覆膜砂鑄造工藝要點
發(fā)布時間： 2020-04-02 來源：洛陽順祥機械有限公司 點擊：1491
覆膜砂鑄造在鑄造領域已有相當長的歷史，鑄件的產量也相當大；但采用覆膜砂鑄造生產精密鑄鋼件時面臨很多難題：粘砂（結疤）、冷隔、氣孔。如何解決這些問題有待于我們去進一步探討。
一、對覆膜砂的認識與了解（覆膜砂屬于有機粘結劑型、芯砂）
（1）覆膜砂的特點：具有適宜的強度性能；流動性好，制出的砂型、砂芯輪廓清晰，組織致密，能夠制造出復雜的砂芯；砂型（芯）表面質量好，表面粗糙度可達Ra=6.3～12.5μm，尺寸精度可達CT7～CT9級；潰散性好，鑄件容易清理。
（2）適用范圍：覆膜砂既可制作鑄型又可制作砂芯，覆膜砂的型或芯既可互相配合使用又可與其它砂型（芯）配合使用；不僅可以用于金屬型重力鑄造或低壓鑄造，也可以用于鐵型覆砂鑄造，還可以用于熱法離心鑄造；不僅可以用于鑄鐵、非鐵合金鑄件的生產，還可以用于鑄鋼件的生產。
二、覆膜砂的制備
1．覆膜砂組成
一般由耐火材料、粘結劑、固化劑、潤滑劑及特殊添加劑組成。
（1）耐火材料是構成覆膜砂的主體。對耐火材料的要求是：耐火度高、揮發(fā)物少、顆粒較圓整、堅實等。一般選用天然擦洗硅砂。對硅砂的要求是：SiO2含量高（鑄鐵及非鐵合金鑄件要求大于90%，鑄鋼件要求大于97%）；含泥量不大于0.3%（為擦洗砂）--[水洗砂含泥量規(guī)定小于；粒度①分布在相鄰3～5個篩號上；粒形圓整，角形因素應不大于1.3；酸耗值不小于5ml。
（2）粘結劑普遍采用酚醛樹脂。
（3）固化劑通常采用烏洛托品；潤滑劑一般采用硬脂酸鈣，其作用是防止覆膜砂結塊，增加流動性。添加劑的主要作用是改善覆膜砂的性能。
（4）覆膜砂的基本配比 成分 配比（質量分數，%） 說明：原砂 100 擦洗砂， 酚醛樹脂 1.0～3.0 占原砂重 ，烏洛托品（水溶液2） 10～15 占樹脂重，硬脂酸鈣 5～7 占樹脂重，添加劑 0.1～0.5 占原砂重 。1：2） 10～15 占樹脂重，硬脂酸鈣 5～7 占樹脂重，添加劑 0.1～0.5 占原砂重 。
２．覆膜砂的生產工藝
覆膜砂的制備工藝主要有冷法覆膜、溫法覆膜、熱法覆膜三種，目前覆膜砂的生產幾乎都是采用熱覆膜法。熱法覆膜工藝是先將原砂加熱到一定溫度，然后分別與樹脂、烏洛托品水溶液和硬脂酸鈣混合攪拌，經冷卻破碎和篩分而成。由于配方的差異，混制工藝有所不同。目前國內覆膜砂生產線的種類很多，手工加料的半自動生產線約有2000~2300條，電腦控制的全自動生產線也已經有將近50條，有效提高了生產效率和產品穩(wěn)定性。例如xx鑄造有限公司的自動化可視生產線，其加料時間控制精確到0.1秒，加熱溫度控制精確到1/10℃，并且可以通過視頻時時觀察混砂狀態(tài)，生產效率達到6噸/小時。
３．覆膜砂的主要產品類型
（1）普通類覆膜砂 普通覆膜砂即傳統(tǒng)覆膜砂，其組成通常由石英砂，熱塑性酚醛樹脂，烏洛托品和硬脂酸鈣構成，不加有關添加劑，其樹脂加入量通常在一定強度要求下相對較高，不具備耐高溫，低膨脹、低發(fā)氣等特性，適用于要求不高的鑄件生產。
