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覆膜砂鑄造涂料缺陷防治與工藝匯編

一、因覆膜砂鑄造涂料而產(chǎn)生的缺陷防治方法

傳統的鑄造涂料只是在鑄件和鑄型中間起到阻擋隔離作用,達到防粘砂目的,但普通鑄造涂料高溫下由于附著(zhù)力差、強度低、耐火差、發(fā)氣量大,容易造成鑄件產(chǎn)生粘砂、砂眼、氣孔、碳渣等缺陷。鑄件粘砂是因為涂料沒(méi)有有效起到阻擋隔離作用,或涂料與高溫金屬液體發(fā)生化學(xué)反映。

1.涂料附著(zhù)力差:填砂震動(dòng)時(shí)造成涂料剝落,引起鑄件粘砂。
2.涂料膨脹系數大:與高溫金屬液體接觸時(shí)涂料受熱體積膨脹脫離鑄型導致鑄件粘砂。
3.高溫液體金屬被氧化與涂料和鑄型發(fā)生化學(xué)反應生成金屬氧化物,對涂料和型砂都有極強的粘結性,能夠將型砂牢固粘附在鑄件表面上形成一系列的低熔點(diǎn)化合物(在鑄件厚壁及轉角處等,低熔點(diǎn)物更多,粘砂層更后),造成鑄件粘砂,有時(shí)雖未產(chǎn)生粘砂,但在鑄件表面粘附上一層難以清除的涂料,及產(chǎn)生粘灰。
鑄件砂眼:
1.鑄型內有掉入的砂子。
2,涂料強度低,耐火差,經(jīng)不住高溫金屬液體的沖刷,型砂被卷入鑄件。鑄件氣孔產(chǎn)生的原因很多,最常見(jiàn)的就是因為鑄型中存在較多發(fā)氣量大的物質(zhì),發(fā)氣速度快,涂料或被砂透氣性差,氣體未及時(shí)排除所致。研制的新型鑄造涂料是在傳統鑄造涂料基礎上加以改進(jìn),調整,高溫下不開(kāi)裂,不脫落,強度高,并且能有效防止高溫液體金屬氧化,與鑄型和高溫液體金屬接觸過(guò)程中不起化學(xué)反應。同時(shí)能預防氮、硫、碳等氣體的產(chǎn)生。從而徹底解決:鑄件粘砂,鑄件砂眼,鑄件粗糙,鑄件氣孔,鑄件夾渣,球磨鐵變異,鑄鋼滲硫裂紋,增碳缺陷等。
    殼型鑄造方法生產(chǎn)的鑄件尺寸精度高,表面粗糙度低,可節省大量的金屬切削消耗和機加工工時(shí),并且由于型砂用量和造型方法的改變,為鑄造生產(chǎn)的機械化和自動(dòng)化創(chuàng )造了條件,因而特別適用于生產(chǎn)批量較大、精度要求較高的鑄件。
    用熱芯盒覆膜砂工藝做殼形鑄造不銹鋼鑄件跟鑄鐵的工藝區別在于覆膜砂工藝做殼形鑄造不銹鋼鑄件跟鑄鐵的工藝區別是原砂SiO2含量不同,鑄鐵為SiO2含量90%,鑄鋼為大于95%。殼形鑄造鑄件精度低于臘模精鑄。

二、覆膜砂鑄造工藝匯總

覆膜砂鑄造在鑄造領(lǐng)域已有相當長(cháng)的歷史,鑄件的產(chǎn)量也相當大;但采用覆膜砂鑄造生產(chǎn)精密鑄鋼件時(shí)面臨很多難題:粘砂(結疤)、冷隔、氣孔。如何解決這些問(wèn)題有待于我們去進(jìn)一步探討。

 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(diǎn):具有適宜的強度性能;流動(dòng)性好,制出的砂型、砂芯輪廓清晰,組織致密,能夠制造出復雜的砂芯;砂型(芯)表面質(zhì)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)適用范圍: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、非鐵合金鑄件的生產(chǎn),還可以用于鑄鋼件的生產(chǎn)。

