1、冷 芯 盒 法,冷芯盒法简介 在室温下，通过吹气使砂芯在芯盒内快速硬化的制芯方法叫冷芯盒法。冷芯盒是一种高效制芯工艺，与热芯盒、壳芯比较具有高效、节能、劳动条件好等优点，现已广泛用于铸造生产中。冷芯盒法包括： 吹胺冷芯盒法、 SO2冷芯盒法、 碱性酚醛树脂吹甲酸甲酯冷芯盒法、 水玻璃吹甲酸甲酯冷芯盒法、 碱性酚醛树脂吹二氧化碳气体冷芯盒法。,吹胺冷芯盒法,冷芯盒法制程的影响 冷芯盒法制芯质量和制芯速度与环境温度、湿度、吹气温度、吹气压力、吹气时间关系密切，为保证砂芯质量应采取的措施是：原砂温度偏高时，应适当缩短砂混合料存放时间;原砂温度偏低时，应开启砂温调节器适当提升砂温，保证砂芯的硬化速度；
2、对于大型砂芯，为保证硬透型可适当增加吹气压力、吹气时间；吹硬气体不同对吹气温度要求不同 ，SO2常温为气体不需加热，三乙胺、甲酸甲酯常温为液体，冬季时易在管路里冷凝，吹气管路需适当采取加温、保温措施，保证吹硬气体中三乙胺（甲酸甲酯）的含量相对稳定。,冷芯粘结剂的组成 冷芯要达到高抗张强度及延长储存的寿命，粘结剂的选用影响很大，一般冷芯粘结剂由下列物质制成： (a)环氧树脂， (b)丙烯酸酯化聚异氰酸酯， (c)反应性不饱和丙烯酸类单体或丙烯酸类聚合物 (d)氧化剂。 粘结剂与骨料混合并通过冷芯盒制芯法用气态胺固化成型得到可用作铸造金属制件的型芯。,用于制备铸造型模的冷芯盒制芯法，其制备铸造混合
3、料的组分： 铸造骨材 有效量的粘结剂 (3)气态胺工艺步骤：混砂（铸造骨材+粘结剂）；树脂砂吹入芯盒；树脂砂自硬变化；吹气态胺固化（固化型芯）；吹压缩空气（固化及去除氨气味）。,冷芯盒树脂组成组分酚醛树脂组分异氰酸酯（反应为聚氨脂反应） 催化剂（三乙胺.二甲基异丙胺.二甲基乙醇胺）冷芯盒树脂砂工艺控制 冷芯盒工艺过程控制的总体要求是：以控制水份危害为主要考量； 选择符合冷芯要求的工艺设备、原材料； 正确把握温度、压力、时间主参数；注意工装的 气路和配合尺寸。,影响冷芯质量的主参数 “水份”主要是指硅砂、压缩空气、三乙胺、涂料、 大气及型砂中的水份。 “温度”主要是指硅砂、树脂、压缩空气（射砂和
4、吹胺）、三乙胺、涂料烘干时的温度。 “压力” 主要是指射砂、吹胺、清洗时的压力。 “时间” 主要是指树脂仓储、混砂、可使用、射砂、吹胺、清洗、上涂料、烘干、型芯仓储及型芯放入铸型后所经历的时间。,水份控制： 由于组分聚异氰酸酯中 -N=C=O基团在碱性或微碱性环境中很容易水解，如果在制芯过程中，某一工序受到水的浸害都将导致某种缺陷，有时，这种缺陷将会非常严重。这是因为水份将消耗大量的组分聚异氰酸酯中 -N=C=O基团，从理论上计算，1摩耳的水将消耗2摩尔的-N=C=O基团。而组分聚异氰酸酯中含有 -N=C=O基团一般在20%左右。,也就是说，每克水与 -N=C=O基团完全反应将消耗10克左右的
5、聚异氰酸酯，这不仅严重削弱了型芯强度，其反应生成的胺化合物降低了型芯的高温塑性和发气量，而且使生产成本大幅度提高。因此，冷芯盒工艺的优化控制应以控制水份的破坏作用为主轴，从原辅材料（硅砂、树脂、三乙胺）的准备、混合料的配制、制芯、加工涂料、仓储、下芯、浇注等整个工艺过程都必须对水份进行监控。,1. 硅砂水份控制 硅砂水份对冷芯盒型芯的强度有着重要影响。水份高，不仅降低芯砂强度和缩短芯砂可用时间，降低型芯本身的质量，并且使铸件产生气孔、起皮等由水份而导致的缺陷，因此须有效地将硅砂含水量控制在0.15%以内为宜。经试验，含水量0.15%的硅砂所制型芯初强度比含水量0.05%的硅砂所制型芯初强度略低