（2）高強度低發(fā)氣類覆膜砂 特點：高強度、低膨脹、低發(fā)氣、慢發(fā)氣、抗氧化 簡介:高強度低發(fā)氣覆膜砂是普通覆膜砂的更新換代產品，通過加入有關特性的“添加劑”和采用新的配制工藝，使樹脂用量大幅度下降，其強度比普通覆膜砂高30%以上，發(fā)氣量顯著降低，并能延緩發(fā)氣速度，能更好地適應鑄件生產的需要。該類覆膜砂主要適用于鑄鐵件中，中小鑄鋼、合金鑄鋼件的生產。目前該類覆膜砂有三個系列：GD-1高強度低發(fā)氣覆膜砂；GD-2高強度低膨脹低發(fā)氣覆膜砂；GD-3高強度低膨脹低發(fā)氣抗氧化覆膜。
（3）耐高溫(類)覆膜砂(ND型) 特點：耐高溫、高強度、低膨脹、低發(fā)氣、慢發(fā)氣、易潰散、抗氧化 簡介:耐高溫覆膜砂是通過特殊工藝配方技術生產出的具有優(yōu)異高溫性能(高溫下強度高、耐熱時間長、熱膨脹量小、發(fā)氣量低)和綜合鑄造性能的新型覆膜砂。該類覆膜砂特別適用于復雜薄壁精密的鑄鐵件(如汽車發(fā)動機缸體、缸蓋等)以及高要求的鑄鋼件(如集裝箱角和火車剎車緩；中器殼件等)的生產，可有效消除粘砂、變形、熱裂和氣孔等鑄造缺陷。目前該覆膜砂有四個系列：VND-1耐高溫覆膜砂. ND-2耐高溫低膨脹低發(fā)氣覆膜砂 ND-3耐高溫低膨脹低發(fā)氣抗氧化覆膜砂 ND-4耐高溫高強底低膨脹低發(fā)氣覆膜
（4）易潰散類覆膜砂 具有較好的強度，同時具有優(yōu)異的低溫潰散性能，適用于生產有色金屬鑄件。
（5）其它特殊要求覆膜砂 為適應不同產品的需要，開發(fā)出了系列特種覆膜砂如：離心鑄造用覆膜砂、激冷覆膜砂、濕態(tài)覆膜砂、防粘砂、防脈紋、防橘皮覆膜砂等。
三、覆膜砂制芯主要工藝過程
加熱溫度200-300℃、固化時間30-150s、射砂壓力0.15-0.60MPa。形狀簡單的砂芯、流動性好的覆膜砂可選用較低的射砂壓力，細薄砂芯選擇較低的加熱溫度，加熱溫度低時可適當延長固化時間等。覆膜砂所使用的樹脂是酚醛類樹脂。制芯工藝的優(yōu)點：具有適宜的強度性能；流動性好；砂芯表面質量好（Ra=6.3-12.5μm）；砂芯抗吸濕性強；潰散性好，鑄件容易清理。
1、鑄型（模具）溫度
鑄型溫度是影響殼層厚度及強度的主要因素之一,一般控制在220～260℃,并根據下列原則選定:
（1）保證覆膜砂上的樹脂軟化及固化所需的足夠熱量；
（2）保證形成需要的殼厚且殼型（芯）表面不焦化；
（3）盡量縮短結殼及硬化時間，以提高生產率。
2、射砂壓力及時間
射砂時間一般控制在3～10s，時間過短則砂型（芯）不能成型。射砂壓力一般為0.6MPa左右；壓力過低時，易造成射不足或疏松現象。3、硬化時間：硬化時間的長短主要取決于砂型（芯）的厚度與鑄型的溫度，一般在60～120s左右。時間過短，殼層未完全固化則強度低；時間過長，砂型（芯）表面層易燒焦影響鑄件質量。覆膜砂造型（芯）工藝參數實例：序號 圖號 殼厚（㎜） 重量（㎏） 鑄型溫度（℃） 射砂時間（s） 硬化時間（s） 1 （導向套）DN80-05 8～10 2.5～2.6 220～240 2～3 60～80 2 （閥體）DN05-01 10～12 3.75～3.8 240～260 3～5 80～100
四、覆膜砂應用中存在的問題及解決對策
