热芯盒覆膜砂制芯技改过程综述

热芯盒覆膜砂制芯技改过程
1. 1.前言
缸盖砂芯形状复杂，薄厚不一，在生产中还要承受高温铁水冲击，为保证缸盖铸件质量，对缸盖砂芯外观质量、强度、发气量等均有严格要求，因此生产中缸盖制芯采用热芯盒覆膜砂制芯。

采用热芯盒覆膜砂制芯具有生产率高；砂芯强度高表面质量好；砂芯不易吸潮，长时间放置砂芯强度不易下降等优点。

但在实际生产中，仍然存在许多问题需要我们注意。

2.覆膜砂对制芯的影响
2.1覆膜砂基本原理
覆膜砂是树脂覆膜砂的简称，它是指在造型、制芯前砂粒表面上已覆有一层固态树脂膜的型砂、芯砂。

基本工作原理为用热塑性酚醛树脂加潜伏性固化剂（如乌洛托品）与润滑剂（如硬脂酸钙）通过一定的覆膜工艺配制成覆膜砂，覆膜砂受热时包覆在砂粒表面的树脂熔融，在乌洛托品分解出的亚甲基的作用下，熔融的树脂由线性结构迅速转变成不熔的体型结构，从而使覆膜砂固化成型对覆膜砂的总体要求为：粒度要适中、流动性要好、熔点要适当高点、固化时间在保证制壳质量的前提下尽量短、起模强度好，高温性能好、高温膨胀性能低、发气量小和溃散性能好。

2.2.覆膜砂性能对砂芯的影响
对于我车间生产的缸盖铸件来说，由于缸盖内腔壁薄（内腔壁厚仅5mm），又形状复杂，因此缸盖砂芯全部采用热芯盒覆膜砂制芯。

其中水夹层芯、喷油嘴芯和挺杆芯形状比较复杂且薄弱，而且完全处于内腔被高温铁水所包围，所以砂芯应采用耐高温覆膜砂制芯；进排气道芯和大皮芯本身比较厚实且并不处于铸件内腔，采用普通覆膜砂即可。

2.2.1覆膜砂性能对水夹层芯的影响
缸盖水腔是由水夹层芯形成，芯砂经履带抛丸后通过铸件工艺孔排出。

水夹层芯壁厚薄且不均匀（最薄处只有2mm），采用耐高温覆膜砂一是保证砂芯强度抵抗铁水的冲击，二是防止芯砂在高温铁水中产生脉纹、烧结。

但耐高温覆膜砂也存在缺点，由于其抗拉强度较高，一旦抗拉强度超过4.5MPa，通常溃散性较差，造成铸件内腔芯砂不易排出，因此选用耐高温覆膜砂时应慎重。

图示一为水夹层芯，图示标记处厚度仅有2mm
2.2.2覆膜砂性能对进排气道芯的影响
进排气道砂芯由于在缸盖中所处的位置，不存在排不出芯砂的问题；砂芯本身比较厚实，壁厚为30-50mm，重量又大，使用普通覆膜砂完全可以达到这两种砂芯的工艺要求，因此从砂芯的结构特点、工艺要求及经济方面考虑采用普通覆膜砂即可。

在进排气道实际操作过程中也有一些问题需注意。

我车间使用卡斯汀12公斤热芯盒制芯机制芯，这两种芯子的固化时间为25-35s，由于覆膜砂批次、品质不完全相同，在同样的固化时间内，有的砂芯固化层厚度达不到要求，顶芯杆顶出砂芯时便会将砂芯破坏。

这是由于覆膜砂固化速度不同，固化速度快，制芯时间就短；反之，固化速度慢，则制芯时间就长，而且还要相应的对制芯机的固化温度进行调整，降低固化温度。

图示二标记处为砂芯固化强度不足，顶芯杆将砂芯顶伤图示三为正常砂芯
1. 3.热芯盒工艺工装对砂芯的影响
四缸连体缸盖水夹层芯热芯盒采用水平分型时，由于水平分型砂芯表面积大，必须有较多的射砂嘴才能将芯盒内腔射满，这样就会有比较多的射嘴棒被浪费掉了；现在改为垂直分型，射砂嘴减少，被浪费的射嘴棒就减少了，从而减少了覆膜砂的浪费。

