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(yù)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(rùn)滑劑，冷卻、破碎、篩分得覆膜砂。 用于鑄鋼件、鑄鐵件。

主要特點(diǎn)

1、振動(dòng)清砂、高強(qiáng)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(dǎo)熱性好、流動(dòng)性好,鑄件表面平整;

4、高強(qiáng)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(qiáng)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(dòng)性、潰散性、鑄件表面光潔度、儲(chǔ)存等方面適當(dāng)調(diào)整配比。是汽車、拖拉機(jī)、液壓件等最佳造型材料之一。

 

中國(guó)的覆膜砂技術(shù)始于20世紀(jì)50年代中期，60年代曾經(jīng)一度停用。進(jìn)入80年代，由于汽車工業(yè)的迅速發(fā)展和機(jī)械產(chǎn)品出口的需要，對(duì)鑄件的質(zhì)量提出了更高的要求，從而促進(jìn)了覆膜砂生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展[1]。1986年濟(jì)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(guó)際先進(jìn)水平。90年代初期全國(guó)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(jì)，我國(guó)覆膜砂行業(yè)的年產(chǎn)銷量已經(jīng)達(dá)到90萬噸以上，廣泛用于汽車缸體、缸蓋、進(jìn)氣歧管，各類管件、泵體等各種復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)。

生產(chǎn)現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計(jì)中國(guó)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(cè)手段差別較大，下面我們從覆膜砂的原材料、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝及檢測(cè)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(duì)原砂的要求是:耐火度高覆膜砂，揮發(fā)物少，顆粒自身強(qiáng)度高，一般選用天然硅砂，這主要是由于其儲(chǔ)量豐富，價(jià)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(duì)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(yīng)小于1.3。

通常硅砂通過二級(jí)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(jìn)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(duì)其性能要求是:

A.聚合速度(熱板法):25-75S

B.軟化點(diǎn)(環(huán)球法):90-105℃

C.流動(dòng)性(斜板法):60-110mm

D.游離酚含量(溴化法):≤4%

粘結(jié)劑的性能對(duì)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(guó)外已開發(fā)出不同性能的專用樹脂,如高強(qiáng)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(bào)道，但未得到全面推廣，至今仍普遍采用改性酚醛樹脂。中國(guó)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(jì)南圣泉股份有限公司等相繼開發(fā)出了高強(qiáng)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(dá)國(guó)家相比，尚有一定差距。

3、固化劑、潤(rùn)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(rùn)滑劑的作用是防止結(jié)塊,并提高覆膜砂的流動(dòng)性及脫模性.主要有硬脂酸鈣、硬脂酸銑銨等。潤(rùn)滑劑應(yīng)盡量選用熔點(diǎn)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(qiáng)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(dú)特的添加劑配方，添加劑的性能對(duì)特種覆膜砂的生產(chǎn)具有重要作用，是目前覆膜砂市場(chǎng)的核心競(jìng)爭(zhēng)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(gè)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(guó)內(nèi)覆膜砂生產(chǎn)線的種類很多，手工加料的半自動(dòng)生產(chǎn)線約有2000~2300條，電腦控制的全自動(dòng)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(guó)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(guān)添加劑。適用于生產(chǎn)一般鑄鐵件。

(2)高強(qiáng)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(guān)添加劑和采用新工藝配制而成，其強(qiáng)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(fù)雜精密鑄鐵件。

(3)高溫類覆膜砂

在高溫下具有強(qiáng)度高、耐熱時(shí)間長(zhǎng)的特性，適用于生產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、集裝箱角等復(fù)雜薄壁鑄鐵件。

(4)易潰散類覆膜砂

具有較好的強(qiáng)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(yīng)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(shí)2004年新近推出的快速固化覆膜砂在具有各項(xiàng)性能的基礎(chǔ)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(cè)

1992年修訂的覆膜砂行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的覆膜砂必檢指標(biāo)有:常溫抗彎強(qiáng)度、熱態(tài)抗彎強(qiáng)度、灼燒減量、粒度和熔點(diǎn)?？蛇x檢測(cè)指標(biāo)有:常溫抗拉強(qiáng)度、熱態(tài)抗拉強(qiáng)度、發(fā)氣量和流動(dòng)性。

近10年覆膜砂的性能有了很大提高，相應(yīng)增加了一些新的檢測(cè)指標(biāo):

(1)高溫抗壓強(qiáng)度--模擬鑄造的實(shí)際條件，測(cè)試覆膜砂芯在1000-1500℃時(shí)的抗壓強(qiáng)度。

(2)耐熱時(shí)間--測(cè)試覆膜砂芯在高溫下(700-1500℃)保持強(qiáng)度，不變形、不潰散的時(shí)間。

(3)抗脫殼性--測(cè)試覆膜砂的抗脫殼能力。

目前中國(guó)覆膜砂檢測(cè)方面存在的主要問題是(1)大多數(shù)企業(yè)的檢測(cè)手段并不完善?；就Ａ粼跈z測(cè)常溫強(qiáng)度、熔點(diǎn)、粒度和發(fā)氣量的初級(jí)階段;(2)國(guó)產(chǎn)覆膜砂檢測(cè)設(shè)備精確度和穩(wěn)定性不高，同一種設(shè)備在不同使用廠家的現(xiàn)場(chǎng)條件下，所檢測(cè)出覆膜砂的性能指標(biāo)有時(shí)差別比較大，例如常溫抗拉強(qiáng)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(jìn)的覆膜砂檢測(cè)儀器包括高溫性能測(cè)試儀，發(fā)氣儀、熱態(tài)強(qiáng)度測(cè)試儀等，

發(fā)展方向

在覆膜砂生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)加強(qiáng)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(qiáng)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(guān)注的課題，目前的覆膜砂再生設(shè)備價(jià)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(shí)的熱法再生設(shè)備價(jià)格在1200-1600萬元，再生覆膜砂的費(fèi)用為65-90元/噸，這樣的高成本還不能為國(guó)內(nèi)鑄造企業(yè)所普遍接受。所以開發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效的覆膜砂再生設(shè)備具有廣泛的市場(chǎng)前景。