三乙胺法冷芯盒工艺

三乙胺法冷芯盒制芯工艺的应用及探讨潍坊柴油机有限责任公司邹化仲=摘要>为进一步推广应用三乙胺法冷芯盒制芯工艺,对在此工艺中存在的问题作了分析,并提出了改进措施。

1国内外三乙胺法冷芯盒工艺的发展应用三乙胺法冷芯盒工艺即酚醛氨基甲酸乙酯工艺,是冷芯盒制芯工艺方法中目前应用最广泛的一种,开发于1968年。

其制芯工艺过程是,在定量原砂中按工艺配比加入组分Ñ酚醛树脂和组分Ò聚异氰酸酯的双组分粘结剂,在混砂机中混均匀后得到冷芯砂,利用射芯机紧实到芯盒中,再藉助气体发生器,以干燥的压缩空气或氮气等为载体将定量的雾化或汽化的三乙胺催化剂通过吹气板吹入芯盒,将双组分粘结剂中的羟基和异氰酸催化变成尿烷而硬化,继而靠载体气体清洗出芯砂中残余的三乙胺,得到具有一定强度、满足工艺要求的砂芯。

冷芯盒法制芯工艺用的芯盒不需加热,免去了芯盒热变形,砂芯精度高,芯盒寿命长,芯盒材质可视生产批量大小等条件选用钢、铸铁、铝、塑料、木材等。

冷芯盒制芯工艺化学反应迅速,固化周期短,生产效率高,砂芯发气量较低,溃散性好,易清砂,铸件表面光洁,废品率低,综合成本低,易于组织自动化生产,经济效益显著。

因此,在近20年的发展中,日益取代油砂法、热芯盒法、壳芯法等传统制芯工艺。

在欧美等有些工厂采用三乙胺法冷芯盒制芯工艺生产的砂芯重量达砂芯总重量的70%以上。

为适应铸造工艺各方面的不同要求,特别是提高现行三乙胺法冷芯盒砂芯的热强度,防止在浇注金属高温作用下,砂芯过早溃散、变形、开裂造成废品,美国有关部门研究出高热强度三乙胺冷芯盒工艺,将现行三乙胺法冷芯盒工艺用的粘结剂组分Ñ酚醛树脂改为酚醛多元醇树脂,其他不变。

这样,溃散时间从不到100s延迟到400s。

另一方面,德国、美国、意大利、西班牙、日本等各国对三乙胺法冷芯盒工艺配套设备,射芯机、气体发生器、芯砂混砂机、空气干燥器、砂加热冷却器、废气净化装置等的研究逐步深入,不断采用新技术、新专利形成各具特色的系列化生产。

三乙胺冷芯盒法［酚醛-异氰酸盐-胺气固化（冷芯盒）］法原理：粘结剂由两部分组成，第一组分为溶剂基的酚醛树脂，第二组分为聚异氰酸脂，MDI（4,4'一二苯基甲烷二异氰酸脂），将树脂同砂子进行混合并把混合物射入芯盒，把胺气（TEA三乙胺或DMEA 二甲基乙胺）吹到砂芯里，经催化使第一组分和第二组分之间产生聚合反应生成脲烷（氨基甲酸树脂），使之硬化，这种反应几乎是瞬间的。

砂子：通常用洁净的，AFS50-60［50/100］硅砂，但是锆砂和铬铁矿砂也可以用。

砂子必须干燥，超过0.1%的水分会降低型砂混砂料的存放期。

高PH值（高酸耗值）也会缩短存放期。

理想的温度约为25°C:温度低会造成胺气冷凝和不均匀固化；温度高会造成溶剂从粘接剂中过快散失而使强度降低。

氮含量：第二部分,异氰酸盐含11.2%氮。

［注：兴业树脂二组分异氰酸盐含氮量为：7.5% —8.8%］［注：当组分I加入量高于组分H时，砂芯即时抗拉强度提高，砂芯发气量减少，含氮量相对降低，将组分I、组分H之比确定为：55：45。

