覆膜砂鑄（zhù）造生產精密鑄（zhù）鋼件的工藝分析（xī）和精（jīng）密加工的難點

覆膜砂鑄造在鑄造領域已有相當長的曆史，鑄件的產（chǎn）量也相當大；但采用覆膜砂鑄造生產精密鑄鋼件時麵臨很多難題：粘（zhān）砂（結疤）、冷隔、氣孔。如何解決這些（xiē）問（wèn）題有待於我們去進一步探（tàn）討。關鍵詞：覆膜砂（shā）、鑄鋼件、產品質（zhì）量。

一、對覆膜砂的認識與了（le）解（覆膜（mó）砂屬於（yú）有機粘（zhān）結劑型、芯砂）：
（1）覆膜砂的特點：具有適（shì）宜的強度性能（néng）；流動性好，製（zhì）出的砂型、砂芯輪廓清晰，組織致密，能夠製造出（chū）複（fù）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（zhù）件容易清理（lǐ）。
（2）適用範圍（wéi）：覆膜砂既可製作鑄型又可製作砂芯，覆膜砂的型或（huò）芯既可互相配合使用又可與其它砂型（芯）配合使用（yòng）；不僅可以用（yòng）於金（jīn）屬型重力鑄造或低壓鑄（zhù）造，也可以用於鐵型覆砂鑄造，還可以用於熱法離心鑄造；不僅可以用於鑄鐵、非（fēi）鐵合金鑄件的（de）生（shēng）產，還可以用於（yú）鑄鋼（gāng）件（jiàn）的生產。

二（èr）、覆膜砂的製備：
1）覆膜砂一般由耐火（huǒ）材料、粘結劑、固化劑（jì）、潤（rùn）滑劑及特殊添加劑組成。
（1）耐火（huǒ）材（cái）料是構成（chéng）覆膜砂的主體。對耐火材料的要求是（shì）：耐火度高、揮發物少（shǎo）、顆粒較圓（yuán）整、堅（jiān）實等。一般選用天（tiān）然擦洗矽砂。對矽（guī）砂的要求（qiú）是：SiO2含（hán）量（liàng）高（鑄鐵及非鐵合金鑄件（jiàn）要求大於90%，鑄鋼件要求大於97%）；含泥量不大於0.3%（為擦洗砂）--[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）粘結劑普遍采用酚醛樹脂。
（3）固化劑通常（cháng）采用烏洛托品；潤滑劑一般采用硬脂酸鈣，其（qí）作（zuò）用是防止覆膜砂結塊，增加流動性。添加劑的主要（yào）作（zuò）用是改善覆膜砂的性能。
（4）覆膜砂的基本配比 成分 配比（質量分數，%） 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（yè）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 占原砂重
2）覆膜砂的生產工藝 　
覆膜砂的製備工藝主要有冷法覆膜、溫法覆膜、熱法覆膜三種，目前覆膜（mó）砂的生產幾乎都是采（cǎi）用熱覆膜法。熱法覆膜工藝是先將原砂加熱到一定溫度，然後分（fèn）別與樹脂、烏洛（luò）托（tuō）品水溶液和硬（yìng）脂酸鈣混合（hé）攪拌，經冷卻（què）破碎和篩分（fèn）而成（chéng）。由於配方的差異，混製（zhì）工藝有所（suǒ）不同（tóng）。