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    覆膜砂鑄造涂料缺陷防治與工藝匯編

    一、因覆膜砂鑄造涂料而產生的缺陷防治方法

    傳統的鑄造涂料只是在鑄件和鑄型中間起到阻擋隔離作用,達到防粘砂目的,但普通鑄造涂料高溫下由于附著力差、強度低、耐火差、發氣量大,容易造成鑄件產生粘砂、砂眼、氣孔、碳渣等缺陷。鑄件粘砂是因為涂料沒有有效起到阻擋隔離作用,或涂料與高溫金屬液體發生化學反映。

    1.涂料附著力差:填砂震動時造成涂料剝落,引起鑄件粘砂。
    2.涂料膨脹系數大:與高溫金屬液體接觸時涂料受熱體積膨脹脫離鑄型導致鑄件粘砂。
    3.高溫液體金屬被氧化與涂料和鑄型發生化學反應生成金屬氧化物,對涂料和型砂都有極強的粘結性,能夠將型砂牢固粘附在鑄件表面上形成一系列的低熔點化合物(在鑄件厚壁及轉角處等,低熔點物更多,粘砂層更后),造成鑄件粘砂,有時雖未產生粘砂,但在鑄件表面粘附上一層難以清除的涂料,及產生粘灰。
    鑄件砂眼:
    1.鑄型內有掉入的砂子。
    2,涂料強度低,耐火差,經不住高溫金屬液體的沖刷,型砂被卷入鑄件。鑄件氣孔產生的原因很多,最常見的就是因為鑄型中存在較多發氣量大的物質,發氣速度快,涂料或被砂透氣性差,氣體未及時排除所致。研制的新型鑄造涂料是在傳統鑄造涂料基礎上加以改進,調整,高溫下不開裂,不脫落,強度高,并且能有效防止高溫液體金屬氧化,與鑄型和高溫液體金屬接觸過程中不起化學反應。同時能預防氮、硫、碳等氣體的產生。從而徹底解決:鑄件粘砂,鑄件砂眼,鑄件粗糙,鑄件氣孔,鑄件夾渣,球磨鐵變異,鑄鋼滲硫裂紋,增碳缺陷等。
        殼型鑄造方法生產的鑄件尺寸精度高,表面粗糙度低,可節省大量的金屬切削消耗和機加工工時,并且由于型砂用量和造型方法的改變,為鑄造生產的機械化和自動化創造了條件,因而特別適用于生產批量較大、精度要求較高的鑄件。
        用熱芯盒覆膜砂工藝做殼形鑄造不銹鋼鑄件跟鑄鐵的工藝區別在于覆膜砂工藝做殼形鑄造不銹鋼鑄件跟鑄鐵的工藝區別是原砂SiO2含量不同,鑄鐵為SiO2含量90%,鑄鋼為大于95%。殼形鑄造鑄件精度低于臘模精鑄。

    二、覆膜砂鑄造工藝匯總

    覆膜砂鑄造在鑄造領域已有相當長的歷史,鑄件的產量也相當大;但采用覆膜砂鑄造生產精密鑄鋼件時面臨很多難題:粘砂(結疤)、冷隔、氣孔。如何解決這些問題有待于我們去進一步探討。

     一、對覆膜砂的認識與了解(覆膜砂屬于有機粘結劑型、芯砂)

    (1)覆膜砂的特點:具有適宜的強度性能;流動性好,制出的砂型、砂芯輪廓清晰,組織致密,能夠制造出復雜的砂芯;砂型(芯)表面質量好,表面粗糙度可達Ra=6.3~12.5μm,尺寸精度可達CT7~CT9級;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,還可以用于鑄鋼件的生產。

    二、覆膜砂的制備

     1.覆膜砂組成

     一般由耐火材料、粘結劑、固化劑、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。對耐火材料的要求是:耐火度高、揮發物少、顆粒較圓整、堅實等。一般選用天然擦洗硅砂。對硅砂的要求是: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)--水洗砂含泥量規定小于;粒度①分布在相鄰3~5個篩號上;粒形圓整,角形因素應不大于1.3;酸耗值不小于5ml。

     (2)粘結劑普遍采用酚醛樹脂。

     (3)固化劑通常采用烏洛托品;潤滑劑一般采用硬脂酸鈣,其作用是防止覆膜砂結塊,增加流動性。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2)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。1:2)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。目前國內覆膜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,電腦控制的全自動生產線也已經有將近50條,有效提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,其加料時間控制精確到0.1秒,加熱溫度控制精確到1/10℃,并且可以通過視頻時時觀察混砂狀態,生產效率達到6噸/小時。

     3.覆膜砂的主要產品類型 

     (1)  普通類覆膜砂  

     普通覆膜砂即傳統覆膜砂,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成,不加有關添加劑,其樹脂加入量通常在一定強度要求下相對較高,不具備耐高溫,低膨脹、低發氣等特性,適用于要求不高的鑄件生產。

     (2)  高強度低發氣類覆膜砂   

     特點:高強度、低膨脹、低發氣、慢發氣、抗氧化  簡介:高強度低發氣覆膜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”和采用新的配制工藝,使樹脂用量大幅度下降,其強度比普通覆膜砂高30%以上,發氣量顯著降低,并能延緩發氣速度,能更好地適應鑄件生產的需要。該類覆膜砂主要適用于鑄鐵件中,中小鑄鋼、合金鑄鋼件的生產。目前該類覆膜砂有三個系列: GD-1高強度低發氣覆膜砂;GD-2高強度低膨脹低發氣覆膜砂;GD-3高強度低膨脹低發氣抗氧化覆膜。

