覆膜砂鑄造（zào）生產（chǎn）精密鑄鋼件的工藝分析和精密（mì）加工（gōng）的難點

覆膜砂鑄造在鑄造領域已有相當長的曆史，鑄件的產量也（yě）相當大；但（dàn）采用覆膜砂鑄造生產精密鑄鋼件時麵臨很多難題：粘砂（結疤）、冷隔、氣孔。如何解決這些問題有待於我們去進一步探討。關鍵詞：覆（fù）膜砂、鑄鋼件、產品質量。

一、對覆膜砂的認識與了（le）解（覆膜砂屬於有機粘結劑型、芯砂）：
（1）覆膜砂（shā）的特點：具有適宜的強度性能；流動性好，製出的砂型、砂芯輪（lún）廓清晰，組織致密，能夠製造出複雜的砂芯；砂型（芯）表麵質量好，表麵粗糙度可達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）適用範圍：覆膜砂既可製作鑄（zhù）型又可（kě）製作砂芯，覆膜砂的（de）型或芯既可互相配合使用又可與其它砂型（芯）配（pèi）合使用；不僅可以用於金屬（shǔ）型重力鑄造（zào）或低壓鑄造，也可以用於（yú）鐵型覆砂鑄造（zào），還（hái）可以用於熱法離心鑄造；不僅可以用於鑄鐵（tiě）、非鐵合金（jīn）鑄件的生產，還可以用於鑄鋼件的生產。

二、覆膜砂的製備：
1）覆膜砂一般由耐火材料、粘結劑、固（gù）化劑、潤滑劑及特殊添加劑組成。
（1）耐火材（cái）料是構成（chéng）覆膜砂的主體。對耐火（huǒ）材料的（de）要求是：耐火度（dù）高、揮發物少、顆（kē）粒較圓整、堅實等。一般選用天然擦洗矽砂。對矽砂的要（yào）求是：SiO2含量高（鑄鐵及非鐵合金鑄件要求大於90%，鑄鋼（gāng）件（jiàn）要求大（dà）於97%）；含泥（ní）量不大於0.3%（為擦洗砂（shā））--[水洗砂含泥量規定小於；粒度①分布在相鄰3～5個篩號（hào）上；粒形圓整（zhěng），角（jiǎo）形因素應不大於1.3；酸耗值不小於（yú）5ml。
（2）粘結劑普遍采用酚（fēn）醛樹脂。
（3）固（gù）化劑通常（cháng）采用烏洛托品；潤滑劑（jì）一般（bān）采用（yòng）硬（yìng）脂酸鈣，其（qí）作（zuò）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（de）性能。
（4）覆膜砂的基本配比 成分 配比（質量分數，%） 說明（míng） 原砂 100 擦洗（xǐ）砂 酚醛（quán）樹脂 1.0～3.0 占原砂重 烏洛托品（水溶（róng）液1：1） 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（shā）重
2）覆膜砂的生產工（gōng）藝 　
覆膜砂的（de）製備工藝主要有冷法覆膜、溫法覆膜、熱法覆膜（mó）三種，目（mù）前覆膜砂的生產幾乎都是采用熱覆膜法。熱法覆膜工（gōng）藝是先將原砂加熱到一定溫度，然後分別與樹脂、烏洛托品水溶液和硬脂酸鈣混合攪拌，經冷卻破碎和篩分（fèn）而成（chéng）。由於配方的差（chà）異，混製工藝有（yǒu）所不同。目前國內覆膜砂生產（chǎn）線的種類很多，手工加（jiā）料的半自動生產線約有2000~2300條，電腦控製的全自動生產線（xiàn）也已經有將（jiāng）近50條，有效提高了生產效率和產品穩定性。例如xx鑄造有限（xiàn）公（gōng）司的自動化可視生產（chǎn）線（xiàn），其加料時間控製精確到0.1秒，加熱溫度控製精確到1/10℃，並且可以通過視頻時時觀察混砂狀態，生產效（xiào）率達到（dào）6噸/小時。