目前國內覆膜砂（shā）生產線的（de）種類很多，手工加料的半自動生產線約有2000~2300條，電腦控製的全自動生產線也已經有將近50條（tiáo），有效提高了（le）生產效率和產品穩定性。例（lì）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到0.1秒，加熱溫度控製精（jīng）確到1/10℃，並且可以通過視頻時時觀察混砂狀（zhuàng）態，生產效率達到（dào）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（pǔ）通覆膜（mó）砂即傳統覆膜砂，其組成（chéng）通常（cháng）由石英砂，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（liàng）通常在一定強度要求下相對較高，不具備耐高溫（wēn），低膨脹、低發氣等特性，適用於要求不高的鑄件生產。
（2）高強度低（dī）發氣類覆膜砂 特點（diǎn）：高強度、低膨（péng）脹（zhàng）、低發氣、慢發氣、抗（kàng）氧化（huà） 簡介:高強度低發氣覆膜砂是普通（tōng）覆膜砂的更新換代產品，通過（guò）加入（rù）有關特性的（de）“添加劑”和（hé）采用新的配製工藝，使樹脂用量大幅度下降，其強度比普（pǔ）通覆膜砂高（gāo）30%以上，發氣（qì）量顯著降低，並能延緩發氣速度，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（mó）砂（shā）有三個係列：GD-1高強度低發氣（qì）覆（fù）膜砂（shā）；GD-2高強度低膨脹低發氣覆（fù）膜砂；GD-3高強度低膨脹低發（fā）氣抗氧化覆膜。
（3）耐高溫(類)覆膜砂(ND型) 特點（diǎn）：耐（nài）高溫、高強度、低膨脹、低發氣、慢發氣、易潰散、抗氧化 簡（jiǎn）介:耐高溫覆膜砂是通過特殊工藝（yì）配方技術生產出的具有優異高溫性（xìng）能(高溫下強度高、耐熱時間長、熱膨脹量小、發氣量低)和綜合鑄造性能的新型覆膜砂。該類（lèi）覆膜（mó）砂特別適用於複雜薄壁精密的鑄鐵件(如汽車發動機缸體、缸蓋等)以及（jí）高要求的鑄鋼件（jiàn）(如集裝箱角和火車刹車緩；中器殼件等)的生產，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耐高溫覆膜砂. ND-2耐高溫（wēn）低膨脹低（dī）發氣覆膜砂 ND-3耐高溫低膨脹低發氣抗氧化覆膜（mó）砂 ND-4耐高（gāo）溫高強底低膨脹（zhàng）低發氣覆膜
（4）易潰散類覆膜砂　具有較好的強（qiáng）度，同時具有優異的低（dī）溫潰散（sàn）性能，適用於生產有（yǒu）色（sè）金屬鑄件。
（5）其它特殊要求覆膜砂　為適應（yīng）不同產品的需要，開發出了係列特種（zhǒng）覆膜砂如：離心鑄造用覆膜（mó）砂、激冷覆膜砂、濕態覆膜砂、防粘砂、防脈（mò）紋（wén）、防橘皮覆膜砂等。　同時（shí）2004年推出的快速固化覆膜（mó）砂（shā）在具有（yǒu）各項性能的基礎（chǔ）上可以將固化速度提高30-70%，有效提高生產效（xiào）率，並節約能源。

