覆膜砂用酚醛树脂在铸造涂料里的应用

传统的铸造涂料仅用于抵抗和隔离铸钢与型腔，以达到防粘砂的目的。 但普通铸造涂料由于附着力差、强度低、耐火性差、低温下发气量大等原因，容易粘坯。 砂粒、沙眼、气孔、碳渣等缺陷。坯料粘砂是由于油漆没有有效抵抗和隔离，或油漆与低温金属液发生物理反应所致。 。

1、油墨附着力差：当沙子充满振动时，浆液龟裂，坯料粘在沙子上。

2、涂料的膨胀系数大：当油墨与低温金属液接触时，受热的油墨体积会膨胀而与型腔分离，造成坯体粘砂。

3、低温液态金属被氧化，与涂料和型腔发生物理反应，形成金属氧化物，对涂料和型砂有较强的附着力，使型砂能牢固地粘附在铸钢表面，产生一系列低熔点化合物[在铸钢的厚壁和拐角处，低熔点物质较多，粘土层较晚），导致铸坯粘砂。 有时，虽然没有形成粘砂，但铸钢表面附着一层无法除去的油漆，形成粘灰。

钢坯锈：

1、型腔内有落砂。

2、油墨硬度低，耐火性差，不能承受低温金属液的磨损，型砂卷入坯体中。 造成坯料气孔的原因有很多，

常见的是型腔内有大量产气量的物质，产气速度快，墨水或沙子透气性差，二氧化碳不排出等。及时去除。 开发的新型铸造油墨是在传统铸造油墨的基础上改进和调整的。 低温不脱落、不龟裂、硬度高，能有效避免低温液态金属的氧化。 反应。 同时可以阻止氮、硫、碳等二氧化碳的生成。 从而解决：钢坯粘砂、钢坯沙眼、钢坯粗糙、钢坯气孔、钢坯混入【炉渣】、球磨铁变异、铸件硫裂纹、渗碳缺陷等问题。

采用壳型铸造法生产的铸钢规格精度高，表面粗糙度低，可节省大量金属铣削消耗和机械加工工时。 条件，因此非常适合大批量、精度要求高的毛坯生产。

采用热芯盒覆膜砂工艺壳型铸造碳钢毛坯与铸铁的区别在于，采用覆膜砂工艺壳型铸造碳钢毛坯与铸铁的工艺不同在于原砂的SiO2浓度不同，铸铁的SiO2浓度为90%。  ，铸件率小于95%。 壳形铸件毛坯的精度高于蜡模精密铸造。

1、覆膜砂原料的选择

覆膜砂通常由级配、结合剂、固化剂、润滑剂和特种添加剂组成。

1. 分级

级配是覆膜砂的主体。 级配的要求是：耐火度高、挥发分少、颗粒较圆、硬度高。 通常采用擦过磷酸钙，主要是因为其储量丰富、价格实惠、能够满足铸造要求。 锆英砂或铬铜矿砂仅用于有特殊要求的铸件或铸铁件。 方解石的通常要求是：

(1)SO2浓度高。 铸铁和有色铸造砂要求SO2>90%，铸件要求>97%；

(2)含泥量≤0.2%；

(3)细度分布宜采用3-5筛分散；

(4)AFS粒度：应根据坯料表面粗糙度要求选择不同粒度，通常为AFS50~65；

（5）颗粒形状：尽量选择圆度好的方解石，角形应由（6）pH值诱导（7）方解石需用水擦拭。 若有特殊要求，钢渣可进行酸洗或低温活性处理（900℃焙烧）

2.活页夹

目前，一般采用热固性树脂作为粘结剂。 热固性树脂分为固体和液体、热固性和热塑性。 目前，一般采用热塑性固体热固性树脂来制造覆膜砂。 其性能要求是：

(1)聚合速率(热板法)：25-27s；

（2）软化点（环球法）：90～105℃；

（3）流动度（斜板法）：60-110mm；

(4)游离酚浓度(氯化法)：≤4%。

粘结剂的性能对覆膜砂的质量影响很大。 人们仍在研究如何提高热固性树脂的性能，寻找热固性树脂的替代品。 美国开发了不同性能的特种树脂，如高硬度、低发气树脂、易消散树脂等。 也有使用改性聚酯树脂的报道，但尚未得到推广。 迄今为止，改性热固性树脂仍被普遍使用。 近年来，国内覆膜砂用热固性树脂的研发发展迅速，并开发出不同的改性热固性树脂用于生产使用。