6、0.2MPa，当水份达0.30%时强度下降30% , 水份达到0.50%时, 强度下降近60%，存放性也大大的降低。水份的影响与温度有密切关系，当在高温、高湿环境中，水份对强度的破坏程度会成倍增加。,2. 压缩空气中的水份控制 压缩空气中的水份是冷芯盒工艺以控制水份的另一关键问题。冷芯盒用三乙胺催化剂，在常温下是液体，吹胺时，以压缩空气为载体加热汽化。压缩空气中水份含量高，其后果比硅砂中水份高还更严重 ; 当三乙胺在催化两个组分树脂高速反应的同时，水与 -N=C=O基团的反应速率也提高了47倍。根据试验结果，即使射砂和清洗过程所用压缩空气只含有中等含量的水份，就会使破坏型芯树脂粘结力所需的应力
7、，降至正常状态下打破树脂粘结桥所需应力的5080%，型芯在存储、搬运过程中的破损率和浇注过程中的报废率将明显的攀升（高发不良的真正原因）。,另外，用含有水份的压缩空气射砂，作用于混制好的芯砂时，大量的水份会聚集在射砂嘴及同期网上，将会减少射砂循环后压缩空气从此处排除的流量，就增加了维护工作量。为避免类似问题产生，需要对射砂和清洗用压缩空气进行去湿处理，使常压下压缩空气的露点应按型芯的种类、复杂程度来选择， 薄壁或复杂型芯露点应尽量低，一般应-40， 简单厚大型芯露点可以高一些，一般应-15。,3. 涂料水份控制 刚起模的冷芯盒型芯，其初强度一般为终强度的6070%，此时树脂膜中憎水的溶剂开始从
8、砂粒间隙中向外挥发，在挥发的过程中，可以有效地阻止水份向型芯内部渗透，但是，这种挥发过程所经历的时间一般小于2小时。所以如需要上水基涂料的冷芯盒型芯应尽快涂覆，涂覆越快，憎水溶剂的阻碍效应越明显。如在憎水溶剂基本挥发完毕以后上水基涂料，涂料中的水份会通过型芯的毛细管间隙渗透到内部，损伤树脂粘接桥，与未反应的组分聚异氰酸酯发生水解而失效。,使用水基涂料，型芯就需要烘干，尽可能使型芯残余水份降至最低。型芯烘干温度也是影响型芯最终质量和铸件质量的一个重要因素，一般原则是在保证型芯烘干的前提下，温度越低越好。尤其是烘干初期，因为水份浓度高，蒸发快，水蒸气饱和后，会形成饱和蒸气膜，不易于型芯内层水份烘干
9、。所以；冷芯烘干初期温度不宜过高，适当减缓水份蒸发，避免形成饱和蒸气膜。,使用醇基涂料，则与水基涂料相反，不宜型芯出盒后立即涂覆，这是因为冷芯盒溶剂憎水但可溶于醇类有机物，醇基涂料常用溶剂为异丙醇或工业用乙醇，它们对型芯的渗透能力非常强，每秒钟渗透深度可达10毫米，渗入型芯的醇类有机物将树脂已经交联的缩聚物阻塞在体形结构中，使大量活性基不能参与反应破坏后期固化，所以上醇基涂料应在树脂溶剂基本挥发完毕后进行，涂好后需立刻点燃。 醇基涂料易燃易爆,应在上风面或通风良好的环境下作业,并确保身体不沾染涂料；点燃中的型芯,禁止涂覆或泼洒涂料。,4. 下芯以后的水份控制 冷芯盒型芯置入湿型后，往往会由于铸
10、型、型芯之间的温差发生水份迁移，在型芯表面发生水份结露，损伤树脂粘接桥。使型芯表面水份增大，强度下降，而水份的发气量大约是冷芯树脂的100倍。所以如果将冷芯盒型芯置入湿型铸型后，数小时不浇注，将特别容易使铸件产生冲砂、砂孔、气孔、粘砂等缺陷，存放时间越长，产生上述缺陷的机率就越大。,温度、压力和时间的优化控制： 冷芯盒工艺的过程实际是一种化学、物理过程，其中化学过程起着决定性的作用。研究和分析其过程的影响参数，进行优化组合，达到预定的工艺目标。冷芯盒工艺吹气固化是整个工艺过程中最主要的工艺过程，也即是在一定的温度、压力条件下，使催化剂“雾化”，历经一定的时间，充满并均布整个型腔，使型腔中的砂粒
