覆膜砂工藝流程

1、覆膜砂生產(chǎn)工藝流程及應(yīng)用覆膜砂鑄造在造型、 制芯時(shí)大多數(shù)鑄件都是用濕型和干型鑄造的，90%以上的砂芯用烘干爐干燥的砂芯油作粘結(jié)劑，是由德國(guó)人J.Croning開發(fā)了以酚醛樹脂作粘結(jié)劑的殼型造型，使合成樹脂粘結(jié)劑及合成樹脂砂進(jìn)入鑄造工業(yè)。以合成樹脂作粘結(jié)劑的制型（芯）的方法主要有：1、熱法：砂型（芯）的成型和硬化直接在模板上或芯盒內(nèi)靠已加熱的模板（芯盒） 或通熱熱氣流完成。主要有殼法（殼型、殼芯的制造法）、熱芯盒法、溫芯盒法。2、冷法：砂型（芯）的成型、硬化在室溫下完成。主要有自硬法、氣硬冷芯盒法（三乙胺法、SO2法、無(wú)毒、低毒氣體促硬法）。上述新型制芯、造型技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，給鑄造生產(chǎn)工藝帶來(lái)

2、了一場(chǎng)重大變革，其提 高了砂型（芯）的尺寸精度，簡(jiǎn)化了制芯工藝，減少了能耗，降低了對(duì)熟練工人的需求，提 高了生產(chǎn)效率，同時(shí)提高了鑄件質(zhì)量（鑄件尺寸、表面粗糙度） ，使砂型鑄造朝著近無(wú)余 量鑄件的鑄造工藝邁出了一大步。但應(yīng)當(dāng)指出，上述的制芯、制型法目前均在一定的范圍 內(nèi)適用。生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用上具體選用哪一種工藝往往受多種因素的影響，除了考慮生產(chǎn)綱領(lǐng)、材質(zhì)、尺寸的大小以及質(zhì)量要求外，還需考慮投資大小、能源供應(yīng)、人員素質(zhì)、管理水平、 以及公害、污染等因素。我國(guó)在50年代末就開展了這方面的試驗(yàn)研究工作。由于當(dāng)時(shí)我國(guó)殼型用酚醛樹脂的 性能不過(guò)關(guān)和供應(yīng)難以保證，價(jià)格也較高，而且當(dāng)時(shí)我國(guó)還沒有專用的覆膜砂生產(chǎn)設(shè)

3、備， 特別是汽車工業(yè)十分落后，對(duì)鑄件也沒有很高的質(zhì)量要求等多方面的原因，殼型工藝在我國(guó)沒有得到推廣和應(yīng)用。80年代以后，隨著我國(guó)汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)鑄件的質(zhì)量也提出了很高的要求， 于是一汽從英國(guó)引進(jìn)了一套熱法樹脂覆膜砂設(shè)備，并通過(guò)技術(shù)消化開發(fā)出了國(guó)產(chǎn)SZ7215型熱法覆膜砂混砂裝置。隨后濟(jì)南鑄鍛機(jī)械研究所等一些科研單位和 院校一方面改進(jìn)覆膜砂混砂設(shè)備，提高它的牽引動(dòng)力和攪拌速度，從而改善了酚醛樹脂在硅砂表面的覆膜效果，另一方面，在方面過(guò)程中添加各種附加物，以提高覆膜砂的強(qiáng)度、 耐熱性和潰散性，于是樹脂覆膜砂在我國(guó)的汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)工廠中得到了廣泛的應(yīng) 用。目前，我國(guó)的樹脂覆膜砂專業(yè)生產(chǎn)廠

4、家已達(dá)200 300家，覆膜砂年產(chǎn)量超過(guò) 50萬(wàn)噸,覆膜砂的品種也從單一的普通型覆膜砂，發(fā)展到了目前的高強(qiáng)度、低發(fā)氣、耐高溫、速固 化、低膨脹和易潰散等多種性能的覆膜砂，以及離心鑄造用、激冷型和濕態(tài)造型用等專用 覆膜砂。二、殼型造型1、殼型造型：殼型造型是指將樹脂砂與預(yù)熱到150- 350 C的金屬接觸，從而形成與金屬模外形輪廓一致的型腔，厚度 6- 12.5mm的堅(jiān)硬薄殼的造型方法。2、優(yōu)缺點(diǎn)：殼型造型與傳統(tǒng)用桐油、合脂、水玻璃、粘土作粘結(jié)劑的鑄造方法相比具有以下優(yōu)缺點(diǎn):（1）優(yōu)點(diǎn)：1 ）、鑄件尺寸精度高、加工余量小2）、鑄件表面光潔、粗糙度可達(dá)12.5-6.3 m3 ）、可澆注薄壁鑄件4

