1、造型材料及型芯砂工艺陕西金鼎铸造有限公司 从广义上讲，凡是用来制造铸型（包括芯子）的材料都属于造型材料。铸造生产中使用的铸型有砂型、金属型、陶瓷型、石膏型等等，需要各种各样大量的造型材料。在以上各种铸型中，最普遍和大量使用的是砂型。在我国或世界范围内，用砂型生产的铸件占铸件总生产量的80%以上，因此，在铸造行业里，一般说到造型材料，通常指的是砂型铸造用的造型材料，包括所用的各种原材料、混合料及涂料等。砂型铸造是指造型材料以原砂为骨料的铸造工艺型砂，按所用粘结剂可分为粘土型砂、无机粘结剂型（芯）砂和有机粘结剂型（芯）砂等。在这些型（芯）砂中，最为常用的是粘土湿型砂（也称潮模砂），即不经烘干的粘土
2、砂。用这种铸造材料生产的铸件大约占所有用砂型生产铸件产量的 7080%，适用于铸铁、非铁合金中小铸件和小型铸钢件的生产。粘土湿型砂采用天然矿物膨润土作为粘结剂，其来源广泛、价格低廉，浇注后的型砂可以经过处理后反复使用，可缩短生产周期。所以粘土湿型砂铸造不但为汽车、拖拉机制造等行业中大批量铸件生产时所采用，也为众多的单件小批铸件生产企业所采用。在无机化学粘结剂型砂中，目前主要应用的是水玻璃砂。而有机化学粘结剂型（芯)砂的品种繁多，从早年开始用的桐油砂、亚麻油砂，到今天广泛采用的合成树脂粘结剂应有尽有。人们可以根据造型或制芯的需要，以及来源、价格、设备条件等方面来综合考虑采用哪种粘结剂。现有的三条
3、生产线（小件线、1280线、静压线）都是采用粘土湿型砂造型，但三条线型砂的性能状况截然不同所。我公司有多种制芯方式，相应的芯子分别为：改性植物油砂芯、气硬砂芯、自硬砂芯、热芯盒覆膜砂芯、冷芯盒砂芯。还有针对部分产品表面质量要求，芯子表面要刷涂料，有水基涂料也有醇基涂料等。现针对生产中应用到的造（芯）材料：湿型砂、芯砂、涂料分别做一介绍。第一章 湿型砂 第一节 湿型用原材料 湿型砂造型使用的原材料通常包括原砂、膨润土、煤粉及其它一些辅助材料，例如糊精、淀粉、重油等。1.1硅砂（原砂）硅砂的主要化学成分是SiO2。我国铸造生产中所用硅砂，根据其来源和加工方法不同，可以分为天然硅砂和人工硅砂两大类。
4、天然硅砂是由火成岩经过风化或变质作用，逐渐剥裂、细化，坚硬的石英颗粒与其他矿物颗粒部分分离，然后再经水流或风力搬运沉积形成砂矿。这些砂矿按其成矿条件和特点，可分为河沙、湖砂、海砂、风积砂等几种。海砂和湖砂又可细分为海（湖）滩砂、沉积砂、堆积砂等。我国内蒙通辽的西辽河上游一带的风积砂，黄河故道以及其他河流的河砂，潘阳湖、洞庭湖等湖泊周围的湖砂其SiO2质量分数都在85%93%之间，是我国主要的铸铁件用砂产地。福建闽江口以南和海南文昌、东部沿海以及广东珠江三角洲新会等地有大量天然硅砂，SiO2质量分数在97%以上，可用于铸钢件的生产，具有良好的开发前景。人工硅砂是将硅石岩或硅砂岩经过采矿、清洗、粗
5、碎、细碎、筛选等加工而成。硅石岩的二氧化硅含量很高，但岩石坚硬，破碎后所得砂粒为尖角形。硅砂岩由砂粒天然胶固成团状，结构较松散，比较容易破碎，胶结的砂粒经加工后仍然保持原来的形状，因此粒型大多呈钝角型。硅砂的含泥量：原砂中含有的直径小于0.02mm的颗粒其质量分数成为原砂的含泥量。水洗砂、擦洗砂和精选砂的含泥量分别规定为1%、0.3%和0.2%以下。生产经验表明，粘土型砂用硅砂的含泥量最好0.8%，树脂砂等有机粘结剂砂芯用硅砂的含泥量最好0.3%，而且越低越好。硅砂的粒度反应硅砂的颗粒大小及分布状态。硅砂粒度主要有两种表示方法，即以主要粒度组成部分的三筛或四筛的首尾筛号表示的方法和AFS平均细