二、覆膜砂的制備

 1.覆膜砂組成

 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(fā)物少、顆粒較圓整、堅實(shí)等。一般選用天然擦洗硅砂。對硅砂的要求是: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%(為擦洗砂)--水洗砂含泥量規定小于;粒度①分布在相鄰3~5個(gè)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(shù)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(dòng)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(質(zhì)量分數,%)說(shuō)明: 原砂 100 擦洗砂, 酚醛樹(shù)脂 1.0~3.0 占原砂重 ,烏洛托品(水溶液2)10~15 占樹(shù)脂重,硬脂酸鈣 5~7 占樹(shù)脂重,添加劑 0.1~0.5 占原砂重。1:2)10~15 占樹(shù)脂重,硬脂酸鈣 5~7 占樹(shù)脂重,添加劑 0.1~0.5 占原砂重。

 2.覆膜砂的生產(chǎn)工藝 

 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,目前覆膜砂的生產(chǎn)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,然后分別與樹(shù)脂、烏洛托品水溶液和硬脂酸鈣混合攪拌,經(jīng)冷卻破碎和篩分而成。由于配方的差異,混制工藝有所不同。目前國內覆膜砂生產(chǎn)線(xiàn)的種類(lèi)很多,手工加料的半自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)約有2000~2300條,電腦控制的全自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)也已經(jīng)有將近50條,有效提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品穩定性。例如xx鑄造有限公司的自動(dòng)化可視生產(chǎn)線(xiàn),其加料時(shí)間控制精確到0.1秒,加熱溫度控制精確到1/10℃,并且可以通過(guò)視頻時(shí)時(shí)觀(guān)察混砂狀態(tài),生產(chǎn)效率達到6噸/小時(shí)。

 3.覆膜砂的主要產(chǎn)品類(lèi)型 

 (1)  普通類(lèi)覆膜砂  

 普通覆膜砂即傳統覆膜砂,其組成通常由石英砂,熱塑性酚醛樹(shù)脂,烏洛托品和硬脂酸鈣構成,不加有關(guān)添加劑,其樹(shù)脂加入量通常在一定強度要求下相對較高,不具備耐高溫,低膨脹、低發(fā)氣等特性,適用于要求不高的鑄件生產(chǎn)。

 (2)  高強度低發(fā)氣類(lèi)覆膜砂   

 特點(diǎn):高強度、低膨脹、低發(fā)氣、慢發(fā)氣、抗氧化  簡(jiǎn)介:高強度低發(fā)氣覆膜砂是普通覆膜砂的更新?lián)Q代產(chǎn)品,通過(guò)加入有關(guān)特性的“添加劑”和采用新的配制工藝,使樹(shù)脂用量大幅度下降,其強度比普通覆膜砂高30%以上,發(fā)氣量顯著(zhù)降低,并能延緩發(fā)氣速度,能更好地適應鑄件生產(chǎn)的需要。該類(lèi)覆膜砂主要適用于鑄鐵件中,中小鑄鋼、合金鑄鋼件的生產(chǎn)。目前該類(lèi)覆膜砂有三個(gè)系列: GD-1高強度低發(fā)氣覆膜砂;GD-2高強度低膨脹低發(fā)氣覆膜砂;GD-3高強度低膨脹低發(fā)氣抗氧化覆膜。

 (3)  耐高溫(類(lèi))覆膜砂(ND型)  

