覆膜砂鑄造

覆膜砂(coated sand)。砂粒表面在造型前即覆有一層固體樹脂膜的型砂或芯砂。有冷法和熱法兩種覆膜工藝:冷法用乙醇將樹脂溶解，并在混砂過程中加入烏洛托品，使二者包覆在砂粒表面，乙醇揮發(fā)，得覆膜砂;熱法把砂預熱到一定溫度，加樹脂使其熔融，攪拌使樹脂包覆在砂粒表面，加烏洛托品水溶液及潤滑劑，冷卻、破碎、篩分得覆膜砂。 用于鑄鋼件、鑄鐵件。

主要特點

1、振動清砂、高強度、低發(fā)氣、低膨脹;

2、渙散性好、鑄件表面光潔度高;

3、殼型不起層、熱穩(wěn)定性好、導熱性好、流動性好,鑄件表面平整;

4、高強度、耐高溫、低膨脹、.脫模性好、抗粘砂性好;

5、殼層均勻不脫殼、固化速度快

主要原料

覆膜砂原料覆膜砂主要采用優(yōu)質(zhì)精選天然石英砂為原砂，熱塑性酚醛樹脂，烏洛托品及增強劑為原料。根據(jù)用戶的不同技術(shù)需求，在固化速度、脫膜性、流動性、潰散性、鑄件表面光潔度、儲存等方面適當調(diào)整配比。是汽車、拖拉機、液壓件等最佳造型材料之一。

 

中國的覆膜砂技術(shù)始于20世紀50年代中期，60年代曾經(jīng)一度停用。進入80年代，由于汽車工業(yè)的迅速發(fā)展和機械產(chǎn)品出口的需要，對鑄件的質(zhì)量提出了更高的要求，從而促進了覆膜砂生產(chǎn)和應用技術(shù)的快速發(fā)展[1]。1986年濟南鑄造鍛壓技術(shù)研究所首先開發(fā)出了新型覆膜砂生產(chǎn)技術(shù)，樹脂加入量由80年代初的6~10%下降到3~4%，接近同期國際先進水平。90年代初期全國各地的覆膜砂廠迅速發(fā)展起來，新產(chǎn)品、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，到21世紀，我國覆膜砂行業(yè)的年產(chǎn)銷量已經(jīng)達到90萬噸以上，廣泛用于汽車缸體、缸蓋、進氣歧管，各類管件、泵體等各種復雜鑄件的生產(chǎn)。

生產(chǎn)現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計中國目前有覆膜砂生產(chǎn)企業(yè)近千家，年生產(chǎn)能力大多在1000噸以下，覆膜砂生產(chǎn)年生產(chǎn)能力在1萬噸以上的不足10家。各廠技術(shù)水平和檢測手段差別較大，下面我們從覆膜砂的原材料、生產(chǎn)設備、生產(chǎn)工藝及檢測等方面論述覆膜砂生產(chǎn)的現(xiàn)狀。

原輔材料

原砂

1、 原砂是構(gòu)成覆膜砂的主體，對原砂的要求是:耐火度高覆膜砂，揮發(fā)物少，顆粒自身強度高，一般選用天然硅砂，這主要是由于其儲量豐富，價格便宜，能滿足鑄造要求。只有特殊要求的鑄件才采用特種砂(如鋯砂、鉻鐵礦、陶粒砂、磁鐵礦砂等)作為覆膜砂的原砂:

對硅砂的一般要求是:

A.SiO2:鑄鐵及有色鑄造用砂要求在90%以上,鑄鋼件要求在98%以上。

B.偏酸性砂優(yōu)于偏堿性砂。

C.含泥量<0.3%。

D.粒度分布:宜采用3篩集中，5篩分散度。

E.粒形:盡可能選用圓整性好的硅砂,角形系數(shù)一般應小于1.3。

通常硅砂通過二級擦洗即可滿足要求，但為提高覆膜砂性能,可將硅砂酸洗或進行高溫活性處理(900-1200℃培燒)。

2、粘結(jié)劑

目前普遍采用熱塑性酚醛類樹脂作為粘結(jié)劑,原材料熱塑性酚醛樹脂，對其性能要求是:

A.聚合速度(熱板法):25-75S

B.軟化點(環(huán)球法):90-105℃

C.流動性(斜板法):60-110mm

D.游離酚含量(溴化法):≤4%

粘結(jié)劑的性能對覆膜砂的質(zhì)量有重要影響,人們一直在致力于研究如何提高酚醛樹脂的性能,國外已開發(fā)出不同性能的專用樹脂,如高強度低發(fā)氣樹脂、易潰散樹脂等，也有采用改性聚酯樹脂替代酚醛樹脂的報道，但未得到全面推廣，至今仍普遍采用改性酚醛樹脂。中國近年來在覆膜砂專用酚醛樹脂的研究開發(fā)方面發(fā)展較快，山東化工廠、青島化工廠、濟南圣泉股份有限公司等相繼開發(fā)出了高強度酚醛樹脂，快聚速酚醛樹脂、易潰散酚醛樹脂等，但與發(fā)達國家相比，尚有一定差距。

