1、一、覆膜砂的生產(chǎn)、應(yīng)用及發(fā)展1940年以前，國內(nèi)外鑄造在造型、制芯時大多數(shù)鑄件都是用濕型和干型鑄造的， 90%以上的砂芯用烘干爐干燥的砂芯油作粘結(jié)劑。到了1940年后，由德國人J.Cro ning開發(fā)了以酚醛樹脂作粘結(jié)劑的殼型造型，使合成樹脂粘結(jié)劑及合成樹脂 砂進入鑄造工業(yè)。以合成樹脂作粘結(jié)劑的制型（芯）的方法主要有：1、熱法：砂型（芯）的成型和硬化直接在模板上或芯盒內(nèi)靠已加熱的模板（芯 盒）或通熱熱氣流完成。主要有殼法（殼型、殼芯的制造法）、熱芯盒法、溫芯盒法。2、冷法：砂型（芯）的成型、硬化在室溫下完成。主要有自硬法、氣硬冷芯盒法（三乙胺法、SO2法、無毒、低毒氣體促硬法）。上述新型制芯、

2、造型技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，給鑄造生產(chǎn)工藝帶來了一場重大變革， 其提高了砂型（芯）的尺寸精度，簡化了制芯工藝，減少了能耗，降低了對熟練工 人的需求，提高了生產(chǎn)效率，同時提高了鑄件質(zhì)量（鑄件尺寸、表面粗糙度）， 使砂型鑄造朝著近無余量鑄件的鑄造工藝邁出了一大步。但應(yīng)當指出，上述的制 芯、制型法目前均在一定的范圍內(nèi)適用。生產(chǎn)實際應(yīng)用上具體選用哪一種工藝往 往受多種因素的影響，除了考慮生產(chǎn)綱領(lǐng)、材質(zhì)、尺寸的大小以及質(zhì)量要求外， 還需考慮投資大小、能源供應(yīng)、人員素質(zhì)、管理水平、以及公害、污染等因素。 我國在50年代末就開展了這方面的試驗研究工作。由于當時我國殼型用酚醛樹 脂的性能不過關(guān)和供應(yīng)難以保證，價格也

3、較高，而且當時我國還沒有專用的覆膜 砂生產(chǎn)設(shè)備，特別是汽車工業(yè)十分落后，對鑄件也沒有很高的質(zhì)量要求等多方面 的原因，殼型工藝在我國沒有得到推廣和應(yīng)用。80年代以后，隨著我國汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，對鑄件的質(zhì)量也提出了很高的要求，于是一汽從英國引進了一套熱 法樹脂覆膜砂設(shè)備，并通過技術(shù)消化開發(fā)出了國產(chǎn) SZ7215型熱法覆膜砂混砂裝 置。隨后濟南鑄鍛機械研究所等一些科研單位和院校一方面改進覆膜砂混砂設(shè) 備，提高它的牽引動力和攪拌速度，從而改善了酚醛樹脂在硅砂表面的覆膜效 果，另一方面，在方面過程中添加各種附加物，以提高覆膜砂的強度、耐熱性和 潰散性，于是樹脂覆膜砂在我國的汽車、拖拉機、柴油機工廠中得

4、到了廣泛的應(yīng) 用。目前，我國的樹脂覆膜砂專業(yè)生產(chǎn)廠家已達 200-300家，覆膜砂年產(chǎn)量超 過50萬噸，覆膜砂的品種也從單一的普通型覆膜砂，發(fā)展到了目前的高強度、 低發(fā)氣、耐高溫、速固化、低膨脹和易潰散等多種性能的覆膜砂，以及離心鑄造 用、激冷型和濕態(tài)造型用等專用覆膜砂。二、殼型造型1、殼型造型：殼型造型是指將樹脂砂與預熱到150- 350C的金屬接觸，從而形成與金屬模外形 輪廓一致的型腔，厚度6- 12.5mm的堅硬薄殼的造型方法。2、優(yōu)缺點：殼型造型與傳統(tǒng)用桐油、合脂、水玻璃、粘土作粘結(jié)劑的鑄造方法相比具有以下優(yōu)缺點：（1）優(yōu)點：1）、鑄件尺寸精度高、加工余量小2）、鑄件表面光潔、粗糙度可

