覆膜砂鑄造涂料缺陷防治與工藝匯編

一、因覆膜砂鑄造涂料而產(chǎn)生的缺陷防治方法

傳統(tǒng)的鑄造涂料只是在鑄件和鑄型中間起到阻擋隔離作用，達(dá)到防粘砂目的，但普通鑄造涂料高溫下由于附著力差、強(qiáng)度低、耐火差、發(fā)氣量大，容易造成鑄件產(chǎn)生粘砂、砂眼、氣孔、碳渣等缺陷。鑄件粘砂是因為涂料沒有有效起到阻擋隔離作用，或涂料與高溫金屬液體發(fā)生化學(xué)反映。

1.涂料附著力差：填砂震動時造成涂料剝落，引起鑄件粘砂。
2.涂料膨脹系數(shù)大：與高溫金屬液體接觸時涂料受熱體積膨脹脫離鑄型導(dǎo)致鑄件粘砂。
3.高溫液體金屬被氧化與涂料和鑄型發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成金屬氧化物，對涂料和型砂都有極強(qiáng)的粘結(jié)性，能夠?qū)⑿蜕袄喂陶掣皆阼T件表面上形成一系列的低熔點(diǎn)化合物（在鑄件厚壁及轉(zhuǎn)角處等，低熔點(diǎn)物更多，粘砂層更后），造成鑄件粘砂，有時雖未產(chǎn)生粘砂，但在鑄件表面粘附上一層難以清除的涂料，及產(chǎn)生粘灰。
鑄件砂眼：
1．鑄型內(nèi)有掉入的砂子。
2，涂料強(qiáng)度低，耐火差，經(jīng)不住高溫金屬液體的沖刷，型砂被卷入鑄件。鑄件氣孔產(chǎn)生的原因很多，最常見的就是因為鑄型中存在較多發(fā)氣量大的物質(zhì)，發(fā)氣速度快，涂料或被砂透氣性差，氣體未及時排除所致。研制的新型鑄造涂料是在傳統(tǒng)鑄造涂料基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，調(diào)整，高溫下不開裂，不脫落，強(qiáng)度高，并且能有效防止高溫液體金屬氧化，與鑄型和高溫液體金屬接觸過程中不起化學(xué)反應(yīng)。同時能預(yù)防氮、硫、碳等氣體的產(chǎn)生。從而徹底解決:鑄件粘砂，鑄件砂眼，鑄件粗糙，鑄件氣孔，鑄件夾渣，球磨鐵變異，鑄鋼滲硫裂紋，增碳缺陷等。
    殼型鑄造方法生產(chǎn)的鑄件尺寸精度高,表面粗糙度低,可節(jié)省大量的金屬切削消耗和機(jī)加工工時,并且由于型砂用量和造型方法的改變,為鑄造生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化創(chuàng)造了條件,因而特別適用于生產(chǎn)批量較大、精度要求較高的鑄件。
    用熱芯盒覆膜砂工藝做殼形鑄造不銹鋼鑄件跟鑄鐵的工藝區(qū)別在于覆膜砂工藝做殼形鑄造不銹鋼鑄件跟鑄鐵的工藝區(qū)別是原砂SiO2含量不同，鑄鐵為SiO2含量90%，鑄鋼為大于95%。殼形鑄造鑄件精度低于臘模精鑄。

二、覆膜砂鑄造工藝匯總

覆膜砂鑄造在鑄造領(lǐng)域已有相當(dāng)長的歷史，鑄件的產(chǎn)量也相當(dāng)大；但采用覆膜砂鑄造生產(chǎn)精密鑄鋼件時面臨很多難題：粘砂（結(jié)疤）、冷隔、氣孔。如何解決這些問題有待于我們?nèi)ミM(jìn)一步探討。

 一、對覆膜砂的認(rèn)識與了解（覆膜砂屬于有機(jī)粘結(jié)劑型、芯砂）

（1）覆膜砂的特點(diǎn)：具有適宜的強(qiáng)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(fù)雜的砂芯；砂型（芯）表面質(zhì)量好，表面粗糙度可達(dá)Ra=6.3～12.5μm，尺寸精度可達(dá)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(chǎn)，還可以用于鑄鋼件的生產(chǎn)。

二、覆膜砂的制備

 1．覆膜砂組成

 一般由耐火材料、粘結(jié)劑、固化劑、潤滑劑及特殊添加劑組成。

（1）耐火材料是構(gòu)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(shí)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(yīng)不大于1.3；酸耗值不小于5ml。

 （2）粘結(jié)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(jié)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(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(nèi)覆膜砂生產(chǎn)線的種類很多，手工加料的半自動生產(chǎn)線約有2000~2300條，電腦控制的全自動生產(chǎn)線也已經(jīng)有將近50條，有效提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品穩(wěn)定性。例如xx鑄造有限公司的自動化可視生產(chǎn)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(chǎn)效率達(dá)到6噸/小時。

