铸造工技师论文(初稿)

减少DZ2侧架自硬树脂砂立柱面补砂芯报

废的控制要点探讨

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考评职业：铸造技师

减少DZ2侧架自硬树脂砂立柱面补砂芯报废的控制要点探讨

摘要：本文结合南车长江铜陵公司铸造车间自硬铬矿砂芯在制芯过程中经常出现的制芯质量隐患并结合我们采取的预防措施，着重介绍在DZ2侧架生产过程中，由于操作手法差异、不同生产节奏下树脂加入量偏差等因素导致立柱面铬铁矿砂补砂芯大批量不合格从而导致DZ2侧架立柱磨耗板安装面大面积多肉的成因以及采取的改进措施，目的在于降低铬矿补砂芯不合格率，减少由于自硬铬铁矿砂（立柱面补砂芯）制芯不合格导致的铸件不合格的情况发生，从而达到理顺生产流程、降低质量损耗的目的，并为类似的自硬树脂砂制芯提供参考。

关键词：铸造；自硬树脂砂；铬铁矿砂；固化剂；硬化时间；碗型碾砂机

一、DZ2侧架自硬铬铁矿砂芯制芯简介

2014年3月份，中国铁路总公司紧急采购5000辆C80E货车进行批量运行试验，DZ2摇枕侧架关键零部件由长江铜陵公司负责生产，由于订单紧、任务重、要求高，几乎全部员工都要面临一次大

考，没有成熟的生产工艺，大量工装模具需要重新改造，产品质量只能在试制过程中探索解决。

车间自硬铬铁矿砂芯制芯工序为造型首道工序，砂芯的制作情况直接影响着后道工序能否顺利完成。在DZ2侧架生产中，立柱面补砂芯采用自硬树脂砂（铬铁矿砂）制芯，混砂设备（图1.1）为碗型间歇式树脂砂混砂机，每次混砂前通过固定在混砂机上方的定量斗量取铬铁矿砂25kg，按照工艺要求树脂组分Ⅰ加入量为25kg*（0.35-0.55）%=（87.5-137.5）g；活化剂组分Ⅱ加入量为25kg*（0.25-0.45）%=（62.5-112.5）g；催化剂组分Ⅲ加入量为（1~5）%*组分Ⅰ=（0.875-6.875）g；将定量好的PZ-Ⅲ（组分III）加入PZ-Ⅰ（组分I）中搅拌5-10秒混均匀，加入到铬铁矿砂中搅拌，再加入PZ-II（组分II），在混砂机中搅拌30～50s，混砂机在混砂工作时通过碗形容器内高速旋转的叶片，将砂以涡流运动翻起，碗型上方斜口盖板再将砂反射下来，这样反复循环使砂与固化剂、树脂砂粘剂快速搅拌，在瞬间内，使砂与固化剂和树脂砂粘接剂充分混合，混好芯砂后通过固定在碗型下方的出砂口放出芯砂，用容器承装到制芯工位将砂填入准备好的芯盒中，待砂芯硬化到一定程度后，按照操作要求翻模，取出砂芯。

图1.1 碗型混砂机 二、自硬铬铁矿砂硬化原理及立柱面补砂芯制芯工艺分析 硬化原理：在树脂的硬化反应中，首先是树脂中的碱与酯反应，形成碱金属的碳酸盐，释放醇。树脂中的碱形成碳酸盐后，即处于反应状态，可在常温下发生交联反应，将砂粒粘结，使砂芯具有必要的强度。由于作为固化剂（组分II ）有机酯是参与树脂硬化反应的组分，不同于活化剂（组分Ⅲ）只起催化作用，不参与反应的其他树脂自硬砂，不能通过改变活化剂（组分Ⅲ）的加入量来调整自硬砂的硬化速率和起模时间。树脂加入量不足，则砂芯难以硬化；树脂加入量太高，则会感到混成砂和砂型腻滑，而且可能导致铸型一金属界面处发生反应，影响铸件表面质量。固化剂的加入量首先取决于本身酸性强弱,其次根据砂型（芯）的硬化速度和硬化强度的要求决定。在树脂相同的情况下,随着固化剂加图1.2 立柱面补砂芯芯盒

