覆膜砂鑄造生產精密鑄鋼件的工藝分析和精密加工的難點

覆膜砂鑄造在鑄造領域已有相當（dāng）長的曆史，鑄件的產量也相當大；但采用覆膜砂鑄造生（shēng）產精密鑄鋼（gāng）件（jiàn）時麵臨很多難題：粘砂（結疤）、冷隔、氣孔。如何解（jiě）決這些問（wèn）題有待於我們去進一步探（tàn）討。關鍵詞：覆膜砂、鑄鋼件、產品質量。

一、對覆膜砂的認識與了解（覆（fù）膜砂（shā）屬於有機粘結劑（jì）型、芯砂）：
（1）覆膜砂的特點：具有適宜的強度性（xìng）能；流動性好，製出的砂型、砂芯輪廓清晰，組織致密，能（néng）夠製（zhì）造出複雜的砂芯；砂型（芯）表麵（miàn）質量好，表麵粗糙（cāo）度可達（dá）Ra=6.3～12.5μm，尺（chǐ）寸精度可達CT7～CT9級；潰散性好，鑄件容易清（qīng）理（lǐ）。
（2）適用範圍：覆膜砂既可（kě）製作鑄型（xíng）又可製作砂芯，覆膜砂的型或芯既可互相配合使用又可與其它（tā）砂型（芯）配合使（shǐ）用；不僅可以用（yòng）於金屬型重力鑄造或低壓鑄造，也可以用於鐵型覆砂鑄造，還可以用於熱法離（lí）心鑄造；不僅可以用於鑄鐵、非鐵合（hé）金鑄件的生產，還可（kě）以用於鑄鋼件的生產。

二、覆膜砂（shā）的製備：
1）覆膜（mó）砂一般由（yóu）耐火材料、粘結劑、固（gù）化劑、潤滑劑及特殊添加劑組成。
（1）耐火材料是構成覆膜砂的主體。對耐火（huǒ）材料的要求是：耐火度高、揮發物少、顆粒較圓整、堅實等。一般（bān）選用天（tiān）然擦洗矽砂（shā）。對矽砂的要求是：SiO2含（hán）量高（鑄鐵及非鐵合（hé）金鑄件要求大（dà）於90%，鑄鋼件要求大於97%）；含泥（ní）量不大於（yú）0.3%（為擦洗砂）--[水洗砂含泥量規定小於（yú）；粒度①分布（bù）在相鄰3～5個篩號上；粒形圓（yuán）整，角形因素應不大於1.3；酸耗值不小於5ml。
（2）粘結劑普遍采用酚醛樹脂。
（3）固化（huà）劑通常采用烏洛托品；潤滑劑一般采用硬脂酸（suān）鈣（gài），其作用是防止覆膜砂結（jié）塊，增加流動性。添加劑（jì）的（de）主要作用是改（gǎi）善覆膜砂的性能。
（4）覆膜砂的基本配比 成分（fèn） 配比（bǐ）（質量分數（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1：1） 10～15 占樹脂重 硬脂酸鈣 5～7 占樹脂（zhī）重 添加劑 0.1～0.5 占原砂重
2）覆膜砂的生產工藝 　
覆膜砂的製備工藝主要有冷法（fǎ）覆膜、溫法覆膜、熱法覆膜（mó）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（dìng）溫度，然後分別與樹脂、烏洛托品水溶液和（hé）硬脂酸鈣混合攪拌，經冷卻破碎和篩分而成（chéng）。由於配方（fāng）的差異，混製工藝有所不同。目前國內覆膜砂生（shēng）產線的種類很多，手工加料的半自動（dòng）生產線約有2000~2300條，電腦控（kòng）製的全（quán）自動生產線也（yě）已經有將近50條，有效提高了生產（chǎn）效率和產品（pǐn）穩定性。例如xx鑄造有限公司的自動化可視生產線，其加料（liào）時間控製精確到0.1秒，加熱溫度控（kòng）製精確到1/10℃，並（bìng）且可以通過視頻時時觀（guān）察混砂狀態，生產效率達到6噸（dūn）/小時。