 ３．覆膜砂的主要產(chǎn)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(gòu)成，不加有關(guān)添加劑，其樹脂加入量通常在一定強(qiáng)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(chǎn)。

 （2）  高強(qiáng)度低發(fā)氣類覆膜砂  　

 特點(diǎn)：高強(qiáng)度、低膨脹、低發(fā)氣、慢發(fā)氣、抗氧化  簡介:高強(qiáng)度低發(fā)氣覆膜砂是普通覆膜砂的更新?lián)Q代產(chǎn)品，通過加入有關(guān)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(qiáng)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(yīng)鑄件生產(chǎn)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(chǎn)。目前該類覆膜砂有三個系列： GD-1高強(qiáng)度低發(fā)氣覆膜砂；GD-2高強(qiáng)度低膨脹低發(fā)氣覆膜砂；GD-3高強(qiáng)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(diǎn)：耐高溫、高強(qiáng)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(shù)生產(chǎn)出的具有優(yōu)異高溫性能(高溫下強(qiáng)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(fù)雜薄壁精密的鑄鐵件(如汽車發(fā)動機(jī)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(chǎn)，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(qiáng)底低膨脹低發(fā)氣覆膜

（4）  易潰散類覆膜砂　

 具有較好的強(qiáng)度，同時具有優(yōu)異的低溫潰散性能，適用于生產(chǎn)有色金屬鑄件。

 （5）  其它特殊要求覆膜砂　

 為適應(yīng)不同產(chǎn)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(xì)薄砂芯選擇較低的加熱溫度，加熱溫度低時可適當(dāng)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(diǎn)：具有適宜的強(qiáng)度性能；流動性好；砂芯表面質(zhì)量好（Ra=6.3-12.5μm）；砂芯抗吸濕性強(qiáng)；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(qiáng)度的主要因素之一,一般控制在220～260℃,并根據(jù)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(jié)殼及硬化時間，以提高生產(chǎn)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(xiàn)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(qiáng)度低；時間過長，砂型（芯）表面層易燒焦影響鑄件質(zhì)量。覆膜砂造型（芯）工藝參數(shù)實(shí)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(dǎo)向套）DN80-05 8～10 2.5～2.6220～240 2～3 60～80 2 （閥體）DN05-01 10～123.75～3.8 240～260 3～5 80～100

四、覆膜砂應(yīng)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(diǎn)和缺點(diǎn)，這主要取決于產(chǎn)品的質(zhì)量要求、復(fù)雜程度、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品價格等綜合因素來決定采用何種制芯方法。對鑄件內(nèi)腔表面質(zhì)量要求高，尺寸精度要求高、形狀復(fù)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(jī)氣缸蓋的進(jìn)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(jìn)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(qiáng)度和發(fā)氣量的確定方法

在原砂質(zhì)量和樹脂質(zhì)量一定的前提下，影響覆膜砂強(qiáng)度的關(guān)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(qiáng)度就提高，但發(fā)氣量也增加，潰散性就降低。因此在生產(chǎn)應(yīng)用中一定要控制覆膜砂的強(qiáng)度來減少發(fā)氣量，提高潰散性，在強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的制訂時定要找到一個平衡點(diǎn)。這個平衡點(diǎn)就是保證砂芯的表面質(zhì)量及在澆注時不產(chǎn)生變形、不產(chǎn)生斷芯前提下的強(qiáng)度。這樣才能保證鑄件的表面質(zhì)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(yùn)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(chǎn)先進(jìn)先出的生產(chǎn)方式減少砂芯的存放量和存放周期。各企業(yè)應(yīng)結(jié)合自己的廠房條件和當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件來確定砂芯的存放周期。

3、控制好覆膜砂的供貨質(zhì)量

覆膜砂進(jìn)廠時必須附有供應(yīng)商的質(zhì)量保證資料，并且企業(yè)根據(jù)抽樣標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(zhì)保和技術(shù)部門做出處理結(jié)果，是讓步接受或向供應(yīng)商退貨。

4、合格的覆膜砂在制芯時發(fā)現(xiàn)砂芯斷裂變形

制芯時砂芯的斷裂變形通常會認(rèn)為覆膜砂強(qiáng)度低造成的。實(shí)際上砂芯斷裂和變形會涉及到許多生產(chǎn)過程。出現(xiàn)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(guān)系到砂芯結(jié)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(shù)都需要有一個范圍，這個范圍需靠操作人員的技能來進(jìn)行調(diào)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(xùn)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(jìn)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(chǎn)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(fù)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(diào)整模具的平行度和同軸度。

（５）在殼芯機(jī)上生產(chǎn)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(jìn)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(zhì)量和砂芯強(qiáng)度。