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1、什么是覆膜砂？
鑄造用樹脂覆膜砂是指在造型、制芯前砂粒表面覆有一層固態(tài)樹脂膜的型砂或芯砂，簡稱覆膜砂。
覆膜砂（圖源：長江材料）
2、覆膜砂有何優(yōu)點？
與粘土砂、水玻璃砂、樹脂自硬砂等造型材料相比，覆膜砂具有很多優(yōu)點：
1）具有優(yōu)良的流動性，能制作輪廓清晰的復(fù)雜砂芯；
2）型芯的表面質(zhì)量好，致密無疏松，可獲得較好的鑄件表面質(zhì)量；
3）潰散性好，有利于鑄件清砂；
4）砂芯不容易吸潮；
5）覆膜砂還可以通過選區(qū)激光燒結(jié)成形，在砂型增材制造中獲得了重要應(yīng)用。
3、影響覆膜砂性能的主要因素有哪些？
影響覆膜砂性能的主要因素有原砂、樹脂、固化劑和附加物。
（1）原砂
鑄造用原砂主要有硅砂、再生砂、特種砂。
1）原砂粒形：一般圓形為好，因砂粒表面積小，粘結(jié)劑加入量少，砂粒間空隙大，有利于通氣和排氣。
2）集中粒度：三篩分，集中粒度75%~80%為好；四篩分，集中粒度85%~90%為好。由于礦源不同的砂子粒形各異，要求的型砂強(qiáng)度有高有低，透氣性、發(fā)氣量各不相同，要獲得合適的性能，需要將砂各目數(shù)適當(dāng)調(diào)配，一種粒度配比不可能都適用。
3）硅砂中SiO2的含量高低要求，要根據(jù)鑄件材質(zhì)具體情況具體分析�？傮w來說，如果SiO2的含量過低，則易造成粘砂，導(dǎo)致鑄件表面光潔度降低，但熱膨脹率低，抗脈紋性好。
硅砂粒度一般使用70/140目、50/100目。樹脂在高溫時的碳膜隔絕了金屬液與砂粒的接觸，所以一般不刷涂料也不會粘砂。大型鑄件可選用粒度粗一些的硅砂。
4）再生和焙燒硅砂：因高溫受熱砂粒表面雜質(zhì)減少，熱膨脹率降低（試驗證明膨脹率從1.6%降至1.1%），所以其常溫和高溫抗拉、抗彎蠕變減小，抗脈紋性好。
5）原砂含細(xì)粉粒和泥分：細(xì)粉和砂粒中粘附的泥分增多會增加粘結(jié)劑用量，應(yīng)嚴(yán)格控制在0.3%以下。
6）人工破碎硅砂嚴(yán)禁覆膜，因形狀均為片、尖角形及裂紋（破碎時震動形成），同時砂的表面積大，粘結(jié)劑加入量就大。
7）特種砂以人造陶瓷砂為例，人造陶瓷砂為球形，表面光潔度更高，膨脹率均在0.3%~0.6%，應(yīng)用于覆膜砂工藝時粘結(jié)劑加入量少，砂芯蠕變小，應(yīng)用于單獨(dú)或摻入硅砂中制造高耐火、高精度的砂芯效果較好。
（2）粘結(jié)劑（樹脂）
覆膜砂用樹脂是熱塑性酚醛樹脂，對于樹脂而言，影響覆膜砂強(qiáng)度的因素有：樹脂本身的內(nèi)聚強(qiáng)度，樹脂在砂表面的附著力及潤濕性。
樹脂內(nèi)聚強(qiáng)度取決于相對分子的質(zhì)量，質(zhì)量越大，內(nèi)聚強(qiáng)度越高。但隨著質(zhì)量的增大，樹脂流動性變差，軟化點升高，型砂抗彎強(qiáng)度降低，熱膨脹率變小。另外，樹脂在覆膜過程中，原砂的加熱溫度、固化速度（結(jié)塊）、設(shè)備混制的均勻性都直接影響覆膜砂的性能。
（3）固化劑
固化劑是使樹脂在熱作用下進(jìn)行固化反應(yīng)，選擇好的固化劑（比如烏洛托品）和確定合適加入量對覆膜砂性能有重要作用。
