覆膜砂鑄造生產(chǎn)精密鑄鋼件的工藝分析和精密加工的難點(diǎn)
覆膜砂鑄造在鑄造領(lǐng)域已有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史，鑄件的產(chǎn)量也相當(dāng)大；但采用覆膜砂鑄造生產(chǎn)精密鑄鋼件時(shí)面臨很多難題：粘砂（結(jié)疤）、冷隔、氣孔。如何解決這些問(wèn)題有待于我們?nèi)ミM(jìn)一步探討。關(guān)鍵詞：覆膜砂、鑄鋼件、產(chǎn)品質(zhì)量。
一、對(duì)覆膜砂的認(rèn)識(shí)與了解（覆膜砂屬于有機(jī)粘結(jié)劑型、芯砂）：
（1）覆膜砂的特點(diǎn)：具有適宜的強(qiáng)度性能；流動(dòng)性好，制出的砂型、砂芯輪廓清晰，組織致密，能夠制造出復(fù)雜的砂芯；砂型（芯）表面質(zhì)量好，表面粗糙度可達(dá)Ra=6.3～12.5μm，尺寸精度可達(dá)CT7～CT9級(jí)；潰散性好，鑄件容易清理。
（2）適用范圍：覆膜砂既可制作鑄型又可制作砂芯，覆膜砂的型或芯既可互相配合使用又可與其它砂型（芯）配合使用；不僅可以用于金屬型重力鑄造或低壓鑄造，也可以用于鐵型覆砂鑄造，還可以用于熱法離心鑄造；不僅可以用于鑄鐵、非鐵合金鑄件的生產(chǎn)，還可以用于鑄鋼件的生產(chǎn)。
二、覆膜砂的制備：
1）覆膜砂一般由耐火材料、粘結(jié)劑、固化劑、潤(rùn)滑劑及特殊添加劑組成。
（1）耐火材料是構(gòu)成覆膜砂的主體。對(duì)耐火材料的要求是：耐火度高、揮發(fā)物少、顆粒較圓整、堅(jiān)實(shí)等。一般選用天然擦洗硅砂。對(duì)硅砂的要求是：SiO2含量高（鑄鐵及非鐵合金鑄件要求大于90%，鑄鋼件要求大于97%）；含泥量不大于0.3%（為擦洗砂）--[水洗砂含泥量規(guī)定小于；粒度①分布在相鄰3～5個(gè)篩號(hào)上；粒形圓整，角形因素應(yīng)不大于1.3；酸耗值不小于5ml。
（2）粘結(jié)劑普遍采用酚醛樹脂。
（3）固化劑通常采用烏洛托品；潤(rùn)滑劑一般采用硬脂酸鈣，其作用是防止覆膜砂結(jié)塊，增加流動(dòng)性。添加劑的主要作用是改善覆膜砂的性能。
（4）覆膜砂的基本配比 成分 配比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%） 說(shuō)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 占樹脂重 添加劑 0.1～0.5 占原砂重
2）覆膜砂的生產(chǎn)工藝
覆膜砂的制備工藝主要有冷法覆膜、溫法覆膜、熱法覆膜三種，目前覆膜砂的生產(chǎn)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溫度，然后分別與樹脂、烏洛托品水溶液和硬脂酸鈣混合攪拌，經(jīng)冷卻破碎和篩分而成。由于配方的差異，混制工藝有所不同。目前國(guó)內(nèi)覆膜砂生產(chǎn)線的種類很多，手工加料的半自動(dòng)生產(chǎn)線約有2000~2300條，電腦控制的全自動(dòng)生產(chǎn)線也已經(jīng)有將近50條，有效提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品穩(wěn)定性。例如xx鑄造有限公司的自動(dòng)化可視生產(chǎn)線，其加料時(shí)間控制精確到0.1秒，加熱溫度控制精確到1/10℃，并且可以通過(guò)視頻時(shí)時(shí)觀察混砂狀態(tài)，生產(chǎn)效率達(dá)到6噸/小時(shí)。
3）覆膜砂的主要產(chǎn)品類型
（1）普通類覆膜砂 簡(jiǎn)介:普通覆膜砂即傳統(tǒng)覆膜砂，其組成通常由石英砂，熱塑性酚醛樹脂，烏洛托品和硬脂酸鈣構(gòu)成，不加有關(guān)添加劑，其樹脂加入量通常在一定強(qiáng)度要求下相對(duì)較高，不具備耐高溫，低膨脹、低發(fā)氣等特性，適用于要求不高的鑄件生產(chǎn)。