5、達 12.5- 6.3 ym3）、可澆注薄壁鑄件4）、鑄件廢品率低5）、提高了生產(chǎn)率（2）、缺點：1）、用金屬模、耗能較多、樹脂加入量多、成本較高2）、混砂工藝較復雜3）難以鑄造大件4）工作條件差。在造型及澆注時有甲醛、苯酚、氨等氣體產(chǎn)生。3、殼型的制造方法殼型（芯）的制造方法通常有兩種：1）、翻斗法一一常用于制作殼型2）、吹砂法一一常用于制作殼芯其基本原理是把金屬模板或芯盒加熱到一定的溫度，使覆膜砂中的樹脂受熱軟化、熔融、硬化，其工藝流程如下：清理模板（芯盒）一一模板（芯盒）加熱一一噴涂分型劑一一制殼（包括烘烤， 此時覆膜砂已混制）頂殼 一一合型一一準備澆注。三、熱殼法覆膜砂用原材料殼型砂的

6、原材料主要由人造樹脂（粘結(jié)劑）、原砂、烏洛脫品（硬化劑）、硬脂 酸鈣（潤滑劑）以及其它附加物（石英粉、水、煤油等）組成。（一）、樹脂粘結(jié)劑1、樹脂粘結(jié)劑的分類酚醛樹脂（PF）是由酚類和醛類縮合而成的一類樹脂的總稱。其中性能最好、應(yīng) 用較廣的是甲醛縮合而成的高聚物。在聚縮反應(yīng)中，由于原材料配比和介質(zhì)的酸堿性不同，可以得到熱塑性線型樹 脂，也可以得到熱固性體型樹脂。1）、熱塑性線型樹脂在苯酚過剩和用酸性催化劑（如 Hcl）的條件下進行縮合反應(yīng)得到熱塑性線型樹 脂。這種樹脂由于苯酚過剩，便于長期存放。特點：淡黃色固體，加熱時熔化，有可塑性，能溶于酒精等溶液。殼型樹脂砂用的粘結(jié)劑就是這種熱塑性線型酚醛

7、樹脂。2）、熱固性體型樹脂在甲醛過剩和用堿性催化劑如Ba（OH）的條件下進行縮合反應(yīng)而值得熱固性體型 酚醛樹脂。其有甲、乙、丙三階段產(chǎn)物。作為粘結(jié)劑使用的酚醛樹脂系分子量在 7001000左右的甲階酚醛樹脂。熱芯盒法用的 2124液態(tài)酚醛樹脂就是熱固性樹 脂的乙階段產(chǎn)物。2、鑄造用殼型（芯）酚醛樹脂分級與牌號1）按軟化點分級分慷牝號7585105>R090瑪O - 1(X12）、按常溫抗彎強度分級3）、按聚合速度分級ABCD203()>30- 404）、牌號 鑄造用殼型（芯）酚醛樹脂的牌號表示如下：強度分級代號軟化點分級代號鑄造用殼型（芯）酚醛樹脂（鑄、殼、酚漢語拼音第一個字母）例

8、：ZKF95 7（二）、原砂覆膜砂（殼型）對原砂要求較高，一般選用天然硅砂，也可用鋯砂、鉻鐵礦砂、 或其他類似的耐火材料及混合砂等。1、粒度：主要取決于產(chǎn)品的使用要求，一般可選用140/70、70/140、100/200目的細砂。從減少樹脂的加入量角度看，原砂粒度宜相對集中，但過于集中會加劇硅砂高溫狀 態(tài)下的膨脹量，造成脈紋缺陷，故一般選擇分布在相鄰4-5個篩上（四篩砂為宜），在不影響鑄件表面粗糙度的前提下盡可能選用粗的砂子，這有利于減少樹 脂加入量和覆膜砂的發(fā)氣量，并減少其脫殼傾向，且可以保證殼型砂具有較高的 強度，適當?shù)耐笟庑院土鲃有浴?、粒形：所用原砂粒形因為圓形，即角形系數(shù)小于1.3。

