冷芯技术的发展与应用

王海平孙善秀赵辉

中国重汽济南铸锻中心山东济南250200

摘要：三乙胺法冷芯工艺是1968年由美国Asland油脂化学公司向铸造界隆重推出的令世人瞩目的一种新型制芯（型）工艺。它是继50年代的CO2自硬工艺，60年代的热芯盒工艺之后在铸造技术上的又一次突破和飞跃。三乙胺冷芯工艺在美国称为ASHLAND工艺或称ISOCURE工艺，它是在室温条件下采用三乙胺气雾来硬化酚醛树脂砂的一种简便而快速成型的制芯(型)工艺，该工艺既满足了用户对铸件质量日益提高的要求，又满足了低成本、高生产效率的目标。所以，该工艺一经问世，就受到了国外铸造行业的欢迎，特别是大批量生产的汽车、拖拉机、内燃机行业。1971年有15个国家，165家工厂采用该工艺进行生产，其中美国有20家。70年代末，美国已有380家公司采用了该工艺。在八十年代，该工艺在美国铸造厂已占有绝对的主导地位。本文旨在介绍冷芯工艺在我国的发展及其在铸造行业上的应用。

关键词：冷芯技术；应用；发展

1冷芯技术的开发及应用

在我国，对冷芯盒制芯（型）工艺的开发及应用起步于70年代末，但是在当时的历史条件下，我国铸造工作者特别是洛阳拖拉机厂材料研究所对冷芯盒树脂进行了很多研究和试验，原农机部也将冷芯盒技术列入攻关项目。由于当时一无专用设备，二无原料供应，在国内形不成应用冷芯盒的气候。九十年代初期，随着改革开放，冷芯盒制芯技术在我国的推广应用得到了空前的发展机遇。冷芯盒树脂等配套材料供货商如Asland、HA等，以及冷芯盒专用设备厂商如Laempe、Loramend等纷纷在中国设立办事处，为争夺中国用户展开了激烈的市场竞争。我国冷芯盒用户随之就迅速扩大，已遍及国内的汽车、拖拉机、飞机、制泵等行业，树脂耗量据估计每年约为2000吨，每年冷芯盒树脂砂约为11万砘。

冷芯工艺在我国的应用大致可分为这样三个阶段:

1）从70年代未期到1985年是冷芯工艺试验研究阶段，

2）从1985年到90年代初期是冷芯工艺应用于生产的发展时期

3）从95年开始冷芯工艺进行调整时期。

分析其主要原因，冷芯盒从87年正式批量应用于生产以后，出现了一些问题。例如：冷芯盒专用设备依靠进口，树脂、原砂质量严重滞后，工艺管理及程控缺乏。2000年以后相关问题已经基本解决，国产设备与材料大量涌现，质量与性能均有较大的选择空间，冷芯技术在我国驶入了发展的快车道。

2冷芯技术制芯流程及工艺方法

冷芯技术工艺过程分为混砂、射砂、吹胺、净化、脱模5个过程，其工艺方法是将液态酚醛树脂（组分Ⅰ）和异氰酸酯（组分Ⅱ））与砂子混合后吹射于芯盒中，导入雾化的三乙胺，使芯子硬化，起模后获得优质的砂芯(型)。

1）混砂工艺：原砂+组分Ⅰ+组分Ⅱ（混1-2min）→出砂。（注：具体要看混砂机）树脂加入总量：通常为两种树脂总重占砂重的1.1%-2%。树脂的两个组分可以同时加入砂中，也可以分别加入。混拌以树脂能均匀粘附在砂粒上为宜，混砂时间约在1到2min左右。时间过短，树脂分布不均，容易粘芯盒，砂芯强度也低。混砂时间过长也无益。选择混砂机的原则是各种类型的混砂机都可使用，但是混砂机及定量装置要充分干燥，定量要准确。混砂时发热少及适当的产量大小，也就是说混好的砂愈快用完愈好，不要滞留太久以免树脂开始起化学反应。使用非联动混砂机混好的砂应尽速送至制芯机，尽量减少翻动。混砂中应尽量避免揉搓过度，以免砂温上升而影响芯砂的可使用时间和流动性。

