覆膜（mó）砂鑄造生產精密鑄（zhù）鋼件的工藝（yì）分析和精密加工的難點

覆膜砂鑄造在鑄造領域（yù）已有相當長的曆史，鑄件的產量也（yě）相當大；但采用覆膜砂鑄造（zào）生產精密鑄鋼件時麵臨很（hěn）多難題：粘砂（結疤（bā））、冷隔、氣孔。如何解決這些問題有待於（yú）我們去進一步探討。關鍵詞：覆膜（mó）砂、鑄鋼件、產（chǎn）品質量。

一、對覆膜砂的認（rèn）識與了解（覆膜砂屬於（yú）有機粘結劑型、芯砂）：
（1）覆膜砂的特點：具有適（shì）宜的強度（dù）性（xìng）能；流動性好，製出的砂型、砂（shā）芯輪廓清晰，組織致密，能（néng）夠製造出複雜的砂芯（xīn）；砂（shā）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（dá）CT7～CT9級；潰散性好，鑄件容易清理。
（2）適用範（fàn）圍：覆膜砂既可製作（zuò）鑄型又可製（zhì）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（kě）以用於金屬型重力鑄造或低壓鑄造，也可以用於鐵（tiě）型覆砂（shā）鑄造，還可以用（yòng）於（yú）熱法離心鑄造；不僅（jǐn）可以用於（yú）鑄鐵、非鐵合金鑄件的生產，還可以用於鑄鋼件的生（shēng）產。

二、覆膜砂的製備：
1）覆膜砂一般由耐火材料、粘結劑、固化劑、潤滑劑及特殊添（tiān）加劑組成。
（1）耐火材料是構成覆（fù）膜砂的主體。對耐火材（cái）料的（de）要求是：耐火度高、揮發物（wù）少、顆（kē）粒較圓整、堅實等。一般選用天然擦洗矽砂。對（duì）矽（guī）砂的（de）要求是：SiO2含量高（鑄鐵（tiě）及非鐵合金鑄件（jiàn）要求大於90%，鑄鋼件要求大於（yú）97%）；含泥量不大於0.3%（為擦洗砂）--[水洗砂含（hán）泥量規定小於；粒度①分布在相鄰3～5個篩號上；粒形圓整，角形因素應不大於1.3；酸（suān）耗值不小於5ml。
（2）粘結劑普遍采用酚醛樹脂。
（3）固化劑通常采用烏洛托（tuō）品；潤滑劑一般采用硬脂酸（suān）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。
（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（pǐn）（水溶液1：1） 10～15 占樹脂重 硬脂酸鈣 5～7 占樹（shù）脂重 添加劑（jì） 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、熱法覆膜三種，目前覆膜砂的生產（chǎn）幾乎都是（shì）采用熱覆膜法（fǎ）。熱法覆（fù）膜工藝是先將（jiāng）原砂加熱到一定溫度，然後分別與樹脂、烏洛托品水溶液和硬脂酸（suān）鈣（gài）混合攪拌，經冷（lěng）卻破碎和篩（shāi）分而（ér）成。由於配方的差異，混製工藝有所不同（tóng）。目前國（guó）內覆膜（mó）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，電腦控製的全自動生產線也已經有（yǒu）將近50條，有（yǒu）效（xiào）提（tí）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（jīng）確到0.1秒，加熱溫度（dù）控製精確到1/10℃，並且（qiě）可以通過視頻時時（shí）觀察混砂狀態，生產效率達到6噸/小時。
3）覆（fù）膜砂的主（zhǔ）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（yóu）石英砂，熱塑（sù）性酚醛樹脂，烏洛托品和硬脂酸（suān）鈣構成，不加有關添加劑，其（qí）樹脂（zhī）加入量通常在一定強度（dù）要求（qiú）下相對較高，不（bú）具備耐高溫，低膨脹、低發氣等特性，適用於要求不高的鑄件生產。
（2）高強度低發氣類覆膜砂 特（tè）點：高強度（dù）、低（dī）膨脹、低發氣（qì）、慢發氣、抗氧化 簡介:高強度低發氣覆膜（mó）砂是普通覆膜砂的更新換代產品，通過加入有關特性的“添加劑”和采用新的配製工藝，使樹脂（zhī）用量大幅度下降，其強度（dù）比普通覆膜砂高30%以（yǐ）上，發氣量顯著降低，並能延緩發氣速度，能更（gèng）好地（dì）適應鑄件生產的需要。該類覆膜砂主要適用於（yú）鑄鐵件中，中小鑄鋼（gāng）、合金鑄鋼件的生產。目前該類覆膜砂（shā）有三個係列：GD-1高強度（dù）低發氣覆膜砂；GD-2高強度低膨脹低發氣覆（fù）膜砂；GD-3高強度低膨脹低發氣（qì）抗氧化覆膜。
（3）耐高溫(類)覆膜砂(ND型（xíng）) 特點：耐高溫（wēn）、高強度、低膨脹、低發氣、慢發氣、易潰散、抗氧化 簡介:耐高溫覆（fù）膜砂是通過特殊工藝配方技術生（shēng）產出的具有優異高（gāo）溫性能(高溫下強（qiáng）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。該類覆膜（mó）砂特別適用於複雜薄（báo）壁精密的鑄鐵件（jiàn）(如汽車發動機缸（gāng）體、缸蓋（gài）等)以及高（gāo）要求的鑄鋼件（jiàn）(如集裝箱角（jiǎo）和火車刹車緩；中（zhōng）器殼件等)的生產，可有效消除粘砂（shā）、變形、熱裂和氣孔等鑄造（zào）缺陷（xiàn）。目前該覆膜砂有四個係列：VND-1耐高溫覆膜砂（shā）. ND-2耐高（gāo）溫（wēn）低膨脹低發氣（qì）覆膜砂 ND-3耐高溫低膨脹低發氣抗（kàng）氧化覆膜砂 ND-4耐高溫高強底低膨脹低發氣覆膜
（4）易潰散類覆（fù）膜砂　具有較好的強度，同（tóng）時具有優異的低溫潰散性能（néng），適用於生（shēng）產有色金屬（shǔ）鑄件。
（5）其它特殊要（yào）求覆膜砂　為適應（yīng）不同產品的（de）需要，開發出了係列特種（zhǒng）覆膜砂如：離心鑄造用（yòng）覆膜砂、激（jī）冷覆膜砂、濕態覆膜砂、防粘砂、防脈紋、防橘皮覆膜砂等。　同時2004年推出的（de）快速固（gù）化覆膜砂在具有各項性能（néng）的基礎上可以將固化速度提高30-70%，有（yǒu）效提高生產效率，並節約能源。

