覆膜砂工艺设计流程

覆膜砂生产工艺流程及应用

覆膜砂铸造在造型、制芯时大多数铸件都是用湿型和干型铸造的，90％以上的砂芯用烘干炉干燥的砂芯油作粘结剂，是由德国人J.Croning开发了以酚醛树脂作粘结剂的壳型造型，使合成树脂粘结剂及合成树脂砂进入铸造工业。

以合成树脂作粘结剂的制型（芯）的方法主要有：

1、热法：砂型（芯）的成型和硬化直接在模板上或芯盒内靠已加热的模板（芯盒）

或通热热气流完成。

主要有壳法（壳型、壳芯的制造法）、热芯盒法、温芯盒法。

2、冷法：砂型（芯）的成型、硬化在室温下完成。

主要有自硬法、气硬冷芯盒法（三乙胺法、SO2法、无毒、低毒气体促硬法）。

上述新型制芯、造型技术的开发和应用，给铸造生产工艺带来了一场重大变革，其提高了砂型(芯)的尺寸精度，简化了制芯工艺，减少了能耗，降低了对熟练工人的需求，提高了生产效率，同时提高了铸件质量（铸件尺寸、表面粗糙度），使砂型铸造朝着近无余量铸件的铸造工艺迈出了一大步。但应当指出，上述的制芯、制型法目前均在一定的范围内适用。生产实际应用上具体选用哪一种工艺往往受多种因素的影响，除了考虑生产纲领、材质、尺寸的大小以及质量要求外，还需考虑投资大小、能源供应、人员素质、管理水平、以及公害、污染等因素。

我国在50年代末就开展了这方面的试验研究工作。由于当时我国壳型用酚醛树脂的性能不过关和供应难以保证，价格也较高，而且当时我国还没有专用的覆膜砂生产设备，特别是汽车工业十分落后，对铸件也没有很高的质量要求等多方面的原因，壳型工艺在我国没有得到推广和应用。80年代以后，随着我国汽车工业的迅速发展，对铸件的质量也提出了很高的要求，于是一汽从英国引进了一套热法树脂覆膜砂设备，并通过技术消化开发出了国产SZ7215型热法覆膜砂混砂装置。随后济南铸锻机械研究所等一些科研单位和院校一方面改进覆膜砂混砂设备，提高它的牵引动力和搅拌速度，从而改善了酚醛树脂在硅砂表面的覆膜效果，另一方面，在方面过程中添加各种附加物，以提高覆膜砂的强度、耐热性和溃散性，于是树脂覆膜砂在我国的汽车、拖拉机、柴油机工厂中得到了广泛的应用。目前，我国的树脂覆膜砂专业生产厂家已达200－300家，覆膜砂年产量超过50万吨，覆膜砂的品种也从单一的普通型覆膜砂，发展到了目前的高强度、低发气、耐高温、速固化、低膨胀和易溃散等多种性能的覆膜砂，以及离心铸造用、激冷型和湿态造型用等专用覆膜砂。

二、壳型造型

1、壳型造型：

壳型造型是指将树脂砂与预热到150－350℃的金属接触，从而形成与金属模外形轮廓一致的型腔，厚度6－12.5mm的坚硬薄壳的造型方法。

2、优缺点：

壳型造型与传统用桐油、合脂、水玻璃、粘土作粘结剂的铸造方法相比具有以下优缺点：

（1）优点：

1）、铸件尺寸精度高、加工余量小

2）、铸件表面光洁、粗糙度可达12.5－6.3μm

3）、可浇注薄壁铸件

4）、铸件废品率低

5）、提高了生产率

（2）、缺点：

1）、用金属模、耗能较多、树脂加入量多、成本较高

2）、混砂工艺较复杂

3）难以铸造大件

4）工作条件差。在造型及浇注时有甲醛、苯酚、氨等气体产生。

3、壳型的制造方法

壳型（芯）的制造方法通常有两种：

1）、翻斗法――常用于制作壳型

2）、吹砂法――常用于制作壳芯

其基本原理是把金属模板或芯盒加热到一定的温度，使覆膜砂中的树脂受热软化、熔融、硬化，其工艺流程如下：

清理模板（芯盒）――模板（芯盒）加热――喷涂分型剂――制壳（包括烘烤，此时覆膜砂已混制）－－顶壳――合型――准备浇注。

三、热壳法覆膜砂用原材料

壳型砂的原材料主要由人造树脂（粘结剂）、原砂、乌洛脱品（硬化剂）、硬脂酸钙（润滑剂）以及其它附加物（石英粉、水、煤油等）组成。

（一）、树脂粘结剂

1、树脂粘结剂的分类

酚醛树脂（PF）是由酚类和醛类缩合而成的一类树脂的总称。其中性能最好、应用较广的是甲醛缩合而成的高聚物。

在聚缩反应中，由于原材料配比和介质的酸碱性不同，可以得到热塑性线型树脂，也可以得到热固性体型树脂。

1）、热塑性线型树脂

在苯酚过剩和用酸性催化剂（如Hcl）的条件下进行缩合反应得到热塑性线型树脂。这种树脂由于苯酚过剩，便于长期存放。

特点：淡黄色固体，加热时熔化，有可塑性，能溶于酒精等溶液。

壳型树脂砂用的粘结剂就是这种热塑性线型酚醛树脂。

2）、热固性体型树脂

在甲醛过剩和用碱性催化剂[如Ba(OH)]的条件下进行缩合反应而值得热固性体型酚醛树脂。其有甲、乙、丙三阶段产物。作为粘结剂使用的酚醛树脂系分子量在700－1000左右的甲阶酚醛树脂。热芯盒法用的2124液态酚醛树脂就是热固性树脂的乙阶段产物。

2、铸造用壳型（芯）酚醛树脂分级与牌号

1）按软化点分级

2）、按常温抗弯强度分级

3）、按聚合速度分级

4）、牌号

铸造用壳型（芯）酚醛树脂的牌号表示如下：

ZKF ××――×

强度分级代号

软化点分级代号

铸造用壳型（芯）酚醛树脂（铸、壳、酚汉语拼音第一个字母）

例：ZKF95－7

（二）、原砂

覆膜砂（壳型）对原砂要求较高，一般选用天然硅砂，也可用锆砂、铬铁矿砂、或其他类似的耐火材料及混合砂等。

1、粒度：

主要取决于产品的使用要求，一般可选用140/70、70/140、100/200目的细砂。从减少树脂的加入量角度看，原砂粒度宜相对集中，但过于集中会加剧硅砂高温状态下的膨胀量，造成脉纹缺陷，故一般选择分布在相邻4－5个筛上（四筛砂为宜），在不影响铸件表面粗糙度的前提下尽可能选用粗的砂子，这有利于减少树脂加入量和覆膜砂的发气量，并减少其脱壳倾向，且可以保证壳型砂具有较高的强度，适当的透气性和流动性。

2、粒形：

所用原砂粒形因为圆形,即角形系数小于 1.3。圆形砂在获得同样强度时，树脂的加入量少，发气量低，流动性好。

3、SiO2含量：

从提高铸件内腔质量、减少粘砂角度看，SiO2含量宜高。一般应大于90％。

4、含泥量、微粉含量、含水量要低。

砂中的泥分、微粉（200目以下）含量高，将大大吸附树脂，增加树脂的消耗量，降低型、芯强度。一般原砂应经过水洗、擦洗、及干燥。

5、碱性氧化物少：

原砂中的碱性氧化物会增加壳型砂的碱性，降低砂的熔点，且使壳型砂在存放过程中结块，使流动性变差，影响制壳（芯）时的吹砂性能。

（三）硬化剂：