9、圓形砂在獲得同樣強度時，樹脂的 加入量少，發(fā)氣量低，流動性好。3、SiO2 含量：從提高鑄件內(nèi)腔質(zhì)量、減少粘砂角度看，SiO2含量宜高。一般應(yīng)大于90%。4、含泥量、微粉含量、含水量要低。砂中的泥分、微粉（200目以下）含量高，將大大吸附樹脂，增加樹脂的消耗 量，降低型、芯強度。一般原砂應(yīng)經(jīng)過水洗、擦洗、及干燥。5、堿性氧化物少：原砂中的堿性氧化物會增加殼型砂的堿性，降低砂的熔點，且使殼型砂在存放過 程中結(jié)塊，使流動性變差，影響制殼（芯）時的吹砂性能。（三）硬化劑：1、常用的硬化劑是六亞甲基四胺（烏洛脫品），其分子式為（ CH） 6N4。硬化 作用是由76 1s.o"0于它受熱后和混

10、合料中的水份作用，生成甲醛并放出氨氣。反應(yīng)式：（CH2） 6N4+ 6H2O = 6HCHO + 4NH3?生成的甲醛與熱熱塑性線型酚醛樹脂進一步反應(yīng)，從而使樹脂由線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?體型結(jié)構(gòu)，把砂粒粘結(jié)成堅固的型殼。加入量一般占樹脂加入量的1015%，并以1:1 （重量比）或1： 1.5配成水溶 液加入。2、技術(shù)要求：純度： 99%水份： 0.%灰份： 0.03%（四）、其它附加物為改善覆膜砂的性能，有時還加入一些附加物，主要用：1、硬脂酸鈣：加入硬脂酸鈣可以增加覆膜砂的流動性和強度，使型（芯）表面致密、光潔，制 殼時易于脫模。此外，它還能使殼型砂儲存時不結(jié)塊。其加入量一般為占砂重的0.25 0

11、.5%。（國家標準JB/T8834 2001）為：硬脂酸鈣為樹脂量的6%。2、石英粉：加入石英粉可以改善鑄件表面光潔度，但 200目以下的石英粉宜少加，否則影響 強度。一般加入量占砂重2 %左右。3、水：水作為烏洛脫品的溶劑，使它能均勻分布，并起控制混砂過程化學反應(yīng)速度及降 溫作用。四、覆膜砂的性能：（一）、強度：（1）、熱強度一一脫模、起芯時要求的強度。主要與覆膜工藝有關(guān)。（2）、常溫強度一一在各工序之間的搬運及下芯時所需的抵抗外力破壞的強 度。從生產(chǎn)角度看，應(yīng)根據(jù)覆膜砂其它指標來綜合制訂，不必追求太高的常溫強 度。（3）、常溫抗彎強度一一足夠的抗彎強度是為了保證型芯在澆注到鑄件凝固過程中

12、不發(fā)生破裂和變形。一般情況下，根據(jù)原砂堆積密度和粒度分散度，保證覆膜砂的抗拉強度在一定要 求范圍內(nèi)而確定樹脂加入量，常溫抗彎強度變化范圍較小，因此抗彎強度測定是 在保證順利制出完好型芯的前提下測定控制。（二）、熔點：指制殼時覆膜砂被加熱，包覆在覆膜砂表面的熱塑性酚醛樹脂開始熔融，將砂粒 粘結(jié)在一起的溫度。一般為98 110C。合適的覆膜砂熔點使覆膜砂具有良好的 吹制工藝性（如流動性、充填性、抗沖刷性及抗脫殼性等），以保證獲得壁厚均 勻的殼型、芯。（三）、發(fā)氣量：發(fā)氣量是型（芯）砂常規(guī)性能控制的一個重要指標，它反映了型芯砂中有機物含 量的高低及有機物的性質(zhì)。一般通過發(fā)氣性曲線來描述，可直觀地反映

