山推工程机械股份有限公司 山东济宁 272000
摘要：本文通过对比呋喃树脂自硬砂制芯工艺和热法覆膜砂制芯工艺在铸件油道砂芯中优缺点，介绍了我公司铸造车间对热法覆膜砂制芯工艺在铸件油道砂芯上的应用，阐述了热法覆膜砂制芯工艺在提高铸件油道的表面质量、降低废品率中所发挥的重要作用。
关键词：自硬树脂砂；热法覆膜砂；热芯盒；制芯工艺
前言
我公司铸造车间主要生产工程机械传动系统的箱体、壳体类灰铁铸件。此类铸铁件油道较多，且具有截面积小，长度较长的特点。采用呋喃树脂自硬砂制造此类铸件的油道砂芯，不仅成品率低，且油道表面清洁度较差。而铸件的油道作为传动系统中液压油工作的通道，其清洁度一直影响着整机的工作性能，油道内难清理的粘砂在工作时脱落使得液压油变得不清洁进而会加速传动系统零件的磨损、阀卡死、轴承损坏等一系列早期故障。因此，降低因油道而产生的废品率，提高油道表面清洁度，成为提高铸件质量工作中的重要方法。
1概述
呋喃树脂自硬砂是指原砂（或再生砂）以呋喃树脂为黏结剂，在固化剂（磺酸）的作用下，在室温下，经过一段时间，自行硬化的型（芯）砂[1]。由于与黏土砂相比，其具有强度高、黏度低、溃散性好、旧砂利用率高等优点，我公司于2004年左右开始使用此种砂。
由于传动系统类铸件的油道特点：截面积较小，长度较长。在浇注时，油道砂芯被高温铁水包裹住，由于其截面积小，砂芯的蓄热能力就小，造成铁水温度较其它位置降低的慢，尽管涂有耐高温涂料，但由于自硬树脂砂砂粒间有一定的间隙，高温铁水会在间隙较大、涂料较薄处渗入砂芯，形成粘砂；由于其较好的溃散性，在高温铁水长时间的包裹下，砂芯强度大幅度降低，在砂芯应力集中或较为松散位置，很容易产生断芯问题。我们分别对较为典型的变速箱箱体和后箱体3种产品的多批次废品进行了抽查，发现因断芯、黏砂而产生的废品均占总废品的50%以上。
2热法覆膜砂制芯工艺
2.1热法覆膜砂
鉴于采用呋喃树脂自硬砂制作油道砂芯所产生的问题，我们尝试对油道砂芯改用热法覆膜砂制芯工艺。热法覆膜砂制芯工艺是将含有热塑性树脂（酚醛树脂）作黏结剂的覆膜砂通过射芯机吹射入（通过电）加热到一定温度的热芯盒模具内，在芯盒的热作用下，固化剂对黏结剂产生催化作用而使得覆膜砂固化，在一定的时间后从芯盒中取出砂芯。
覆膜砂是由耐火材料（硅砂）、热塑性黏结剂（酚醛树脂）、潜伏性固化剂（乌洛托品）、润滑剂（硬脂酸钙）以及特殊添加剂通过一定的覆膜工艺配置而成。覆膜砂制芯原理是：覆膜砂受热时包覆在砂粒表面树脂熔融，在乌洛托品分解出的亚甲基的作用下，熔融的树脂由线性结构迅速转变成不熔融的体型结构，从而使覆膜砂固化成形[2]。
与呋喃树脂自硬砂相比，采用热法覆膜砂制出的砂芯具有以下特点：
1）强度较高；
2）砂芯轮廓清晰、尺寸精确，组织细密，能够制造出形状复杂、尺寸较小的轮廓；
3）砂芯表面质量好，可少上或不上涂料，就可得到较好的表面质量；
4）可作为成品供应，使用方便；
5）成本高。
基于以上特点，对易产生缺陷或废品的油道砂芯采用热法覆膜砂制芯工艺以提高成品率和铸件表面光洁度是可行的。
2.2热芯盒
2.2.1结构
热芯盒的构成如图2.2-1所示，包括芯盒本体，定位、出芯、回位、加热结构等。为了便于芯盒的加工，减少散热面积，增加热容量，通常将热芯盒设计成长方体（立方体）形实体芯盒。
因为热芯盒模具的工作条件及工作环境要求比较特殊，它不仅在230℃左右受到周期性的具有一定压力的高速砂流冲击和冲刷，同时还要作为热芯盒覆膜砂固化所需的热源，故对热芯盒材料有一定的要求。由于具有热膨胀系数小，热稳定性好，比热容适中，良好的脱模性、耐腐性及机加工性，变形小且价格低廉等特点，目前主要选用HT250作为芯盒本体。而定位销（套）、顶芯杆、回位导杆、射砂板等结构则使用钢。