6、度表示法。硅砂的颗粒形状是根据砂粒的圆整度和表面棱角磨圆的程度来区分的。我国现行的铸造用硅砂标准采用角形因数值对硅砂的各种粒型进行大致的定量划分。但是实际应用中大部分硅砂其颗粒形状都是混合的，天然硅砂的角形因数都在1.21.45之间。颗粒较圆的砂粒，混合料的流动性和紧实密度较高，砂粒间的接触点和粘结剂“连接桥”的截面积增大，对提高混合料的强度有利，砂粒排列约紧密，对提高混合料的强度越有利，但是砂粒在高温状态下的线膨胀量及膨胀应力也越大。下表为公司所用原砂的技术要求1.2膨润土 膨润土是湿型砂的粘结剂，起到粘结砂粒的作用。铸造用膨润土主要是由蒙脱石矿物组成，可分为钙基膨润土和钠基膨润土两大类。膨
7、润土的湿态粘结能力只有在加水以后才能表现出来。膨润土的复用性又称为膨润土的热稳定性或耐用性，是指在型砂中经高温金属液加热的膨润土再次加水后，仍然具有粘结力，能够反复配制型砂的性能。膨润土的结构水在一定温度下脱出以后，即丧失粘结能力，成为死粘土。不同的膨润土，丧失粘结能力的温度不同。由差热分析实验证明：天然钠基膨润土的失效温度为638，钙基膨润土为316.由此可见，粘土砂中，存在两种膨润土：一种是有效膨润土，另一种是死粘土。死粘土越多，粘土粘结性能越差。1.3煤粉 铸铁用湿型砂中加入煤粉，可以防止铸件表面粘砂缺陷，改善铸铁件的表面光洁程度，能减少夹砂缺陷,同时也起到提高型砂溃散性的作用。对于湿型
8、铸造球墨铸铁件，型砂中加入煤粉，还能防止产生皮下气孔。煤粉的作用机理：气膜隔离理论 浇注时型砂中的煤粉产生大量的还原性气体，使砂型金属界面形成一层气膜，阻止铁水钻入砂粒空隙中。胶质体封孔理论 型砂中的煤粉受热后成为 固、液、气三项的胶质体，胶质体的膨胀能够堵塞砂粒空隙，阻止铁水钻入沙粒空隙。气体防氧化理论 煤粉中的挥发分在高温下 气相热解，产生大量的还原性气体，能够阻止铁液氧化，避免氧化铁与石英砂产生化学应。光亮碳防润湿理论 浇注时型砂中的煤粉析 出微细晶粒的光亮碳，沉积在砂粒表面，使砂粒不被铁水润湿，避免铁水借助表面张力向砂粒空隙中渗透。第二节 型砂的制备及性能要求 我公司各生产线型砂配比、
9、混制及性能要求如下表1 配比要求：砂号型砂名称材料配比备注新砂旧砂膨润土煤粉1#1280线单一砂1397990.81.20.20.42#小件单一砂1990.8 1.20.20.43#大件区单一砂1990.81.30.20.44#静压线单一砂2595981.01.40.40.6表2 混制要求：砂号号加料顺序及混砂时间使用设备1#新砂+旧砂+煤粉+膨润土干混30秒，加2/3定量水混2分钟，调整辅料和1/3定量水混30秒，卸砂。S1420T混砂机2#新砂+旧砂+煤粉+膨润土干混30秒，加2/3定量水混2分钟，调整辅料和1/3定量水混30秒，卸砂。S1420T混砂机3#新砂+旧砂+煤粉+膨润土干混30
10、秒，加2/3定量水混1.5分钟，调整辅料和1/3定量水混30秒，卸砂。S1420T混砂机4#新砂+旧砂+煤粉+膨润土干混30秒，加2/3定量水混1分钟，调整辅料和1/3定量水混30秒，卸砂。SZG285-200强力转子混砂机砂号型砂性能湿透气率湿压强度（Mpa）紧实率（%）水分（%）1#1000.120.1638553.24.52#1000.090.1332452.73.83#900.090.1336523.14.24#1000.120.1636453.24.0表3 性能要求：型砂混制过程中必须有适量的水和一定的的混砂时间，才能充分发挥膨润土的粘结作用，得到满足工艺要求的型砂。如：混砂时间过短
