淺談高品質(zhì)水玻璃與增強(qiáng)劑在鉤體射芯技術(shù)上的應(yīng)用

馬小飛

（牡丹江中車金緣鑄業(yè)有限公司，黑龍江牡丹江 157013）

車鉤作為列車連接的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量直接影響鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?。近年來，隨著重載列車的不斷發(fā)展，對鉤體[2]（見圖1）的質(zhì)量及性能要求也越來越高。作為帶出鉤體大部分關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的整體芯（見圖2），是影響鉤體產(chǎn)品質(zhì)量及使用性能的關(guān)鍵因素。

目前生產(chǎn)鉤體的鑄造廠家主要采用普通水玻璃砂或改性水玻璃砂射芯吹CO2硬化工藝。其缺點(diǎn)是水玻璃加入量高，大都由純凈的人造（或天然）硅砂加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.0%～8.0%的水玻璃配制而成，導(dǎo)致其流動(dòng)性及潰散性較差，存在射不實(shí)，出砂困難等問題。該工藝因受到芯砂、廠房溫度、濕度及CO2溫度動(dòng)態(tài)變化影響，硬化過程不容易控制[3]，砂芯易產(chǎn)生“過吹”現(xiàn)象，出現(xiàn)表面粉化強(qiáng)度下降；砂芯內(nèi)部有時(shí)硬不透，出現(xiàn)蠕變。砂芯的吸濕性較強(qiáng)，在濕度較大的天氣下，貯放的穩(wěn)定性差。

圖1 鉤體結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 7#砂芯

1 車鉤整體芯射芯工藝及設(shè)備

1.1 普通水玻璃砂或改性水玻璃砂射芯吹CO2硬化工藝

普通水玻璃砂射芯吹CO2硬化工藝，是通過調(diào)節(jié)設(shè)備將水玻璃按工藝要求的比例與硅砂混合，通過射砂筒垂直射入模具型腔，吹CO2硬化。

原輔材料：硅砂、普通水玻璃/改性水玻璃、CO2.

使用設(shè)備及工裝：80 kg垂直射芯機(jī)、鉤體整體芯盒、銼刀、砂紙。

制作流程：檢查清理模具→噴脫模劑→放芯骨→小車進(jìn)入→平臺(tái)鎖定→吹氣板前進(jìn)→射頭下降→吹氣板后退→左右夾緊→射頭下降→射砂→射頭上升→吹氣板前進(jìn)→射頭下降→吹CO290 s～200 s→左右打開→射頭上升→吹氣板后退→平臺(tái)解鎖→小車退出→頂芯→起芯。

1.2 高品質(zhì)水玻璃與增強(qiáng)劑射芯吹CO2硬化工藝

高品質(zhì)水玻璃[5]（即強(qiáng)度高黏度低）與增強(qiáng)劑射芯吹CO2硬化工藝，通過選用高品質(zhì)水玻璃與增強(qiáng)劑按一定比例與硅砂用混砂機(jī)混合均勻，通過射砂筒水平射入型腔，吹CO2硬化。

原輔材料：硅砂、高品質(zhì)水玻璃、增強(qiáng)劑、CO2.使用設(shè)備及工裝：四工位75 L水平射芯機(jī)、混砂機(jī)、鉤體模具芯盒、銼刀、砂紙。

制作流程：檢查清理模具→噴脫模劑→放芯骨→小車進(jìn)入→平臺(tái)鎖定→吹氣板前進(jìn)→射頭下降→吹氣板后退→左右夾緊→射頭下降→射砂→射頭上升→吹氣板前進(jìn)→射頭下降→吹壓縮空氣5 s～10 s→吹 CO215 s～30 s→吹壓縮空氣 30 s～40 s→左右打開→射頭上升→吹氣板后退→平臺(tái)解鎖→小車退出→頂芯→起芯。

1.3 新射芯工藝生產(chǎn)鉤體砂芯的優(yōu)勢

1）因芯砂水玻璃加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低[6]，由原來的6%～8%降低為現(xiàn)在1.8%～2.3%，流動(dòng)性較好，解決了砂芯邊緣部位射不實(shí)問題；