5、）、鑄件廢品率低5）、提高了生產(chǎn)率（2 ）、缺點(diǎn)：1 ）、用金屬模、耗能較多、樹脂加入量多、成本較高2）、混砂工藝較復(fù)雜3）難以鑄造大件4）工作條件差。在造型及澆注時(shí)有甲醛、苯酚、氨等氣體產(chǎn)生。3、殼型的制造方法殼型（芯）的制造方法通常有兩種：1）、翻斗法一一常用于制作殼型2）、吹砂法一一常用于制作殼芯其基本原理是把金屬模板或芯盒加熱到一定的溫度，使覆膜砂中的樹脂受熱軟化、熔融、硬化，其工藝流程如下：清理模板（芯盒）一一模板（芯盒）加熱一一噴涂分型劑一一制殼（包括烘烤，此時(shí)覆膜砂已混制）頂殼一一合型一一準(zhǔn)備澆注。三、熱殼法覆膜砂用原材料殼型砂的原材料主要由人造樹脂（粘結(jié)劑）、原砂、烏洛脫品（硬

6、化劑）、硬脂酸鈣（潤(rùn)滑劑）以及其它附加物（石英粉、水、煤油等）組成。（一）、樹脂粘結(jié)劑1、樹脂粘結(jié)劑的分類酚醛樹脂（PF）是由酚類和醛類縮合而成的一類樹脂的總稱。其中性能最好、應(yīng)用較廣的是甲醛縮合而成的高聚物。在聚縮反應(yīng)中，由于原材料配比和介質(zhì)的酸堿性不同，可以得到熱塑性線型樹脂，也可以得到熱固性體型樹脂。1）、熱塑性線型樹脂在苯酚過(guò)剩和用酸性催化劑（如Hcl）的條件下進(jìn)行縮合反應(yīng)得到熱塑性線型樹脂。這種樹脂由于苯酚過(guò)剩，便于長(zhǎng)期存放。特點(diǎn)：淡黃色固體，加熱時(shí)熔化，有可塑性，能溶于酒精等溶液。殼型樹脂砂用的粘結(jié)劑就是這種熱塑性線型酚醛樹脂。2）、熱固性體型樹脂在甲醛過(guò)剩和用堿性催化劑如Ba（O

7、H）的條件下進(jìn)行縮合反應(yīng)而值得熱固性體型酚醛樹脂。其有甲、乙、丙三階段產(chǎn)物。作為粘結(jié)劑使用的酚醛樹脂系分子量在700- 1000左右的甲階酚醛樹脂。熱芯盒法用的2124液態(tài)酚醛樹脂就是熱固性樹脂的乙階段產(chǎn)物。2、鑄造用殼型（芯）酚醛樹脂分級(jí)與牌號(hào)1）按軟化點(diǎn)分級(jí)分級(jí)代號(hào)758595105溫度范圍70 80>80 90>90 - 100>1001102 ）、按常溫抗彎強(qiáng)度分級(jí)分級(jí)代號(hào)876強(qiáng)度范圍> 8.0> 7.0> 6.03 ）、按聚合速度分級(jí)分級(jí)代號(hào)ABCD聚合速度（s）20 - 30> 30 - 40> 40 - 50> 50 - 6

8、04 ）、牌號(hào)鑄造用殼型（芯）酚醛樹脂的牌號(hào)表示如下：ZKF XX X"T 強(qiáng)度分級(jí)代號(hào)軟化點(diǎn)分級(jí)代號(hào)鑄造用殼型（芯）酚醛樹脂（鑄、殼、酚漢語(yǔ)拼音第一個(gè)字 母）例：ZKF95 7（二）、原砂覆膜砂（殼型）對(duì)原砂要求較高，一般選用天然硅砂，也可用錯(cuò)砂、銘鐵礦砂、或其 他類似的耐火材料及混合砂等。1、粒度：主要取決于產(chǎn)品的使用要求，一般可選用140/70、70/140、100/200目的細(xì)砂。從減少樹脂的加入量角度看，原砂粒度宜相對(duì)集中， 但過(guò)于集中會(huì)加劇硅砂高溫狀態(tài)下的膨脹量，造成脈紋缺陷，故一般選擇分布在相鄰4- 5個(gè)篩上（四篩砂為宜），在不影響鑄件表面粗糙度的前提下盡可能選用粗的砂