11、，原材料没有混匀，膨润土来不及充分吸水形成粘土膜包覆砂粒表面，因而型砂性能较差；但混砂时间过长，又会引起砂温升高，水分不断蒸发，使型砂性能下降。手捏法判断型砂性能：根据用手捏型砂时砂是否容易成团和是否沾手来判断型砂的干湿程度。根据捏紧动作中砂是否柔软和变形情况来判断型砂的可塑性；根据手指掐碎砂团时用力大小来判断型砂的强度是否合适。如果用手捏砂时只有潮的感觉，但不觉得沾手，且手感柔和，印在砂团上的手指印清晰，那麽这样的湿型砂干湿就比较合适。第三节 砂处理系统简介 粘土湿型砂在浇注后经过落砂、破碎、磁选、过筛、冷却和除尘后（9095%）旧砂又回到混砂机上方砂斗，然后再补充一定量的新材料（原砂、膨润
12、土、煤粉、水等）进行混制达到所要求的型砂性能，就可以输送到造型机上方的砂斗进行造型。可知砂处理系统要完成的任务：1.通过多道磁选去除混入旧砂中的残铁。2.能将旧砂中的粗杂物（芯块、砂团）去除。目前我厂使用六角筛，可以起到过筛、破碎砂块和冷却旧砂的作用。3.能将进入混砂机的高于50的热旧砂冷却到50以下。4.混砂机应能将原砂、水分和辅料有效混合，使砂粒表面覆盖均匀的粘土层，从而使型砂有充分的水浸透且具有高的强度和韧性，保证获得刚度好的铸型。5.有足够且高效的通风除尘设备，减少粉尘在型砂中的积累。砂处理系统工艺组成示意图热旧砂磁选破碎磁选过筛冷却冷旧砂型砂混砂造型砂团回用回砂带式输送机水辅料新砂磁
13、性物质磁性物质杂物排旧砂 第四节 铸件缺陷分析 湿砂型铸造最容易形成的铸件表面缺陷主要为粘砂、夹砂、砂眼和气孔、胀砂等。以下将选择粘砂、砂眼、夹砂、气孔、胀砂等常见缺陷进行介绍，重点分析型砂本身的品质对铸件缺陷形成的作用。2.1粘 砂 铸铁件表面牢固的粘附着砂粒的现象就是粘砂缺陷，如下图所示：以生产铸铁件为主，粘砂一般为机械粘砂，下 为原因分析“鱼骨图”。型砂有效煤粉量低发气量低 煤粉品质差原砂粒粗 SiO2低砂型表面耐磨性差硬度差强度低紧实力不够铸铸铁铁件件机机械械粘粘砂砂人员教育不足技能差知识不足缺少经验铸件浇注温度高静压头高浇注冲击力高铸件壁厚、外形尺寸大 由以上可知，在混制型砂过程中不
14、单要按照工艺要求加辅料，保证混砂时间，人员的因素也特别重要，拿我厂来说，型砂检测只是抽检，大部分型砂性能的优略都是靠混砂工用手捏法来判断的，所以就要求工人积累经验，用手捏法准确的把握型砂性能，混制出品质优越的型砂，保证造型稳定。2、砂眼 砂眼的形成原因主要是由于造型的工艺和操作以及型砂品质不良造成的。型砂品质 湿砂型的强度和韧性比之树脂砂型和水玻璃砂型相差极大，这是湿型最容易产生砂眼的最主要根源。下芯过程中及合箱时（上箱有芯头），碰坏芯座，使碎砂掉入型腔中。脱模剂（小件线主要用煤油）都要尽量少用，而且分布均匀，避免凹处局部堆积，以致脱模剂破坏砂型强度，诱发砂孔缺陷。3、胀砂 铸件出现外形和尺寸