2.2.2分盒面
根据射芯机结构不同，热芯盒一般有垂直和水平两种分盒方式。目前我公司的射芯机主要是垂直分盒。
在设计分盒面时，要求芯盒开盒后砂芯留在动盒内，以便顶出砂芯，为此，采取以下措施：
1）将砂芯形状较复杂的半边或大半边置于动盒内，即增大动盒对砂芯的包容面；
2）对称的砂芯将分盒面向定盒偏移；
3）在定盒内设置辅助推杆；
4）向定盒内多喷脱模剂。
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图2.2-1
1、8—加热板；2—螺钉；3—盖板；4—固定板；5—回位导杆；
6—动盒；7—定盒；9—导砂块；10—射头；11—水冷射砂板；
12—顶芯杆；13—定位键；14—顶杆；15—销套；16—定位销；
17电热管；18—排气槽
2.2.3射砂口
射砂口是砂芯进入芯盒的通道，在设计射砂口时，要求射砂流畅，芯盒排气顺利，使砂芯获得良好的紧实度，并能减少砂芯修整工作量。射砂口的位置选择应按下列原则：
1）优先设在砂芯的芯头处；
2）设在砂芯的大端；
3）设在砂芯的平面处，尽量避免设在斜面或曲面处；
4）射砂口应正对芯盒上的空穴深处，使砂流畅通，避免砂流直接冲到芯盒凸出部分、斜面等。
5）当一个芯盒内布置多个砂芯时，尽量让每个砂芯都直接连接射砂口，以使得砂流畅通。
2.2.4顶芯杆
顶芯杆要尽量分布均匀、对称。一般布置在起模斜度小，凹陷及厚大部分，取芯时受阻力最大处，需要排气的部位以及砂芯的平面部位。在确保能完整顶出砂芯的情况下，应减少顶芯杆数量，以简化芯盒结构。
2.2.5排气
主要是通过顶芯杆与芯盒之间的配合进行排气，对于个别内腔死角有时也会装排气塞或排气槽。
2.2.6定位
主要采用定位销进行定位。在定盒上装销，在动盒上装套。
2.3制芯工艺
对于制芯工艺，多数根据芯盒结构、砂芯等凭经验设定。
芯盒温度一般在230℃左右。固化时间因砂芯大小而不同，砂芯越大固化时间就长些，一般在30～150S之间。对于截面积较小、且长度较长的油道，应该设置芯条以增加砂芯强度。芯条为普通铁丝。根据需要，使用不同型号的铁丝和设置一定的芯条的数量。
2.4效果
对油道砂芯试用热法覆膜砂制芯工艺的3种产品进行抽查。在抽查的1000件铸件中，因油道而产生的废品占总废品的10%左右，总废品率也明显比采用热法覆膜砂制芯工艺前降低很多。
因此，把热法覆膜砂制芯工艺逐步推广到所有产品。在推进过程中，对每种产品都进行跟踪，把跟踪结果与工艺更改之前进行对比，效果均非常明显，无论是总废品还油道废品，下降非常明显。此外，表面光洁度提高也非常明显。
2.5应用范围
出于综合成本及现有生产工艺方面考虑，目前我公司热法覆膜砂制芯工艺主要应用于强度、表面质量要求较高的油道部位砂芯，对于其它部位砂芯采用呋喃树脂自硬砂手工制芯工艺即可满足要求。
结论
通过把铸件油道砂芯由呋喃树脂自硬砂制芯工艺改用热法覆膜砂制芯工艺，提高了铸件油道的成品率和表面光洁度。然而，热法覆膜砂制芯工艺与呋喃树脂自硬砂手工制芯工艺有很大不同，在设计和制芯过程中，必须充分了解各种工艺要求，以尽量减少或避免设计缺陷和制芯问题的产生。对更改后的工艺进行跟踪，总结对比其可用性和适用范围，以为公司创造最大效益。
参考文献：
[1]柳百成 黄天佑主编.中国材料工程大典 第十八卷 材料铸造成形工程（上）.北京：化学工业出版社.2006.[716]
[2]柳百成 黄天佑主编.中国材料工程大典 第十八卷 材料铸造成形工程（上）.北京：化学工业出版社.2006.[623]