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覆膜砂鑄造工藝技術要點:采用覆膜砂鑄造生産精密鑄鋼件的問題點

发布日期:2019-07-26 内容来源于:/

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覆膜砂鑄造在鑄造領域已有相當長的曆史,鑄件的産量也相當大;但采用覆膜砂鑄造生産精密鑄鋼件時面臨很多難題:粘砂(結疤)、冷隔、氣孔。如何解決這些問題有待于我們去進一步探討。關鍵詞:覆膜砂、鑄鋼件、産品質量。

一、對覆膜砂的認識與了解(覆膜砂屬于有機粘結劑型、芯砂):

(1)覆膜砂的特點:具有適宜的強度性能;流動性好,制出的砂型、砂芯輪廓清晰,組織致密,能夠制造出複雜的砂芯;砂型(芯)表面質量好,表面粗糙度可達Ra=6.3~12.5μm,尺寸精度可達CT7~CT9級;潰散性好,鑄件容易清理。

(2)適用範圍:覆膜砂既可制作鑄型又可制作砂芯,覆膜砂的型或芯既可互相配合使用又可與其它砂型(芯)配合使用;不僅可以用于金屬型重力鑄造或低壓鑄造,也可以用于鐵型覆砂鑄造,還可以用于熱法離心鑄造;不僅可以用于鑄鐵、非鐵合金鑄件的生産,還可以用于鑄鋼件的生産。

二、覆膜砂的制備: 

1)覆膜砂一般由耐火材料、粘結劑、固化劑、潤滑劑及特殊添加劑組成。

(1)耐火材料是構成覆膜砂的主體。對耐火材料的要求是:耐火度高、揮發物少、顆粒較圓整、堅實等。一般選用天然擦洗矽砂。對矽砂的要求是:SiO2含量高(鑄鐵及非鐵合金鑄件要求大于90%,鑄鋼件要求大于97%);含泥量不大于0.3%(爲擦洗砂)--[水洗砂含泥量規定小于;粒度①分布在相鄰3~5個篩號上;粒形圓整,角形因素應不大于1.3;酸耗值不小于5ml。

(2)粘結劑普遍采用酚醛樹脂。

(3)固化劑通常采用烏洛托品;潤滑劑一般采用硬脂酸鈣,其作用是防止覆膜砂結塊,增加流動性。添加劑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1:1) 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  

覆膜砂的制備工藝主要有冷法覆膜、溫法覆膜、熱法覆膜三種,目前覆膜砂的生産幾乎都是采用熱覆膜法。熱法覆膜工藝是先將原砂加熱到一定溫度,然後分別與樹脂、烏洛托品水溶液和硬脂酸鈣混合攪拌,經冷卻破碎和篩分而成。由于配方的差異,混制工藝有所不同。目前國內覆膜砂生産線的種類很多,手工加料的半自動生産線約有2000~2300條,電腦控制的全自動生産線也已經有將近50條,有效提高了生産效率和産品穩定性。例如xx鑄造有限公司的自動化可視生産線,其加料時間控制精確到0.1秒,加熱溫度控制精確到1/10℃,並且可以通過視頻時時觀察混砂狀態,生産效率達到6噸/小時。

3)覆膜砂的主要産品類型 

(1)普通类覆膜砂  简介: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)易潰散類覆膜砂 具有較好的強度,同時具有優異的低溫潰散性能,適用于生産有色金屬鑄件。

(5)其它特殊要求覆膜砂 爲適應不同産品的需要,開發出了系列特種覆膜砂如:離心鑄造用覆膜砂、激冷覆膜砂、濕態覆膜砂、防粘砂、防脈紋、防橘皮覆膜砂等。 同時2004年推出的快速固化覆膜砂在具有各項性能的基礎上可以將固化速度提高30-70%,有效提高生産效率,並節約能源。

三、覆膜砂制芯主要工藝過程

加熱溫度200-300℃、固化時間30-150s、射砂壓力0.15-0.60MPa。形狀簡單的砂芯、流動性好的覆膜砂可選用較低的射砂壓力,細薄砂芯選擇較低的加熱溫度,加熱溫度低時可適當延長固化時間等。覆膜砂所使用的樹脂是酚醛類樹脂。制芯工藝的優點:具有適宜的強度性能;流動性好;砂芯表面質量好(Ra=6.3-12.5μm);砂芯抗吸濕性強;潰散性好,鑄件容易清理。

1、鑄型(模具)溫度:鑄型溫度是影響殼層厚度及強度的主要因素之一,一般控制在220~260℃,並根據下列原則選定:

(1)保證覆膜砂上的樹脂軟化及固化所需的足夠熱量;

(2)保證形成需要的殼厚且殼型(芯)表面不焦化;

(3)盡量縮短結殼及硬化時間,以提高生産率。

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 2.5~2.6 220~240 2~3 60~80 2 (阀体)DN05-01 10~12 3.75~3.8 240~260 3~5 80~100

四、射芯機的工作原理:

射砂時壓縮空氣迅速進入射砂筒內,穿過砂層空隙推動砂粒,形成砂氣流,使芯砂以較高的速度射入芯盒,在充填芯盒的同時獲得緊實。

五、覆膜砂應用中存在的問題及解決對策制芯的方法種類很多,總的可以劃分爲熱固性方法和冷固性方法兩大類,覆膜砂制芯屬于熱固性方法類。任何一種制芯方法都有其自身的優點和缺點,這主要取決于産品的質量要求、複雜程度、生産批量、生産成本、産品價格等綜合因素來決定采用何種制芯方法。對鑄件內腔表面質量要求高,尺寸精度要求高、形狀複雜的砂芯采用覆膜砂制芯是非常有效的。例如:轎車發動機氣缸蓋的進排氣道砂芯、水道砂芯、油道砂芯,氣缸體的水道砂芯、油道砂芯,進氣岐管、排氣岐管的殼芯砂芯,液壓閥的流道砂芯,汽車渦輪增壓器氣道砂芯等等。

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)制芯時模具的溫度和留模時間,關系到砂芯結殼硬化厚度是否滿足工藝要求。工藝上所規定的工藝參數都需要有一個範圍,這個範圍需靠操作人員的技能來進行調整。在模具溫度上限時留模時間可以取下限,模具溫度在下限時留模時間取上限。對操作人員需要不斷地培訓提高操作技能。

2)制芯時在模具上會粘有酚醛樹脂和砂粒,必須進行及時清理並噴上脫模劑,否則會越積越多開模時會把砂芯拉斷或變形。

3)熱芯盒模具靜模上的彈簧頂杆,由于長期在高溫狀態下工作會産生彈性失效而造成砂芯斷裂或變形。必須及時更換彈簧。

4)動模和靜模不平行或不在同一中心線上,合模時在油缸或氣缸的壓力作用下,定位銷前端有一段斜度,模具還是會合緊,但在開模時動模和靜模仍會恢複到原始狀態使砂芯斷裂或變形。在這種情況下射砂時會跑砂,砂芯的尺寸會變大。解決對策是及時調整模具的平行度和同軸度。

5)在殼芯機上生産空心砂芯時,從砂芯中倒出尚未硬化的覆膜砂需要重新使用時,必須進行過篩並未用過的覆膜砂按3:7比例混合後使用,這樣才能保證殼芯砂芯的表面質量和砂芯強度。


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