图示四垂直分型射嘴为10个图示五水平分型射嘴为33个
四缸连体缸盖和六缸连体缸盖的水夹层芯在我车间同一台热芯盒制芯机上生产，使用同样的耐高温覆膜砂，可是砂芯的质量确完全不同。

四缸连体缸盖水夹层射砂饱满，表面坚固，无缺陷；六缸连体缸盖水夹层芯在图示位置却存在起皮现象，即此部位稍微施加外力便会塌陷。

经跟踪观察及相互对比发现，六缸连体缸盖水夹层芯射砂嘴数量多，尺寸大，超出正常范围，射砂时带入大量的空气最终集中在此部位无法及时排出，导致这一现象。

现将射砂嘴尺寸减小，便可解决这一问题。

图示六标记位置为砂芯起皮位置
4.结论
4.1覆膜砂性能不仅仅局限于强度、粒度、发气量这些特性，一些微性能同样对砂芯质量
有重大的影响，包括本文没有提到的覆膜砂发气速率对铸件气孔缺陷的影响等等。

4.2工艺工装的设计总会受生产条件、设备等一些因素的影响，要在生产中发现问题，解
决问题；不断完善，不断提高。

5.结束语
无论多成熟的生产工艺，在生产中总会因设备、操作者、环境、原材料等原因出现新的问题，面对这些问题，要善于发现，善于总结，用数据说话，找出问题根源，让工艺为生产服务，使我们的生产更加顺畅。

覆膜砂铸造工艺过程要点
覆膜砂铸造在铸造领域已有相当长的历史，铸件的产量也相当大；但采用覆膜砂铸造生产精密铸钢件时面临很多难题：粘砂（结疤）、冷隔、气孔。

如何解决这些问题有待于我们去进一步探讨。

一、对覆膜砂的认识与了解（覆膜砂属于有机粘结剂型、芯砂）
（1）覆膜砂的特点：具有适宜的强度性能；流动性好，制出的砂型、砂芯轮廓清晰，组织致密，能够制造出复杂的砂芯；砂型（芯）表面质量好，表面粗糙度可达Ra=6.3～12.5μm，尺寸精度可达CT7～CT9级；溃散性好，铸件容易清理。

（2）适用范围：覆膜砂既可制作铸型又可制作砂芯，覆膜砂的型或芯既可互相配合使用又可与其它砂型（芯）配合使用；不仅可以用于金属型重力铸造或低压铸造，也可以用于铁型覆砂铸造，还可以用于热法离心铸造；不仅可以用于铸铁、非铁合金铸件的生产，还可以用于铸钢件的生产。

二、覆膜砂的制备
1．覆膜砂组成
一般由耐火材料、粘结剂、固化剂、润滑剂及特殊添加剂组成。

（1）耐火材料是构成覆膜砂的主体。

对耐火材料的要求是：耐火度高、挥发物少、颗粒较圆整、坚实等。

一般选用天然擦洗硅砂。

对硅砂的要求是：SiO2含量高（铸铁及非铁合金铸件要求大于90%，铸钢件要求大于97%）；含泥量不大于0.3%（为擦洗砂）--[水洗砂含泥量规定小于；粒度①分布在相邻3～5个筛号上；粒形圆整，角形因素应不大于1.3；酸耗值不小于5ml。

（2）粘结剂普遍采用酚醛树脂。

（3）固化剂通常采用乌洛托品；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。

添加剂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（质量分数，%）说明：原砂100 擦洗砂，酚醛树脂1.0～3.0 占原砂重，乌洛托品（水溶液2）10～15 占树脂重，硬脂酸钙5～7 占树脂重，添加剂0.1～0.5 占原砂重。