三、覆膜砂製芯主要工藝（yì）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、流動性好的覆膜砂可選（xuǎn）用較低的射砂壓力，細薄砂芯選擇較低的加熱溫度，加熱溫度低時可適當延長固化時間等。覆膜砂所使（shǐ）用（yòng）的樹脂（zhī）是酚醛類樹（shù）脂。製芯工藝（yì）的優點：具有適宜的強（qiáng）度（dù）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；潰散性好（hǎo），鑄件容易清理。
1、鑄型（模具）溫度：鑄型溫度（dù）是影響殼層厚度及強度（dù）的（de）主要因素之一,一（yī）般控製在220～260℃,並根據下列原則選定:
（1）保證覆膜砂上的樹脂軟（ruǎn）化及固化（huà）所需的足夠熱量；
（2）保證形成（chéng）需要的殼厚且殼（ké）型（芯）表麵（miàn）不焦化；
（3）盡量縮短結殼及硬化時間，以提高生產（chǎn）率。
2、射（shè）砂壓力及（jí）時間：射砂時間一（yī）般控製在3～10s，時間（jiān）過短則砂型（芯）不能成（chéng）型（xíng）。射砂壓力一般為0.6MPa左右；壓力過低（dī）時，易造成射不足或疏（shū）鬆現象（xiàng）。3、硬化（huà）時間：硬化時間的長短主要取（qǔ）決於砂型（芯）的厚度與鑄型的溫度，一般在60～120s左右。時間過短，殼層未完全（quán）固化則（zé）強度低；時（shí）間過長，砂型（芯）表麵層易燒焦影響鑄件質量。覆膜砂造（zào）型（芯）工藝參數實例：序號 圖號（hào） 殼厚（㎜） 重量（㎏） 鑄型溫度（℃） 射砂時間（s） 硬化時間（s） 1 （導向套）DN80-05 8～10 2.5～2.6 220～240 2～3 60～80 2 （閥（fá）體）DN05-01 10～12 3.75～3.8 240～260 3～5 80～100

