覆膜砂工艺设计流程_1.pdf

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1、.1 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枯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

2、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、外表粗糙度，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围适用。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

3、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开展，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外表的覆膜效果，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 200300 家，覆膜砂年产量超过

4、50 万吨，覆膜砂的品种也从单一的普通型覆膜砂，开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 150350的金属接触，从而形成与金属模外形轮廓一致的型腔，厚度 612.5mm 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、铸件外表光洁、粗糙度可达 12.56.3m 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 1、用金属模

5、、耗能较多、树脂参加量多、本钱较高 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 其根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

6、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。在聚缩反响中，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的条件下进展缩合反响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)的条件下进展缩合反响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 70

7、01000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 分级代号 75 85 95 105 温度围 7080 8090 90100 100110 2、按常温抗弯强度分级 分级代号 8 7 6 强度围 8.0 7.0 6.0 3、按聚合速度分级 分级代号 A B C D 聚合速度s 2030 3040 4050 5060 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.1 强度。一般参加量占砂重 2左右。3、水：水作为乌洛脱品的溶剂，使它能均匀分布，并起控制混砂过程化学反响速度及降温作

8、用。四、覆膜砂的性能：一、强度：1、热强度脱模、起芯时要求的强度。主要与覆膜工艺有关。2、常温强度在各工序之间的搬运及下芯时所需的抵抗外力破坏的强度。从生产角度看，应根据覆膜砂其它指标来综合制订，不必追求太高的常温强度。(3)、常温抗弯强度足够的抗弯强度是为了保证型芯在浇注到铸件凝固过程中不发生破裂和变形。一般情况下，根据原砂堆积密度和粒度分散度，保证覆膜砂的抗拉强度在一定要求围而确定树脂参加量，常温抗弯强度变化围较小，因此抗弯强度测定是在保证顺利制出完好型芯的前提下测定控制。二、熔点：指制壳时覆膜砂被加热，包覆在覆膜砂外表的热塑性酚醛树脂开场熔融，将砂粒粘结在一起的温度。一般为 98110。

9、适宜的覆膜砂熔点使覆膜砂具有良好的吹制工艺性如流动性、充填性、抗冲刷性及抗脱壳性等，以保证获得壁厚均匀的壳型、芯。三、发气量：发气量是型芯砂常规性能控制的一个重要指标，它反映了型芯砂中有机物含量的上下及有机物的性质。一般通过发气性曲线来描述，可直观地反映出覆膜砂的发气量及发气速度。从生产角度讲，在满足其它性能的根底上，发气量越低越好。四、必测的性能指标：常温抗弯强度、热态抗弯强度、灼烧减量、粒度和熔点。选测的性能有：常温抗拉强度、热态抗拉强度、发气量和流动性。五、铸造用覆膜砂的牌号表示如下：FMS Q 或 H 覆膜砂的粒度分组代号 灼烧减量的分级代号 常温抗弯强度分级代号 铸造用覆膜砂汉语拼音

10、第一字母 例：FMS 6-35-21H 五、覆膜砂的混制工艺：壳型砂的混制方法可分为干混粉状砂和覆膜砂两类。在壳型法开展初期采用普通輾轮式混砂机混成粉状砂，随后开发了覆膜砂。覆膜砂是使树脂以薄膜形式包覆在砂粒外表，先后创立了冷法、温法及热法覆膜三种混制工艺。我厂应用的是热法覆膜工艺。热法覆膜是一种适宜于大批量制备覆膜砂的方法，需要专门设备。混制时一般先将砂加热到 140160，参加树脂与热砂混均匀，树脂被加热熔化，包在砂粒外表。当砂温降到 105110时，参加乌洛脱品水溶液，然后鼓风冷却，再参加硬脂酸钙混匀。经冷却、破碎、筛分备用。热法覆膜的砂温不宜低于 130，亦即砂温应高于树脂软化点 50

11、60，否则大颗粒树脂不能完全熔化，将导致树脂分布不均，影响树脂的粘结效果。加乌洛脱品时，砂温以 105110为宜。因为乌洛脱品在 117以上分解，而作为乌洛脱品溶液的水在 100以上有利于挥发气化。.1 六、混砂设备 在制备热覆膜砂壳型砂时没有通用方法可以保证得到所需的性能。对性能影响最大的是树脂的品种和所用的设备。现有的混砂设备有半连续复合式热法覆膜砂混砂机、叶片式混砂机及一般輾轮式混砂机三种。如英国 FORDATH 公司 2000 型和铸造机械厂生产的 SZ7215 型，每次 100公斤，用丙烷加热，也可用煤气喷吹代替。德国 WEBAC30HP 高速摆轮式混砂机是全套覆膜砂生产设备的重要组

12、成局部。它的特点是：混砂速度快、覆膜均匀、操作方便、平安。该机采用快速双摆轮构造、底部中央有强力鼓风冷却系统。该机在覆膜过程中，通过一对主刮板、一对底刮板和双摆轮的高速旋转，使集聚在桶壁附近的砂粒和树脂产生一种向上的悬浮状态，悬浮砂团高度超过规定时，由桶壁上的压板压下换向，同时由摆轮碾向桶壁，经侧刮板刮下，再经底板向上抛起。不断重复这一过程，实现树脂混合物对砂粒的均匀覆膜，同时不会粘结成紧实的砂团。在混砂过程中，通过高压风冷却，使覆膜砂很快降温。另有：1、电加热器：原砂加热后，利用滚筒装置搅拌混合砂粒，使砂粒循环加热。2、计量系统：原砂采用电子秤计量，由计算机控制气动碟阀的开关来控制进料量。3

