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铸造工技师论文设计初稿子

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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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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，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1.2立柱面补砂芯芯盒

图1.3立柱面补砂芯起模板

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40mm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

图2.3DZ2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）。

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

6月初批量出现由于立柱面补砂芯断裂导致铸件报废的质量事故后，对制芯工序、安装补砂芯、整体下芯工序进行观察并结合清理场地的铸件统计发现：

40余只立柱磨耗板多肉的铸件全部都是补砂芯下芯前从台阶处断裂掉落，导致此处浇注时多肉，

将近60%铸件立柱磨耗板安装面下部壁厚不均匀，且留有较大披锋，

不同班组制芯班组的砂芯质量存在差异，

不同混砂人员对混砂机的操作熟练程度、对树脂砂的基本性能了解程度不一样，

不同制芯人员在制作立柱面补砂芯时操作手法、硬化时间、起模方式存在差异；由以上统计和分析得出，导致以上缺陷发生的主要原因有：

1、该砂芯在工艺设计时存在一定的缺陷，设计时将砂芯工作面设计为弧面，未能考虑到制芯后砂芯取模、摆放等步骤，由于工装有限，左右两块砂芯配合摆放后，砂芯未完全硬化，仍然有一定的塑性变形，当形变量超出即时塑性变形极限时砂芯开裂；

2、碗型混砂机性能不稳定，员工操作手法差异等，导致树脂混碾不均匀，砂芯强度分布差异大，在起模或转运过程中砂芯很容易破碎。

3、混砂人员对自硬树脂砂性能和混砂工艺了解不足，在产量大幅度增加的情况下，妄图通过增加各组分树脂配比，来增加砂芯强度、缩短砂芯硬化时间，从而加快制芯效率。

四、改进方案及实施

为保障DZ2摇枕侧架生产，减低砂芯报废，减少质量损失，强化有效劳动，降低由于立柱面补砂芯断裂导致DZ2侧架报废的概率，针对立柱面补砂芯制芯、补砂芯安装、整体芯下芯出现的问题及产生的原因，确定了改进方案：

1、对辅助工装进行完善，增加模具数量并配套补砂芯起模翻板（如图1.3），保证砂芯充足的硬化时间。

在原有2副立柱面补砂芯芯盒的基础上再增加一副芯盒，保证3副芯盒一人同时使用，砂芯在起模板上基本硬化定型后在摆放上架。

2、混砂工艺进行了重新探索和规定；确定树脂加入最佳比例满足砂芯强度要求，并严格按照树脂加入比例碾砂，在原来生产实际过程中，树脂组分Ⅰ加入量为90g左右；活化剂组分Ⅱ加入量为110g左右；催化剂组分Ⅲ加入量为5g，组分Ⅰ:

组分Ⅱ=9:

11=0.82，经过试验探索，将组分Ⅰ加入量调整为110g左右，组分Ⅱ加入量调整为90g左右，组分Ⅲ加入量不变，组分Ⅰ:

组分Ⅱ=11:

9=1.22，经过此次调整后，树脂加入总量不变，但砂芯质量有了明显的提高，冷铁掉落、成型不良等缺陷明显减少。

3、对碗型混砂机混砂叶片进行修复完善；原有叶片磨损严重且结构不合理，叶片与混砂机碗壁间隙较大，部分芯砂不易被翻起，不能与树脂充分接触，导致树脂砂混碾不均匀，

4、对混砂操作手法进行改进；原来混砂是将定量好的25kg加入混砂机，启动混砂机后再将各组分加入混碾，经过探索后，在定量斗放砂的同时启动混砂机同步加入各组分树脂保证了芯砂混碾均匀。

五、小结

2014年6份，通过此次方案改进调整，手工制芯（铬铁矿砂）班组生产组织顺畅无阻，制芯质量明显改善，立柱面补砂芯报废率由原来的将近20降低到后期2%以下，DZ2侧架立柱磨耗板多肉的缺陷由来每天10余只降低为一周才2只左右。

次改善降低了铬铁矿砂、树脂等物料的浪费，节约了生产成本，降低了员工的劳动强度，提高了有效劳动率，同时也增加了我们的信心、积极性。

今后还要将成功经验、方法扩展到其他工序，及时发现问题，通过不断改善加以解决。

参考文献

[1]王荣义.  自硬树脂砂工艺研究及应用[D].机械工程与自动化2001

[2]远才.自硬树脂砂工艺原理及应用[M].：

机械工业，2006.

[3]董选普.铸造工艺学[M].：

化学工业，2009.

[4]魁盛文清.铸造工艺学[M].：

机械工业，2009.