另外，组分I的价格较组分H便宜，亦能降低一些成本］混砂方法：可用间歇式混砂机或连续式混砂机。

先加入第一组分再加入第二组分。

不要强力搅拌以免砂子受热而使溶剂挥发。

存放期：如果型砂干燥，可存放1-2h。

［混好的芯砂存放时间一般为：2-3h，夏季为：1-2h。

］［兴业供一汽轻发的冷芯树脂，可使用时间大于4h,气温高时要缩短］［注：可使用时间：将混制好的树脂砂放入塑料桶内，放置一定时间（如30min、60min、120min、180min、240min、480min）后, 射制“8”字形抗拉试样，吹气硬化后1min内，测其初始强度，直至射制的工艺试样初始强度低于工艺要求下限为止，此时到混砂完毕的时间即为冷芯盒树脂砂的可使用时间。

生产中的工艺强度下限值，对于复杂砂芯一般定为0.15MPa;对于形状较简单的厚壁砂芯可定为0.06%MPa。

行业标准《铸造用三乙胺冷芯盒法树脂》解读1 标准概况三乙胺冷芯盒法树脂工艺由于其具有生产效率高、节约能源、芯（型）强度高、尺寸精确、芯（型）砂溃散性好等优点，已经得到了铸造业的广泛使用。

根据2011年中国机械工业联合会下发的2011年行业标准制修订计划，《铸造用三乙胺冷芯盒法树脂》行业标准由苏州兴业材料科股份有限公司负责起草，全国铸造标准化技术委员会归口管理。

在2011年第三批行业标准制修订计划中，标准名称为《铸造用三乙胺法冷芯盒树脂》，在标准征求意见时，经标准起草小组一致同意，将标准名称确定为《铸造用三乙胺冷芯盒法树脂》。

2 标准的主要内容2.1 范围本标准适用于铸造用三乙胺冷芯盒法制芯（型）用树脂。

2.2 术语和定义参照GB/T 5611《铸造术语》“铸造用三乙胺冷芯盒法树脂 TEA cured cold-box resin for foundry”，将铸造用三乙胺冷芯盒法树脂定义为“在室温下吹入三乙胺等叔胺类催化剂气体，使双组分粘结剂的酚醛树脂和聚异氰酸酯交联成固态的氨基甲酸酯，从而使砂芯（型）硬化的冷芯盒用树脂。

”2.3 分类和牌号铸造用三乙胺冷芯盒法树脂是目前广泛使用的制芯、造型用有机粘结剂，在用户现场使用时主要根据强度判断产品优良，因此标准以强度等级分级为普通型、抗湿型和高强度型。

铸造用三乙胺冷芯盒法树脂按使用条件不同分类及分类代号见表1。

铸造用三乙胺冷芯盒法树脂的牌号表示方法如下:示例SLⅠ-G：表示铸造用三乙胺冷芯盒法树脂组分Ⅰ高强度型树脂。

2.4 技术要求2.4.1 铸造用三乙胺冷芯盒法树脂的理化性能应符合表2的规定。

因为组分Ⅰ刚生产出来时为淡黄色，遇光易变棕红色，但不影响性能，所以本标准规定组分Ⅰ为淡黄色至棕红色透明液体。

为促进技术进步，出于对职业健康和环境保护的需要，同时考虑到国内有代表性厂家的现状，对组分Ⅰ中的游离甲醛进行了分级规定，≤0.5%为合格品，≤0.3%为优级品。

胺法冷芯盒制芯工艺研究三乙胺冷芯盒工艺自1968年在美国铸造学会举办的展览会上展出以来，因其很高的生产率颇具竞争性和实用性，而且在此基础上出现了制芯中心，型芯的尺寸精度进一步提高，受到了铸造业内人士的普遍关注，尤其是在汽车、拖拉机、内燃机等大批大量生产行业得到了极其广泛的发展和应用。

据报道，美国铸造行业所用的各类铸造粘结剂中，冷芯盒树脂的年用量最大，约占粘结剂总量的44%。

我国七十年代初，一拖工艺材料研究所和安阳塑料厂率先开始了胺法冷芯盒制芯树脂及工艺的研究，但当时国内无专用设备及配套材料供应，使该工艺无法推广。

1985年，常州有机化工厂从美国Ashland公司引进了胺法冷芯树脂生产技术，一汽铸造一厂从美国B﹠P公司引进了全套冷芯盒制芯设备，接着一拖、上柴又分别从德国、美国引进了两套冷芯盒制芯专用装备，使胺法冷芯技术在国内获得生产性应用。