3）覆膜砂的主（zhǔ）要產品類（lèi）型　
（1）普通類覆膜（mó）砂 　簡介:普通覆（fù）膜砂即傳統覆膜砂，其組（zǔ）成通常由石英砂，熱塑性酚醛（quán）樹脂，烏洛托品和硬脂酸鈣構成，不加有關（guān）添加劑（jì），其樹（shù）脂加入（rù）量通常在一定強度要求下相對較高，不具備（bèi）耐高溫，低膨脹、低發氣（qì）等特（tè）性，適用於要求不高的鑄件生產（chǎn）。
（2）高強度低發氣類覆膜砂（shā） 特（tè）點：高強度、低膨脹、低（dī）發氣、慢發氣、抗氧化 簡介:高強度低發（fā）氣（qì）覆膜砂（shā）是普通覆膜砂的更新換代產（chǎn）品（pǐn），通過加入有關特（tè）性的“添加劑”和采用新的配（pèi）製工藝，使樹脂用量（liàng）大幅度下降，其強（qiáng）度比普通（tōng）覆膜砂高30%以（yǐ）上，發氣量顯著（zhe）降低，並能延緩發氣速度，能更好（hǎo）地適應鑄件生（shēng）產的需要（yào）。該類覆膜砂主要適用於鑄鐵件中，中小鑄鋼、合金鑄鋼件的生產。目前該類覆膜砂有三個係列：GD-1高強度（dù）低發氣覆（fù）膜砂；GD-2高強度低膨（péng）脹低發氣覆膜（mó）砂；GD-3高強度低膨脹低發氣抗氧化（huà）覆膜。
（3）耐高溫(類)覆膜砂(ND型) 特點：耐高溫（wēn）、高強度、低膨脹、低（dī）發氣、慢發氣、易潰（kuì）散、抗氧化 簡介:耐（nài）高溫覆膜砂是通過特殊工藝配方技術生產出的具有優異高溫性能(高溫（wēn）下強度高、耐熱時間長、熱膨脹量小、發氣量低（dī）)和綜合鑄造性能的新型覆膜砂。該（gāi）類覆膜（mó）砂特（tè）別適用於（yú）複雜薄壁精密的鑄鐵件(如汽車發動機缸體、缸蓋等（děng）)以及高要求的鑄鋼件(如集（jí）裝箱（xiāng）角和（hé）火車刹車緩（huǎn）；中器殼件（jiàn）等)的生產，可（kě）有（yǒu）效消（xiāo）除粘砂（shā）、變形、熱裂和氣孔等（děng）鑄造缺陷。目前該覆膜砂有四個係（xì）列：VND-1耐高溫覆膜砂. ND-2耐（nài）高溫低（dī）膨脹低發氣覆膜（mó）砂 ND-3耐高溫低（dī）膨脹低發氣抗氧化覆膜（mó）砂 ND-4耐高溫高強底低膨脹低發氣覆膜
（4）易潰散類覆膜砂　具有較好的強度，同時具有優異的低溫潰（kuì）散性能，適用於生產有色金屬鑄件（jiàn）。
（5）其它特殊要求（qiú）覆膜砂　為適應不同產品的需要，開發出了係（xì）列特種覆膜砂如：離心（xīn）鑄造用（yòng）覆膜砂、激冷覆膜砂（shā）、濕態（tài）覆膜砂、防粘砂、防脈紋、防橘皮覆膜砂等。　同時2004年推出（chū）的快速固化覆（fù）膜砂在具有各項性能的基礎上可以將固化速度提高30-70%，有效提高生產（chǎn）效率，並節（jiē）約能源（yuán）。