13、、控制系统：过程控制由计算机自动控制。4、冷却系统：由混砂机排出的覆膜砂，通过筛网筛分，排到流态沸腾冷却床，采用高压风冷，使热砂在冷却床移动过程中强制、快速降温到出砂口时已到达便于储存或包装的温度。七、壳型、芯制造和使用中存在的问题及原因分析：壳型、芯生产中可能出现的问题主要有：脱壳、壳型芯外表疏松、浇注时壳型、芯破裂、壳型、芯的变形、脉状裂纹、粘模等。1、脱壳：在用覆膜砂制造壳型、芯过程中，结壳后翻转，未熔化的松散的覆膜砂被倒出，而结壳的壳型、芯的已熔化但尚未固化的区域发生壳层脱落现象，从而使脱落处的壳型、芯过薄，浇注时，金属液可能在此强度缺乏处冲出，导致铸件产生缺陷。脱壳一般发生在自由悬挂

14、的壳型、芯局部及壳层完全受重力作用的部位。大都是结壳以后，其里层呈塑性状态，而强度承受不了砂块的自身重力而脱落。脱壳产生的原因：1、树脂软化点太低聚合速度慢、熔化温度过宽 2、六亚甲基四胺参加量高，增加了脱壳量 3、树脂参加量高，使覆膜砂砂粒外表的树脂膜过厚 4、模板、芯盒温度太低或加热不均匀 5、型、芯不致密，导热性差 6、吹砂压力太高，时间太长，使芯盒外表激冷 7、吹砂压力太低，时间太短 8、使用的覆膜砂温度太低，导致模板或芯盒激冷1632为宜 9、结壳时间太长，结壳太厚 10、硬脂酸钙参加量太高 2、壳型、芯外表疏松 壳型、芯外表疏松是指壳型、芯外表局部密实度差。其形成原因主要有：1、覆

15、膜砂的熔点太低 2、覆膜砂流动性差.1 3、排气不当，造成在深凹处疏松和缺肉 4、翻斗时砂斗砂量太少或砂斗高度不够 5、吹砂空气量缺乏 6、吹砂压力太低，时间太短 7、芯盒温度不均匀，局部温度过高或过低 8、使用的原砂太粗 3、壳型芯浇注时破裂 指浇注时型、芯破裂，造成铁水进入壳芯，或壳型跑火而使铸件报废。其原因有：树脂强度完全丧失，造成崩溃，或热应力过大、脆性过大造成破裂。具体有：1、型芯热强度低 2、结壳太薄 3、严重脱壳，局部地方太薄 4、原砂石英纯度高，粒度集中，热膨胀大 5、壳型、芯硬度缺乏或过烧 6、壳型、芯局部产生裂纹 为防止壳型、芯开裂，除针对上述原因加以改进外，还可以在覆膜砂

16、中参加能提高热塑性、减轻开裂倾向的附加物。例如，水酸、甲酚树脂、松香皂热塑性树脂、水玻璃等均有效果。4、壳型、芯变形 产生原因：(1)、壳型、芯未硬化状态下脱模可采用较长硬化时间 2、壳型、芯薄壁可采用较长的结壳时间 3、壳型、芯尚热时储存不当 4、模具温度不均 5、脱模时粘模 6、树脂不适宜 7、覆膜砂中乌洛脱品量不够 8、顶杆使用不当 5、壳型芯中脉状裂纹 产生原因：1、壳型、芯太薄 2、壳型、芯硬化过度 3、金属液温度太高 4、砂的抗拉强度太高 5、壳型砂配方中乌洛脱品过量 6、铸件浇注系统设计不当 防止措施：1改用四筛或五筛砂 2改用角形砂或掺配的原砂 3采用改性的酚醛树脂 4适当改变

17、浇注系统设计 6、铸件粘砂 产生原因：.1 1、原砂太粗 2壳型芯的密实度差 3热强度低，树脂参加量太少 4、烘烤过度、型芯外表硬度低 5、覆膜砂中有杂质 6、在模型上脱模剂过量 7、气孔 用壳型芯砂生产铸钢件、局部球铁件和复杂薄壁的铸件时易产生气孔。其原因主要有：乌洛脱品受热分解生成 NH3、这两种气体易卷入金属液，在铸件凝固时就会形成气孔。8、铸件热裂及出砂不良 浇注时由于金属的热量使砂芯粘结剂烧毁，从而常使树脂壳芯砂具有较好的退让性。但酚醛树脂在*些条件下亦会造成芯砂的退让性缺乏，从而阻碍铸件收缩，导致铸件外表出现热裂;同时也降低了溃散性，使出砂困难。其原因有：1、砂芯热强度太高 2、砂细粉石英粉等含量太高 3、参加的树脂量太多 4、浇注温度太低，不能破坏热强度 5、落砂太早 防止措施：在保证必要的强度的根底上，尽量降低树脂的参加量，控制乌洛脱品参加量。在覆膜砂中加氧化剂附加物，如高锰酸钾等有助于改善退让性、溃散性。