1：2）10～15 占树脂重，硬脂酸钙5～7 占树脂重，添加剂0.1～0.5 占原砂重。

２．覆膜砂的生产工艺
覆膜砂的制备工艺主要有冷法覆膜、温法覆膜、热法覆膜三种，目前覆膜砂的生产几乎都是采用热覆膜法。

热法覆膜工艺是先将原砂加热到一定温度，然后分别与树脂、乌洛托品水溶液和硬脂酸钙混合搅拌，经冷却破碎和筛分而成。

由于配方的差异，混制工艺有所不同。

目前国内覆膜砂生产线的种类很多，手工加料的半自动生产线约有2000~2300条，电脑控制的全自动生产线也已经有将近50条，有效提高了生产效率和产品稳定性。

例如xx铸造有限公司的自动化可视生产线，其加料时间控制精确到0.1秒，加热温度控制精确到1/10℃，并且可以通过视频时时观察混砂状态，生产效率达到6吨/小时。

３．覆膜砂的主要产品类型
（1）普通类覆膜砂
普通覆膜砂即传统覆膜砂，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，适用于要求不高的铸件生产。

（2）高强度低发气类覆膜砂
特点：高强度、低膨胀、低发气、慢发气、抗氧化简介:高强度低发气覆膜砂是普通覆膜砂的更新换代产品，通过加入有关特性的“添加剂”和采用新的配制工艺，使树脂用量大幅度下降，其强度比普通覆膜砂高30%以上，发气量显著降低，并能延缓发气速度，能更好地适应铸件生产的需要。

该类覆膜砂主要适用于铸铁件中，中小铸钢、合金铸钢件的生产。

目前该类覆膜砂有三个系列：GD-1高强度低发气覆膜砂；GD-2高强度低膨胀低发气覆膜砂；GD-3高强度低膨胀低发气抗氧化覆膜。

（3）耐高温(类)覆膜砂(ND型)
特点：耐高温、高强度、低膨胀、低发气、慢发气、易溃散、抗氧化简介:耐高温覆膜砂是通过特殊工艺配方技术生产出的具有优异高温性能(高温下强度高、耐热时间长、热膨胀量小、发气量低)和综合铸造性能的新型覆膜砂。

该类覆膜砂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；中器壳件等)的生产，可有效消除粘砂、变形、热裂和气孔等铸造缺陷。

目前该覆膜砂有四个系列：VND-1耐高温覆膜砂. ND-2耐高温低膨胀低发气覆膜砂ND-3耐高温低膨胀低发气抗氧化覆膜砂ND-4耐高温高强底低膨胀低发气覆膜
（4）易溃散类覆膜砂
具有较好的强度，同时具有优异的低温溃散性能，适用于生产有色金属铸件。

（5）其它特殊要求覆膜砂
为适应不同产品的需要，开发出了系列特种覆膜砂如：离心铸造用覆膜砂、激冷覆膜砂、湿态覆膜砂、防粘砂、防脉纹、防橘皮覆膜砂等。

三、覆膜砂制芯主要工艺过程
加热温度200-300℃、固化时间30-150s、射砂压力0.15-0.60MPa。

形状简单的砂芯、流动性好的覆膜砂可选用较低的射砂压力，细薄砂芯选择较低的加热温度，加热温度低时可适当延长固化时间等。

覆膜砂所使用的树脂是酚醛类树脂。

制芯工艺的优点：具有适宜的强度性能；流动性好；砂芯表面质量好（Ra=6.3-12.5μm）；砂芯抗吸湿性强；溃散性好，铸件容易清理。

1、铸型（模具）温度
铸型温度是影响壳层厚度及强度的主要因素之一,一般控制在220～260℃,并根据下列原则选定: （1）保证覆膜砂上的树脂软化及固化所需的足够热量；
（2）保证形成需要的壳厚且壳型（芯）表面不焦化；
（3）尽量缩短结壳及硬化时间，以提高生产率。

2、射砂压力及时间
射砂时间一般控制在3～10s，时间过短则砂型（芯）不能成型。

射砂压力一般为0.6MPa 左右；压力过低时，易造成射不足或疏松现象。

3、硬化时间：硬化时间的长短主要取决于砂型（芯）的厚度与铸型的温度，一般在60～120s左右。

时间过短，壳层未完全固化则强度低；时间过长，砂型（芯）表面层易烧焦影响铸件质量。

覆膜砂造型（芯）工艺参数实例：序号图号壳
厚（㎜）重量（㎏）铸型温度（℃）射砂时间（s）硬化时间（s）1 （导向套）DN80-05 8～10 2.5～2.6220～240 2～3 60～80 2 （阀体）DN05-01 10～123.75～3.8 240～260 3～5 80～100
四、覆膜砂应用中存在的问题及解决对策
制芯的方法种类很多，总的可以划分为热固性方法和冷固性方法两大类，覆膜砂制芯属于热固性方法类。