13、出覆膜砂 的發(fā)氣量及發(fā)氣速度。從生產(chǎn)角度講，在滿足其它性能的基礎(chǔ)上，發(fā)氣量越低越 好。（四）、必測的性能指標：常溫抗彎強度、熱態(tài)抗彎強度、灼燒減量、粒度和熔 點。選測的性能有：常溫抗拉強度、熱態(tài)抗拉強度、發(fā)氣量和流動性。（五）、鑄造用覆膜砂的牌號表示如下：FMS x xx xx xQ或H覆膜砂的粒度分組代號 灼燒減量的分級代號 常溫抗彎強度分級代號 鑄造用覆膜砂漢語拼音第一字母 例：FMS 6-35-21H五、覆膜砂的混制工藝：殼型砂的混制方法可分為干混粉狀砂和覆膜砂兩類。在殼型法發(fā)展初期采用普通 輾輪式混砂機混成粉狀砂，隨后開發(fā)了覆膜砂。覆膜砂是使樹脂以薄膜形式包覆 在砂粒表面，先后創(chuàng)立了冷

14、法、溫法及熱法覆膜三種混制工藝。我廠應(yīng)用的是熱 法覆膜工藝。熱法覆膜是一種適宜于大批量制備覆膜砂的方法，需要專門設(shè)備。混制時一般先 將砂加熱到140160°C，加入樹脂與熱砂混均勻，樹脂被加熱熔化，包在砂粒表 面。當砂溫降到105 110C時，加入烏洛脫品水溶液，然后鼓風冷卻，再加入硬 脂酸鈣混勻。經(jīng)冷卻、破碎、篩分備用。熱法覆膜的砂溫不宜低于130C，亦即砂溫應(yīng)高于樹脂軟化點 50 60C，否則大 顆粒樹脂不能完全熔化，將導致樹脂分布不均，影響樹脂的粘結(jié)效果。加烏洛脫品時，砂溫以105 110C為宜。因為烏洛脫品在117C以上分解，而作 為烏洛脫品溶液的水在100C以上有利于揮發(fā)氣

15、化。六、混砂設(shè)備在制備熱覆膜砂殼型砂時沒有通用辦法可以保證得到所需的性能。對性能影響最 大的是樹脂的品種和所用的設(shè)備?，F(xiàn)有的混砂設(shè)備有半連續(xù)復合式熱法覆膜砂混砂機、葉片式混砂機及一般輾輪式 混砂機三種。如英國FORDATH公司2000型和重慶鑄造機械廠生產(chǎn)的 SZ7215 型，每次100公斤，用丙烷加熱，也可用煤氣噴吹代替。德國WEBAC 30HP高速擺輪式混砂機是全套覆膜砂生產(chǎn)設(shè)備的重要組成部分。 它的特點是：混砂速度快、覆膜均勻、操作方便、安全。該機采用快速雙擺輪結(jié) 構(gòu)、底部中央有強力鼓風冷卻系統(tǒng)。該機在覆膜過程中，通過一對主刮板、一對底刮板和雙 擺輪的高速旋轉(zhuǎn)，使集聚在桶壁附近的砂粒和樹