到目前为止，国内已形成了冷芯盒全套设备、工艺装备、树脂及配套辅料等近百家设计、制造单位的年产值数十亿元的产业链。

1.冷芯盒树脂砂的工作原理和化学特性1.1冷芯盒树脂砂工作原理冷芯盒树脂有二个组份，即：Ⅰ组份是宽分布线性酚醛树脂。

它是用苯酚、甲醛经过化学反应获得的含有羟甲基（-CH2OH）与醚键（R-O-R）的线性聚合体。

适量的羟甲基数,可保证型芯获得必要的初强度，适当的醚键可保证充分的终强度。

Ⅱ组份是用高沸点的相溶性优良的溶剂而改性的含有适量（—N=C=O）基团的聚异氰酸酯。

冷芯盒工艺的固化原理是酚醛树脂中的羟甲基（-CH2OH）和聚异氰酸酯中的（—N=C=O）基团在三乙胺的催化作用下，数秒内反应生成固态的尿烷树脂。

实际使用时，需要混砂和制芯两个过程：首先是树脂的两种组分通过混砂过程均匀地包覆在砂粒表面；然后将混好的混合料射入芯盒，再吹入三乙胺气体，使均匀包覆在砂粒表面的树脂膜从液态变成固态，在砂粒与砂粒之间建立粘结桥，形成强度。

1.2冷芯盒树脂砂的化学特性1.2.1 Ⅱ组份聚异氰酸酯中—N=C=O基团在碱性或微碱性环境中容易水解，放出CO2生成胺化合物，其反应活性受浓度、温度、催化剂的影响。

三乙胺法冷芯盒工艺技术三乙胺法冷芯盒工艺技术是一种常用的金属铸造工艺，它广泛应用于航空航天、汽车制造、机械工程等领域。

该工艺的主要原理是利用三乙胺在铸造过程中的化学反应，使其快速气化，在模具中形成均匀的气泡，从而形成轻质的铸件。

首先，三乙胺法冷芯盒工艺技术要求选用适合的模具材料。

由于三乙胺气化时会产生较高的温度，模具材料需要具备高温耐受性和耐蚀性，一般选择耐火材料或特种合金。

其次，该工艺要求在铸造前将三乙胺喷涂在模具表面。

这一步骤需要将三乙胺与稀释剂按一定比例混合后喷涂到模具内壁上，并迅速将模具合拢，使其均匀覆盖在模腔表面。

然后，进行金属液浇注。

在模具内喷涂三乙胺后，需要迅速将金属液浇注到模腔中，由于三乙胺的快速气化，使得金属液不被三乙胺冷凝，从而形成轻质的铸件。

接下来，进行冷却和凝固。

在铸造完成后，需要将铸件进行冷却，使其凝固定形。

冷却速度的控制是至关重要的，过快或过慢都会影响铸件的性能。

最后，取出模具，完成整个冷芯盒工艺。

一般来说，三乙胺法冷芯盒工艺技术可以提高铸件的密度、减少缺陷和气孔，使得铸件的质量更加稳定可靠。

值得注意的是，三乙胺在铸造过程中会产生一定的气味和有害气体，因此在操作过程中需要保持良好的通风条件并使用适当的个人防护设备，确保工人的安全。

总的来说，三乙胺法冷芯盒工艺技术是一种重要的铸造工艺，具有较高的效率和质量优势。

通过合理的应用和控制，可以实现高质量的铸件生产，并满足不同领域的需求。

三乙胺法冷芯盒工艺技术是一种常用的金属铸造工艺，它在各个领域中广泛应用。

下面将详细介绍该工艺技术的相关内容。

首先，三乙胺法冷芯盒工艺技术的基本原理是利用三乙胺在铸造过程中的化学反应。

三乙胺，也被称为N,N-二乙基甲酸酰胺，是一种液体化合物。

当在铸造过程中，将三乙胺喷涂在模具表面后，它会快速气化，形成大量气泡，进而形成轻质的芯盒。

该工艺的第一步是选择适合的模具材料。

由于三乙胺在气化时会产生高温，因此模具材料需要具备耐高温和耐蚀性。

三乙胺冷芯盒工艺自1968年在美国铸造学会举办的展览会上展出以来，因其很高的生产率颇具竞争性和实用性，而且在此基础上出现了制芯中心，型芯的尺寸精度进一步提高，受到了铸造业内人士的普遍关注，尤其是在汽车、拖拉机、内燃机等大批大量生产行业得到了极其广泛的发展和应用。

