铸造中覆膜砂制芯工艺的应用

铸造中覆膜砂制芯工艺的应用

摘要：在造型、制芯前砂粒表面上已覆盖有一层固态树脂膜的型砂、芯砂称为覆膜砂，也称壳型（芯）砂。现已发展成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，受热时在乌洛托品分解作用下，熔融的树脂由线性结构迅速转变成不熔融的体型结构，从而固化成形。覆膜砂具有良好的流动性和存放性，用它制作的砂芯强度高、尺寸精度高，便于长期存放。用覆膜砂既可制作铸型，又可制作砂芯（实体芯和壳芯），覆膜砂的型或芯既可以相互配合使用，又可以与其他砂型（芯）配合使用；覆膜砂不仅可以用于砂型铸造、金属型重力铸造或低压铸造，也可以用于铁型覆砂铸造，还可用于热法离心铸造；不仅可以用于生产钢铁金属铸件，还可以用于生产非铁合金铸件。

关键词：铝合金砂型；覆膜砂；制芯

1覆膜砂制芯工艺在铝合金砂型铸造中的应用

1.1覆膜砂的混制工艺

覆膜砂的配比可根据技术水平和使用性能来调整，一般配比覆膜砂时酚醛树脂占1.0%～3.0%，乌洛托品（水溶液1∶1）占10%～15%，硬脂酸钙占5%～7%，添加剂占0.1%～0.5%。

覆膜砂的混制工艺主要有冷法覆膜、温法覆膜和热法覆膜3种，其中最常用的是热法覆膜，因为该法具有树脂用量少，生产效率高等特点。

1.1.1冷法覆膜工艺

将原砂及热固性粉状酚醛树脂加入混砂机中混拌均匀，然后加入适量的溶剂（如酒精等）继续混合，直到粉状树脂被融化黏附到砂粒表面，溶剂挥发完，出砂后经破碎、过筛即可。

1.1.2温法覆膜工艺

将热固性液态酚醛树脂与60～80 ℃的原砂混合，混制2～3 min后出砂，然后冷却、破碎、筛分即可。

1.1.3热法覆膜工艺

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。将原砂加热至140～160 ℃，加入树脂混碾45～50 s，当砂温降至105～110 ℃时，加乌洛托品混碾10 s，再加硬脂酸钙混

碾45～50 s，当砂温降至70 ℃以下时，卸砂——冷却——破碎10 s，然后进行筛分即可。

1.2覆膜砂制芯工艺

覆膜砂制芯的基本工艺要求是：加热温度200～300 ℃，固化时间30～150 s，射砂压力0.15～0.6 MPa。具体参数可根据实际生产情况来调整，原则是：形状简单的砂芯、流动性好的覆膜砂可选择较低的射砂压力，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。覆膜砂芯有实体芯和壳芯两种。

1.2.1制作实体覆膜砂芯

覆膜砂几乎可以生产所有类型，尤其是高精度铸件的实体芯，但由于其流动性好，需对芯盒的排气方式、射嘴及芯盒密封进行特殊处理。一般制作壳体砂芯时，控制单件重2.8 kg，芯盒温度280℃，固化时间300 s，射砂压力0.6 MPa。

1.2.2制作壳型覆膜砂芯

用覆膜砂制作壳芯通常采用摇摆式壳芯机，通过射砂、结壳、排出余砂、固化、起模等环节完成制芯过程。为了确保壳芯的质量，除了要保证覆膜砂的质量之外，还必须根据每个砂芯的具体情况来选择合理的制芯工艺。

（1）芯盒温度：芯盒温度是影响壳层厚度及强度的主要因素之一，一般控制在230～300 ℃。

（2）射砂压力及时间：射砂压力根据砂芯的形状及复杂程度而定，以能使芯砂紧密地充填芯盒为宜。压力过高时，易使砂芯出现缩颈和跑砂现象；压力过低时，砂芯易出现疏松现象。射砂时间过长，使已结壳的型壳滑移，造成结壳很薄；时间过短，则砂芯不能成型。

（3）结壳：结壳时间的长短取决于砂芯壳厚，在覆膜砂质量一定的前提下，壳厚越厚，强度越高。

（4）摇摆倒砂：壳芯机在结壳阶段结束后，将芯盒射砂口朝下，以45 °角的幅度左右摇摆，倒掉未结壳的余砂。

（5）硬化：为了使砂壳充分硬化，砂芯应持续在加热的芯盒中硬化，硬化时间可根据壳厚及芯盒温度而定。时间过短，壳层未完全固化则强度低；时间过长，砂芯表层易烧焦。

1.3覆膜砂芯的使用

覆膜砂芯盒采用铝合金或钢铁材料制作，其结构必须与砂型铸造用模具相结合，配套制作定位结构。

下覆膜砂芯前，先将其表面的披缝清理干净，并修补好缺陷，再将其放入烘箱，于220 ℃下烘烤30 min，以去除砂芯表面的水分。如果砂芯为组合式的，需要黏结，则先用白胶黏结，再用铅粉涂料修整光滑，然后放入烘箱，于220 ℃下烘烤60 min，即可使用。下覆膜砂芯时，对好心头定位，并固定好，防止砂芯在扣箱、浇注时压弯和冲弯。浇注完后，隔30 min打箱和清理。清理时只需轻轻敲击铸件冒口，或用细铁棒击碎砂芯，即可清理干净。

2覆膜砂制芯工艺在铝合金砂型铸造中的推广及意义

与油砂和其他树脂砂相比，覆膜砂具有以下优点：

（1）具有适宜的强度性能，既可制成高强度的壳芯覆膜砂，又可制成中强度的热心盒覆膜砂，也可制成低强度非铁合金用覆膜砂。

（2）流动性好，制出的砂芯轮廓清晰，组织致密，能够制造复杂的砂芯。

（3）砂芯表面质量好，少上或不上涂料，就可以得到较好的铸件表面质量，表面粗糙度可达Ra＝6.3～12.5 μm，尺寸精度可达CT7～CT8级。

（4）溃散性好，铸件容易清理。

（5）砂芯抗吸湿性强，存放时间长，有利于储存、运输及使用。

（6）缺点是：成本较高，能耗较大，在造型、制芯及浇注过程中会产生刺激性气味，在高温、高湿季节长时间储存时可能产生结块等。

覆膜砂制芯工艺的应用和推广、新工艺方案的引进与发展，标志着铝合金砂型铸造向高质量、高精度迈进了很大一步。

参考文献

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