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覆膜砂制芯(型)工艺
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近年来,覆膜砂的应用越来越广,几乎用于所有的铸造方法中,其工艺方法不尽相同,但无论是制芯还是造型,其基本工艺要求是(湿态手工类除外):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、型、芯质量及复杂程度、覆膜砂的种类等进行调整,原则是:形状简单的砂芯、流动性好(或粒度较粗)的覆膜砂可选择较低的射砂压力,细薄砂芯选择较低的加热温度,加热温度低时可适当延长固化时间等;反之亦然。以下分述几种不同的应用实例。  
1. 制作实体芯  
从理论上讲,覆膜砂几乎可以生产所有类型,尤其是高精度铸件的实体芯。采用湿态覆膜砂时,可直接利用热芯盒设备和工装制芯,而无需对原有设备和工装做任何改变。采用干态覆膜砂时,由于其流动性好,需对芯盒的排气方式、射嘴及芯盒密封进行特殊处理。可利用安息角原理(覆膜砂的安息角约30o ) ,解决射砂后排气时覆膜砂进入射腔和不射砂时覆膜砂自动下落等问题。目前,采用干态覆膜砂热芯盒制芯工艺的厂家较多。  
2. 制作壳型  
用覆膜砂制作壳型,常见于浇注凸轮轴等轴类零件或刹车片等盘类零件及一些表面要求高的阀类零件等。其相关参数如下:砂铁比1:(1.5)~4;拔模斜度0.5°~1°等,壳型壁厚8~12mm。 
均匀的壳型壁厚可以减少覆膜砂用量,获得均匀的铸件组织。用覆膜砂制作壳型,可采用固定式射芯机或翻转式射芯机,前者可用干态覆膜砂或湿态覆膜砂,后者只能选用干态覆膜砂。  
3. 制作壳芯  
用覆膜砂制作壳芯通常采用摇摆式壳芯机(如K85、K87、K89等),通过射砂、结壳、提出余砂、固化、脱膜等环节完成制芯过程。  
为了确保壳芯的品质,除了要保证覆膜砂的品质之外,还必须根据每个砂芯的具体情况来选择合理的制芯工艺。  
(1)芯盒温度 芯盒温度是影响壳层厚度的主要因素之一,一般控制在230-300℃,并根据下列原则选定:①保证覆膜砂上的树脂软化及固化所需的足够热量;②保证形成需要的壳厚且壳芯表面不焦化;③尽量缩短结壳及硬化时间,以提高生产率。  
(2)射砂压力及时间 射砂压力应根据砂芯的形状及复杂程度而定,以能使芯砂紧密地 充填芯盒为宜。压力过高时,易使砂芯出现缩颈和跑砂现象;压力过低时,砂芯易出现疏松现象。射砂时间过长,易使已结壳的型壳滑移,造成结壳很薄;时间过短则砂芯不能成型。射砂压力一般为0.15~0.4MPa,射砂时间一般控制在3~10s。  
(3)结壳时间 结壳时间的长短取决于砂芯壳厚,壳厚由砂芯在运输、组芯及浇注时的强度要求而定。在覆膜砂品质一定的前提下,壳层越厚强度越高。壳厚6~8mm时,结壳时间10~30s,壳厚10mm时,结壳时间20~65s。  
(4)摇摆倒砂时间 壳芯机在结壳阶段结束后,将芯盒射砂口朝下,以45o 角的幅度左右摇摆,倒掉未结壳的余砂。该段时间可根据砂芯外形复杂程度及射砂口的布置情况来确定,以倒净为宜,一般为5-10s。   
(5)硬化时间 为了使砂壳充分硬化,砂芯应持续在加热的芯盒中硬化,硬化时间可根据壳厚及芯盒温度而定。时间过短,壳层未完全固化则强度低些;时间过长,砂芯表层易烧焦。一般控制在20-100s。
4. 热法离心铸造 
该工艺是在粗成形的金属型(铁型)内传统的离心铸造工艺,主要用于生产管类回转体铸件,先在铁模内腔表面涂挂一层涂料以利于取模。近年来,已开发出适于离心铸造用覆膜砂替代涂料生产。由于其排气效果较差,故要求壁薄(约3mm),且通常采用双层砂,与铸件接触表面采用细砂(70/140目),外层采用粗砂(50/100目)。  
5. 铁型覆膜砂工艺  
该工艺是在粗成形 的金属型(铁型)内腔覆一薄层覆膜砂(3-8mm)而形成铸型,见图1。它通过各种手段,如工艺试验、计算机模拟、经验图表等,合理地设定铁型壁厚和覆膜砂厚度、浇注系统及覆膜砂层材料,以达到使铸铁在一个比较有利的条件下完成充型凝固冷却,提高其内在品质和表面品质的目的。 
我国铁型覆砂技术首先是在中小铸造企业中发展起来并成功应用的。20世纪70年代末,我国建成了第一条铁型覆砂铸造生产线。80年代以后,我国铁型覆砂铸造工艺的基本研究队伍和应用企业已形成,并得到较快地发展。目前,我国已有近百家企业将铁型覆砂铸造应用于生产,年产铁型覆砂铸件10万吨左右(主要是曲轴、凸轮轴、齿轮及出口铸件等),年耗覆膜砂约2万吨。 
我国许多中小铸造企业不同程度存在铸件品质差、经济效益低和铸造生产条件恶劣的情况,又很少有财力进行根本性的技术改造,因此有些中小铸造企业就考虑采用投资少、见效快的铁型覆砂铸造技术来提高自身的竞争能力。因为铁型覆砂铸造生产的铸件平均精度为CT7级左右,表面粗糙度为12.5um,投资几十万元就能基本形成生产能力。如果大企业采用此工艺则可有效地降低生产成本。  
铁型覆砂铸造的主要工艺参数:铁型壁厚25mm,覆砂层厚5-8mm(适用于小缸径球铁曲轴);铁型质量一般是型铸件质量的5倍左右;铁砂比(铸件质量与所耗覆膜砂量之比)为6-7。铁型覆砂造型方法(即覆砂层的获得)有射砂成型和压模成型两种,前者目前用得较多,覆砂层为普通覆膜砂,特别适于大批量生产;后者适用于单件质量较大(铁型尺寸达数米长)的曲轴等,覆砂层为各种流态自硬砂。前者射砂压力的选择与覆膜砂厚度有关,当射砂压力为0.2-0.6MPa,覆膜砂厚度为4-5mm时,其密度最大 。 
由于铁型覆砂的铸型刚度较好,可提高铸件的致密性,密度平均提高0.86%。许多企业实现了四缸及以下球铁曲轴的铸态生产。铸态性能达QT800-2以上,铸造废品率为3%~5%。 

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