2）射砂工艺：采用干燥压缩空气进行射砂。射砂压力0.30-0.55MPa，射砂时间2-3s。目前认为，芯盒中芯砂的紧实是动能和压力差综合作用的结果，而动能是主要的，在动能达不到的地方，靠压力差作用来紧实芯砂。

3）固化工艺：三乙胺经胺发生器加热雾化，以干燥压缩空气为载体将三乙胺气雾吹入芯盒。三乙胺发生器工作温度一般设定在90℃。吹胺压力0.30-0.45MPa，吹胺时间一般低4-10s，达到最终压力时间为:4-10s（具体看吹胺路径长短定，如垂直分模还是水平分模、砂芯高度或厚度）。

4）净化工艺：吹胺固化后的砂芯后，向芯盒内吹入压缩空气进行净化，以清除砂芯中及排气管道系统中的残余三乙胺，使其通过净化器中的酸溶液，中和后排入大气。洗涤压力0.35-0.45MPa，洗涤时间10-20s。每盒砂芯总循环时间50-90s。

5）冷芯工艺应用条件：制芯过程中参照以下条件可更好的生产出合格优质的砂芯（型）：

?冷芯盒树脂制芯要求使用干燥压缩空气。

?冷芯盒用擦洗砂要求：SiO2的含量≥90%，含水量≤0.3%，灼烧减量≤0.4%,含泥量≤0.3%,集中度75%到92%，耗酸值≤5.0（ml/50g）。根据制芯要求可以选择三筛或者四筛砂。

?树脂的两个组分，使用前不混合，不得与水接触。加入量二者各为砂重的0.55-1%,组分一与组分二的加入量比例为(1:1)或(55:45).厚大芯子加入量低,小芯子可以按最高限度加入.

?三乙胺加入量为砂重的千分之0.4-0.7

?混砂用专用的混砂设备，砂温控制在15-40℃，超出范围应使用加热或冷却设备，混好的芯砂及时加入射砂筒。

?制芯前先检查芯盒内腔是否完整干净、射芯机设备是否正常运转，如有故障必须及时修复。排气塞自行更换，其间隙为0.2-0.3㎜。根据芯子的大小设定射砂时间，吹三乙胺量，吹气时间以保证芯子射满固化。

?每射完一盒芯后，应检查顶芯杆是否正确回位，不得有凸出或凹陷。根据芯盒内腔余砂的粘结情况使用冷芯盒脱模剂，脱模剂应均匀喷涂在芯盒工作表面，一般5—10盒喷涂一次。喷后，液体挥发净以后方可制下一盒芯子。每次喷量不宜过多，以减少芯盒的结垢。

3冷芯工艺常用原砂材料：

1）擦洗砂：由二氧化硅含量较高的优质石英砂经过水洗、搓擦、烘干、配砂等方法处理制取。其主要成分α石英在573℃时发生同素异构转变为β石英，造成砂粒体积膨胀

2）焙烧砂：将擦洗砂在600℃以上的温度环境内焙烧获得其高温下膨胀系数更低，颜色偏肉红色，更好的预防脉纹缺陷。

3）宝珠砂：将铝矾土矿物融化至液态，经高压水枪喷射后，液态矿物飞溅，冷却筛分获得灰黑色球型耐火度在1780℃的新型砂材料。其良好的粒型可以保证砂芯在低粘结剂下获得更高强度，同时降低高温下缺陷。

4）铬铁矿砂它属于铬尖晶石类矿物，经过900℃以上焙烧制的。一般为深黑色，尖角型颗粒。有良好的抗碱性渣和急冷效果，有利于防止金属液的渗透，粒型较差，制芯不易达到高强度。

5）熟料砂主要成分为莫来石它是硬质粘土经过1350℃以上煅烧后结块，再经过破碎、筛选而成。也有用煤矸石代替硬质粘土制作的。一般为灰白色，片状颗粒。耐火度高，清理过程易溃散，但粒型较差，制芯不易达到高强度。

结语

经过多年的发展与应用，我国冷芯技术普遍增强，但仍与国外欧美国家存在较大的差距，主要体现在原辅材料、设备和工装维护等方面的差距上，为了最大限度的发挥冷芯盒技术的优势，进一步提升我国冷芯工艺技术水平，仍需我国铸造工作者们继续努力。

参考文献

[1]章久清,胺法冷芯盒砂造芯工艺的研究及应用.现代铸铁，1999.1.