（4）附加物
為了實現(xiàn)覆膜砂的一些特殊性能要求，在覆膜砂混制時需要加入一些輔助材料，借助這些輔助材料可按需改善覆膜砂性能，比如：
1）如覆膜砂有耐高溫需求，則添加含碳物質(zhì)和防金屬液浸透的惰性材料；
2）如需要覆膜砂易潰散，則加入MnO2；
3）如需提高覆膜砂的強(qiáng)度、韌性，則加硅烷、各種酯類、超短玻璃纖維等；
4）如需覆膜砂防粘砂、防脈紋、防橘皮，則加氧化鐵、粘土、淀粉等。
4、覆膜砂的工藝應(yīng)用需注意哪些方面？
根據(jù)鑄件材質(zhì)，采取不同的工藝方法，對砂型和砂芯的特殊要求等選擇相應(yīng)的覆膜砂工藝。
（1）制芯工藝
1）芯盒加熱溫度一般控制在200~260℃，溫度低，則加熱時間長。砂芯外層的固化厚度只要達(dá)到所要求的砂芯強(qiáng)度即可，內(nèi)部有部分未固化的散砂是允許的。
2）較厚的砂芯，盡量中間掏空制成“殼”芯，既節(jié)省用砂，也減少發(fā)氣量。
3）射砂的壓力，應(yīng)控制在0.5 MPa左右。型芯簡單，壓力可低一些；復(fù)雜、薄壁的鐵型覆砂壓力要高，可適當(dāng)增加射嘴和排氣塞。
4）加熱保溫時間視砂芯厚度而定，一般30~200s，要將砂芯烘烤呈褐色，這樣既有較高的強(qiáng)度，又能降低發(fā)氣量和減少存放吸潮性。
（2）各種材質(zhì)鑄件覆膜砂的選用
1）鑄鋼澆注溫度比鑄鐵高100℃左右，需要有較耐高溫的原砂，如SiO2大于96%的硅砂或人造陶瓷砂。
2）鑄鐵用硅砂的SiO2含量一般為85%~90%，粒度一般為70/140目或50/100目，鑄件尺寸小、壁薄宜使用偏細(xì)的砂；根據(jù)鑄件工藝特性，選擇普通或有特殊性能要求的覆膜砂，如易潰散、低發(fā)氣、抗高溫蠕度等。
為緩解石英受熱膨脹導(dǎo)致砂芯變形、開裂、粘砂，芯砂中可摻入石英相變砂和人造陶瓷砂。
3）鑄鋁應(yīng)使用100/200目原砂，因鋁液流動性好，細(xì)顆粒可避免滲透鋁液，若用粗粒度，則必須涂料遮蔽。鑄鋁使用的覆膜砂必須具備低發(fā)氣、易潰散等特性。
4）覆膜砂在使用單位必檢項目：覆膜砂應(yīng)按JB/T 8583—2008《鑄造用覆膜砂》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)和檢驗（用戶特殊要求除外），用戶如條件所限無法按標(biāo)準(zhǔn)完成全項檢查，則必須對表1所列項目進(jìn)行檢查驗收。
5、覆膜砂應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題及其對策
1）如果使用覆膜砂時出現(xiàn)局部一塊一塊的粘結(jié)芯盒，主要是由于樹脂覆膜不均造成的。另一個原因就是砂中細(xì)粉過多或添加的粉狀輔助材料堵塞排氣塞，這同樣也會導(dǎo)致樹脂用量增加造成浪費(fèi)。
加入粉狀物料的覆膜砂，正確混制方法應(yīng)先加粉料，混合幾秒后再加樹脂，否則不易混制均勻，還影響覆膜砂整體強(qiáng)度。