图1.3 立柱面补砂芯起模板

入量的增加,树脂砂的硬化速度显著加快,型砂强度也随之提高,脱模时间缩短,但是固化剂加入量到一定限度,型砂终强度下降（如图2.1）。[1]有机酯硬化的酚醛树脂砂，在有机酯的作用下，树脂在常温下只发生部分交联反应，起模时型砂仍然保持一定的塑性，也就是我们常说的未完全硬化。[2]

立柱面补砂芯工艺分析：如下图(图2.3)所示，立柱面补砂芯长290mm，宽240mm，平均厚度约30mm，砂芯芯头配合面在120mm 处中部分段，上部40 mm厚，下部20mm厚，形成台阶芯头搭接结构，上下边缘共有4只成型冷铁，单个砂芯重量约为8kg，砂芯工作面有一定弧度。制芯至浇注过程中砂芯涉及主要工步（动作）：前期准备工作→制芯（芯盒清理→混制芯砂→摆放冷铁→填砂→压实→刮砂→起模→清理砂刺→摆放）→转运到修整工位→安装到整体芯→涂料淋涂→表干窑烘干→整体下芯→合箱浇注。在以上工步中，制芯、安装补砂芯、整体下芯三个工步为立柱面补砂芯涉及到的主要质量控制工序。

图2.1 固化剂量与24小时强度关系图2.2 固化剂量与强度关系

立柱面补砂芯

图2.3 DZ2侧架下芯后状态及立柱面补砂芯位置图

三、DZ2侧架立柱面补砂芯制芯到合箱浇注工序存在的问题及原因分析

DZ2侧架从试制到批量生产以来，手工制芯（自硬铬铁矿砂）工序由于受到芯盒模具数量配套不佳、砂芯设计结构、辅助工装缺失、混砂机一次混砂量与芯盒数量不匹配等原因限制，造成劳动生产组织困难，立柱面补砂芯质量难以保证，以及暴露出的诸多其它问题，尤其是立柱面补砂芯合格率较低，铸件立柱磨耗板安装面大面积多肉等问题一直制约着下道工序的生产，并对日产量计划的兑现产生较大影响，现在列举主要问题如下：

1、树脂砂混砂不均匀，树脂未完全包覆砂粒，导致立柱面补砂芯硬化速度、局部强度存在较大差异，砂芯成型不良，即使看似成

型良好，在起模或转运过程中很容易破碎，造成大量的人力、财力浪费，如果下芯合箱浇注还有造成铸件报废的风险；

2、立柱面补砂芯上下成型冷铁容易松动甚至掉落，在制芯操作时，由于砂芯上下边缘分别只有40mm、20mm厚，成型冷铁厚度约15mm，冷铁区域吃砂量较小，在立柱面补砂芯安装到整体芯上后，下边缘（铸件无字面）成型冷铁处于悬空状态，仅靠约5mm 的吃砂量拉住冷铁挂砂脚固定，如若砂芯成型不良、强度不足或是砂芯受到强烈震动很容易导致此处冷铁掉落；

3、砂芯容易从芯头台阶处变形开裂，导致砂芯尺寸偏差，甚至直接从台阶处折断(如图3.1),如制芯工艺分析，制芯、安装补砂芯、整体下芯为立柱面补砂芯涉及到的主要质量控制工序，三个主要工序都没能控制住砂芯开裂，不合格砂芯流到下道工序将很有可能导致严重的后果，如6月2号、3号两天就因该砂芯断裂导致铸件报废40余只（如图3.2）。

多肉

图3.1立柱面补砂芯开裂报废图3.2铸件磨耗板安装面大面积多