覆膜砂鑄造生產精密鑄鋼件的工藝分析和精（jīng）密加（jiā）工的難（nán）點

覆膜砂鑄造在鑄造領域已有相當長（zhǎng）的曆史，鑄件的（de）產（chǎn）量也相當（dāng）大；但采用覆膜砂鑄造生產精密鑄鋼件時麵臨（lín）很多難題：粘砂（結（jié）疤（bā））、冷隔、氣（qì）孔。如何解決這些問題（tí）有待於我們去進一步探討。關鍵詞：覆膜砂、鑄鋼件、產（chǎn）品質量。

一、對覆膜砂的認識（shí）與了解（覆膜砂屬於有機粘結劑型、芯砂）：
（1）覆膜砂的特點：具有適宜的強度性能；流動性好，製出的砂型、砂芯輪廓清晰，組織致密，能夠製造（zào）出複雜的砂芯；砂型（芯）表麵質量好，表麵粗糙度（dù）可達Ra=6.3～12.5μm，尺寸精度可達CT7～CT9級；潰散性好，鑄件容（róng）易清理。
（2）適用範圍：覆膜砂既可製作鑄型（xíng）又可製作砂芯，覆膜（mó）砂的型或芯既（jì）可互相配合使用（yòng）又可與其它砂型（芯）配合使用；不（bú）僅可以用於（yú）金屬（shǔ）型重力鑄造或低壓鑄造，也可（kě）以用於鐵型覆砂（shā）鑄造，還可以用於熱法（fǎ）離心鑄造；不（bú）僅可以（yǐ）用於（yú）鑄鐵、非鐵（tiě）合金（jīn）鑄件的生產，還（hái）可以用於鑄鋼件的生產。

二、覆（fù）膜砂（shā）的製備（bèi）：
1）覆膜（mó）砂一般由耐火材料、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（qiú）是：耐火（huǒ）度高、揮發物少、顆粒較圓（yuán）整、堅實等（děng）。一般選用天然擦洗矽砂。對矽砂（shā）的要（yào）求是：SiO2含量高（鑄鐵及非鐵（tiě）合金鑄件要求大於90%，鑄鋼件要求大於97%）；含泥量（liàng）不大於0.3%（為擦（cā）洗砂）--[水洗砂含泥量規定小於；粒度①分布在相鄰3～5個篩號上；粒形圓整，角形（xíng）因素應不大於1.3；酸（suān）耗值不小（xiǎo）於5ml。
（2）粘（zhān）結劑普遍采用酚醛樹脂。
（3）固化劑通常采用烏（wū）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（xìng）。添加劑的主要（yào）作用是改善覆膜砂的性能（néng）。
（4）覆膜砂（shā）的基（jī）本配（pèi）比 成（chéng）分 配比（質量分數，%） 說明 原砂 100 擦洗砂 酚醛（quán）樹脂 1.0～3.0 占原砂（shā）重 烏洛托品（水溶液1：1） 10～15 占樹脂重 硬（yìng）脂酸鈣 5～7 占樹脂（zhī）重 添加劑 0.1～0.5 占原砂重
2）覆膜砂（shā）的生產（chǎn）工藝 　