3、固化剂、润滑剂、添加剂

固化剂一般采用六乙烯四胺，即六乙烯四胺，分子式为(CH2)6N4，要求是工业一流产品。 润滑剂通常是硼酸钙。 其作用是避免覆膜砂结块，降低流动性，使型、型芯表面致密，提高型腔（型芯）的脱模性能。 添加剂的主要作用是改善覆膜砂的性能。 目前使用的添加剂主要有：耐低温添加剂（如含碳材料或其他惰性材料）、乙桂散添加剂（如锌粉、重铬碘化钾、高锰碘化钾、己内酯等）、强韧添加剂（如超短玻纤材料、有机硅氧烷KH-550等）、防粘砂添加剂、抗老化添加剂等。

2、覆膜砂的分类

随着覆膜砂应用范围的不断扩大，不同的铸造工艺、不同的材质要求以及不同结构的铸钢对覆膜砂提出了不同的性能要求。  20世纪90年代以来，国外开发了不同性能的覆膜砂。 根据其性能特点，国外市场上的覆膜砂可分为干态和湿态两大类。 干式包括：普通型、耐低温型、高强度低发气型、易散失型、离心铸造型等。湿式覆膜砂包括机械型和手工型。 各种覆膜砂的主要成分、特点及适用范围如下：

1、普通覆膜砂

其成分一般由石英砂、热塑性热固性树脂、乌洛托品和油酸钙组成，不添加相关添加剂。 在相应硬度要求下，树脂添加量一般比较高，不具备耐低温、低膨胀、低发气等特点。 适用于要求不高、结构简单的铸铁件的生产。

2、高硬度、低发气量覆膜砂

在普通覆膜砂的基础上，通过添加相关特性“添加剂”，采用新的制备工艺，使树脂用量大幅增加，发气量显着减少，可以减慢发气速度。 覆膜砂具有硬度高、膨胀低、发气量低、发气慢的特点。 非常适合铸铁件和中小型铸件中要求发气量低的砂芯，如轴套砂芯。

3、耐低温覆膜砂

砂通常是指覆膜砂的热硬度高、耐热时间长、高温变形小，而不是指耐火度高。 通过特殊的工艺配方技术生产（通常在方解石涂层中添加相应量的惰性材料如磨粉砂、高铬矿、碳质材料或其他惰性材料），生产出具有优异的低温性能和综合铸造的产品一种高性能新型覆膜砂。 具有耐低温、高硬度、低膨胀、低发气、慢发气等特点。 非常适合生产复杂、薄壁精密铸铁件（如汽车底盘发动机、缸盖等）的热裂纹、气孔等铸造缺陷。

4、覆膜砂易消散

是针对不易清理的有色金属（特别是铝合金）毛坯而开发的一种覆膜砂。 该砂具有优异的高温消散性，同时具有良好的硬度。 用它生产有色金属（铝合金、铜合金等）钢坯，不需要重新加热钢坯去砂，只需在浇注后将铸钢冷却24小时，然后抖掉钢坯即可。沙。

5、离心铸造覆膜砂

覆膜砂适用于离心铸造工艺，可代替油墨生产离心铸造管材等。 根据铸管的材质、半径和技术要求，可加工成不同性能的离心铸造覆膜砂。 与其他种类的覆膜砂不同的是，覆膜砂的密度较高，发气率较低，发气速度较慢。6、湿式机械覆膜砂

它是一种在高温下湿润的覆膜砂。 常年高温保存不会自然凝固（可保存1年以上）。 根据不同毛坯的技术要求，可采用湿态、高硬度、低发气量等不同特性的各类覆膜砂。 覆膜砂可完全替代热芯盒砂（无需安装射芯机射头即可生产各种材质、各种型号的铸钢）。

7、湿法手工覆膜砂

覆膜砂的湿压硬度可在0.1-0.3MPa内任意调节。 保存期3个月以上。 适用于手工造型或制芯（与桐油砂、鹤纸砂类似）。  ℃，加热时间3-10min，固化后的模（芯）具有硬度高、发气量低、蠕变模体积小、不吸湿等特点。 覆膜砂易于生产单件、小批量、精度要求高的毛坯，极易被乡镇企业采用。 值得注意的是，模具（型芯）加热凝固时，须等炉温达到所需温度后才能加热，切勿随炉温加热。

3、覆膜砂芯（型）工艺

近年来，覆膜砂的应用越来越广泛。 它几乎用于所有铸造方法。 工艺技巧不尽相同，但无论是制芯还是造型，基本工艺要求（湿手工除外）：加热温度200~300℃； 固化时间30~150s； 射砂压力0.15~0.6MPa。 具体参数应根据设备型号、类型、芯材质量和复杂程度以及覆膜砂的类型进行调整。 原则是：可选用形状简单的砂芯和流动性较好（或细度较粗）的覆膜砂。 射砂压力较低，薄砂芯加热温度较低，加热温度较低时固化时间较长； 反之亦然。 下面描述几个不同的应用示例。