11、和树脂之间形成粘结力，即型芯固化成型。这一过程可以再细分成“射砂”和“吹气”二个过程，合理设置这两个过程工艺参数将有助于使制芯生产平稳，废品率维持在最低水平，并使生产环境改善。,硅砂温度控制 砂温和大气温度对生产率和型芯成品率会产生很大的影响。温度低，树脂粘度反而高，不易使树脂包覆在砂粒表面，导致混砂效率降低、混砂时间延长。砂温影响遵循“10”原则，即砂温每增加10，将使树脂的反应速度加快1倍，同样砂温每降低10，将使树脂反应速度减慢1倍。尤其是在高湿环境中，当砂温低于环境温度时，水份更易于聚集在砂粒表面，破坏树脂与砂粒建立粘结力。但砂温过高，会缩短混合料可用时间，也会加剧溶剂挥发恶化环境。所
12、以必须采用砂温调节装置使砂温控制在2030之间为宜。,射砂压力和时间的控制 射砂，即将混制好的芯砂充填射砂筒、密封射砂筒（射砂头和芯盒间的通道除外）、使射砂筒充满压力后将芯砂射入芯盒中。设计良好的射砂机构应该在较低的压力下使芯砂平稳充填型腔而不“沸腾”翻转。较低的射砂压力不仅可以减少压缩空气用量，减少芯盒磨损，延长芯盒使用寿命；而且可以适当减少芯盒所需排气塞数量，降低芯盒制造费用和维护费用。芯砂平稳充填型腔不仅可以使型芯密度及尺寸保持一致，而且可以适当延长芯砂的可使用时间。当然，射砂压力与选用原砂的密度有关，对硅砂而言，通常的射砂压力取0.20.3MPa即可。,增加射砂压力相当于增加了砂从射砂
13、筒射入芯盒中的速度，增加砂的速度会使树脂“脱离”砂而沉积在芯盒壁和排气塞处，会加速粘模和影响排气，直接影响型芯质量。 所以，通常的经验是用较低的压力获取致密的砂芯，这样就减少粘模、减少清理、延长模具寿命。在生产中，采用低压射砂时，对于一些较难充型的复杂模型，或者是因为工作面要求，无法开设较多排气塞的模型，往往易出现射不满的情形，此时往往采用“二次射砂”进行补偿，结果却造成砂芯表面射口附近凹凸不平。经验证，在此情况下将射砂时间及排气时间从常规的35秒再延长35秒，即可获得表面良好的砂芯。,吹胺与吹气压力和时间的控制 吹气，吹气循环包括使催化剂进入芯盒内的砂粒中开始固化，和清洗固化后的砂芯中残余催
14、化剂两个过程。吹气循环是以压缩空气作为载体，导入必需的催化剂（最少量的），并排除多余的催化剂。在此过程中使催化剂形成蒸气（雾化）是至关重要的环节，设计良好的雾化设备将提供高效率的、稳定的效果而能保证安全操作和改善作业环境。其次，压力和时间的控制对型芯质量和生产效率也很重要，必须确保压力从低压到高压连续过度，也即 “低压吹胺、高压吹气”。,因为刚开始吹入催化剂时，砂芯尚未固化，若压力过高，会导致砂芯表面产生凹坑；随着砂芯的固化，压力过度到高压并维持足够时间，让催化剂充分贯穿砂芯截面，使砂芯各部分充分固化，并将多余的催化剂排除型腔，保证砂芯无胺味。,冷芯生产注意事项 设备点检及调整 作业参数设定 芯盒备模换模 试做.调整及量产 停机及2S,空压贮气桶放水阀,混砂参数设定,制芯参数设定,顶杆高度及水平确认,芯盒备模换模,芯盒吊装下芯盒顶杆调整,芯盒固定及开合调试,下芯盒顶杆.顶出銷,芯盒合模及吹砂,低压及高压吹气,芯盒上升及上型脱模,芯盒下降及下型脱模,砂芯顶出脱离芯盒,芯盒残砂吹除,芯盒残砂吹除,砂 芯 吊 运,检视及毛边清理（吹砂口）,砂芯检视及修补,芯型收容及防护,混砂机清理（禁留残砂）,停机及2S,砂桶内壁清理（禁留残砂）,吹沙头清理（禁留残砂）,吹砂板/嘴清理（禁留残砂）,芯盒残砂吹除,制程异常处理 吹砂不实,