9、子，這有利于減少樹脂加入量和覆膜砂的發(fā)氣量，并減少其脫殼傾向，且可以保證殼型砂具有較高的強(qiáng)度，適當(dāng)?shù)耐笟庑院土鲃?dòng)性。2、粒形：所用原砂粒形因?yàn)閳A形，即角形系數(shù)小于1.3。圓形砂在獲得同樣強(qiáng)度時(shí)，樹脂的加入 量少，發(fā)氣量低，流動(dòng)性好。3、SiO2 含量：從提高鑄件內(nèi)腔質(zhì)量、減少粘砂角度看，SiO2含量宜高。一般應(yīng)大于 90%。4、含泥量、微粉含量、含水量要低。砂中的泥分、微粉（200目以下）含量高，將大大吸附樹脂，增加樹脂的消耗量，降 低型、芯強(qiáng)度。一般原砂應(yīng)經(jīng)過(guò)水洗、擦洗、及干燥。5、堿性氧化物少：原砂中的堿性氧化物會(huì)增加殼型砂的堿性，降低砂的熔點(diǎn)，且使殼型砂在存放過(guò)程中結(jié)塊，使流動(dòng)性變差，影

10、響制殼（芯）時(shí)的吹砂性能。（三）硬化劑：1、常用的硬化劑是六亞甲基四胺（烏洛脫品），其分子式為（CH ） 6N4。硬化作用是由于它受熱后和混合料中的水份作用，生成甲醛并放出氨氣。反應(yīng)式：（CH2） 6N4+ 6H2O = 6HCHO + 4NH3 t生成的甲醛與熱熱塑性線型酚醛樹脂進(jìn)一步反應(yīng)，從而使樹脂由線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)，把砂粒粘結(jié)成堅(jiān)固的型殼。加入量一般占樹脂加入量的10- 15%，并以1: 1 （重量比）或1 : 1.5配成水溶液加入O2、技術(shù)要求：純度： 99%水份： 0.5%灰份： 0.03%（四）、其它附加物為改善覆膜砂的性能，有時(shí)還加入一些附加物，主要用：1、硬脂酸鈣：加入硬

11、脂酸鈣可以增加覆膜砂的流動(dòng)性和強(qiáng)度，使型（芯）表面致密、光潔，制殼時(shí)易于脫模。此外，它還能使殼型砂儲(chǔ)存時(shí)不結(jié)塊。其加入量一般為占砂重的0.250.5%。（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JB/T8834 2001）為:硬脂酸鈣為樹脂量的6%。2、石英粉：加入石英粉可以改善鑄件表面光潔度，但200目以下的石英粉宜少加，否則影響強(qiáng)度。一般加入量占砂重 2%左右。3、水：水作為烏洛脫品的溶劑，使它能均勻分布，并起控制混砂過(guò)程化學(xué)反應(yīng)速度及降溫 作用。四、覆膜砂的性能：（一）、強(qiáng)度：（1 ）、熱強(qiáng)度一一脫模、起芯時(shí)要求的強(qiáng)度。主要與覆膜工藝有關(guān)。（2）、常溫強(qiáng)度一一在各工序之間的搬運(yùn)及下芯時(shí)所需的抵抗外力破壞的強(qiáng)度。從生產(chǎn)角

12、度看，應(yīng)根據(jù)覆膜砂其它指標(biāo)來(lái)綜合制訂，不必追求太高的常溫強(qiáng)度。（3）、常溫抗彎強(qiáng)度一一足夠的抗彎強(qiáng)度是為了保證型芯在澆注到鑄件凝固過(guò)程中不發(fā)生 破裂和變形。一般情況下，根據(jù)原砂堆積密度和粒度分散度，保證覆膜砂的抗拉強(qiáng)度在一定要求 范圍內(nèi)而確定樹脂加入量，常溫抗彎強(qiáng)度變化范圍較小，因此抗彎強(qiáng)度測(cè)定是在保證順利制出完好型芯的前提下測(cè)定控制。（二）、熔點(diǎn)：指制殼時(shí)覆膜砂被加熱，包覆在覆膜砂表面的熱塑性酚醛樹脂開始熔融，將砂粒粘結(jié)在一起的溫度。一般為98110C。合適的覆膜砂熔點(diǎn)使覆膜砂具有良好的吹制工藝性（如流動(dòng)性、充填性、抗沖刷性及抗脫殼性等） ，以保證獲得壁厚均勻的殼型、芯。（三）、發(fā)氣量：發(fā)氣