（2）高強(qiáng)度低發(fā)氣類覆膜砂 特點(diǎn)：高強(qiáng)度、低膨脹、低發(fā)氣、慢發(fā)氣、抗氧化 簡(jiǎn)介:高強(qiáng)度低發(fā)氣覆膜砂是普通覆膜砂的更新?lián)Q代產(chǎn)品，通過(guò)加入有關(guān)特性的“添加劑”和采用新的配制工藝，使樹脂用量大幅度下降，其強(qiáng)度比普通覆膜砂高30%以上，發(fā)氣量顯著降低，并能延緩發(fā)氣速度，能更好地適應(yīng)鑄件生產(chǎn)的需要。該類覆膜砂主要適用于鑄鐵件中，中小鑄鋼、合金鑄鋼件的生產(chǎn)。目前該類覆膜砂有三個(gè)系列：GD-1高強(qiáng)度低發(fā)氣覆膜砂；GD-2高強(qiáng)度低膨脹低發(fā)氣覆膜砂；GD-3高強(qiáng)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)：耐高溫、高強(qiáng)度、低膨脹、低發(fā)氣、慢發(fā)氣、易潰散、抗氧化 簡(jiǎn)介:耐高溫覆膜砂是通過(guò)特殊工藝配方技術(shù)生產(chǎn)出的具有優(yōu)異高溫性能(高溫下強(qiáng)度高、耐熱時(shí)間長(zhǎng)、熱膨脹量小、發(fā)氣量低)和綜合鑄造性能的新型覆膜砂。該類覆膜砂特別適用于復(fù)雜薄壁精密的鑄鐵件(如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋等)以及高要求的鑄鋼件(如集裝箱角和火車剎車緩；中器殼件等)的生產(chǎn)，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(gè)系列：VND-1耐高溫覆膜砂. ND-2耐高溫低膨脹低發(fā)氣覆膜砂 ND-3耐高溫低膨脹低發(fā)氣抗氧化覆膜砂 ND-4耐高溫高強(qiáng)底低膨脹低發(fā)氣覆膜
（4）易潰散類覆膜砂 具有較好的強(qiáng)度，同時(shí)具有優(yōu)異的低溫潰散性能，適用于生產(chǎn)有色金屬鑄件。
（5）其它特殊要求覆膜砂 為適應(yīng)不同產(chǎn)品的需要，開(kāi)發(fā)出了系列特種覆膜砂如：離心鑄造用覆膜砂、激冷覆膜砂、濕態(tài)覆膜砂、防粘砂、防脈紋、防橘皮覆膜砂等。 同時(shí)2004年推出的快速固化覆膜砂在具有各項(xiàng)性能的基礎(chǔ)上可以將固化速度提高30-70%，有效提高生產(chǎn)效率，并節(jié)約能源。
三、覆膜砂制芯主要工藝過(guò)程：
加熱溫度200-300℃、固化時(shí)間30-150s、射砂壓力0.15-0.60MPa。形狀簡(jiǎn)單的砂芯、流動(dòng)性好的覆膜砂可選用較低的射砂壓力，細(xì)薄砂芯選擇較低的加熱溫度，加熱溫度低時(shí)可適當(dāng)延長(zhǎng)固化時(shí)間等。覆膜砂所使用的樹脂是酚醛類樹脂。制芯工藝的優(yōu)點(diǎn)：具有適宜的強(qiáng)度性能；流動(dòng)性好；砂芯表面質(zhì)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：鑄型溫度是影響殼層厚度及強(qiáng)度的主要因素之一,一般控制在220～260℃,并根據(jù)下列原則選定:
（1）保證覆膜砂上的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）表面不焦化；
（3）盡量縮短結(jié)殼及硬化時(shí)間，以提高生產(chǎn)率。
2、射砂壓力及時(shí)間：射砂時(shí)間一般控制在3～10s，時(shí)間過(guò)短則砂型（芯）不能成型。射砂壓力一般為0.6MPa左右；壓力過(guò)低時(shí)，易造成射不足或疏松現(xiàn)象。3、硬化時(shí)間：硬化時(shí)間的長(zhǎng)短主要取決于砂型（芯）的厚度與鑄型的溫度，一般在60～120s左右。時(shí)間過(guò)短，殼層未完全固化則強(qiáng)度低；時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，砂型（芯）表面層易燒焦影響鑄件質(zhì)量。覆膜砂造型（芯）工藝參數(shù)實(shí)例：序號(hào) 圖號(hào) 殼厚（㎜） 重量（㎏） 鑄型溫度（℃） 射砂時(shí)間（s） 硬化時(shí)間（s） 1 （導(dǎo)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(jī)的工作原理：
射砂時(shí)壓縮空氣迅速進(jìn)入射砂筒內(nèi),穿過(guò)砂層空隙推動(dòng)砂粒,形成砂氣流,使芯砂以較高的速度射入芯盒,在充填芯盒的同時(shí)獲得緊實(shí)。
五、覆膜砂應(yīng)用中存在的問(wèn)題及解決對(duì)策制芯的方法種類很多，總的可以劃分為熱固性方法和冷固性方法兩大類，覆膜砂制芯屬于熱固性方法類。任何一種制芯方法都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，這主要取決于產(chǎn)品的質(zhì)量要求、復(fù)雜程度、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品價(jià)格等綜合因素來(lái)決定采用何種制芯方法。對(duì)鑄件內(nèi)腔表面質(zhì)量要求高，尺寸精度要求高、形狀復(fù)雜的砂芯采用覆膜砂制芯是非常有效的。例如：轎車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋的進(jìn)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(jìn)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芯等等。