3）覆膜砂的主要產品類型　
（1）普通類覆膜砂 　簡（jiǎn）介:普通覆膜砂（shā）即傳統覆膜砂，其組成通常由石英砂，熱塑性酚醛樹脂，烏（wū）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（cháng）在一定強度要求下相對較高，不具備耐高溫，低（dī）膨脹、低（dī）發氣等特性，適用於要求不高的鑄件生產。
（2）高強度（dù）低發氣類覆膜砂 特（tè）點：高強度、低膨脹、低發氣（qì）、慢發氣（qì）、抗（kàng）氧化 簡介:高（gāo）強度低發氣覆膜（mó）砂是普通覆膜砂的更新換代產品（pǐn），通過加入（rù）有關特性的“添加劑”和采（cǎi）用新的配製工藝，使樹脂用量大幅度下（xià）降，其強（qiáng）度比普通覆膜砂（shā）高30%以上，發氣量顯著降低（dī），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（mó）砂主要適用於鑄鐵件中，中小鑄（zhù）鋼、合金鑄鋼件的生產。目前該類（lèi）覆膜砂有三個（gè）係列：GD-1高強度低發氣覆膜砂；GD-2高（gāo）強度低膨脹低發氣（qì）覆膜砂（shā）；GD-3高強度低（dī）膨脹低發氣抗氧（yǎng）化覆膜。
（3）耐高溫(類)覆膜砂(ND型) 特點：耐高溫（wēn）、高強（qiáng）度、低膨脹、低發氣、慢發氣、易（yì）潰散、抗（kàng）氧化 簡介:耐高溫覆（fù）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(高溫下強度高、耐熱時間長、熱膨脹量小、發氣量低)和綜合鑄造（zào）性能（néng）的新型覆膜砂。該類覆膜砂特別適用於複雜薄壁精（jīng）密的鑄鐵（tiě）件(如汽車發動機缸體、缸（gāng）蓋等)以（yǐ）及高要（yào）求的鑄鋼件(如（rú）集（jí）裝箱角和火車刹車緩；中（zhōng）器殼件等)的生產，可（kě）有效消（xiāo）除粘砂、變形（xíng）、熱裂和氣孔等（děng）鑄造缺陷。目前該覆膜砂有四（sì）個係列：VND-1耐（nài）高溫覆膜砂. ND-2耐高溫低膨脹低發氣覆膜砂 ND-3耐高溫低膨脹（zhàng）低發氣抗氧（yǎng）化覆膜（mó）砂 ND-4耐（nài）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（jiào）好的強（qiáng）度，同時具有優異的低溫潰散性（xìng）能，適用於生產有色金屬鑄件（jiàn）。
（5）其它特殊要求覆膜砂　為適應不同產品（pǐn）的需要，開發出了係列特種覆膜砂如：離心鑄造用覆膜砂、激冷覆膜砂（shā）、濕態（tài）覆膜砂、防粘砂、防（fáng）脈紋（wén）、防橘皮覆膜砂等。　同時2004年推出的快速固化覆（fù）膜砂在具有各項性（xìng）能的基礎上可以將固化（huà）速度提高30-70%，有效（xiào）提高生產效率，並節約能源。