 特點(diǎn):耐高溫、高強度、低膨脹、低發(fā)氣、慢發(fā)氣、易潰散、抗氧化 簡(jiǎn)介:耐高溫覆膜砂是通過(guò)特殊工藝配方技術(shù)生產(chǎn)出的具有優(yōu)異高溫性能(高溫下強度高、耐熱時(shí)間長(cháng)、熱膨脹量小、發(fā)氣量低)和綜合鑄造性能的新型覆膜砂。該類(lèi)覆膜砂特別適用于復雜薄壁精密的鑄鐵件(如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機缸體、缸蓋等)以及高要求的鑄鋼件(如集裝箱角和火車(chē)剎車(chē)緩;中器殼件等)的生產(chǎn),可有效消除粘砂、變形、熱裂和氣孔等鑄造缺陷。目前該覆膜砂有四個(gè)系列:VND-1耐高溫覆膜砂. ND-2耐高溫低膨脹低發(fā)氣覆膜砂 ND-3耐高溫低膨脹低發(fā)氣抗氧化覆膜砂 ND-4耐高溫高強底低膨脹低發(fā)氣覆膜

(4)  易潰散類(lèi)覆膜砂 

 具有較好的強度,同時(shí)具有優(yōu)異的低溫潰散性能,適用于生產(chǎn)有色金屬鑄件。

 (5)  其它特殊要求覆膜砂 

 為適應不同產(chǎn)品的需要,開(kāi)發(fā)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(tài)覆膜砂、防粘砂、防脈紋、防橘皮覆膜砂等!

 三、覆膜砂制芯主要工藝過(guò)程

加熱溫度200-300℃、固化時(shí)間30-150s、射砂壓力0.15-0.60MPa。形狀簡(jiǎn)單的砂芯、流動(dòng)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(shí)可適當延長(cháng)固化時(shí)間等。覆膜砂所使用的樹(shù)脂是酚醛類(lèi)樹(shù)脂。制芯工藝的優(yōu)點(diǎn):具有適宜的強度性能;流動(dòng)性好;砂芯表面質(zhì)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℃,并根據下列原則選定:

(1)保證覆膜砂上的樹(shù)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(shí)間,以提高生產(chǎn)率。

 2、射砂壓力及時(shí)間

射砂時(shí)間一般控制在3~10s,時(shí)間過(guò)短則砂型(芯)不能成型。射砂壓力一般為0.6MPa左右;壓力過(guò)低時(shí),易造成射不足或疏松現象。3、硬化時(shí)間:硬化時(shí)間的長(cháng)短主要取決于砂型(芯)的厚度與鑄型的溫度,一般在60~120s左右。時(shí)間過(guò)短,殼層未完全固化則強度低;時(shí)間過(guò)長(cháng),砂型(芯)表面層易燒焦影響鑄件質(zhì)量。覆膜砂造型(芯)工藝參數實(shí)例:序號圖號 殼厚(㎜) 重量(㎏) 鑄型溫度(℃) 射砂時(shí)間(s)硬化時(shí)間(s) 1 (導向套)DN80-05 8~10 2.5~2.6220~240 2~3 60~80 2 (閥體)DN05-01 10~123.75~3.8 240~260 3~5 80~100

四、覆膜砂應用中存在的問(wèn)題及解決對策

制芯的方法種類(lèi)很多,總的可以劃分為熱固性方法和冷固性方法兩大類(lèi),覆膜砂制芯屬于熱固性方法類(lèi)。任何一種制芯方法都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),這主要取決于產(chǎn)品的質(zhì)量要求、復雜程度、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品價(jià)格等綜合因素來(lái)決定采用何種制芯方法。對鑄件內腔表面質(zhì)量要求高,尺寸精度要求高、形狀復雜的砂芯采用覆膜砂制芯是非常有效的。例如:轎車(chē)發(fā)動(dòng)機氣缸蓋的進(jìn)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(jìn)氣岐管、排氣岐管的殼芯砂芯,液壓閥的流道砂芯,汽車(chē)渦輪增壓器氣道砂芯等等。但是在覆膜砂使用中還常遇到一些問(wèn)題,這里僅就工作中的體會(huì )略談一二。