覆膜砂的製備工藝主要（yào）有冷法覆膜、溫法（fǎ）覆膜、熱法覆膜三種，目前覆（fù）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（dìng）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。由於（yú）配方的差異（yì），混製工藝有所（suǒ）不同。目（mù）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，電腦控製的全自動（dòng）生產線也已經有將近50條，有效提高了生產效率和產品穩定性。例如xx鑄造有限公司的自動化可視生產線，其加料時間控製精確（què）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（shí）觀（guān）察混（hún）砂狀態，生產效率達（dá）到6噸/小時。
3）覆膜砂的主要產品類型　
（1）普通類覆膜砂 　簡介:普通覆膜砂即傳統覆膜砂，其組成通常由石英砂（shā），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（qiú）下相對較高，不具備耐高溫，低膨脹、低發氣等特性，適用於要求不高的鑄（zhù）件生產。
（2）高強度低發氣類覆膜砂 特點：高強度、低膨（péng）脹、低發氣、慢發氣、抗氧化 簡介:高強度低發氣覆膜砂是普通覆膜（mó）砂的更新換代產品，通過加（jiā）入（rù）有關特性的“添加劑”和采用新的配（pèi）製工藝，使樹脂用量大幅（fú）度下降，其強度比普通（tōng）覆膜砂高30%以（yǐ）上，發氣量顯著降低，並能（néng）延緩發氣速度，能更好地適應鑄件生產的需要。該類覆膜砂主（zhǔ）要適用（yòng）於鑄鐵件中，中小鑄鋼、合金（jīn）鑄鋼件的生產。目前該類覆膜砂有三（sān）個係列：GD-1高強度低發氣覆膜砂；GD-2高強度低膨脹低發氣覆膜砂；GD-3高強度低膨脹低發氣抗氧化覆膜。
（3）耐高溫(類（lèi）)覆膜砂(ND型) 特點：耐高溫、高強度、低膨（péng）脹、低發（fā）氣、慢發氣、易潰散（sàn）、抗氧化 簡介:耐高溫覆膜砂是通過（guò）特殊工藝配方技術生產出（chū）的具有優異高溫（wēn）性能(高溫下強度高、耐熱時（shí）間長、熱膨脹量小、發（fā）氣量低)和綜合鑄造性能的新型覆（fù）膜砂。該類覆膜砂特別適用於複雜薄壁精（jīng）密的鑄鐵（tiě）件(如汽車發動機缸（gāng）體、缸蓋等)以及高要求的鑄鋼件(如集裝箱角和（hé）火車刹車緩；中器殼件等)的生（shēng）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係列：VND-1耐高溫覆膜（mó）砂. ND-2耐高溫低膨脹低發氣覆膜砂 ND-3耐高溫低膨脹低發氣抗氧化覆膜砂 ND-4耐高溫高強底低膨脹低（dī）發氣覆膜
（4）易潰（kuì）散類覆膜砂　具有較好的強度（dù），同時具有優異的低溫潰散性能，適用於生產（chǎn）有色金（jīn）屬鑄件。
（5）其它特（tè）殊要求覆膜砂　為適應不同（tóng）產品的需要，開發出了係列（liè）特種覆膜砂如：離心鑄造用覆膜砂、激冷覆膜砂、濕態覆（fù）膜砂（shā）、防（fáng）粘砂、防脈紋、防橘皮覆膜砂（shā）等。　同時2004年推出的快速固化覆膜砂在（zài）具有各項性能的基礎上可以將固化速度提（tí）高30-70%，有效提高生產（chǎn）效率，並節約能源（yuán）。