三（sān）、覆膜（mó）砂製芯主要工藝過程：
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（shā）芯、流動性好的覆膜砂（shā）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（fēn）醛（quán）類樹脂。製（zhì）芯工藝的優點：具（jù）有適宜的強度性能；流動性好；砂芯表麵質量好（Ra=6.3-12.5μm）；砂芯抗吸濕（shī）性強；潰散性好，鑄件（jiàn）容易清理。
1、鑄型（模具）溫度：鑄型溫度是影響（xiǎng）殼層厚度及強度的主要因素之一,一般控製在220～260℃,並根據下列原則（zé）選定:
（1）保證覆（fù）膜砂上的樹脂軟（ruǎn）化及固化所需的足夠熱量；
（2）保（bǎo）證形（xíng）成需要的殼厚且殼型（芯）表麵不焦化；
（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：射砂時間一般控製在3～10s，時間過短則砂型（芯）不能（néng）成型。射砂（shā）壓力一般為0.6MPa左右；壓力過低時，易造成射不足或疏鬆（sōng）現象。3、硬化時間：硬化時間的（de）長短主要取決於砂型（芯）的厚度與鑄型的溫（wēn）度，一般（bān）在（zài）60～120s左（zuǒ）右。時間（jiān）過短，殼（ké）層未完全固化則強度低；時間（jiān）過長，砂型（芯）表麵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（xíng）溫度（℃） 射砂時間（jiān）（s） 硬化時間（jiān）（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（sì）、射芯機的工（gōng）作原理（lǐ）：
射砂時壓縮（suō）空氣迅速進入射砂筒內,穿過砂層空隙推動砂粒,形成砂氣流,使芯砂以較高的速度射入芯盒,在充填（tián）芯盒的（de）同時獲得緊實。
五、覆膜砂應用中存在的問題及（jí）解決（jué）對（duì）策製（zhì）芯的方法種類很（hěn）多，總的（de）可以劃分為熱固性方（fāng）法和（hé）冷固性方法兩大（dà）類，覆膜砂製芯屬於（yú）熱固性方（fāng）法類。任（rèn）何一種製芯方法都有其自身的優點和缺點，這主要取決於（yú）產品的質量要（yào）求、複雜程度、生產批量、生產成本、產品價（jià）格（gé）等綜合因素來決定采用何種製芯方（fāng）法。對鑄件內腔（qiāng）表麵質量要求高，尺（chǐ）寸精度要求高、形狀複雜的砂芯采用覆膜砂製芯是非常有效的。例如：轎車發動機氣缸（gāng）蓋的進排氣道砂芯、水道砂芯、油道砂芯，氣缸體的水道（dào）砂芯、油道（dào）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（shā）芯等等。
１ 覆膜砂的強度和發（fā）氣量的確定方法（fǎ）在原砂質量和樹脂質（zhì）量一定的前提下（xià），影響覆膜砂強度的關鍵因（yīn）素主要（yào）取（qǔ）於酚（fēn）醛樹脂的加入量。酚醛樹（shù）脂加入量多，則強度（dù）就提高，但發氣量也增加（jiā），潰散性就降低。因此在（zài）生產應（yīng）用中（zhōng）一定要控製覆膜砂（shā）的強度來減（jiǎn）少發氣（qì）量，提高潰散性，在強度標準的製訂時定要找到（dào）一（yī）個（gè）平衡點。這個平衡點就是保證砂芯的表麵質量及在澆注時不產（chǎn）生變形、不產（chǎn）生斷（duàn）芯前提下的強度（dù）。這樣（yàng）才能保證鑄件的表麵質量和（hé）尺寸精度，又可以減少發氣量，減少鑄造件氣孔缺陷，提高砂芯的出砂性能。對砂芯（xīn）存放，搬運過程中可以采用工位器（qì）具、砂（shā）芯小車，並在其上麵鋪有10ｍｍ～15ｍｍ厚的海綿，這樣可（kě）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（shī），特別是（shì）南方地區空（kōng）氣相對濕度大，必（bì）須對砂芯存放期在工藝文件上加以（yǐ）規定，利用（yòng）精益生（shēng）產先進先出的生（shēng）產方式減少砂芯的（de）存放量和存（cún）放周期（qī）。各企業應結合（hé）自己（jǐ）的廠房條件和當地的氣候條件來確定砂芯的（de）存放周（zhōu）期。
３ 控製好覆膜砂的供貨質量：覆膜（mó）砂進廠時必（bì）須附有供應商的質量保（bǎo）證資料，並且企業根據抽（chōu）樣標準（zhǔn）進行檢（jiǎn）查，檢查合格後方可入庫。企業取樣檢測不合格時由質保和技術部門（mén）做（zuò）出處理（lǐ）結果，是讓（ràng）步接受或向供應商退貨（huò）。
４ 合格的覆（fù）膜砂在製（zhì）芯時發現砂（shā）芯斷裂變形 製芯時砂芯的斷裂變形通（tōng）常會認為覆膜砂強度低造成的（de）。實（shí）際上砂芯斷裂和（hé）變形會涉及到許多生（shēng）產過程。出（chū）現不正常情況，必須要查（chá）到真正的原因才能（néng）徹底解決。具體（tǐ）原因如下（xià）：
１）製芯時模具的溫度和留模時（shí）間（jiān），關係到砂芯結殼硬（yìng）化厚（hòu）度是否滿足工藝（yì）要求。工藝上所規定的工藝參數（shù）都（dōu）需要有一個範圍（wéi），這（zhè）個範圍需靠操作人（rén）員的技能來進行調整。在（zài）模具溫度上（shàng）限時留模時間可以取下（xià）限，模具溫度在下限時（shí）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）製芯時在模具上會粘有酚（fēn）醛樹脂和砂粒，必須進行及時清理並噴上（shàng）脫模劑，否則會越積越多開模時（shí）會把砂芯拉斷或變形。
３）熱芯盒（hé）模（mó）具靜模上的彈簧頂杆，由於（yú）長（zhǎng）期（qī）在高溫狀態（tài）下工作會（huì）產生彈性失效而造（zào）成（chéng）砂芯斷裂或變形。必須及（jí）時更換（huàn）彈簧。
４）動模和靜模不平行或不在同一（yī）中心（xīn）線上，合模時在油缸或氣缸的（de）壓力作用（yòng）下，定位（wèi）銷前端有一段斜度（dù），模具還是（shì）會合緊，但在開模時動模和靜模仍（réng）會恢複到原始狀態使砂（shā）芯斷裂或（huò）變形。在這種情況下射砂時會跑（pǎo）砂，砂（shā）芯的尺寸會（huì）變大。解決對策是（shì）及時調整模具的平行度和同（tóng）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（yào）重新（xīn）使用時（shí），必（bì）須進行過篩並未用過的覆膜砂按３：７比例混合後使用，這樣才能（néng）保證殼芯砂芯的表麵質量和砂（shā）芯強度。

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