13、量是型（芯）砂常規(guī)性能控制的一個(gè)重要指標(biāo)， 它反映了型芯砂中有機(jī)物含量的 高低及有機(jī)物的性質(zhì)。 一般通過(guò)發(fā)氣性曲線來(lái)描述， 可直觀地反映出覆膜砂的發(fā)氣量及發(fā) 氣速度。從生產(chǎn)角度講，在滿足其它性能的基礎(chǔ)上，發(fā)氣量越低越好。（四）、必測(cè)的性能指標(biāo)：常溫抗彎強(qiáng)度、熱態(tài)抗彎強(qiáng)度、灼燒減量、粒度和熔點(diǎn)。 選測(cè)的性能有：常溫抗拉強(qiáng)度、熱態(tài)抗拉強(qiáng)度、發(fā)氣量和流動(dòng)性。（五）、鑄造用覆膜砂的牌號(hào)表示如下:FMS X-XX-XX XIQ 或 H覆膜砂的粒度分組代號(hào)灼燒減量的分級(jí)代號(hào)常溫抗彎強(qiáng)度分級(jí)代號(hào)鑄造用覆膜砂漢語(yǔ)拼音第一字母例:FMS 6-35-21H五、覆膜砂的混制工藝：殼型砂的混制方法可分為干混粉狀砂和覆

14、膜砂兩類。在殼型法發(fā)展初期采用普通輪式混砂機(jī)混成粉狀砂，隨后開發(fā)了覆膜砂。覆膜砂是使樹脂以薄膜形式包覆在砂粒表面， 先后創(chuàng)立了冷法、溫法及熱法覆膜三種混制工藝。我廠應(yīng)用的是熱法覆膜工藝。熱法覆膜是一種適宜于大批量制備覆膜砂的方法，需要專門設(shè)備?；熘茣r(shí)一般先將砂加熱到140 - 160 C,加入樹脂與熱砂混均勻，樹脂被加熱熔化，包在砂粒表面。當(dāng)砂溫 降到105110C時(shí)，加入烏洛脫品水溶液，然后鼓風(fēng)冷卻，再加入硬脂酸鈣混勻。經(jīng)冷 卻、破碎、篩分備用。熱法覆膜的砂溫不宜低于 130C,亦即砂溫應(yīng)高于樹脂軟化點(diǎn)50 - 60C,否則大顆粒樹脂不能完全熔化，將導(dǎo)致樹脂分布不均，影響樹脂的粘結(jié)效果。加烏

15、洛脫品時(shí)，砂溫以 105 110C為宜。因?yàn)闉趼迕撈吩?117C以上分解，而作為烏 洛脫品溶液的水在 100C以上有利于揮發(fā)氣化。六、混砂設(shè)備在制備熱覆膜砂殼型砂時(shí)沒有通用辦法可以保證得到所需的性能。對(duì)性能影響最大的是樹脂的品種和所用的設(shè)備?，F(xiàn)有的混砂設(shè)備有半連續(xù)復(fù)合式熱法覆膜砂混砂機(jī)、葉片式混砂機(jī)及一般輪式混砂機(jī)三種。如英國(guó) FORDATH公司2000型和重慶鑄造機(jī)械廠生產(chǎn)的SZ7215型，每次100公斤，用丙烷加熱，也可用煤氣噴吹代替。德國(guó)WEBAC - 30HP高速擺輪式混砂機(jī)是全套覆膜砂生產(chǎn)設(shè)備的重要組成部分。它 的特點(diǎn)是：混砂速度快、覆膜均勻、操作方便、安全。該機(jī)采用快速雙擺輪結(jié)構(gòu)、

16、底部中 央有強(qiáng)力鼓風(fēng)冷卻系統(tǒng)。該機(jī)在覆膜過(guò)程中，通過(guò)一對(duì)主刮板、一對(duì)底刮板和雙擺輪的高速旋轉(zhuǎn)，使集聚在桶壁附近的砂粒和樹脂產(chǎn)生一種向上的懸浮狀態(tài)，懸浮砂團(tuán)高度超過(guò)規(guī)定時(shí)，由桶壁上的壓板壓下?lián)Q向，同時(shí)由擺輪碾向桶壁，經(jīng)側(cè)刮板刮下，再經(jīng)底板向上拋 起。不斷重復(fù)這一過(guò)程，實(shí)現(xiàn)樹脂混合物對(duì)砂粒的均勻覆膜，同時(shí)不會(huì)粘結(jié)成緊實(shí)的砂團(tuán)。在混砂過(guò)程中，通過(guò)高壓風(fēng)冷卻，使覆膜砂很快降溫。另有：1、電加熱器：原砂加熱后，利用滾筒裝置攪拌混合砂粒，使砂粒循環(huán)加熱。2、計(jì)量系統(tǒng)：原砂采用電子秤計(jì)量，由計(jì)算機(jī)控制氣動(dòng)碟閥的開關(guān)來(lái)控制進(jìn)料量。3、控制系統(tǒng)：過(guò)程控制由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。4、冷卻系統(tǒng)：由混砂機(jī)排出的覆膜砂，通過(guò)