2）增加吹入壓縮空氣過程，降低二氧化碳使用量（原工藝每瓶CO2可吹1～2個(gè)砂芯，改進(jìn)后每瓶可吹3～4個(gè)砂芯）。按每個(gè)砂芯重69 kg，1 t芯砂可以制作14.5個(gè)砂芯，則原工藝需消耗二氧化碳14.5/1.5=9.6瓶，改進(jìn)后消耗二氧化碳14.5/3.5=4.8瓶，二氧化碳42元/瓶[7]，則每噸砂芯可節(jié)約（9.6-4.8）×42=201.6元。

3）因采用先吹壓縮空氣，再吹少量的二氧化碳硬化的方式。二氧化碳吹氣時(shí)間，受芯砂、廠房溫度及濕度、二氧化碳溫度影響較小，操作者非常容易掌握和控制，減少了砂芯吹二氧化碳時(shí)間不足或過吹現(xiàn)象發(fā)生，避免了砂芯蠕變或表面粉化的情況出現(xiàn)，砂芯吹氣時(shí)間對抗拉強(qiáng)度的影響如圖3所示。

4）砂芯存放性較好，存放半個(gè)月以上都不會(huì)出現(xiàn)表面吸潮粉化現(xiàn)象[8]，強(qiáng)度高，廢芯數(shù)量極少。普通水玻璃砂吹CO2砂芯只能存放3～4天左右，砂芯表面吸潮粉化、強(qiáng)度降低，不能滿足使用要求，砂芯存放時(shí)間對砂芯強(qiáng)度的影響如圖4所示。

圖3 砂芯吹氣時(shí)間對抗拉強(qiáng)度的影響

圖4 砂芯存放時(shí)間對砂芯強(qiáng)度的影響

5）因芯砂水玻璃加入量較低，芯砂潰散性較好，鉤體內(nèi)腔用高壓風(fēng)就可清除80%芯砂，勞動(dòng)強(qiáng)度顯著降低，出砂效率提高1倍左右。按工序中可減少一次水力清砂清理，每件節(jié)約成本9元，拋丸時(shí)間減少2 min，節(jié)約成本1.5元，一次清理氣焊清砂與砂輪磨修減少氧氣乙炔、砂輪片消耗3.5元，每件鉤體節(jié)省清理工序人工成本15元/件[10]。

2 改進(jìn)前與改進(jìn)后鉤體整體芯質(zhì)量對比

圖5分別為改進(jìn)前與改進(jìn)后鉤體整體芯。改進(jìn)前使用普通水玻璃時(shí)，因水玻璃加入量大，芯砂流動(dòng)性差，經(jīng)常造成砂芯射不實(shí)，且砂芯存放時(shí)間短，難以進(jìn)行砂芯儲(chǔ)備，因砂芯強(qiáng)度低，且容易出現(xiàn)過吹，廢芯率在20%左右；改進(jìn)后砂芯射流動(dòng)性明顯增加，射砂不實(shí)及過吹問題得到了解決，廢芯率也降低到了1%左右，砂芯射芯后存放時(shí)間明顯增加，能夠滿足多任務(wù)、多品種的砂芯存放。

3 改進(jìn)前與改進(jìn)后鉤體內(nèi)腔表面質(zhì)量

圖6分別為改進(jìn)前與改進(jìn)后鉤體內(nèi)腔。改進(jìn)前使用普通水玻璃時(shí)鉤體內(nèi)腔粘砂較多，潰散性差，出砂費(fèi)時(shí)，一件鉤體出砂耗時(shí)60 min.改進(jìn)后鉤體內(nèi)腔表面粘砂和砂眼有了較好的改善，潰散性好，一件鉤體出砂大約35 min，大大提高了生產(chǎn)效率。

4 結(jié)論

圖5 改進(jìn)前與改進(jìn)后鉤體整體芯

高品質(zhì)水玻璃與增強(qiáng)劑鉤體射芯吹CO2硬化工藝，可將射芯時(shí)水玻璃的加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在2%左右，芯砂的流動(dòng)性高，砂芯成型良好，無射不實(shí)現(xiàn)象發(fā)生，同時(shí)又能夠保證型砂的強(qiáng)度與存放時(shí)間，獲得高質(zhì)量的砂芯，降低廢品的產(chǎn)生;而且隨著水玻璃加入量的降低和本身良好的潰散性，出砂困難的現(xiàn)象也得到了明顯改善，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。該技術(shù)先進(jìn)、成熟、可靠，值得推廣使用。

圖6 改進(jìn)前與改進(jìn)后鉤體內(nèi)腔