酯硬化水玻璃砂工藝兼顧了普通水玻璃砂工藝和樹(shù)脂砂工藝的優(yōu)點(diǎn)，具有強(qiáng)度高、漬散性好、發(fā)氣量小、便于回收等特點(diǎn)，應(yīng)用于鐵路貨車搖枕、側(cè)架生產(chǎn)可大幅改善表面質(zhì)量，降低裂紋風(fēng)險(xiǎn)，提升產(chǎn)品質(zhì)量水平，進(jìn)而確保了鐵路車輛的運(yùn)行安全。
一、酯硬化水玻璃砂工藝研制于上世紀(jì)70年代后期，于90年代定型并在本世紀(jì)00年代得到大規(guī)模應(yīng)用至今，是基于普通C02硬化水玻璃砂工藝，通過(guò)對(duì)水玻璃進(jìn)行改性，引入有機(jī)酯作為固化劑而成，是一種清潔高效的綠色鑄造工藝。與普通水玻璃砂相比，酯硬化水玻璃砂工藝具有型砂流動(dòng)性好、強(qiáng)度高、潰散性好、便于回收等優(yōu)點(diǎn)；與樹(shù)脂砂相比，酯硬化水玻璃砂工藝退讓性好、價(jià)格相對(duì)低廉、與環(huán)境友好。
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和鐵路貨車重載提速運(yùn)輸?shù)男枰?，我?guó)鐵路貨車轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵零部件搖枕、側(cè)架的質(zhì)量要求也在不斷提高。在鐵路主管部門的組織下，鐵路鑄造工作者經(jīng)過(guò)多年的不懈努力，不斷推進(jìn)鑄鋼搖枕、側(cè)架工藝上水平、材質(zhì)上等級(jí)、檢洌上臺(tái)階、實(shí)物上檔次，使我國(guó)搖枕、側(cè)架的制造技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到了較高水平。而有機(jī)酯硬化水玻璃砂工藝在搖枕、側(cè)架造型特別是整體芯制芯中的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了行業(yè)內(nèi)部質(zhì)量水平的提升。
確定生產(chǎn)搖枕、側(cè)架產(chǎn)品選定直接采用酯硬化水玻璃砂工藝進(jìn)行生產(chǎn)試制，改性水玻璃和有機(jī)質(zhì)工藝特點(diǎn)分析及酯硬化水玻璃砂工藝簡(jiǎn)析
1、搖枕
搖枕沿長(zhǎng)度方向呈魚(yú)腹形，這種結(jié)構(gòu)既能保證搖枕具有足夠的強(qiáng)度，又可節(jié)約材料，減輕自重。上平面中部為心盤(pán)座，下心盤(pán)用螺栓組裝在搖枕上。中部設(shè)有心盤(pán)銷孔，用于安插中心銷。搖枕兩端有下旁承座，兩端支撐在彈簧上，與彈簧對(duì)應(yīng)位置鑄出突出的圓臍或彈簧止檔，用于彈簧定位。搖枕兩端的側(cè)面上，有四個(gè)楔塊槽，楔塊槽兩側(cè)分別有突出的搖枕?yè)?。通常情況下，在下心盤(pán)與旁承座之間搖枕中部上平面有兩個(gè)長(zhǎng)圓形工藝孔，搖枕側(cè)面中部的兩個(gè)橢圓孔用于減重，安裝通過(guò)式基礎(chǔ)制動(dòng)中拉桿等，搖枕腹部下面兩個(gè)對(duì)稱的長(zhǎng)圓孔為工藝孔。
2、側(cè)架
側(cè)架兩端導(dǎo)框?qū)挾容^大。側(cè)架中部有一較大的方型孔。在方孔兩側(cè)的立柱內(nèi)側(cè)平面上可固定安裝磨耗板。在側(cè)架立柱兩側(cè)設(shè)有止擋，控制搖枕橫向位移。方形孔的下部為彈簧承臺(tái)，承臺(tái)上設(shè)有固定彈簧用的圓臍或止檔。側(cè)架內(nèi)側(cè)還設(shè)有制動(dòng)梁滑槽。側(cè)架兩邊設(shè)有三角形檢查孔，用于觀察、更換閘瓦。
3、搖枕、側(cè)架是典型的薄壁箱型結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為低合金鑄鋼，工藝難度較大。