制芯的方法種類很多，總的可以劃分為熱固性方法和冷固性方法兩大類，覆膜砂制芯屬于熱固性方法類。任何一種制芯方法都有其自身的優(yōu)點和缺點，這主要取決于產品的質量要求、復雜程度、生產批量、生產成本、產品價格等綜合因素來決定采用何種制芯方法。對鑄件內腔表面質量要求高，尺寸精度要求高、形狀復雜的砂芯采用覆膜砂制芯是非常有效的。例如：轎車發(fā)動機氣缸蓋的進排氣道砂芯、水道砂芯、油道砂芯，氣缸體的水道砂芯、油道砂芯，進氣岐管、排氣岐管的殼芯砂芯，液壓閥的流道砂芯，汽車渦輪增壓器氣道砂芯等等。但是在覆膜砂使用中還常遇到一些問題，這里僅就工作中的體會略談一二。
1、覆膜砂的強度和發(fā)氣量的確定方法
在原砂質量和樹脂質量一定的前提下，影響覆膜砂強度的關鍵因素主要取于酚醛樹脂的加入量。酚醛樹脂加入量多，則強度就提高，但發(fā)氣量也增加，潰散性就降低。因此在生產應用中一定要控制覆膜砂的強度來減少發(fā)氣量，提高潰散性，在強度標準的制訂時定要找到一個平衡點。這個平衡點就是保證砂芯的表面質量及在澆注時不產生變形、不產生斷芯前提下的強度。這樣才能保證鑄件的表面質量和尺寸精度，又可以減少發(fā)氣量，減少鑄造件氣孔缺陷，提高砂芯的出砂性能。對砂芯存放，搬運過程中可以采用工位器具、砂芯小車，并在其上面鋪有10ｍｍ～15ｍｍ厚的海綿，這樣可以減少砂芯的損耗率。
2、覆膜砂砂芯的存放期
任何砂芯都會吸濕，特別是南方地區(qū)空氣相對濕度大，必須對砂芯存放期在工藝文件上加以規(guī)定，利用精益生產先進先出的生產方式減少砂芯的存放量和存放周期。各企業(yè)應結合自己的廠房條件和當地的氣候條件來確定砂芯的存放周期。
3、控制好覆膜砂的供貨質量
覆膜砂進廠時必須附有供應商的質量保證資料，并且企業(yè)根據抽樣標準進行檢查，檢查合格后方可入庫。企業(yè)取樣檢測不合格時由質保和技術部門做出處理結果，是讓步接受或向供應商退貨。
4、合格的覆膜砂在制芯時發(fā)現砂芯斷裂變形
制芯時砂芯的斷裂變形通常會認為覆膜砂強度低造成的。實際上砂芯斷裂和變形會涉及到許多生產過程。出現不正常情況，必須要查到真正的原因才能徹底解決。具體原因如下：
（１）制芯時模具的溫度和留模時間，關系到砂芯結殼硬化厚度是否滿足工藝要求。工藝上所規(guī)定的工藝參數都需要有一個范圍，這個范圍需靠操作人員的技能來進行調整。在模具溫度上限時留模時間可以取下限，模具溫度在下限時留模時間取上限。對操作人員需要不斷地培訓提高操作技能。
（２）制芯時在模具上會粘有酚醛樹脂和砂粒，必須進行及時清理并噴上脫模劑，否則會越積越多開模時會把砂芯拉斷或變形。
（３）熱芯盒模具靜模上的彈簧頂桿，由于長期在高溫狀態(tài)下工作會產生彈性失效而造成砂芯斷裂或變形。必須及時更換彈簧。
（４）動模和靜模不平行或不在同一中心線上，合模時在油缸或氣缸的壓力作用下，定位銷前端有一段斜度，模具還是會合緊，但在開模時動模和靜模仍會恢復到原始狀態(tài)使砂芯斷裂或變形。在這種情況下射砂時會跑砂，砂芯的尺寸會變大。解決對策是及時調整模具的平行度和同軸度。
（５）在殼芯機上生產空心砂芯時，從砂芯中倒出尚未硬化的覆膜砂需要重新使用時，必須進行過篩并未用過的覆膜砂按３：７比例混合后使用，這樣才能保證殼芯砂芯的表面質量和砂芯強度。