1. 制作实芯

理论上，覆膜砂几乎可以生产所有类型的实心型芯，特别是高精度毛坯。 当采用湿法覆膜砂时，可以直接用热芯盒设备和工装制芯，无需对原有设备和工装进行任何改变。 使用干法覆膜砂时，因其流动性好覆膜砂用酚醛树脂，需对芯盒排气形式、喷嘴及芯盒密封进行特殊处理。 利用休止角原理（覆膜砂的休止角为30o左右）可解决射砂后排气时覆膜砂进入注射腔以及人工落下覆膜砂的问题当沙子没有被射出时。 目前，有不少厂家采用干法覆膜砂热芯盒制芯工艺。

2.制作外壳类型

壳型采用覆膜砂制成，常用于铸造曲轴等轴类零件或盘类零件如刹车片和一些表面要求较高的阀门零件。 相关参数如下：砂铁比1：（1.5）～4； 吃水斜度0.5°～1°等，壳体壁厚8～12mm。

均匀的壳体壁厚可以减少覆膜砂用量，获得均匀的铸钢组织。 为了用覆膜砂制作壳型，可以使用固定射芯机或翻转射芯机。 后者可以使用干法覆膜砂或湿法覆膜砂，前者只能使用干法覆膜砂。

3、制作壳核

覆膜砂制成的壳芯一般采用摆动式壳芯机（如K85、K87、K89等），通过射砂、结壳、清除残砂、养护、成型等工序完成制芯过程。薄膜去除。

为了保证壳芯的质量，不仅要保证覆膜砂的质量，还须根据每个砂芯的具体情况选择合理的制芯工艺。

(1)芯盒空气温度芯盒空气温度是影响型壳长度的主要因素之一，通常控制在230-300℃，并按以下原则选择：①保证覆膜砂上的树脂需要足够的热量来软化和固化；  ②保证生产出所需的壳厚度且壳芯表面不结焦；  ③尽量减少结皮硬化时间，提高成品率。

(2)射砂压力和时间射砂压力应根据砂芯的形状和复杂程度确定，使芯砂紧密地填充芯盒。 压力过高时，易造成砂芯缩颈、跑砂； 压力太大时，砂芯容易松动。 如果射砂时间太长，很容易使已经结壳的贝壳打滑，导致结壳很薄； 时间太短则无法形成砂芯。 射砂压力通常为0.15~0.4MPa，射砂时间通常控制在3~10s。

(3)结壳时间 结壳时间的长短取决于砂芯的壳厚，而壳厚又由砂芯在运输、组芯、铸造过程中的硬度要求决定。 在覆膜砂质量的前提下，型壳越厚，硬度越高。 当壳厚度为6-8mm时，结壳时间为10-30s，当壳厚度为10mm时，结壳时间为20-65s。

(4)摆动注砂时间壳芯机完成结壳阶段后，将注砂口的芯盒向下转动，左右摆动45o角，将未结壳的剩余砂倒出。 这段时间可根据砂芯外观的复杂程度和注砂口的布置来确定。 以倒出为宜，一般5-10s。

(5)硬化时间为了使砂壳充分硬化，砂芯应在加热的芯盒中不断硬化。 硬化时间可根据型壳的厚度和芯盒的温度来确定。 时间太短，如果壳没有完全固化，则壳的硬度会降低； 时间太长，砂芯表面容易被烧黑。 一般控制在20-100s。

4、热离心铸造

该工艺是在粗成型金属型（铁型）中进行传统的离心铸造工艺。 主要用于生产管状回转体毛坯。 首先在铁模型腔表面涂上一层油墨，以方便取模。 近年来，已开发出用于简易离心铸造的覆膜砂以取代油墨生产。 由于其排气效果较差，要求壁薄（3mm左右），一般采用单层砂，与铸钢接触的表面采用细砂（70/140目），内层由粗砂（50/100目）制成。  。

5、铁型覆膜砂工艺

该工艺是在已成型的金属模具（铁模）的型腔内涂上一层薄薄的覆膜砂（3-8mm），制成模具型腔，它采用工艺试验等多种手段、计算机模拟、经验图表等，合理设定铁型的壁厚、覆膜砂的长度、浇注系统和覆膜形成的材料，使铸铁处于更有利的状态。健康）状况。 完成充填物熔化和冷却的目的，提高其内在质量和表面质量。