2）覆膜砂樹脂的耐火度，厚大鑄鐵件、鑄鋼件及要求高溫澆注的鑄件，樹脂要具備高的耐火度，在高溫下不與砂產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。因樹脂偏堿性對硅的反應(yīng)更為靈敏，因此，要求原砂有較高的SiO2含量，并適當(dāng)加碳質(zhì)耐火輔料，使用陶粒砂、鋯砂及噴耐火涂料等。
3）覆膜砂需加熱進(jìn)行固化，芯盒加熱位置必須使芯盒受熱均勻。射嘴位置要能充分射滿空腔，盡量避免射在鑄件上，以便清除。排氣孔的位置要注意“死角”，離射嘴遠(yuǎn)的地方需適當(dāng)多設(shè)置排氣孔。芯盒要勤清理粘附的砂層，暫不用的模具清理后要涂防銹油保養(yǎng)。
4）覆膜砂的強(qiáng)度要根據(jù)砂芯要求而定，過高的強(qiáng)度必然樹脂加入量也多，發(fā)氣量也會增加。
5）砂芯在內(nèi)腔受熱蠕度嚴(yán)重的要使用相變砂、特種砂，并添加各種輔助材料。
6）砂芯薄、細(xì)長、四周包圍金屬液的因芯內(nèi)高溫產(chǎn)生的氣體難以排出，一定要使用較粗的原砂，如50/100目、40/70目，外敷涂料（最好用水基涂料），逼迫氣體從砂�？障吨信懦�。
7）覆膜砂發(fā)氣量大，而且發(fā)氣速度慢，在粘土砂型中一定通過芯頭把氣體引出，否則易出現(xiàn)嗆氣孔、砂型“放炮”打漏、打破砂型及爆炸性粘砂。
8）較長鑄件下部的覆膜砂會過早潰散，無法托起近凝固的鑄件，易形成鑄件下沉、裂紋，預(yù)防措施有以下幾點：①快澆，加快冷卻，使鑄件形成強(qiáng)度；②下型可采用覆砂鐵型工藝。
9）疊箱澆注的覆膜砂型殼，一定要在制型時延長烘烤時間，減少發(fā)氣量，否則由于金屬液自下而上充型，將氣體都趕到上面，由于氣壓原因最上幾層容易造成嗆火和澆不足。
10）覆砂鐵型是在金屬型內(nèi)腔表面覆掛一層覆膜砂，厚度為4~20 mm，用砂的厚度調(diào)節(jié)金屬液的冷卻速度，鑄件壁厚較大的部位砂層宜薄一些，鑄件壁厚較薄的部位砂層宜厚一些。因砂型剛性好，澆出的鑄件尺寸較精確。由于鐵型良好的導(dǎo)熱性，金屬液冷卻的速度快，自補(bǔ)縮性較好，可少用冒口或不用冒口，工藝出品率提高，鑄件致密性強(qiáng)，力學(xué)性能也會提高。
6、覆膜砂舊砂再生利用
在粘土砂型中使用的覆膜砂芯，澆注后經(jīng)破碎砂處理可代替新砂使用，殼型覆膜砂則應(yīng)回收再生利用，砂受熱后膨脹率顯著降低，再次覆膜樹脂加入量會減少。當(dāng)一個企業(yè)日用砂量在10 t以上時，完全可以投資再生覆膜。
覆膜砂舊砂回收再生目前主要有3種方法：（1）熱法，將砂加到800℃左右，燃燒掉樹脂膜；（2）機(jī)械再生，用多級磨擦，酌減至1.6%以下，每次覆膜再加入5%~10%的新砂；（3）用開箱后鑄件的余熱在震動槽上反復(fù)燃燒加熱，再經(jīng)簡單磨擦除塵即可。
資料來源：
張江等：覆膜砂在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用，山東省機(jī)械設(shè)計研究院、山東省鑄造協(xié)會等
楊慧：原砂及樹脂加入量對覆膜砂性能的影響，江蘇省鑄造協(xié)會
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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