优质铸件生产中冷芯盒制芯的质量控制

优质铸件生产中冷芯盒制芯的质量控制

摘要】冷芯盒工艺是一种节能、低污染、高效的造型及制芯工艺。随着我国铸

造业的快速发展，冷芯盒树脂砂工艺已经日益成熟，有逐步取代热芯盒成为铸造

行业首选的趋势。本文旨在分析探讨生产中使用酚醛尿烷树脂砂冷芯盒工艺制芯

对铸钢件质量造成影响的因素，强调铸钢件制芯过程中的过程控制要点。

【关键词】冷芯；酚醛尿烷树脂砂；铸钢件质量；制芯

一、冷芯工艺特点

气硬冷芯盒工艺是指将树脂砂填充于芯盒，然后在室温下吹入气体或气雾催化或

硬化而瞬时成型的树脂砂制芯工艺。

1.硬化速度快。硬化反应几乎是在表面和内部同时进行，不受型腔形状或壁厚的

限制，可有效提高生产效率，制得的砂芯可在1h内合型浇注。

2.芯砂可使用时间长。可使用时间内树脂粘度变化几乎不可察觉，型砂的流动性

良好。一旦催化后，芯砂很快硬化。可使用时间可在30s~200min范围内变化，

能大范围适应生产需要。

3.砂芯抗热裂纹、脉纹等缺陷能力高。

4.含氮量低，发气量少，可降低气孔缺陷发生率。

5.气硬冷芯工艺设备密封性要求较高，必须配备尾气处理装置。

6.质量风险点。制芯过程主要可能造成的铸件缺陷有气孔、夹砂、脉纹等，芯砂

混砂是气硬冷芯工艺的最关键工序，混砂质量直接影响砂芯的强度质量，是质量

管控的重点。

二、过程控制

1.制芯原材料

气硬冷芯工艺树脂砂制芯的原材料包括原砂、树脂粘结剂、冷铁、芯骨、涂料等。

1.1芯砂原砂

1.1.1原砂的角形因数、颗粒度、含泥量。在满足砂芯吊运的基础上，原砂的颗粒度、含泥量等的不同，树脂的加入量也要发生变化，相应影响铸件气孔和应力产

生的倾向。原砂颗粒度越小，含泥量越高，硅砂颗粒表面积越大，耗费的粘结剂

量越多，铸件气孔和应力倾向越大。生产过程常控制粘结剂量，对硅砂颗粒度应

有所要求，建议优先选用满足下表1要求的擦洗硅砂，工艺控制过程可基本稳定

控制树脂等粘结剂加入量，来保证砂芯使用强度。

1.1.2原砂含水量。为保证砂芯成型强度满足要求，原砂必须干燥，原砂含水量超过0.1%就会减少芯砂的可使用时间，降低砂芯强度，也会增加铸件针孔产生的倾向，含水量最佳范围是＜0.1%，允许范围≤0.2%。

1.1.3砂温。原砂的理想温度为20-27℃，砂温低会降低混砂效率，使胺冷凝及硬

化不均匀；砂温高，可缩短吹气周期，减少所需的催化剂用量，但会缩短芯砂可

使用时间并造成砂

芯表面酥脆，强度不足。砂温过高或者过低，都会影响砂芯成型，增加铸件的夹

砂风险。所以根据环境温度，在春秋冬三季生产过程中可以通过原砂加热系统辅

助调节砂温。

1.1.4原砂种类。涉及到铸件关键部位时，为减少脉纹缺陷倾向，建议用铬铁矿砂局部代替擦洗砂原砂，配合涂料和氧化铁粉的使用，起到抗脉纹效果。

1.2树脂酚脲烷/胺法冷芯盒工艺（PUCB），采用的树脂为双组分，组分Ⅰ为聚

苯醚酚醛树脂，组分Ⅱ为聚异氰酸酯，在雾化的三乙胺催化下硬化。两种组分的

比例一般为6：4，以保证粘结效果的同时降低芯砂氮含量。

1.3催化剂目前常用的催化剂为三乙胺,三乙胺发生器设定吹气时间需要根据砂芯

结构和大小而设定。载送气体要求干燥，含水量不得超过0.2%，否则会影响硬化

速度和强度。因为组分Ⅱ聚异氰酸酯与水有强烈的亲和性，它将优先与水反应，

会导致砂芯强度降低，增加铸件夹砂风险。

1.4冷铁芯骨冷铁要求表面清洁无油无锈蚀，以减少铸件针孔倾向。另外需要注

意的是，冷铁的变形、尺寸不符、焊疤都可能造成砂芯成型不良。

芯骨的合理设计可以提高砂芯的整体结构强度，减少砂芯在吊运过程断裂造成报

废损失，建议芯骨除主体结构外尽量采用简单搭接式，并置于模具型腔空间中部，便于生产组织和后期清理。

1.5涂料涂料影响铸件表面质量，选择品质好的涂料不仅涂刷层均匀，表面光洁，耐火度高，同时可有效地阻止树脂砂芯在高温下产生的气体渗入铸件，降低铸件

的气孔形成倾向。

2、模具及工装设计

2.1芯盒模具模具是保证砂芯成型良好的保证，主要取决于活块配合，有无缺损、变形，各部位配合间隙超差、芯盒的密封情况、排气塞、射砂嘴是否通畅等。以

上方面任一环节存在问题都会造成砂芯局部松散、硬化不良、铸件尺寸超差等问题。尤其是模具芯盒长时间使用后，以上问题会层出不穷，也一定程度上造成砂

芯质量缺陷，影响铸件质量。

2.2辅助工装工装设计对大型树脂砂砂芯有着重要的作用，方便安全的吊索具、

合理的托芯架、轻巧实用的工具等。吊索具保证砂芯从模具内平稳的进行吊运出

来不会掉落而报废，合理的托芯架结构保证砂芯在托芯架上能够在运输过程中不

受到损坏。若砂芯断裂破损不能在下芯合型前及时发现，甚至会造成夹砂废品，

这也成为铸件质量风险点。

3、生产节拍的影响

解决降低树脂砂芯的报废率的方法是提高树脂加入量，但提高铸件产品质量降低

气孔和裂纹的倾向的方法又是降低树脂的加入量。两者的矛盾是由于冷芯盒树脂

砂的可使用时间性造成的（在加入量1.3%时，夏季<1小时，冬季<2小时），在

保证前两项原材料和模具、工装设计的情况下，要解决这个矛盾只能通过提高生

产节拍。我们通过对冷芯盒树脂砂的全面的分析和实验，采取了以下几个步骤进

行改进，效果非常明显，供各位同仁参考，具体根据企业情况制定。首先对生产

员工进行培训达到一定的熟练程度，生产节拍达到每小时12件。然后制定供砂

系统的供砂要求，采取砂斗砂量柔性定量操作法来降低树脂加入量（树脂量

<1.2%），再通过射芯机操作手、自动联锁操作法的改进提高射芯机的工作效率，生产节拍达到每小时16件以上，再次将树脂加入量降低在1.1%左右，达到矛盾

的均衡。

三、综述

冷芯盒树脂砂芯对铸件质量的影响是多方面的．其影响因素因产品结构不同而变化,只要我们认真观察，多做对比，理论结合现场实际来分析问题，解决起来总会

有迹可寻。但更重要的还是对原材料的质量控制要到位，在保证模具、工装设计

的合理常态下，从源头上控制质量问题，实现人、机、料、法、环的有机结合，

以达到提高铸件质量和减少砂芯报废降低成本的最终目的。

附作者简介：涂荣华（1991-），男，助理工程师，本科学历，材料成型及控制工