四（sì）、射芯機的工作原理：
射砂時壓縮空氣迅速進（jìn）入射砂筒內,穿過砂層空隙推動砂粒,形成砂（shā）氣（qì）流,使芯（xīn）砂以較高的速度射入芯盒,在充填芯盒的同時獲得緊（jǐn）實。
五（wǔ）、覆膜砂應用中存在的問題及解決對策製芯的（de）方法種類很多，總的可（kě）以劃分為熱固性方法和冷（lěng）固性方法兩大類，覆膜砂（shā）製芯屬於熱固性方法類。任何一種製芯方法都有其自身的優點和缺點，這主要取決於產（chǎn）品的（de）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（jué）定采用何種製芯方法。對鑄件內腔表麵質量要求高，尺寸精度要求高、形狀複雜的砂芯采用覆膜砂製芯（xīn）是非常有效的。例如：轎車發動機氣缸蓋的（de）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（xīn），液壓閥的流道（dào）砂芯，汽車渦輪增壓器氣道砂芯等等。
１ 覆膜砂的強度（dù）和發氣量（liàng）的確定方（fāng）法在原砂（shā）質（zhì）量和樹（shù）脂質量一定的（de）前（qián）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（liàng）。酚醛樹脂加入量多，則強度就提高，但發氣量也增加，潰散（sàn）性就降低。因此在生產應用中一定要控製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。這個平衡點（diǎn）就是保證砂芯的表麵質量及在澆注時不產生（shēng）變形、不產生（shēng）斷芯前提下（xià）的強度。這樣才能保（bǎo）證鑄件的表麵質（zhì）量和尺寸精度，又可以減少發氣量，減少鑄造件氣孔缺陷，提高砂芯的出砂性能。對砂（shā）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10ｍｍ～15ｍｍ厚的海綿，這樣（yàng）可以減少砂芯的（de）損耗率。
２ 覆膜砂砂芯的存放期：任何砂芯都會吸濕，特（tè）別（bié）是（shì）南方地區空氣相對濕度大，必須對砂芯（xīn）存放期在工藝文件上（shàng）加以規定，利用精益生產先（xiān）進（jìn）先（xiān）出的生產方式減少砂芯的（de）存放量和存放周期。各企業應結（jié）合自己的（de）廠房條件和當地的（de）氣候條件來確（què）定砂芯的存放（fàng）周期。
３ 控製好覆膜砂的供貨（huò）質量：覆膜砂進廠時（shí）必須附（fù）有供應商的質量保證資料，並（bìng）且企業根據（jù）抽樣標準進行檢查，檢查合格後（hòu）方可入庫。企業（yè）取樣檢測不合格時由質保和技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（gé）的覆膜（mó）砂在製（zhì）芯時發現砂芯斷裂變形（xíng） 製芯時砂芯的斷裂變形通常會認為（wéi）覆膜（mó）砂強（qiáng）度低造成的。實際上砂芯斷裂和變形會涉及到許多生產（chǎn）過程。出現不（bú）正（zhèng）常情況，必須要查到（dào）真正的原（yuán）因才能徹底解決。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。工藝上所規定的工藝參數都需要有一個範圍，這個範圍需（xū）靠（kào）操作人員的技能（néng）來進行調整（zhěng）。在模具溫度上限時留（liú）模時間可（kě）以取下限，模具溫度在下限（xiàn）時留模時間取（qǔ）上（shàng）限。對操作人員需（xū）要不斷地培訓提高操作技（jì）能。
２）製芯時在模具上會粘有酚醛樹脂和砂（shā）粒，必須進行及時清理並（bìng）噴上脫模劑（jì），否則會越積越多開模時會把砂芯（xīn）拉斷或變形。
３）熱芯盒模具靜模上的彈簧頂杆，由於長期（qī）在高溫（wēn）狀態下工作會（huì）產生彈性失（shī）效而（ér）造成砂芯斷裂或變形。必須及時更換（huàn）彈簧。
４）動模和靜模（mó）不平行或不在同一（yī）中心線上，合模時在油（yóu）缸或氣缸的壓力作用下，定位銷前端有一段（duàn）斜（xié）度，模具還是（shì）會合緊，但（dàn）在開模時動模和靜模（mó）仍會恢複到原始狀態使砂芯斷裂或變形。在這種情況下射砂時會跑砂（shā），砂芯的尺寸會變大。解（jiě）決對策是（shì）及時調整模（mó）具的平行度和（hé）同軸度。
５）在殼芯機上生產空心砂芯時，從砂芯中倒出尚未（wèi）硬化的覆膜砂需要重（chóng）新使用時，必須進行過（guò）篩（shāi）並未用過的覆膜砂按３：７比例（lì）混合後使用，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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