3、固化劑、潤滑劑、添加劑

覆膜砂常規(guī)的固化劑是烏洛托品，其加入量是樹脂的5%-20%。為滿足一些特殊要求(如防脫殼、快聚速等)，一些企業(yè)開發(fā)出了特種固化劑。

潤滑劑的作用是防止結(jié)塊,并提高覆膜砂的流動性及脫模性.主要有硬脂酸鈣、硬脂酸銑銨等。潤滑劑應盡量選用熔點高的產(chǎn)品，以防止覆膜砂在使用過程中產(chǎn)生脫殼現(xiàn)象。

添加劑的主要作用是改善覆膜砂的性能.目前廣泛使用的添加劑主要有耐高溫添加劑、易潰散添加劑、增強增韌添加劑、防粘砂添加劑和濕態(tài)添加劑等。許多覆膜砂廠都有獨特的添加劑配方，添加劑的性能對特種覆膜砂的生產(chǎn)具有重要作用，是目前覆膜砂市場的核心競爭力之一。

生產(chǎn)工藝

覆膜砂的混制方法覆膜砂生產(chǎn)解剖圖經(jīng)歷了干混法、冷覆膜法、溫覆膜法、熱覆膜法4個階段，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，然后分別與樹脂、烏洛脫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(nèi)覆膜砂生產(chǎn)線的種類很多，手工加料的半自動生產(chǎn)線約有2000~2300條，電腦控制的全自動生產(chǎn)線也已經(jīng)有將近50條，有效提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品穩(wěn)定性。

主要產(chǎn)品

目前中國商品化覆膜砂的主要品種如下:

(1)普通類覆膜砂

由石英砂、熱塑性酚醛樹脂、烏洛托品和硬脂酸鈣組成，不加有關添加劑。適用于生產(chǎn)一般鑄鐵件。

(2)高強度低發(fā)氣類覆膜砂

是普通覆膜砂的更新?lián)Q代產(chǎn)品，通過加入有關添加劑和采用新工藝配制而成，其強度比普通覆膜砂高30%以上，發(fā)氣量也明顯降低，適用于生產(chǎn)復雜精密鑄鐵件。

(3)高溫類覆膜砂

在高溫下具有強度高、耐熱時間長的特性，適用于生產(chǎn)汽車發(fā)動機缸體、缸蓋、集裝箱角等復雜薄壁鑄鐵件。

(4)易潰散類覆膜砂

具有較好的強度，同時具有優(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。

同時2004年新近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%，有效提高生產(chǎn)效率，并節(jié)約能源。

產(chǎn)品檢測

1992年修訂的覆膜砂行業(yè)標準中規(guī)定的覆膜砂必檢指標有:常溫抗彎強度、熱態(tài)抗彎強度、灼燒減量、粒度和熔點。可選檢測指標有:常溫抗拉強度、熱態(tài)抗拉強度、發(fā)氣量和流動性。

近10年覆膜砂的性能有了很大提高，相應增加了一些新的檢測指標:

(1)高溫抗壓強度--模擬鑄造的實際條件，測試覆膜砂芯在1000-1500℃時的抗壓強度。

(2)耐熱時間--測試覆膜砂芯在高溫下(700-1500℃)保持強度，不變形、不潰散的時間。

(3)抗脫殼性--測試覆膜砂的抗脫殼能力。

目前中國覆膜砂檢測方面存在的主要問題是(1)大多數(shù)企業(yè)的檢測手段并不完善?；就Ａ粼跈z測常溫強度、熔點、粒度和發(fā)氣量的初級階段;(2)國產(chǎn)覆膜砂檢測設備精確度和穩(wěn)定性不高，同一種設備在不同使用廠家的現(xiàn)場條件下，所檢測出覆膜砂的性能指標有時差別比較大，例如常溫抗拉強度可以相差10公斤以上，發(fā)氣量相差5毫升以上。

目前比較先進的覆膜砂檢測儀器包括高溫性能測試儀，發(fā)氣儀、熱態(tài)強度測試儀等，

發(fā)展方向

在覆膜砂生產(chǎn)領域應加強以下兩方面工作:

(1)發(fā)低污染覆膜砂，

主要從以下幾方面入手:

①降低樹脂加入量及固化溫度;

②提高覆膜砂的綜合性能，尤其是高溫性能;

③加強無污染的酚醛樹脂替代品的研究;。

(2)提高覆膜砂再生能力

覆膜砂再生利用一直是廣大專家關注的課題，目前的覆膜砂再生設備價格昂貴并且再生生產(chǎn)現(xiàn)狀效率不高，生產(chǎn)效率為5噸/小時的熱法再生設備價格在1200-1600萬元，再生覆膜砂的費用為65-90元/噸，這樣的高成本還不能為國內(nèi)鑄造企業(yè)所普遍接受。所以開發(fā)經(jīng)濟、高效的覆膜砂再生設備具有廣泛的市場前景。