熱芯盒制芯

(1)熱芯盒法所用粘結(jié)劑熱芯盒采用的樹脂有呋喃樹脂和酚醛啊脂，大多數(shù)是以尿醛、酚醛和糠醇改性為基礎(chǔ)的一些化合物,并根據(jù)所使用的鑄造合金及砂芯的不同以及市場供應(yīng)情況，進(jìn)行樹脂的選擇。一般使用的呋喃樹脂按糠醇含量分為三級。樹脂中糠醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高,砂芯的比強(qiáng)度也越高，氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也越低，不易產(chǎn)生鑄件的氣孔缺陷。

(2)熱芯盒法硬化所用固化劑我國很多工廠使用的呋喃I(xiàn)型樹脂砂常用的固化劑是氯化銨和尿素的水溶液,其配比(質(zhì)量比)為氯化銨:尿素:水=1:3:3。

摘要：本文從理論與實(shí)踐角度對三種工裝結(jié)構(gòu)對缸蓋水套熱芯制芯效率與砂芯質(zhì)量的影響進(jìn)行了研究分析，結(jié)果顯示采用防熱變形的垂直分型整體式結(jié)構(gòu)既可保證砂芯質(zhì)量，又可滿足企業(yè)對生產(chǎn)效率的要求，是一種值得同類熱芯盒借鑒與推廣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

目前，關(guān)于熱芯盒工裝結(jié)構(gòu)對砂芯影響的研究較為少見，現(xiàn)有研究多集中在對某一固定結(jié)構(gòu)下的芯盒改進(jìn)或芯盒附件如射砂嘴、頂芯桿、底框等的優(yōu)化設(shè)計(jì)上[-]，本文結(jié)合現(xiàn)場實(shí)踐應(yīng)用，對同一砂芯下，三種不同芯盒結(jié)構(gòu)（水平分型結(jié)構(gòu)、垂直分型整體式結(jié)構(gòu)、垂直分型分塊式結(jié)構(gòu)）對制芯效率與砂芯質(zhì)量情況進(jìn)行分析研究。

本文所研究對象為我廠大批量生產(chǎn)的某缸蓋下水套熱芯(附圖1)，外圍最大尺寸為245*216*44mm，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚不均，最薄壁厚處僅為3mm，這對其制備工藝提出了嚴(yán)格的要求。根據(jù)我廠現(xiàn)有裝備水平，分別對該砂芯采用兩種制備工藝，三種芯盒結(jié)構(gòu)進(jìn)行批量生產(chǎn)，下面具體介紹不同結(jié)構(gòu)下水套芯制芯效率與砂芯質(zhì)量情況。

1、 水平分型結(jié)構(gòu)

所用設(shè)備為明志MRC20V，射砂面積為650x750mm（左右×前后），所承受芯盒最大重量為1500kg，根據(jù)砂芯尺寸與所用設(shè)備條件將芯盒設(shè)計(jì)為1模6顆，芯盒主要由芯盒主體、底框、射砂板等模塊組成，如圖2所示。

其芯盒主體采用分塊式均勻布置于模底框上，加熱管垂直于操作者側(cè)貫穿芯盒主體，該結(jié)構(gòu)可有效保證工裝熱狀態(tài)下均勻變形，從而避免了上下模合模不嚴(yán)問題，且易于操作者通過設(shè)備后安全門更換加熱管，易于工裝維護(hù)；

其射砂嘴采用插入式結(jié)構(gòu)詳見附圖3，通過水循環(huán)冷卻，此結(jié)構(gòu)可有效避免大量射砂棒的產(chǎn)生，既提高了芯砂利用率，又減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，明顯提升了制芯效率，然而在生產(chǎn)過程中射砂嘴經(jīng)常出現(xiàn)漏水問題，最終導(dǎo)致無法正常射砂，這也是影響其制芯效率的關(guān)鍵因素。

水平分型芯盒，其射砂投影面積大，所需射砂嘴數(shù)量多，我廠該水套芯單顆砂芯需布置8處射砂口，造成砂芯內(nèi)部質(zhì)量不夠緊實(shí)，此外，實(shí)踐表明在下模側(cè)砂芯極易造成分層，既砂芯表面具有2-3mm固化層，空隔0.5-1mm后又發(fā)生固化，此現(xiàn)象最終造成鑄件起皮、粘砂等缺陷。通過該工藝如何判定砂芯合格成為一大難題，這也制約了該工藝進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

2、垂直分型分塊式結(jié)構(gòu)

所用設(shè)備為明志MRD20T,該設(shè)備具有垂直翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，在芯盒制備好砂芯后靜模側(cè)從設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行90度垂直翻轉(zhuǎn)，非常有利于工人現(xiàn)場操作，其主要設(shè)備參數(shù)如下：射砂面積為800*100mm（左右×前后），設(shè)備最大載荷為600kg。

為提高生產(chǎn)效率芯盒設(shè)計(jì)為1模3顆，采用垂直射砂工藝，主要由芯盒主體、芯盒底框、射砂板等模塊組成，詳見附圖4，該結(jié)構(gòu)在砂芯側(cè)面設(shè)置3處射砂嘴，與水平分型結(jié)構(gòu)相比，有效減少了射砂嘴數(shù)量，這不僅提高了砂芯表面質(zhì)量，同時(shí)也明顯降低了勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了生產(chǎn)效率；

