熱性能得到了顯著改善。3.3 生產(chǎn)考察情況表4 CFS-NGK覆膜砂性能參數(shù)粒度熔點熱抗拉MPa冷抗拉MPa熱抗彎MPa冷抗彎MPa灼減發(fā)氣量ml/g100/501082.44.35.59.54.222表5 制芯工藝規(guī)范制芯設(shè)備芯盒溫度結(jié)殼

13、時間S搖擺時間S固化時間S射砂壓力MPa結(jié)殼厚度mmK89230-24080-10010-15160-1800.3-0.510根據(jù)上述工藝生產(chǎn)，與原使用的覆膜砂相比，減少了結(jié)殼時間和制芯周期，消除了脫殼現(xiàn)象和分層缺陷，芯廢可穩(wěn)定控制在4以下。砂芯重量由原來的25kg減到22kg。為確保消除穿芯、塌芯等缺陷，在使用CFS-NGK專用覆膜砂的基礎(chǔ)上同時采用抗脈紋涂料。所使用的醇基抗脈紋涂料有關(guān)技術(shù)指標如表6。表6 醇基抗脈紋涂料主要技術(shù)指標固體量密度g/cm3懸浮性（24h）%PH發(fā)氣量ml/g急熱抗裂性燒結(jié)剝離性涂刷性401.2857.516無裂紋良好良好涂料施工采用熱砂芯出盒清理完飛邊、芯頭等

14、工序后直接刷涂的方法，砂芯無需烘干。涂料只用于設(shè)置內(nèi)澆口的兩個部位，以減緩充型過程鐵水的熱作用對砂芯產(chǎn)生的影響。表7 兩種覆膜砂生產(chǎn)效果對比類別砂芯單重 kg交檢數(shù)穿芯、跨芯、變形等廢率 CFS-5TK251505838.67CFS-NGK2240071.75從上述結(jié)果看出，應(yīng)用CFS-NGK覆膜砂，既減少了砂芯重量，又消除了原覆膜砂造成的穿芯、變形、脈紋等系列廢品，體現(xiàn)出顯著的經(jīng)濟效益。4 結(jié)論4.1 CFS-NGK專用覆膜砂具有高熔點、高強度及良好的熱性能，用于表面積大的箱體類產(chǎn)品利于降低砂芯的脫殼傾向；良好的高溫性能可抵抗鐵水的熱沖擊和熱應(yīng)力，從而消除因砂芯造成的變形、穿芯、脈紋等鑄件廢品。具有非常顯著的經(jīng)濟效益。4.2 隔熱涂料可緩解鐵水對砂芯的熱作用，對減少砂芯在高溫下變形、開裂等有明顯效果。4.3 覆膜砂性能的確定應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)條件，不同結(jié)構(gòu)產(chǎn)品采用不同性能的覆膜砂是發(fā)展的方向。參考資料： 蔡教戰(zhàn). 我國鑄造覆膜砂的生產(chǎn)、應(yīng)用與展望。造型材料，2001（3）。 康明. 高鄰位熱塑性酚醛樹脂的合成實踐。鑄造，1998（6）。 肖柯則. 樹脂覆膜砂的進展。鑄造技術(shù)，1999（1）。 冀運東等.酚醛樹脂覆膜砂熱性能的試驗研究。鑄造，2004（3）。東風公司鑄造二廠 魏結(jié)