三、覆（fù）膜砂製芯主要工藝過程（chéng）：
加熱溫（wēn）度200-300℃、固化（huà）時間30-150s、射砂壓力0.15-0.60MPa。形狀簡（jiǎn）單的砂芯、流動（dòng）性好的覆（fù）膜砂可選用較低的射砂壓力，細薄砂芯選擇較低的（de）加熱溫（wēn）度，加熱溫度低（dī）時可（kě）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（xīn）工藝的優點（diǎn）：具有適宜的強度性能；流動性（xìng）好；砂芯表麵質量好（Ra=6.3-12.5μm）；砂（shā）芯抗吸濕性強；潰散性好，鑄件容易清理。
1、鑄型（模（mó）具）溫度：鑄型溫（wēn）度是影響殼層厚（hòu）度及強度（dù）的主要因素之一,一般控製在220～260℃,並（bìng）根據下（xià）列原則（zé）選定:
（1）保證（zhèng）覆膜砂上的樹脂軟化及固（gù）化所需的足夠熱量；
（2）保證形成需要的殼厚且殼型（芯）表（biǎo）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（shí）間：射砂時間一般控製在3～10s，時間過短則砂型（芯）不能成型。射砂壓力一般（bān）為0.6MPa左右；壓力（lì）過低時，易（yì）造成射不足或疏鬆現象。3、硬化時間（jiān）：硬化時（shí）間的長短主要取決於砂型（芯）的厚（hòu）度與鑄型的（de）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）表麵層易燒焦影（yǐng）響鑄件質量。覆膜砂造型（xíng）（芯）工藝參數實例：序號 圖號 殼厚（㎜） 重量（㎏） 鑄型溫度（dù）（℃） 射砂時間（s） 硬化時（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（yā）縮空氣迅速進入射砂筒內,穿過砂層空隙（xì）推動砂粒（lì）,形成砂氣（qì）流,使芯砂以較（jiào）高的速度射入芯盒,在充填芯盒的同時獲得緊實。
五、覆膜砂應用中存在（zài）的問題及解決（jué）對（duì）策製芯的方法種類很多，總的（de）可以劃分為熱固性方（fāng）法和冷固性方法兩大類，覆膜砂製芯屬於熱固性方法類。任何一種製芯方法都有（yǒu）其自身的優點和缺點，這（zhè）主要（yào）取決於產品的質（zhì）量要求、複雜程度、生產（chǎn）批量（liàng）、生產成本、產品價格等綜合因素（sù）來（lái）決定采用（yòng）何種製芯方法。對鑄件內腔表麵質量要求高，尺寸精度要求高、形狀複雜的砂（shā）芯采用（yòng）覆膜（mó）砂製芯是非（fēi）常（cháng）有效的。例如：轎車發動機氣缸蓋的進排氣道砂芯、水道（dào）砂芯、油道砂芯，氣缸體的水（shuǐ）道砂芯、油道砂芯（xīn），進氣岐管、排氣（qì）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 覆膜砂的強度和發氣量的確定方法（fǎ）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（qǔ）於酚醛樹脂的加入量。酚醛樹脂加入量多，則強度就提（tí）高，但發氣量也增加，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（lái）減少發氣量，提高潰散性，在強度標準的製訂時定要（yào）找到一個平衡點。這個平衡點（diǎn）就是保證砂芯的表麵質量及在澆注時不產生變形、不產（chǎn）生斷芯前提下的強度。這樣才能保證鑄件的表麵質量和尺（chǐ）寸精（jīng）度，又可以（yǐ）減少發氣量，減少鑄造件氣孔缺陷，提高砂芯的出砂性能。對砂芯存放，搬運過程中可以采用工位器具、砂芯小車，並在其上麵鋪有（yǒu）10ｍｍ～15ｍｍ厚的海綿，這樣可（kě）以減少砂芯的損耗（hào）率。
２ 覆膜砂砂芯的存放期：任何砂芯都會吸濕，特別是南方地區空氣相對濕度大（dà），必須（xū）對砂芯存放期在工藝文件上加（jiā）以規定（dìng），利用精益（yì）生產先進先出的生（shēng）產方式減少（shǎo）砂芯的存放量和存放周期（qī）。各企業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（fàng）周期。
３ 控製好覆膜砂的供貨質量：覆膜砂進廠（chǎng）時必須附有（yǒu）供應商的質量保證資料，並（bìng）且企業根據（jù）抽樣標（biāo）準進行檢（jiǎn）查，檢查合格後方可入庫。企業取樣檢測不合格時由（yóu）質保和技術（shù）部門做出處（chù）理結果，是讓步接受或向供應商退貨。
４ 合格的覆膜砂在製芯時發（fā）現（xiàn）砂芯斷（duàn）裂變形 製芯時砂芯的（de）斷裂變形通常會認為覆膜（mó）砂強度低造成的（de）。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（kuàng），必須（xū）要查到真正的原因（yīn）才能徹底解決。具體原因如下：
１）製芯時模具的溫度和（hé）留模時（shí）間，關係到砂芯結殼硬化厚度是否滿足工藝要求。工藝上所規定的工藝參數都需要有一個範圍，這個範圍需靠操作人員的技能（néng）來（lái）進行調（diào）整。在模具溫（wēn）度上限時留模（mó）時間可以取下限，模具溫度在下限時留模時間（jiān）取上限。對操作人員需要不斷地培（péi）訓提高操作（zuò）技能。
２）製芯時在模具上會粘有酚醛樹脂和砂粒，必須進行及時清理並噴上脫模劑，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（mó）上的彈簧頂杆，由於長（zhǎng）期在高溫狀態下工作（zuò）會產生彈性失效而造（zào）成砂芯斷裂或變形（xíng）。必須及時更換彈簧。
４）動模（mó）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壓力作用下，定位銷前端有一（yī）段斜度（dù），模具還是會合緊，但在開模時動（dòng）模和靜模仍會恢複到原始狀態使（shǐ）砂芯斷裂或變形。在這種情況（kuàng）下射砂時（shí）會跑砂，砂芯的尺寸會變大（dà）。解決對策是及時調整模（mó）具（jù）的平行度和同軸度。
５）在殼芯機上（shàng）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，必須進行過篩並未用過的覆膜砂按（àn）３：７比例混合後使用（yòng），這樣才能保證殼芯砂芯的表麵質量和砂（shā）芯強度。

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