(1)搖枕、側(cè)架用鋼為含碳量0.20%～0.32%左右的低合金鋼，屬于亞共析鋼，凝固結(jié)晶溫度范圍較寬，如果凝固方式控制不當(dāng)，易形成裂紋。由Fe-Fe3C相圖可知，亞共析鋼由相到固相要經(jīng)歷二次相變0 1 5 30℃從液相中析出體心6一鐵，1 49 3℃開(kāi)始發(fā)生包晶反應(yīng)，6一鐵晶核外生成面心y一鐵（奧氏體），此后殘余液相全部形成奧氏體。伴隨這一轉(zhuǎn)變而出現(xiàn)的體積變化是引起鑄鋼件熱裂紋的原因之一，必須在工藝設(shè)計(jì)中加以重視。
(2)部分相鄰壁厚差異較大，相交處形成熱節(jié)，澆注時(shí)鑄件溫度場(chǎng)不均勻，采取特殊措施的情況下，既不能完全實(shí)現(xiàn)順序凝固，又不能實(shí)現(xiàn)同時(shí)凝固。由于鑄各部位不能同時(shí)收縮，凝固部位收縮受阻，易產(chǎn)生熱裂紋、縮孔等缺陷，關(guān)鍵位熱節(jié)應(yīng)采用工藝措施以保證凝固順序。
2酯硬化水玻璃砂工藝簡(jiǎn)析
酯硬化水玻璃自硬砂工藝選用的水玻璃是在普通水玻璃的基礎(chǔ)上通過(guò)一系列化學(xué)和物理改性及電離轉(zhuǎn)化而成的改性水玻璃，水玻璃加入量比傳統(tǒng)的C02硬化法減少一半左右，型砂流動(dòng)性好，易緊實(shí)，改善了型砂的潰散性，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。酯硬化水玻璃砂工藝性能受原砂質(zhì)量、固化劑和水玻璃種類及加入量、環(huán)境溫（濕）度、混砂工藝及設(shè)備等多種因素的影響。
酯硬化水玻璃砂需控制的工藝指標(biāo)如下：
(1)強(qiáng)度
酯硬化水玻璃砂～般沒(méi)有濕強(qiáng)度，待砂型白硬到一定強(qiáng)度時(shí)方可起模。澆注時(shí)的終強(qiáng)度需達(dá)到0. 4MPa以上。影響型砂終強(qiáng)度的因素有原砂粒形、粒度、含泥量、微粉含量和含水量，水玻璃、有機(jī)酯加入量及空氣濕度、溫度等。實(shí)際生產(chǎn)中，由于其它影響因素確定，型砂強(qiáng)度受溫度和濕度的影響大。溫度大于30℃時(shí)，液料反應(yīng)速度力口快，型砂使用強(qiáng)度降低；溫度低于10℃，液料反應(yīng)速度變慢，型砂強(qiáng)度提升緩慢，生產(chǎn)效率低，而環(huán)境濕度增加，初始硬化速度加快，初始硬化強(qiáng)度有所增加；但硬化終強(qiáng)度有所下降，鑄型的表面穩(wěn)定性下降。因此混砂設(shè)備通常安裝砂溫控制器，溫度過(guò)高時(shí)報(bào)警，溫度過(guò)低時(shí)對(duì)型砂進(jìn)行加熱，濕度偏高時(shí)，可以考慮砂型預(yù)表干措施。
(2)硬化速度
型砂硬化過(guò)快，可使用時(shí)間縮短，終強(qiáng)度也會(huì)降低。硬化速度過(guò)慢會(huì)降低生產(chǎn)率。影響硬化速度的主要因素有環(huán)境溫度、水玻璃模數(shù)、有機(jī)酯種類及加入量、空氣濕度和原砂水份等。
(3)可使用時(shí)間
決定可使用時(shí)間的主要因素是硬化速度。硬化速度越快，可使用時(shí)間愈短。超過(guò)可使用時(shí)間的型砂流動(dòng)性差，充型能力下降，造型后強(qiáng)度大幅降低，型砂表面穩(wěn)定性較差，很容易造咸沖砂或砂眼等鑄件缺陷。
(4)發(fā)氣量
有機(jī)酯水玻璃砂發(fā)氣量較小，但也需要選用合適的涂料以阻斷鋼水與型砂的接觸界面，實(shí)際生產(chǎn)中需控制涂料的發(fā)氣量。
(5)存放性
酯硬化水玻璃砂的存放性較C02硬化水玻璃砂好，基本沒(méi)有返堿粉化現(xiàn)象。但空氣濕度對(duì)砂型存放影響較大，當(dāng)空氣濕度>80%時(shí)砂型易吸潮發(fā)生蠕變，使鑄件的尺寸精度下降，因此在工藝設(shè)計(jì)中應(yīng)嚴(yán)格控制砂型存放時(shí)間。