17、篩網(wǎng)篩分，排到流態(tài)沸騰冷卻床，采用高 壓風(fēng)冷，使熱砂在冷卻床內(nèi)移動(dòng)過(guò)程中強(qiáng)制、快速降溫到出砂口時(shí)已達(dá)到便于儲(chǔ)存 或包裝的溫度。七、殼型、芯制造和使用中存在的問(wèn)題及原因分析：殼型、芯生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題主要有：脫殼、殼型(芯)表面疏松、澆注時(shí)殼型、 芯破裂、殼型、芯的變形、脈狀裂紋、粘模等。1、脫殼：在用覆膜砂制造殼型、芯過(guò)程中，結(jié)殼后翻轉(zhuǎn)，未熔化的松散的覆膜砂被倒出，而 結(jié)殼的殼型、芯的已熔化但尚未固化的區(qū)域發(fā)生殼層脫落現(xiàn)象，從而使脫落處的殼型、 芯過(guò)薄，澆注時(shí)，金屬液可能在此強(qiáng)度不足處沖出，導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生缺陷。脫殼一般發(fā)生在自由懸掛的殼型、芯部分及殼層完全受重力作用的部位。大都是 結(jié)殼以后，其

18、里層呈塑性狀態(tài)，而強(qiáng)度承受不了砂塊的自身重力而脫落。脫殼產(chǎn)生的原因：(1) 、樹脂軟化點(diǎn)太低(聚合速度慢)、熔化溫度過(guò)寬(2) 、六亞甲基四胺加入量高，增加了脫殼量(3) 、樹脂加入量高，使覆膜砂砂粒表面的樹脂膜過(guò)厚(4) 、模板、芯盒溫度太低或加熱不均勻(5) 、型、芯不致密，導(dǎo)熱性差(6) 、吹砂壓力太高，時(shí)間太長(zhǎng)，使芯盒表面激冷(7) 、吹砂壓力太低，時(shí)間太短(8) 、使用的覆膜砂溫度太低，導(dǎo)致模板或芯盒激冷(16-32C為宜)(9) 、結(jié)殼時(shí)間太長(zhǎng)，結(jié)殼太厚(10) 、硬脂酸鈣加入量太高2、殼型、芯表面疏松殼型、芯表面疏松是指殼型、芯表面局部密實(shí)度差。其形成原因主要有:(1 )、覆膜砂

19、的熔點(diǎn)太低(2 )、覆膜砂流動(dòng)性差(3) 、排氣不當(dāng)，造成在深凹處疏松和缺肉(4) 、翻斗時(shí)砂斗內(nèi)砂量太少或砂斗高度不夠(5) 、吹砂空氣量不足(6 )、吹砂壓力太低，時(shí)間太短(7 )、芯盒溫度不均勻，局部溫度過(guò)高或過(guò)低(8 )、使用的原砂太粗3、殼型芯澆注時(shí)破裂指澆注時(shí)型、芯破裂，造成鐵水進(jìn)入殼芯內(nèi)，或殼型跑火而使鑄件報(bào)廢。其原 因有：樹脂強(qiáng)度完全喪失，造成崩潰，或熱應(yīng)力過(guò)大、脆性過(guò)大造成破裂。具體有：(1 )、型芯熱強(qiáng)度低(2 )、結(jié)殼太薄(3 )、嚴(yán)重脫殼，局部地方太薄(4 )、原砂石英純度高，粒度集中，熱膨脹大(5)、殼型、芯硬度不足或過(guò)燒(6 )、殼型、芯局部產(chǎn)生裂紋為防止殼型、芯開裂，除針對(duì)上述原因加以改進(jìn)外，還可以在覆膜砂中加入能提高熱塑性、減輕開裂傾向的附加物。例如，水楊酸、甲酚樹脂、松香皂熱塑性樹脂、水玻璃等 均有效果。4、殼型、芯變形產(chǎn)生原因：(1) 、殼型、芯未硬化狀態(tài)下脫模(可采用較長(zhǎng)硬化時(shí)間)(2) 、殼型、芯薄壁(可采用較長(zhǎng)的結(jié)殼時(shí)間)(3) 、殼型、