覆膜砂铸造材料工艺

覆膜砂铸造材料﹠工艺皆见来龙去脉

我国于20世纪50年代开始研究应用覆膜砂及壳（芯）工艺，直至80年代中期以前只有少数几家工厂采用自制的覆膜砂用于壳芯生产。自此以后，覆膜砂开始作为商品推向市场。随着原材料、制造设备和制造工艺的不断改进，覆膜砂品质不断得到提高，生产成本下降，90年代以来，覆膜砂的应用得到了更迅速的发展，产品种类不断增多，并已形成系列化。目前，我国铸造用覆膜砂年产量已达50万吨以上，共有专业生产厂家近百家。随着我国汽车工业的快速发展和机械产品外贸出口需要，以及铸件国际市场的开发，对铸件品质的要求越来越高，覆膜砂的应用将会在短期内得到迅速增长。

一、覆膜砂原材料的选用

覆膜砂一般由骨料、粘结剂、固化剂、润滑剂和特殊添加剂组成。

1.骨料

骨料是构成覆膜砂的主体。对骨料的要求是：耐火度高、挥发物少、颗粒较圆整并自身强度高等。一般选用天然擦洗硅砂，这主要是由于其储量丰富，价格便宜，能满足铸造要求。只有特殊要求的铸钢件或铸铁件才采用锆砂或铬铁矿砂。对硅砂的一般要求是：

（1）SO2含量高。铸铁及有色铸造用砂要求SO2>90%，铸钢件要求>97%；

（2）含泥量≤0.2%；

（3）粒度分布宜采用3～5筛分散度；

（4）AFS细度：应根据铸件表面粗糙度要求来选定不同的细度，一般为AFS50～65；

（5）粒形：尽可能选用圆整性好的硅砂，角形因素应<1.3；

（6）pH值<7;

（7）硅砂需用水擦洗过，如有特殊要求，可将硅砂酸洗或进行高温活性处理（900℃焙烧）

2 . 粘结剂

目前普遍采用酚醛类树脂作为粘结剂。酚醛类树脂有固体和液体、热固性和热塑性之分。目前制作覆膜砂通常采用热塑性固态酚醛树脂。对其性能要求是：（1）聚合速度（热板法）：25～27s ；

（2）软化点（环球法）：90～105℃；

（3）流动性（斜板法）：60～110mm ；

（4）游离酚含量（溴化法）：≤4%。

粘结剂的性能对覆膜砂的品质有很大的影响，人们一直在致力于研究如何提高酚醛树脂的性能，以及寻找酚醛树脂的替代品。国外已开发出不同性能的专用树脂，如高强度低发气树脂、易溃散树脂，也有采用改性聚酯树脂的报道，但未得到全面推广，至今普遍采用的仍是改性酚醛树脂。国内近年来在覆膜砂专用酚醛树脂的研究开发方面发展较快，已开发出不同的改性酚醛树脂供生产使用。

3. 固化剂、润滑剂、添加剂

固化剂通常采用乌洛托品即六亚甲基四胺，分子式为（CH2）6N4，要求为工业一级品。润滑剂一般采用硬脂酸钙。其作用是防止覆膜砂结块，增加流动性，使型、芯表面致密及改善砂型（芯）的脱模性。添加剂的主要作用是改善覆膜砂的性能。目前采用的添加剂主要有：耐高温添加剂（如含碳材料或其他惰性材料）、易贵散添加剂（如二氧化锰、重铬酸钾、高锰酸钾、已内酰胺等）、增强增韧添加剂（如超短玻璃纤维材料、有机硅烷KH-550等）以及防粘砂添加剂和抗老化添加剂等等。

二、覆膜砂的分类

随着覆膜砂应用范围的不断扩展，不同铸造工艺、不同材质要求以及不同结构的铸件对覆膜砂提出了不同的性能要求。自20世纪90年代以来，国内开发了不同性能的覆膜砂，按其性能特点来划分，可将国内市场上的覆膜砂分为干态和湿态两大类。其中干态类包括：普通类、耐高温类、高强度低发气类、易溃散类、离心铸造类等。湿态覆膜砂包括机械类和手工类两种。各类覆膜砂的主要成分、特点及适用范围如下：

1. 普通覆膜砂

其组成通常由石英砂热塑性酚醛树脂、乌洛托品和硬脂酸钙构成，不加有关添加剂。其树脂加入量通常在一定强度要求下相对较高，不具备耐高温、低膨胀、低发气等特性，适用于一些要求不高、结构较简单的铸铁件生产。

2. 高强度低发气覆膜砂

是在普通覆膜砂的基础上，通过加入有关特性的“添加剂”和采用新的配制工艺，使树脂用量大幅下降，发气量显著降低，并能延缓发气速度。该覆膜砂具有高强度、低膨胀、低发气、慢发气等特点，特别适用于铸铁件、中小铸钢件中要求发气量低的砂芯，如阀体砂芯等。

3. 耐高温覆膜砂

该砂一般是指覆膜砂的热强度大、耐热时间长、高温变形小，而不是指其耐火度很高。它是通过特殊的工艺配方技术（一般都是在硅砂覆膜时加入一定量的惰性材料如铣砂、高铬矿砂、含碳材料或其他惰性材料等），生产出具有优异高温性能和综合铸造性能的新型覆膜砂。具有耐高温、高强度、低膨胀、低发气、慢发气等特点。特别适用于复杂薄壁精密的铸铁件（如汽车发动机缸体、缸盖等）以及高要求的铸钢件（如集装箱角和火车刹车缓冲器壳体等）的生产，可有效消

除粘砂、变形、热裂和气孔等铸造缺陷。

4. 易溃散覆膜砂

它是针对有色金属（特别是铝合金）铸件不易清砂而研制的一种覆膜砂。该砂在具有较好的强度的同时具有优异的低温溃散性。用它生产有色金属（铝合金、铜合金等）铸件，不需要将铸件重新加热来清砂，只需将浇注后的铸件冷却24小时后，即可振动落砂。

5. 离心铸造覆膜砂

该覆膜砂适用于离心铸造工艺，可用它替代涂料生产离心铸管等。根据铸管材质与直径大小及技术要求不同，可加工成不同性能的离心铸造覆膜砂。与其他各类覆膜砂的不同之处，是该覆膜砂的密度较大一些，发气量较低且发气速度慢。

6. 湿态机械类覆膜砂

它是一种在室温下呈湿态的覆膜砂。在室温下长期存放不会自然固化（可存放1年以上），根据不同铸件的技术要求可使用湿态高强度低发气等各种不同特性的覆膜砂，该覆膜砂可完全替代热芯盒砂（射芯机射头不用改装来生产各种材质和各种类型的铸件）。

7. 湿态手工类覆膜砂

该覆膜砂湿压强度可在0.1～0.3MPa内任意调整。存放期超过3 个月，适用于手工造型或制芯（类似于桐油砂和合脂砂），在室温下脱模后，将型（芯）放入烘箱或烘炉内加热，加热温度250～350℃，加热时间3～10min，固化后的型（芯）具有强度高、发气量低、蠕变形量小、不吸潮等特点。该覆膜砂适于单件、小批量及精度要求较高铸件的生产，特别适于乡镇企业采用。值得注意的是，在型（芯）加热固化时，必须等待炉温达到所需的温度时才能放入加热，切忌随炉升温加热。