1、覆膜砂的強度和發(fā)氣量的確定方法

在原砂質(zhì)量和樹(shù)脂質(zhì)量一定的前提下,影響覆膜砂強度的關(guān)鍵因素主要取于酚醛樹(shù)脂的加入量。酚醛樹(shù)脂加入量多,則強度就提高,但發(fā)氣量也增加,潰散性就降低。因此在生產(chǎn)應用中一定要控制覆膜砂的強度來(lái)減少發(fā)氣量,提高潰散性,在強度標準的制訂時(shí)定要找到一個(gè)平衡點(diǎn)。這個(gè)平衡點(diǎn)就是保證砂芯的表面質(zhì)量及在澆注時(shí)不產(chǎn)生變形、不產(chǎn)生斷芯前提下的強度。這樣才能保證鑄件的表面質(zhì)量和尺寸精度,又可以減少發(fā)氣量,減少鑄造件氣孔缺陷,提高砂芯的出砂性能。對砂芯存放,搬運過(guò)程中可以采用工位器具、砂芯小車(chē),并在其上面鋪有10mm~15mm厚的海綿,這樣可以減少砂芯的損耗率。

2、覆膜砂砂芯的存放期

任何砂芯都會(huì )吸濕,特別是南方地區空氣相對濕度大,必須對砂芯存放期在工藝文件上加以規定,利用精益生產(chǎn)先進(jìn)先出的生產(chǎn)方式減少砂芯的存放量和存放周期。各企業(yè)應結合自己的廠(chǎng)房條件和當地的氣候條件來(lái)確定砂芯的存放周期。

3、控制好覆膜砂的供貨質(zhì)量

覆膜砂進(jìn)廠(chǎng)時(shí)必須附有供應商的質(zhì)量保證資料,并且企業(yè)根據抽樣標準進(jìn)行檢查,檢查合格后方可入庫。企業(yè)取樣檢測不合格時(shí)由質(zhì)保和技術(shù)部門(mén)做出處理結果,是讓步接受或向供應商退貨。

4、合格的覆膜砂在制芯時(shí)發(fā)現砂芯斷裂變形

制芯時(shí)砂芯的斷裂變形通常會(huì )認為覆膜砂強度低造成的。實(shí)際上砂芯斷裂和變形會(huì )涉及到許多生產(chǎn)過(guò)程。出現不正常情況,必須要查到真正的原因才能徹底解決。具體原因如下:

(1)制芯時(shí)模具的溫度和留模時(shí)間,關(guān)系到砂芯結殼硬化厚度是否滿(mǎn)足工藝要求。工藝上所規定的工藝參數都需要有一個(gè)范圍,這個(gè)范圍需靠操作人員的技能來(lái)進(jìn)行調整。在模具溫度上限時(shí)留模時(shí)間可以取下限,模具溫度在下限時(shí)留模時(shí)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(shí)在模具上會(huì )粘有酚醛樹(shù)脂和砂粒,必須進(jìn)行及時(shí)清理并噴上脫模劑,否則會(huì )越積越多開(kāi)模時(shí)會(huì )把砂芯拉斷或變形。

(3)熱芯盒模具靜模上的彈簧頂桿,由于長(cháng)期在高溫狀態(tài)下工作會(huì )產(chǎn)生彈性失效而造成砂芯斷裂或變形。必須及時(shí)更換彈簧。

(4)動(dòng)模和靜模不平行或不在同一中心線(xiàn)上,合模時(shí)在油缸或氣缸的壓力作用下,定位銷(xiāo)前端有一段斜度,模具還是會(huì )合緊,但在開(kāi)模時(shí)動(dòng)模和靜模仍會(huì )恢復到原始狀態(tài)使砂芯斷裂或變形。在這種情況下射砂時(shí)會(huì )跑砂,砂芯的尺寸會(huì )變大。解決對策是及時(shí)調整模具的平行度和同軸度。

(5)在殼芯機上生產(chǎn)空心砂芯時(shí),從砂芯中倒出尚未硬化的覆膜砂需要重新使用時(shí),必須進(jìn)行過(guò)篩并未用過(guò)的覆膜砂按3:7比例混合后使用,這樣才能保證殼芯砂芯的表面質(zhì)量和砂芯強度。


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