无机冷芯盒技术在汽车铸件上的推广应用The popularization and application of inorganic cold-box in automobile castings
赵静   魏甲 尹德英  刘洪涛   张俊法  金广明 
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（沈阳汇亚通铸造材料有限责任公司，辽宁 沈阳110136 ） 
怎么开车ZHAO Jing, WEI Jia, YIN Deying, LIU Hongtao, ZHANG Junfa, JIN Guangming
(Shenyang Huiyatong Foundry Material Co., Ltd., Liaoning Shenyang 110136)
摘 要：本文介绍了无机冷芯盒工艺在汽车铸件上的批量生产应用，并分析了制芯成本，证明了该技术具有高效、环保、节能、生产成本低等特性。
关键词：无机冷芯盒；汽车铸件；推广应用
Abstract: The production process of inorganic cold-box in automobile castings was mainly introduced, and the core making cost was analysised. The practicality and reliability and applicability of this technology was proved.
Key words: inorganic cold-box; automobile castings; popularization and application
跨入二十一世纪，汽车业蓬勃发展，环境污染、能源紧张、材料涨价等问题日益严重，这对铸造业提出了更高的要求，清洁化、绿环保、少污染、高效、优质成为铸造业的发展方向。为了符合绿、集约化的生产方式，铸造工厂在生产过程中从生产技术、工艺装备等方面力求达到这些要求，特别是造型制芯工艺的选择上更应满足这些要求，因此，高效制芯工艺受到广泛关注。高效制芯工艺包括：覆膜砂热芯盒、树脂砂热芯盒、树脂砂冷芯盒。湖北某铸造股份有限公司在生产汽车零部件时采用的是覆膜砂热芯盒法。这种工艺所制砂芯强度高、表面质量好、抗吸湿性好，但该工艺覆膜砂价格高、制芯耗能高、生产成本高、劳动条件差，而且用树脂砂芯经浇注在铸件内腔表面有时易出现飞翅缺陷。为了解决这些问题，该厂选择了无机冷芯盒工艺进行批量生产试验。
1、 制芯材料及工艺性能
1.1.原砂
原砂采用襄阳创金方铸造材料有限公司的擦洗砂和中牟郑庵铸业有限公司的烘干水洗砂。原砂
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粒度分布见表1。
表1 原砂粒度分布
粒度（目）襄阳砂 %郑庵砂 % 200.50.04
30  5.080.43
4019.147.06
5031.7522.9
7027.930.1
10011.1723.23
140  3.1711.52
2000.71  1.67
2700.160.27
底盘0.040.06
含泥量0.8  2.6
1.2.黏结剂
试验用黏结剂为沈阳汇亚通铸造材料有限责任公司生产的HYT S-202型改性硅酸盐溶液，其物化性能见表2。
表2 黏结剂的物化性能别克昂科雷
牌号外观黏度（25℃）
mPa·s
密度（25℃）
g/cm3
900℃ 20min
抗拉强度Mpa
HYT S-202透明液体100〜200  1.46〜1.52＜0.15
HYT S-202G透明液体100〜200  1.46〜1.52＜0.05
划痕险多少钱1.3.固化剂
试验用固化剂为工业甲酸甲酯（运输、保管、使用时按甲类易燃易爆液体处理），其物化性能见表3。
表3 固化剂的物化性能
密度（g/cm3）沸点（℃）闪点（℃）燃点（℃）8h允许含量（ppm）
0.97431.75-19456100
1.4、工艺性能
水玻璃冷芯盒在水玻璃加3.0%，吹硬后，即时抗拉强调为0.15-0.30 Mpa，存放24h抗拉强度为0.7-1.2Mpa，如砂芯起模后经80-120℃,15-25 min表面干燥，抗拉强度可达1.2-1.8Mpa。
2、制芯设备
2.1.气体发生器
试验用气体发生器为沈阳汇亚通设计开发的FXS气体发生器（见图1），它是把液态介质加热
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转变为气态介质，然后与一定量的空气混合后吹入芯盒，使砂芯硬化的设备。该装置由电控系统和发气部分组成，两部分各自独立装在两个箱体内。电控系统采用PLC 系统，触摸屏控制；发气部分全部采用气动元件，安全可靠。固化剂用量、空气流量、吹气温度、吹气时间可任意调节，加热器升温快，换热效率高，保证混合气体在吹气管中不冷凝，从而保证砂芯具有较高的起模强度和终强度，制芯效率与三乙胺法相当。
图1  FXS 气体发生器 
勇士600d2.2.射芯机
试验用射芯机为湖北三环现用的Z8612B 型热芯盒射芯机，它是一种单立柱悬臂式结构，手动操纵的热芯盒制芯设备。
2.3.模具
试验过程中采用湖北三环的4ED 前轮轮毂、K1200轮毂和斯太尔后轮轮毂的模具。
3、制芯工艺
用气动泵将甲酸甲酯泵人储液罐，开启电源，使加热器升温至设定温度。将原砂与黏结剂混合均匀，黏结剂加入量占原砂的2.5%〜3.0%。然后将混好的砂混合料射入芯盒，再将甲酸甲酯通过加热器进行加热汽化后吹入芯盒使砂芯硬化，甲酸甲酯的吹入量一般为黏结剂的40%〜60%。
3.1 顺序吹硬
吹甲酸甲酯冷芯盒模具与其他冷芯盒模具类似，但又有不同，该冷芯盒吹硬气体为硬化剂，参与黏结剂交联反应，因此，吹气浓度比较大，一般为40%〜60%，这样才能保证在较短的吹气时间内，提供足够的硬化气体。吹气压力要适当，太小了不能穿透砂芯，产生局部硬化不良；压力太大，硬化气体冷凝温度提高，使气体输送过程中液化，浓度降低。甲酸甲酯冷芯盒模具要求吹气面积至少为排气面积的2
倍，这样才能保证气流穿过所有部位。带支路的砂芯，尽量设计成从多个芯头吹入，
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从单个芯头排出。砂芯从吹入端开始硬化，逐步硬化到末端，如图2所示。
图2 顺序吹硬原理
3.2.同时吹硬
对于扁平芯、中空芯，吹气时最薄的部位易发生短路现象，导致厚的部位吹气不足。模具设计时应在薄的部位不设或少设置排气塞，在厚的部分适当增加或设大号的排气塞，防止吹气短路，尽量使整个砂芯同时吹入硬化气体而同时硬化，详见图3。
图 3 同时硬化吹气原理图
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3.3.砂芯的批量制做
对2.3节所选取的三套模具，在黏结剂加入量分别为原砂的2.6%、2.8%、3.0%，吹气时间为10〜20s 的条件下，均成功制出合格砂芯，所制砂芯见图4、图5、图6。
图4 4ED
前轮轮毂砂芯
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图5 K1200轮毂砂芯
图6 斯太尔后轮轮毂砂芯
在上述砂芯试制成功的基础上，对4ED 前轮轮毂和K1200轮毂芯进行了批量生产。
4ED 前轮轮毂芯，空心芯重3.6kg (实心芯重5.1kg)，连续生产36个芯，共用71min，平均每个芯用时118s。
K1200轮毂芯，空心芯重6.1kg (实心芯重9.15kg)，连续生产41个砂芯，用93 min，平均每个芯用时13
5s。
4、浇注
所制砂芯分别涂刷醇基石墨涂料，在黏土砂潮模生产线上浇铸，材质为球墨铸铁，铸件落砂后发现砂芯溃散性良好，无气孔、毛刺缺陷。铸件见图7、图8。
图7 4ED
前轮轮毂铸件