冷芯盒砂的配比和性能优化

冷芯盒树脂砂制芯工艺是将混合好的树脂砂，射（吹）入芯盒中，然后，用吹气设备吹入气体固化剂，砂芯在常温下快速固化，通过吹干燥清洁的压缩空气，冲洗净化砂芯中的残余固化剂后，即可出芯。出芯后，可以立即下芯、合型、浇注，以减少砂芯储存时间。

冷芯盒工艺是一种节能、低污染、高效的造型、制芯工艺，有逐步取代热芯盒的趋势。此工艺适用于中、小批量多品种的机械化生产。

常用冷芯盒制芯工艺按气体固化剂不同，分为四种：三乙胺法、SO₂法、酯硬化法、CO₂硬化法。

1.三乙胺法冷芯盒砂

三乙胺法冷芯盒砂广泛用于汽车、拖拉机铸件的生产。但是应注意，有人对粘结剂过敏，不要与之直接接触，以免患皮炎病。

使用的粘结剂为双组分，组分Ⅰ是液态酚醛树脂，组分Ⅱ是聚异氰酸酯。两组分按1∶1的比例加入到原砂中，混匀后吹（射）入芯盒，然后吹入三乙胺，芯砂可在数秒或十几秒内硬化。三乙胺在常温下为液态，需经汽化处理，一般是预热至35～50℃，然后以氮气为载体，将三乙胺稀释汽化。砂芯在芯盒内经吹三乙胺硬化后，还需用干燥的空气将砂芯中剩余的三乙胺吹净，然后取出砂芯，既可使用。

（1）原材料

1）原砂—擦洗（或精选）硅砂，锆砂、铬铁矿砂等。

2）粘结剂—冷芯盒树脂。由组分Ⅰ（液态酚醛树脂）和组分Ⅱ（聚异氰酸酯）组成。

3）固化剂—三乙胺（TEA）。

4）载送气体—氮气，或冷冻除湿处理的压缩空气。

（2）三乙胺法冷芯盒砂的配比及混砂工艺（见表4-86）

表4-86 三乙胺法冷芯盒砂的配比及混砂工艺

（3）三乙胺冷芯盒法制芯工艺

1）芯盒表面喷涂冷芯盒专用脱模剂，以表面见湿为宜。不能采用乳液脱模剂。

2）射砂压力0.3～0.55MPa。

3）射砂时间3～5s。

4）吹三乙胺时间与吹三乙胺量，可根据砂芯形状与大小确定。一般低压吹三乙胺4～10s，高压吹三乙胺5～15s。

5）吹压缩空气净化时间10～20s。

（4）三乙胺冷芯盒砂的常见缺陷及解决方案（见表4-87）

表4-87 三乙胺冷芯盒砂的常见缺陷及解决方案

2.SO₂法冷芯盒砂

SO₂法冷芯盒砂已用于泵类、液压件、汽油机及柴油机等铸铁、铸钢及非铁合金铸件的生产。但是SO₂有臭味，空气中含量达到1×10^-6时即可感觉到，因此整个系统必须严加密封，不能泄露。

（1）原材料

1）原砂——硅砂（擦洗砂或精选砂）。

2）粘结剂——酚醛或呋喃型冷硬树脂。最常用的是低水无氮树脂，或低氮呋喃树脂。

3）过氧化物（活化剂）——有两类：一类是无机过氧化物，如质量分数为35%的过氧化氢；另一类是有机过氧化物，如过氧化丁酮（MEKP）。(www.xing528.com)

4）固化剂——工业纯SO₂气体。它是一种无色、有刺激气味、不易燃的气体，在温度25℃，压力为0.245MPa时就液化，通常以液态并用密封容器盛装供应。使用时用氮气或干燥空气从容器中将SO₂气体带出。

（2）SO₂法冷芯盒砂配比及混制工艺（见表4-88）

表4-88 SO₂法冷芯盒砂配比及混制工艺

注：SO₂法树脂砂可存放8h以上。超过存放期的芯砂，再加适量的过氧化物仍可继续使用。

（3）硬化工艺

1）大量流水生产——采用具有吹气硬化系统的专用制芯设备，将芯砂射入芯盒，吹入SO₂气体，吹入时间在1s左右，然后用干燥微热的洁净空气吹净残留的SO₂气体（约10s），生产节奏很快。

2）单件、小批或大芯生产——用一间密闭的气硬室，将砂芯紧实成型后至于该室内，先抽出部分空气造成负压，再向室内吹入SO₂气体1～2s，最后用干燥微热的洁净空气清除残留的SO₂气体，这个过程约需15s。

（4）SO₂法冷芯盒砂可能产生的缺陷及解决方案（见表4-89）

表4-89 SO₂法冷芯盒砂可能产生的缺陷及解决方案

3.酯硬化树脂砂

酯硬化树脂砂（冷芯盒砂）工艺，是采用一种水溶性碱性甲基酚醛树脂与原砂混合后，吹入甲酸甲酯雾气，使砂芯硬化。酯硬化冷芯盒砂具有基本不污染环境，工艺装备简化，树脂、固化剂有害成分少的特点，可用于大批量和中等复杂程度砂芯的生产。

1）粘结剂——甲酸甲酯硬化酚醛树脂（简称酯硬化树脂）。

2）酯硬化冷芯盒砂的配比及性能见表4-90。

表4-90 酯硬化冷芯盒砂的配比及性能

注：硬化剂甲酸甲酯要使用专用雾化器雾化，雾化时加温60℃左右，雾化压强0.2MPa。

4.CO₂硬化冷芯盒砂

CO₂硬化冷芯盒砂的突出优点是对人体和环境污染很小（低于其他冷芯盒制芯工艺）、残留CO₂气体不必冲洗、无尾气处理工序、廉价。缺点主要是常温强度低，需加粉状促硬剂。

（1）原材料

1）粘结剂——CO₂硬化酚醛树脂（液态）、聚丙烯酸钠树脂（无色或淡黄色液态）。

2）固化剂——CO₂气体。

3）促硬剂——灰白色粉末。

（2）CO₂硬化冷芯盒砂的配比及混制工艺（见表4-91）

表4-91 CO₂硬化冷芯盒砂的配比及混制工艺