     (3)  耐高溫(類)覆膜砂(ND型)  

     特點:耐高溫、高強度、低膨脹、低發氣、慢發氣、易潰散、抗氧化 簡介:耐高溫覆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)和綜合鑄造性能的新型覆膜砂。該類覆膜砂特別適用于復雜薄壁精密的鑄鐵件(如汽車發動機缸體、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,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系列:VND-1耐高溫覆膜砂. ND-2耐高溫低膨脹低發氣覆膜砂 ND-3耐高溫低膨脹低發氣抗氧化覆膜砂 ND-4耐高溫高強底低膨脹低發氣覆膜

    (4)  易潰散類覆膜砂 

     具有較好的強度,同時具有優異的低溫潰散性能,適用于生產有色金屬鑄件。

     (5)  其它特殊要求覆膜砂 

     為適應不同產品的需要,開發出了系列特種覆膜砂如:離心鑄造用覆膜砂、激冷覆膜砂、濕態覆膜砂、防粘砂、防脈紋、防橘皮覆膜砂等!

     三、覆膜砂制芯主要工藝過程

    加熱溫度200-300℃、固化時間30-150s、射砂壓力0.15-0.60MPa。形狀簡單的砂芯、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,加熱溫度低時可適當延長固化時間等。覆膜砂所使用的樹脂是酚醛類樹脂。制芯工藝的優點:具有適宜的強度性能;流動性好;砂芯表面質量好(Ra=6.3-12.5μm);砂芯抗吸濕性強;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度的主要因素之一,一般控制在220~260℃,并根據下列原則選定:

    (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)盡量縮短結殼及硬化時間,以提高生產率。

     2、射砂壓力及時間

    射砂時間一般控制在3~10s,時間過短則砂型(芯)不能成型。射砂壓力一般為0.6MPa左右;壓力過低時,易造成射不足或疏松現象。3、硬化時間:硬化時間的長短主要取決于砂型(芯)的厚度與鑄型的溫度,一般在60~120s左右。時間過短,殼層未完全固化則強度低;時間過長,砂型(芯)表面層易燒焦影響鑄件質量。覆膜砂造型(芯)工藝參數實例:序號圖號 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 2.5~2.6220~240 2~3 60~80 2 (閥體)DN05-01 10~123.75~3.8 240~260 3~5 80~100

    四、覆膜砂應用中存在的問題及解決對策

    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點和缺點,這主要取決于產品的質量要求、復雜程度、生產批量、生產成本、產品價格等綜合因素來決定采用何種制芯方法。對鑄件內腔表面質量要求高,尺寸精度要求高、形狀復雜的砂芯采用覆膜砂制芯是非常有效的。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,液壓閥的流道砂芯,汽車渦輪增壓器氣道砂芯等等。但是在覆膜砂使用中還常遇到一些問題,這里僅就工作中的體會略談一二。

    1、覆膜砂的強度和發氣量的確定方法

    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于酚醛樹脂的加入量。酚醛樹脂加入量多,則強度就提高,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制覆膜砂的強度來減少發氣量,提高潰散性,在強度標準的制訂時定要找到一個平衡點。這個平衡點就是保證砂芯的表面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面質量和尺寸精度,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。對砂芯存放,搬運過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

    任何砂芯都會吸濕,特別是南方地區空氣相對濕度大,必須對砂芯存放期在工藝文件上加以規定,利用精益生產先進先出的生產方式減少砂芯的存放量和存放周期。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周期。

    3、控制好覆膜砂的供貨質量

    覆膜砂進廠時必須附有供應商的質量保證資料,并且企業根據抽樣標準進行檢查,檢查合格后方可入庫。企業取樣檢測不合格時由質保和技術部門做出處理結果,是讓步接受或向供應商退貨。

    4、合格的覆膜砂在制芯時發現砂芯斷裂變形

    制芯時砂芯的斷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多生產過程。出現不正常情況,必須要查到真正的原因才能徹底解決。具體原因如下:

    (1)制芯時模具的溫度和留模時間,關系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范圍,這個范圍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以取下限,模具溫度在下限時留模時間取上限。對操作人員需要不斷地培訓提高操作技能。

    (2)制芯時在模具上會粘有酚醛樹脂和砂粒,必須進行及時清理并噴上脫模劑,否則會越積越多開模時會把砂芯拉斷或變形。

    (3)熱芯盒模具靜模上的彈簧頂桿,由于長期在高溫狀態下工作會產生彈性失效而造成砂芯斷裂或變形。必須及時更換彈簧。

    (4)動模和靜模不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下,定位銷前端有一段斜度,模具還是會合緊,但在開模時動模和靜模仍會恢復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,砂芯的尺寸會變大。解決對策是及時調整模具的平行度和同軸度。

    (5)在殼芯機上生產空心砂芯時,從砂芯中倒出尚未硬化的覆膜砂需要重新使用時,必須進行過篩并未用過的覆膜砂按3:7比例混合后使用,這樣才能保證殼芯砂芯的表面質量和砂芯強度。


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