三、覆膜砂製芯主要（yào）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（xìng）好的覆膜（mó）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（jiā）熱溫度（dù）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。製芯工藝的優點：具有適宜的強度性能；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（ké）層厚度及強度的主要因素之一（yī）,一般控製在（zài）220～260℃,並根（gēn）據（jù）下列原則選定（dìng）:
（1）保證（zhèng）覆膜砂上的樹脂軟（ruǎn）化及固化所需的足（zú）夠熱量；
（2）保證形（xíng）成需要的殼厚且殼型（芯（xīn））表麵不焦化；
（3）盡量縮短結殼（ké）及硬化（huà）時間，以提（tí）高生產（chǎn）率。
2、射砂壓力及（jí）時間：射砂時間一般控製（zhì）在3～10s，時間過短則砂型（芯）不能（néng）成型。射砂壓力一般為0.6MPa左右；壓力過低時，易造（zào）成射不足或疏鬆現象（xiàng）。3、硬化（huà）時間：硬化（huà）時間的長短主要取決於（yú）砂型（芯）的厚度與鑄（zhù）型的溫度，一般在60～120s左（zuǒ）右。時間過短，殼層未完全固化（huà）則強度低；時間過長，砂型（芯）表麵層易燒焦影響鑄件質量。覆膜砂造型（芯）工藝參（cān）數實例：序號 圖號 殼厚（㎜） 重量（㎏） 鑄（zhù）型溫度（℃） 射砂時間（s） 硬化（huà）時（shí）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、射芯機的工作原理：
射砂時壓縮空氣迅速進入射砂筒內,穿過砂（shā）層空隙推動砂粒,形（xíng）成砂氣流,使芯砂以較高的速度（dù）射入芯盒,在充填芯（xīn）盒的同時獲得緊實。
五、覆膜砂應用中存在（zài）的（de）問題及解決對策製芯的方法種類很多，總的可以劃分為熱（rè）固（gù）性方法和冷固性方法兩大（dà）類，覆膜砂製（zhì）芯屬於熱固性方法類。任何一種（zhǒng）製（zhì）芯方（fāng）法都有（yǒu）其自身的優（yōu）點和缺點，這主要取決於產品的質量要求、複雜程度、生產批量、生產成本、產品價格等綜合因素來決定采用何種製芯方法。對鑄（zhù）件內腔表麵質量（liàng）要求高，尺寸（cùn）精度要求高（gāo）、形狀複（fù）雜的砂芯（xīn）采用覆膜砂製芯是（shì）非常有效的（de）。例如：轎車發（fā）動機氣缸蓋的進排氣道砂（shā）芯、水道（dào）砂芯、油道砂芯，氣缸（gāng）體的水道砂芯（xīn）、油道砂芯，進氣岐管、排氣岐（qí）管的殼芯砂芯，液壓閥的流道砂（shā）芯，汽車渦輪增壓器氣道砂芯等等。
１ 覆膜砂的強度和（hé）發氣量的確定方法在原砂質（zhì）量和樹脂質量一定的前提（tí）下，影（yǐng）響覆膜砂強（qiáng）度的關鍵因素（sù）主要取於酚醛樹脂的加入量。酚醛樹脂（zhī）加入量多，則強度就（jiù）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製（zhì）覆膜砂的強度來減少發氣量，提高潰散性，在強度標準的製訂時定（dìng）要找到一個平衡點。這個（gè）平衡點就是保證砂芯的表（biǎo）麵質量及（jí）在澆注時（shí）不產生變形、不產生斷芯前提下的強度。這樣（yàng）才能保（bǎo）證鑄件的表麵質量和尺寸精度，又可（kě）以減少（shǎo）發氣量，減少鑄（zhù）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（kě）以采用工（gōng）位器具、砂芯小（xiǎo）車，並在其上麵鋪有10ｍｍ～15ｍｍ厚的海綿，這樣可以減少砂芯（xīn）的損耗率。
２ 覆膜砂砂芯的（de）存放期：任何砂芯都會吸濕，特別（bié）是南方（fāng）地區空氣（qì）相對濕度大，必須對砂芯存放期在工藝文件上加（jiā）以規定，利用精益生（shēng）產先進先出的（de）生產方式減少砂芯的存放量和存放周（zhōu）期。各企業應結合自己的廠房條（tiáo）件和當地的氣候條（tiáo）件來確定砂芯的（de）存放（fàng）周期。
３ 控製好覆膜砂的供貨（huò）質量：覆膜砂進廠時必須附有供應商（shāng）的質量保證資料，並（bìng）且企業根據抽樣標準進行檢查，檢查合格後方可入（rù）庫。企業取樣檢測不合格時由（yóu）質保和技（jì）術部門做出處理結果（guǒ），是讓步接受或向供應商退貨。
４ 合格的覆膜（mó）砂（shā）在製芯時發現砂芯斷裂變形 製芯時砂芯的（de）斷（duàn）裂變形通常會認為覆膜砂強度低造成的。實際上砂芯（xīn）斷裂（liè）和變形會涉及到許多生產過（guò）程。出現不正常（cháng）情況，必須要查到真正的原因才能徹（chè）底解決。具體原因如下：
１）製芯時模具的溫度和留模時間，關係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（yì）參（cān）數都需（xū）要（yào）有一個範圍，這個範圍需靠操（cāo）作人員的（de）技能來進行調整。在模（mó）具溫度上限時留模時間（jiān）可以取下限，模（mó）具溫度在下限時留模時（shí）間取上限。對操作人員需要不斷（duàn）地培訓（xùn）提（tí）高操作技能。
２）製芯時（shí）在模具上會粘有酚醛樹（shù）脂和砂粒，必須進行及時清理並噴上脫模（mó）劑，否則會越積越多開模時會把砂芯拉斷或變（biàn）形。
３）熱芯盒模具靜模上的彈簧頂杆，由於長（zhǎng）期在高溫狀態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（bú）在同一中心線上，合模時在油缸或氣缸的（de）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（huī）複（fù）到原（yuán）始狀態使砂芯斷裂或變形。在這種情況下射砂時（shí）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（zài）殼芯機上生（shēng）產空心砂芯時，從砂芯中倒出（chū）尚未硬化的覆膜砂需要（yào）重新使用（yòng）時（shí），必須進行過篩（shāi）並未用過的（de）覆膜砂按３：７比（bǐ）例（lì）混合後使用，這樣才能保證殼芯砂（shā）芯（xīn）的表麵質量和砂芯強度。

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