16、脂產(chǎn)生一種向上的懸浮狀態(tài)，懸 浮砂團高度超過規(guī)定時，由桶壁上的壓板壓下?lián)Q向，同時由擺輪碾向桶壁，經(jīng)側(cè) 刮板刮下，再經(jīng)底板向上拋起。不斷重復這一過程，實現(xiàn)樹脂混合物對砂粒的均 勻覆膜，同時不會粘結(jié)成緊實的砂團。在混砂過程中，通過高壓風冷卻，使覆膜 砂很快降溫。另有：1、電加熱器：原砂加熱后，利用滾筒裝置攪拌混合砂粒，使砂粒循環(huán)加熱。2、計量系統(tǒng)：原砂采用電子秤計量，由計算機控制氣動碟閥的開關(guān)來控制進料 量。3、控制系統(tǒng)：過程控制由計算機自動控制。4、冷卻系統(tǒng)：由混砂機排出的覆膜砂，通過篩網(wǎng)篩分，排到流態(tài)沸騰冷卻床， 米用高壓風冷，使熱砂在冷卻床內(nèi)移動過程中強制、快速降溫到出砂口時已達到便于儲 存

17、或包裝的溫度。七、殼型、芯制造和使用中存在的問題及原因分析：殼型、芯生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問題主要有：脫殼、殼型(芯)表面疏松、澆注時殼 型、芯破裂、殼型、芯的變形、脈狀裂紋、粘模等。1脫殼:在用覆膜砂制造殼型、芯過程中，結(jié)殼后翻轉(zhuǎn)，未熔化的松散的覆膜砂被倒出， 而結(jié)殼的殼型、芯的已熔化但尚未固化的區(qū)域發(fā)生殼層脫落現(xiàn)象，從而使脫落處 的殼型、芯過薄，澆注時，金屬液可能在此強度不足處沖出，導致鑄件產(chǎn)生缺 陷。脫殼一般發(fā)生在自由懸掛的殼型、芯部分及殼層完全受重力作用的部位。大都是 結(jié)殼以后，其里層呈塑性狀態(tài)，而強度承受不了砂塊的自身重力而脫落。脫殼產(chǎn)生的原因：(1) 、樹脂軟化點太低(聚合速度慢)、熔化

18、溫度過寬(2) 、六亞甲基四胺加入量高，增加了脫殼量(3) 、樹脂加入量高，使覆膜砂砂粒表面的樹脂膜過厚(4) 、模板、芯盒溫度太低或加熱不均勻(5) 、型、芯不致密，導熱性差(6) 、吹砂壓力太高，時間太長，使芯盒表面激冷(7) 、吹砂壓力太低，時間太短(8) 、使用的覆膜砂溫度太低，導致模板或芯盒激冷(16-32C為宜)(9) 、結(jié)殼時間太長，結(jié)殼太厚(10) 、硬脂酸鈣加入量太高2、殼型、芯表面疏松殼型、芯表面疏松是指殼型、芯表面局部密實度差。其形成原因主要有：(1) 、覆膜砂的熔點太低(2) 、覆膜砂流動性差(3) 、排氣不當，造成在深凹處疏松和缺肉(4) 、翻斗時砂斗內(nèi)砂量太少或砂斗

19、高度不夠(5) 、吹砂空氣量不足(6) 、吹砂壓力太低，時間太短(7) 、芯盒溫度不均勻，局部溫度過高或過低(8) 、使用的原砂太粗3、殼型芯澆注時破裂指澆注時型、芯破裂，造成鐵水進入殼芯內(nèi)，或殼型跑火而使鑄件報廢。其原因 有：樹脂強度完全喪失，造成崩潰，或熱應(yīng)力過大、脆性過大造成破裂。具體有：（1）、型芯熱強度低（2）、結(jié)殼太?。?）、嚴重脫殼，局部地方太?。?）、原砂石英純度高，粒度集中，熱膨脹大（5）、殼型、芯硬度不足或過燒（6）、殼型、芯局部產(chǎn)生裂紋為防止殼型、芯開裂，除針對上述原因加以改進外，還可以在覆膜砂中加入能提 高熱塑性、減輕開裂傾向的附加物。例如，水楊酸、甲酚樹脂、松香皂熱塑性樹 脂、水玻璃等均有效果。4、殼型、芯變形產(chǎn)生原因：（1）、殼型、芯未硬化狀態(tài)下脫模（可采用較長硬化時間）（2）、殼型、芯薄壁（可采用較長的結(jié)殼時