据报道，美国铸造行业所用的各类铸造粘结剂中，冷芯盒树脂的年用量最大，约占粘结剂总量的44%。

我国七十年代初，一拖工艺材料研究所和安阳塑料厂率先开始了胺法冷芯盒制芯树脂及工艺的研究，但当时国内无专用设备及配套材料供应，使该工艺无法推广。

1985年，常州有机化工厂从美国Ashland公司引进了胺法冷芯树脂生产技术，一汽铸造一厂从美国B﹠P公司引进了全套冷芯盒制芯设备，接着一拖、上柴又分别从德国、美国引进了两套冷芯盒制芯专用装备，使胺法冷芯技术在国内获得生产性应用。

到目前为止，国内已形成了冷芯盒全套设备、工艺装备、树脂及配套辅料等近百家设计、制造单位的年产值数十亿元的产业链。

1.冷芯盒树脂砂的工作原理和化学特性1.1冷芯盒树脂砂工作原理冷芯盒树脂有二个组份，即：Ⅰ组份是宽分布线性酚醛树脂。

它是用苯酚、甲醛经过化学反应获得的含有羟甲基（-CH2OH）与醚键（R-O-R）的线性聚合体。

适量的羟甲基数,可保证型芯获得必要的初强度，适当的醚键可保证充分的终强度。

Ⅱ组份是用高沸点的相溶性优良的溶剂而改性的含有适量（—N=C=O）基团的聚异氰酸酯。

冷芯盒工艺的固化原理是酚醛树脂中的羟甲基（-CH2OH）和聚异氰酸酯中的（—N=C=O）基团在三乙胺的催化作用下，数秒内反应生成固态的尿烷树脂。

实际使用时，需要混砂和制芯两个过程：首先是树脂的两种组分通过混砂过程均匀地包覆在砂粒表面；然后将混好的混合料射入芯盒，再吹入三乙胺气体，使均匀包覆在砂粒表面的树脂膜从液态变成固态，在砂粒与砂粒之间建立粘结桥，形成强度。

1.2冷芯盒树脂砂的化学特性1.2.1 Ⅱ组份聚异氰酸酯中—N=C=O基团在碱性或微碱性环境中容易水解，放出CO2生成胺化合物，其反应活性受浓度、温度、催化剂的影响。

三乙胺冷芯盒制芯工艺及常见问题和解决方案贾连磊;赵国顺;王洪磊;李克先【摘要】三乙胺冷芯盒工艺以其生产效率高、能耗低、砂芯精度高、芯盒造价低等优点备受欢迎.本文从原材料选择、配比到混砂、制芯,结合设备和工艺总结出冷芯盒制芯过程中易出现的问题和解决方案.【期刊名称】《铸造设备与工艺》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】2页(P34-35)【关键词】三乙胺冷芯盒;擦洗砂;冷芯盒树脂;水分;排气【作者】贾连磊;赵国顺;王洪磊;李克先【作者单位】济柴聊城机械有限公司铸造分厂,山东聊城252000【正文语种】中文【中图分类】TG242公司于2006年购进一台国产的100 L冷芯盒射芯机，主要用于生产柴油机缸体芯。

由于初期设备和模具均存在一些问题，在试生产阶段砂芯成品率极低。

随后我们结合设备厂家和模具厂家对设备和模具进行了修整和改造，大大提高了砂芯成品率（达95%）和外观质量。

以下为总结的几点经验，与大家分享。

1 原材料选择1.1 原砂要求擦洗砂（袋装或烘干型）a）Si O2含量≥90%；b）粒度 40/70目；c）含泥量质量分数：要求≤0.3%；d）含水量质量分数：要求≤0.3%；e）微粉含量质量分数：要求≤0.5%；f）原砂温度：砂温要求在0℃～40℃之间，理想温度为20℃～30℃，但在冬季最好将砂温控制在30℃～35℃为佳。