我国铁型砂涂装技术先开发出来，并在中小型铸造企业成功应用。  20世纪70年代末，我国建成第一条铁型覆砂铸造生产线。  20世纪80年代以后，我国铁型覆砂铸造技术的基础研究团队和应用企业涌现并迅速发展。 目前，我国已有近百家企业将铁型砂型铸造应用于生产，年产铁型型型砂毛坯（主要是凸轮、凸轮轴、齿轮及出口毛坯等）约10万吨，年消耗覆膜砂约2万吨。

我国不少中小型铸造企业钢坯质量较差，经济效益较低，铸造生产条件都不同程度较差，财力很少，无法进行根本性技术改造。 因此覆膜砂用酚醛树脂，一些中小型铸造企业考虑采用投资少、见效快的铸铁件。 砂型铸造技术增强自身竞争力。 由于覆砂铸铁生产的铸钢平均精度在CT7左右，表面粗糙度为12.5um，需要数十亿元才能基本形成生产能力。 如果大企业采用这种工艺，可以有效降低生产成本。

铁型覆砂铸造主要工艺参数：铁型壁厚25mm，基岩厚度5-8mm（适用于小螺距球墨铸铁连杆）； 铁模具的质量通常是铸钢的5倍左右； 铁砂比（铸钢质量与覆膜砂消耗量之比）为6-7。 铁型（即基岩的获取）的覆砂造型方法有注砂造型和压缩造型两种。 目前后者使用较多。 基岩为普通覆膜砂，非常容易批量生产； 前者适用于单件质量较大的连杆（铁型规格长达数米），上覆基岩为各类湍流自硬砂。 后者射砂压力的选择与覆膜砂的长度有关。 当射砂压力为0.2-0.6MPa、覆膜砂长度为4-5mm时，密度最高。

由于覆砂铁模的型腔挠度较好，可提高坯料的致密性，密度平均提高0.86%。 许多企业已实现四缸及以下球墨铸铁连杆的铸态生产。 铸态性能达到QT800-2以上，铸件废铁率3%～5%。

4、覆膜砂的再生及质量控制

随着人类对环保要求的不断提高，覆膜砂的回收再生变得越来越重要和紧迫。 常用的再生方法有机械再生和热再生。

机械再生的基本原理是利用高速旋转轮（约3500r/min）的磨盘与慢速旋转架（5-10mm）之间的间隙对旧砂进行摩擦，从而消除旧砂。旧砂表面有树脂。 并以旧砂整形为目的，对形成的烟尘进行通风除尘处理。 热再生的基本原理是利用旧砂预处理和沸腾热再生炉设备。 首先将旧砂进行振动破碎和磁选，然后在沸腾再生炉中煅烧。 砂子生产出来后，保温、冷却、过筛、重复使用。 热再生后的再生砂性能可达到：烧失量（质量分数）

为了保证覆膜砂芯的质量，首先须保证覆膜砂的质量。 覆膜砂的各项性能指标须满足生产要求。 检验方法可参照机械行业标准（JB/T8583.1997铸造用覆膜砂）。

覆膜砂芯的质量不仅是砂芯的几何形状、尺寸精度、表面质量和壳长，而且还通过观察砂芯的颜色来衡量芯砂的凝固情况。 正常情况是砂芯表面应是均匀的黑色，中心呈淡蓝色，过热时表面呈金色甚至白色，硬化不足时表面呈蓝色，中心呈蓝色。

5、展望

21世纪，模制、制芯技术进步的关键问题应是发展无公害、少污染、低成本生产、节能材料以及良好劳动条件的制模、制芯技术。制作过程。 为此，覆膜砂技术未来的发展方向应该是：

（1）减少覆膜砂对环境的污染，开发低游离酚、低气体、少污染的热固性树脂，保护人类赖以生存的自然环境。

(2)热固性树脂替代品研究。 由于热固性树脂价格昂贵，开发廉价、高品质的新型粘合剂势在必行。

(3)进一步研究和改进热固性树脂的流变性能，不断增强树脂的反应、涂覆和固化特性。

(4)研究树脂合成过程中的性能控制，需要进一步研究树脂中合适的大分子和小分子聚集体，以提高树脂的强度、硬度和抗脱壳性。

(5)进一步研究旧砂的再利用。 随着我国覆膜砂用量的不断减少，不少厂家的使用量已达到数千吨以上。 研究旧砂覆膜砂的再生利用具有重要的现实意义。 除了提高覆膜砂的性能外，还能节省成本，减少废弃物对环境的污染。

(6)进一步提高覆膜砂的固化温度，减少固化时间，不仅可以减少煤耗，提高工作效率，而且可以减少磨具的变形量，增强型芯规格的精度。 笔者坚信，随着我国国民经济建设的发展，我国铸造行业覆膜砂技术将会越来越好，其应用也会越来越广泛。