任何一种制芯方法都有其自身的优点和缺点，这主要取决于产品的质量要求、复杂程度、生产批量、生产成本、产品价格等综合因素来决定采用何种制芯方法。

对铸件内腔表面质量要求高，尺寸精度要求高、形状复杂的砂芯采用覆膜砂制芯是非常有效的。

例如：轿车发动机气缸盖的进排气道砂芯、水道砂芯、油道砂芯，气缸体的水道砂芯、油道砂芯，进气岐管、排气岐管的壳芯砂芯，液压阀的流道砂芯，汽车涡轮增压器气道砂芯等等。

但是在覆膜砂使用中还常遇到一些问题，这里仅就工作中的体会略谈一二。

1、覆膜砂的强度和发气量的确定方法
在原砂质量和树脂质量一定的前提下，影响覆膜砂强度的关键因素主要取于酚醛树脂的加入量。

酚醛树脂加入量多，则强度就提高，但发气量也增加，溃散性就降低。

因此在生产应用中一定要控制覆膜砂的强度来减少发气量，提高溃散性，在强度标准的制订时定要找到一个平衡点。

这个平衡点就是保证砂芯的表面质量及在浇注时不产生变形、不产生断芯前提下的强度。

这样才能保证铸件的表面质量和尺寸精度，又可以减少发气量，减少铸造件气孔缺陷，提高砂芯的出砂性能。

对砂芯存放，搬运过程中可以采用工位器具、砂芯小车，并在其上面铺有10ｍｍ～15ｍｍ厚的海绵，这样可以减少砂芯的损耗率。

2、覆膜砂砂芯的存放期
任何砂芯都会吸湿，特别是南方地区空气相对湿度大，必须对砂芯存放期在工艺文件上加以规定，利用精益生产先进先出的生产方式减少砂芯的存放量和存放周期。

各企业应结合自己的厂房条件和当地的气候条件来确定砂芯的存放周期。

3、控制好覆膜砂的供货质量
覆膜砂进厂时必须附有供应商的质量保证资料，并且企业根据抽样标准进行检查，检查合格后方可入库。

企业取样检测不合格时由质保和技术部门做出处理结果，是让步接受或向供应商退货。

4、合格的覆膜砂在制芯时发现砂芯断裂变形
制芯时砂芯的断裂变形通常会认为覆膜砂强度低造成的。

实际上砂芯断裂和变形会涉及到许多生产过程。

出现不正常情况，必须要查到真正的原因才能彻底解决。

具体原因如下：（１）制芯时模具的温度和留模时间，关系到砂芯结壳硬化厚度是否满足工艺要求。

工艺上所规定的工艺参数都需要有一个范围，这个范围需靠操作人员的技能来进行调整。

在模具温度上限时留模时间可以取下限，模具温度在下限时留模时间取上限。

对操作人员需要不断地培训提高操作技能。

（２）制芯时在模具上会粘有酚醛树脂和砂粒，必须进行及时清理并喷上脱模剂，否则会越积越多开模时会把砂芯拉断或变形。

（３）热芯盒模具静模上的弹簧顶杆，由于长期在高温状态下工作会产生弹性失效而造成砂芯断裂或变形。

必须及时更换弹簧。

（４）动模和静模不平行或不在同一中心线上，合模时在油缸或气缸的压力作用下，定位销前端有一段斜度，模具还是会合紧，但在开模时动模和静模仍会恢复到原始状态使砂芯断裂或变形。

在这种情况下射砂时会跑砂，砂芯的尺寸会变大。

解决对策是及时调整模具的平行度和同轴度。

（５）在壳芯机上生产空心砂芯时，从砂芯中倒出尚未硬化的覆膜砂需要重新使用时，必须进行过筛并未用过的覆膜砂按３：７比例混合后使用，这样才能保证壳芯砂芯的表面质量和砂芯强度。