三、覆膜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（jiǎn）單的（de）砂芯、流動性好的覆膜砂可選用較低的射砂壓力，細薄砂芯選擇較低的加熱溫度，加熱溫度低（dī）時（shí）可適當延長固化時間等。覆（fù）膜砂所使用的樹脂是酚（fēn）醛類樹（shù）脂。製（zhì）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（liàng）好（Ra=6.3-12.5μm）；砂芯抗吸濕（shī）性強；潰散性好，鑄件容易清理。
1、鑄型（模（mó）具（jù））溫度：鑄型溫度是影響殼層厚度及強度的主要因素之一,一般控製（zhì）在220～260℃,並根（gēn）據下列原（yuán）則選定:
（1）保證覆膜砂上的（de）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）表麵不焦化；
（3）盡量縮短結（jié）殼及硬化時間，以提高生產率。
2、射（shè）砂壓力及時間：射砂時間一般控製在3～10s，時間過短則（zé）砂型（xíng）（芯）不能成型。射砂壓力一般為0.6MPa左右；壓力過低時，易造成射不足或疏鬆現象。3、硬化時間：硬化時間的長短主要取決於砂型（芯）的厚度與鑄型的溫度，一般在（zài）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（shāo）焦（jiāo）影響鑄件質量。覆膜砂造型（芯（xīn））工藝參數實例：序（xù）號 圖號 殼厚（㎜） 重量（㎏） 鑄型（xíng）溫（wēn）度（℃） 射砂時間（s） 硬（yìng）化時間（s） 1 （導向套（tào））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（shí）壓（yā）縮空氣迅速進入射砂筒內,穿過（guò）砂層（céng）空隙推動砂粒,形成砂氣流,使芯砂以較高的速度射入芯盒,在充填芯盒（hé）的同時獲得緊實。
五、覆膜砂應用中存在（zài）的（de）問題及解決（jué）對策製芯的方法種類很多（duō），總的可以（yǐ）劃分為熱固性方法和冷固性方法兩大類，覆膜砂製芯屬於（yú）熱固性方法類。任何一種製芯方法都有其自身的優點（diǎn）和缺點，這主要取決於（yú）產（chǎn）品的質量（liàng）要求、複雜程度、生產批（pī）量、生產成（chéng）本（běn）、產品價格等綜合因素來決定采用（yòng）何種製芯方法。對鑄件內腔表麵質量要求高，尺寸精度（dù）要求高、形狀複雜（zá）的（de）砂芯采用覆膜砂（shā）製芯是非常有效的。例如：轎車發動機氣缸蓋的進排氣道砂芯、水道砂芯、油道砂芯，氣缸體的水道砂芯、油道砂芯，進氣岐管、排氣岐管的殼芯砂芯，液壓閥的流（liú）道砂芯，汽車渦輪增壓器氣道砂芯等等。
１ 覆膜砂的強度和發（fā）氣量的確（què）定（dìng）方法在原（yuán）砂質量（liàng）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（yào）取於酚醛樹脂（zhī）的加入量。酚醛（quán）樹脂加入（rù）量多，則強度就提高，但發氣（qì）量（liàng）也增加，潰散性（xìng）就降低。因（yīn）此在生產應用中一定要控製覆膜砂的（de）強度來減少發氣量，提高潰散性，在強度標（biāo）準的製訂時（shí）定要找到一個平衡點（diǎn）。這個平衡點就是（shì）保證砂芯（xīn）的表麵質量及在澆注時不產生變形、不產生斷芯前提下的強度。這樣才能保證鑄件的表（biǎo）麵質量和尺寸精度（dù），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（xìng）能。對砂芯存放，搬運（yùn）過程中（zhōng）可以采用工位器具、砂（shā）芯小車，並在其上麵鋪（pù）有10ｍｍ～15ｍｍ厚的海綿，這（zhè）樣可以減少（shǎo）砂芯的損耗率。
２ 覆（fù）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（xiàng）對濕度大，必須對砂芯存放期在工藝文件上加以規定，利用精益生（shēng）產先進先出的生產方式減（jiǎn）少砂芯的存放量和存放周期。各企（qǐ）業應結合自己的廠房條件和當地的（de）氣候條件來確定砂芯的存（cún）放周（zhōu）期。
３ 控製好覆（fù）膜砂的供貨質量：覆膜砂進廠時必須附有供應商的質（zhì）量保證資料，並且（qiě）企業根據抽樣標準進行檢查，檢查（chá）合格後方可入庫。企業取（qǔ）樣檢測不合格時由質（zhì）保和技術部門做（zuò）出處理結（jié）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現砂芯斷裂變形（xíng） 製芯時砂芯的斷（duàn）裂變形通常會認為覆膜砂強度低造成的。實際上砂芯斷裂和變形會涉及到許（xǔ）多生產（chǎn）過程。出現（xiàn）不正（zhèng）常情（qíng）況，必須要查到（dào）真正的原因才能（néng）徹（chè）底解決。具體原因如下：
１）製芯時（shí）模（mó）具的溫度（dù）和留模時間，關係（xì）到砂芯結（jié）殼（ké）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（yǒu）一個範圍，這個範圍（wéi）需靠操作人員的技能來進行調整。在模具溫度上限時留模時間可（kě）以取下限，模具溫度在下（xià）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（cāo）作技能（néng）。
２）製芯時在模具上會粘有（yǒu）酚醛樹脂和砂粒，必須進行及時清理並噴（pēn）上脫模劑，否則會越積越多（duō）開模時會把砂芯拉斷或變形。
３）熱芯盒模（mó）具靜模上的彈簧頂杆（gǎn），由於長期在高溫狀態下工作會產生彈（dàn）性失效而造成砂芯斷裂或變形。必須及時（shí）更換彈簧。
４）動模和靜模不（bú）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（yòng）下，定位銷前端有一段斜度，模具還是（shì）會合緊，但在開模時動（dòng）模和靜模仍會恢複到原始狀態使砂芯斷裂（liè）或變形。在這種情況下射砂時會跑砂（shā），砂芯的尺（chǐ）寸會變大。解決對策（cè）是及時調（diào）整模具的平行度和同軸度（dù）。
５）在殼芯機上生產空心砂芯時，從砂芯中倒出尚（shàng）未硬化的覆膜砂（shā）需要重新使用時，必須進（jìn）行過篩並（bìng）未用過的覆膜砂按３：７比（bǐ）例混（hún）合後使用，這樣才能保（bǎo）證殼芯砂芯的（de）表麵質量和（hé）砂芯強度。

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