1.2 树脂与催化剂树脂采用冷芯盒树脂（组分Ⅰ和组分Ⅱ），催化剂选用三乙胺。

2 混砂2.1 工艺配方原砂：100 kg；组分Ⅰ树脂：0.7 kg～1.0 kg（占砂重）；组分Ⅱ活化剂：0.7 kg～1.0 kg（占砂重）。

通常情况下，组分Ⅰ与组分Ⅱ的比例为50∶50，也可根据特殊需要采用55∶45或60∶40的比例。

具体的加入量要根据砂芯所需的强度和原砂的状况来选择。

2.2 混砂工艺原砂+添加剂混匀，再加树脂混30 s～60 s出砂。

混砂时间过短会导致混砂不均匀，时间过长则会导致芯砂强度降低。

专利名称：一种三乙胺冷芯盒法铸造大口径阀门铸件专利类型：实用新型专利
发明人：杨海龙,张吉发,王健康,赵雪勃
申请号：CN202122113725.X
申请日：20210902
公开号：CN215806615U
公开日：
20220211
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种三乙胺冷芯盒法铸造大口径阀门铸件，包括阀门铸件主体，所述阀门铸件主体的最上侧位置处设置有橡胶盖，所述橡胶盖的右侧位置处设置有凸块，所述橡胶盖的下侧位置处设置有连接管，所述连接管的外侧位置处设置有顺时针螺纹，所述顺时针螺纹的外侧位置处设置有上方连接口，所述上方连接口的下侧位置处设置有管道，所述管道的左侧位置处设置有水平连接口，橡胶盖能通过顺时针螺纹旋入上方连接口内，能防止灰尘或其它物体从上方连接口掉入阀门铸件主体内部，凸块能更加方便橡胶盖进行转动，阀门铸件主体能通过两个固定块以竖立姿势立在平面上，防止阀门铸件主体缺少支撑点平躺在地面上造成磕碰和磨损。

申请人：河北精航宇阀门制造有限公司
地址：062150 河北省沧州市泊头市富镇(泊头市四营工业区)
国籍：CN
代理机构：沧州市博圣恒专利代理事务所(普通合伙)
代理人：黄庆华
更多信息请下载全文后查看。

三乙胺冷芯盒精准工艺设计郭建荣【摘要】三乙胺法冷芯盒制芯工艺是制造高质量铸件制芯工艺,目前广泛应用于发动机零部件铸件.从三乙胺冷芯盒制芯工艺的特性角度,阐述了三乙胺冷芯盒制芯的精准工艺要求,并根据工艺要求对芯盒设计和冷芯制造工厂设计进行了较为系统的论述,给出了经过实践验证的一些实用工艺参数,供同行参考.【期刊名称】《柴油机设计与制造》【年(卷),期】2018(024)004【总页数】4页(P49-52)【关键词】冷芯盒;工艺特性;芯盒设计;物流设计;设备设计【作者】郭建荣【作者单位】上柴动力海安有限公司,海安226600【正文语种】中文0 引言三乙胺冷芯盒工艺自上世纪未在我国开始应用以来，已历经近20年的发展。

不论是冷芯盒树脂及配套原材料，还是其应用工艺及工厂设计都取得了长足的进步，目前巳成为汽车、内燃机和拖拉机零件等中高端铸件制芯和造型的首推工艺，每年呈较快增长的态势。

笔者所在公司是国内最早应用冷芯盒工艺进行产业化生产铸件的铸造公司，早在1998年，就开始用三乙胺冷芯盒制芯工艺生产中等马力柴油机零件所需的所有型芯。

在20年的实践过程中，沉淀了不少经验与教训，现对工艺和工厂设计的有关情况进行总结，抛砖引玉，与同行进行交流。

1 三乙胺冷芯盒制芯工艺的特性三乙胺冷芯盒制芯工艺是在室温条件下，用原砂与一定比例的酚醛树脂（以下称为Ⅰ组份树脂）和一定比例的聚异氰酸酯树脂（以下称为Ⅱ组份树脂）混合而成的混合料，然后通过吹的方式进入芯盒，并在数秒内就硬化成型的一种制芯工艺，具有精度高、效率高的先进工艺特性[1]。

Ⅰ组份和Ⅱ组份树脂一旦混合后，即会发生聚合化学反应。

在胺、铁、钙、镁等碱性化合物的催化作用下，反应速率加快。

混合料可使用的时间取决于催化剂的种类、浓度、温度，混合料随以上参数的变化和相互作用，流动性会降低，可吹性会变差。

因此，芯盒、物流等工艺设计须与之匹配。

Ⅰ组份和Ⅱ组份树脂聚合反应过程存在前期固化和后期固化。