１ 覆膜砂的強(qiáng)度和發(fā)氣量的確定方法在原砂質(zhì)量和樹脂質(zhì)量一定的前提下，影響覆膜砂強(qiáng)度的關(guān)鍵因素主要取于酚醛樹脂的加入量。酚醛樹脂加入量多，則強(qiáng)度就提高，但發(fā)氣量也增加，潰散性就降低。因此在生產(chǎn)應(yīng)用中一定要控制覆膜砂的強(qiáng)度來(lái)減少發(fā)氣量，提高潰散性，在強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的制訂時(shí)定要找到一個(gè)平衡點(diǎn)。這個(gè)平衡點(diǎn)就是保證砂芯的表面質(zhì)量及在澆注時(shí)不產(chǎn)生變形、不產(chǎn)生斷芯前提下的強(qiáng)度。這樣才能保證鑄件的表面質(zhì)量和尺寸精度，又可以減少發(fā)氣量，減少鑄造件氣孔缺陷，提高砂芯的出砂性能。對(duì)砂芯存放，搬運(yùn)過(guò)程中可以采用工位器具、砂芯小車，并在其上面鋪有10ｍｍ～15ｍｍ厚的海綿，這樣可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(huì)吸濕，特別是南方地區(qū)空氣相對(duì)濕度大，必須對(duì)砂芯存放期在工藝文件上加以規(guī)定，利用精益生產(chǎn)先進(jìn)先出的生產(chǎn)方式減少砂芯的存放量和存放周期。各企業(yè)應(yīng)結(jié)合自己的廠房條件和當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件來(lái)確定砂芯的存放周期。
３ 控制好覆膜砂的供貨質(zhì)量：覆膜砂進(jìn)廠時(shí)必須附有供應(yīng)商的質(zhì)量保證資料，并且企業(yè)根據(jù)抽樣標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查，檢查合格后方可入庫(kù)。企業(yè)取樣檢測(cè)不合格時(shí)由質(zhì)保和技術(shù)部門做出處理結(jié)果，是讓步接受或向供應(yīng)商退貨。
４ 合格的覆膜砂在制芯時(shí)發(fā)現(xiàn)砂芯斷裂變形 制芯時(shí)砂芯的斷裂變形通常會(huì)認(rèn)為覆膜砂強(qiáng)度低造成的。實(shí)際上砂芯斷裂和變形會(huì)涉及到許多生產(chǎn)過(guò)程。出現(xiàn)不正常情況，必須要查到真正的原因才能徹底解決。具體原因如下：
１）制芯時(shí)模具的溫度和留模時(shí)間，關(guān)系到砂芯結(jié)殼硬化厚度是否滿足工藝要求。工藝上所規(guī)定的工藝參數(shù)都需要有一個(gè)范圍，這個(gè)范圍需靠操作人員的技能來(lái)進(jìn)行調(diào)整。在模具溫度上限時(shí)留模時(shí)間可以取下限，模具溫度在下限時(shí)留模時(shí)間取上限。對(duì)操作人員需要不斷地培訓(xùn)提高操作技能。
２）制芯時(shí)在模具上會(huì)粘有酚醛樹脂和砂粒，必須進(jìn)行及時(shí)清理并噴上脫模劑，否則會(huì)越積越多開(kāi)模時(shí)會(huì)把砂芯拉斷或變形。
３）熱芯盒模具靜模上的彈簧頂桿，由于長(zhǎng)期在高溫狀態(tài)下工作會(huì)產(chǎn)生彈性失效而造成砂芯斷裂或變形。必須及時(shí)更換彈簧。
４）動(dòng)模和靜模不平行或不在同一中心線上，合模時(shí)在油缸或氣缸的壓力作用下，定位銷前端有一段斜度，模具還是會(huì)合緊，但在開(kāi)模時(shí)動(dòng)模和靜模仍會(huì)恢復(fù)到原始狀態(tài)使砂芯斷裂或變形。在這種情況下射砂時(shí)會(huì)跑砂，砂芯的尺寸會(huì)變大。解決對(duì)策是及時(shí)調(diào)整模具的平行度和同軸度。
５）在殼芯機(jī)上生產(chǎn)空心砂芯時(shí)，從砂芯中倒出尚未硬化的覆膜砂需要重新使用時(shí)，必須進(jìn)行過(guò)篩并未用過(guò)的覆膜砂按３：７比例混合后使用，這樣才能保證殼芯砂芯的表面質(zhì)量和砂芯強(qiáng)度。
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