該芯盒主體采用分塊式結(jié)構(gòu)，將整個(gè)芯盒主體均勻的分為3個(gè)部分，每個(gè)部分又分為靜模塊與動(dòng)模塊，其中砂芯復(fù)雜曲面大部分放置在靜模塊，靜模塊設(shè)計(jì)水平的高低也決定了整個(gè)芯盒質(zhì)量的高低；相鄰兩部分間隔4mm，單個(gè)靜模塊長：寬：高比值為3:4:1，通過螺栓把接至芯盒底框上，極大降低了因芯盒長寬不對稱所引起的熱變形問題，然而為了保證鑲塊的整體性和芯盒儲(chǔ)熱能力最大化，參考加熱管在熱芯盒中布置相關(guān)文獻(xiàn)[],其加熱管采用平行于射砂孔布置，然而，該結(jié)構(gòu)也存在其不足之處，即接線口放置在芯盒長短側(cè)，這不利于加熱管的日常更換，也極易造成外接線燒損。此外，該結(jié)構(gòu)芯盒經(jīng)過長時(shí)間使用后發(fā)現(xiàn)靜模側(cè)單個(gè)型腔所布置4根加熱管不能滿足制芯熱量需求，導(dǎo)致芯盒體溫降嚴(yán)重，這也制約了生產(chǎn)效率提升。

該芯盒底框采用全包圍式結(jié)構(gòu)，此設(shè)計(jì)可有效對芯盒體提供有力支撐，可滿足芯盒本體剛度要求；雖然通過加強(qiáng)筋方式進(jìn)行掏空設(shè)計(jì)，但該底框結(jié)構(gòu)重量偏大，最終使得整個(gè)芯盒質(zhì)量超出設(shè)備載荷，影響了設(shè)備正常使用壽命。

該芯盒射砂板采用水冷整鑄式結(jié)構(gòu)，并在射砂板與芯盒主體結(jié)合面設(shè)置密封圈，有效保證了射砂壓力需求。

由上可知，采用該結(jié)構(gòu)芯盒所制備砂芯質(zhì)量好，制芯效率較高，但受其超設(shè)備載荷和加熱慢、維護(hù)較困難等因素影響，導(dǎo)致其進(jìn)一步推廣應(yīng)用受限。

3、垂直分型整體式結(jié)構(gòu)

本文所述垂直分型整體式結(jié)構(gòu)是在垂直分型分塊式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上做的改進(jìn)設(shè)計(jì)，二者所用設(shè)備相同，因此也布置了1模3顆砂芯，芯盒主要由芯盒主體、設(shè)備連接支腿、射砂板等模塊組成，詳見附圖5。

該芯盒主體采用整體式結(jié)構(gòu)，由動(dòng)模和靜模兩部分組成，該結(jié)構(gòu)可明顯減少芯盒附件間的連接，從而保證其完整性，為加熱管的布置提供了良好的條件；通過垂直于射砂孔設(shè)置加熱管可將加熱管接線口放置于設(shè)備外接電源接口同側(cè)，這既便于芯盒拆卸也可提高電熱管使用壽命，間接提升了生產(chǎn)效率；與前者不同，該結(jié)構(gòu)取消了芯盒底框模塊，更換為設(shè)備連接支腿，從而明顯降低了芯盒重量，保證了設(shè)備正常運(yùn)行；在不超設(shè)備載荷前提下，對其外圍尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終確定靜模長：寬：高比值為3:1:1，通過對該芯盒的現(xiàn)場驗(yàn)證，結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)極易造成芯盒靜模熱變形不均，其合模間隙最大達(dá)2mm，在工裝制作時(shí)通過熱處理手段也難以保證芯盒質(zhì)量[]，這也造成我廠對該芯盒制作的一大困擾。經(jīng)過不斷探索與嘗試，在現(xiàn)有整體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步改進(jìn)，即將靜模在相鄰模腔間沿其背部添加2mm寬50mm深的縫隙，并在縫隙根部設(shè)置φ8圓孔，經(jīng)驗(yàn)證表明，該設(shè)計(jì)可有效降低靜模加熱后的彎曲變形，從而從根本上提升制芯效率。

綜上可知，改進(jìn)后的整體式結(jié)構(gòu)具有芯盒質(zhì)量輕，易維護(hù)，砂芯質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，該結(jié)構(gòu)也在我廠同類產(chǎn)品中進(jìn)行了有力推廣，均獲得較好效果。

結(jié)論

1、 從實(shí)踐中驗(yàn)證水平分型結(jié)構(gòu)制芯效率較高，但砂芯質(zhì)量較垂直分型差，對鑄件易造成起皮、粘砂等缺陷；

2、 分塊式結(jié)構(gòu)熱芯盒具有良好的抗熱變形能力，但結(jié)構(gòu)偏復(fù)雜，對其后續(xù)維護(hù)與保養(yǎng)具有較高要求；

3、 整體式結(jié)構(gòu)熱芯盒所制砂芯質(zhì)量穩(wěn)定，工裝易于維護(hù)，制芯效率高，可滿足大批量生產(chǎn)使用，對同類單體缸蓋水套熱芯均有很好的參考價(jià)值。

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