15、超出了图样的要求和模样的形状，成为胀砂缺陷。湿砂型的胀砂原因主要有两种，一个是金属液的静压力和动压力可能会引起砂型扩大和铸件胀砂。另一个是由于铸铁件石墨析出的膨胀力。砂型硬度低 如果砂型松软和刚度差，遇到金属液的压力作用，型壁就会退让而引起铸件胀砂。刚度的含义是物体受力作用时抵制变形的性能。在常温下影响湿砂型刚度的主要因素有型砂的强度和砂型的紧实度。因此，要使砂型具有足够刚度，必须混制出高湿态强度的型砂。还要充分的紧实砂型。砂型吃砂量不足 由于靠近砂箱壁和模样间的型砂紧实困难，使该处的砂型难以达到必要的刚度。浇注金属液时受到静压力和动压力使型腔胀大，而且常在砂型上出现裂纹。铸件会出现明显的胀砂
16、和条状毛刺。第2章 芯 砂 大家都知道，芯子是用来形成铸件的内腔、孔和铸件不能出砂的部位，可见芯砂的工作环境比型砂要恶劣得多，所以芯砂除了具备和型砂同样的性能外，还要有小的吸湿性，小的发气量和好的溃散性。我厂制芯方式为油砂、气硬砂、自硬砂、冷芯盒、热芯盒覆膜砂制芯，现分别介绍如下。1、油砂 油砂芯的工艺配比，混制要求和性能要求如下表 序号芯砂名称材料配比（%）原砂改性植物油 糊精水分1#铸铁改性植物油砂芯1001.8-2.01.6-1.91.02#铸钢改性植物油砂芯1001.8-2.01.6-1.91.03#桥壳改性植物油砂芯1001.2-1.81.8-2.41.0表 4 配比 表 5 混制要
17、求砂号加料顺序及混碾时间1#原砂+糊精干混2分钟+水湿混3分钟+改性植物油混10分钟2#同上3#同上表 6 性能要求序号工艺性能 用途颗粒组成湿透气率湿压强度（Mpa）干拉强度（Mpa）1#50/100140 0.016-0.023 1.2-1.9 铸铁芯2#50/100140 0.016-0.023 1.2-1.9 铸钢芯3#50/100140 0.016-0.023 1.2-1.9 桥壳芯2、自硬砂2.1自硬砂的工艺配比，混制要求和性能要求如下表自硬砂的工艺配比，混制要求和性能要求如下表 表7 原料要求序号材料名称技术要求1号擦洗砂SiO285%，含泥量0.3%，含水量0.3%，粒度50/
18、100 80%，颗粒形状为圆形。2号树脂 1600 2600 3550外观：淡黄液体 褐色液体 淡琥铂色密度：1.085-1.125 1.095-1.135 0.967表8 配 比擦洗砂树脂加入量占砂量%固化剂加入量占1600的%24小时抗拉强度(Mpa)160026001000.8-1.00.8-1.03-51.0-1.5注意：(1)树脂加入量以芯子复杂程度而定，但不得超出上限的0.2%。(2)固化剂的加入量根据气温变化而调整。夏季高温时取下限，冬季低温时 取上限，脱膜时间不小于4分钟。(3)一般砂芯存放24小时后，抗拉强度应1.0 Mpa，复杂芯或有特殊要求的芯子，存放24小时后，要求抗拉
19、强度1.2 Mpa。表9 混 制 擦洗砂擦洗砂+1600+1600+固化剂固化剂35503550混混6060秒秒+2600+2600混混4040秒钟秒钟2.2脱膜时间控制在4-6分钟内，具体由操作者根据经验确定。2.3自硬砂检测办法自硬砂检测办法 将混制好的树脂砂倒入自制的“字形芯盒中，均匀紧实并刮平后，放置8分钟后开模，存放24小时后测其抗拉强度。3、气硬砂3.1气硬砂的工艺配比，混制要求和性能要求如下（1）原砂：擦洗砂，其技术指标见下表 表10（2）粘结剂树脂，其技术指标见下表 表11（3）CO2气，其技术指标见下表 表12牌号SiO2(%)含泥量(%)含水分(%)酸耗值角形系数 集中度(
20、%)50/100850.30.341.480型号外观粘度25 CP.S游离酚（%）游离醛（%）密度g/cm3抗压强度即时24h碱性酚醛树脂 可流动的红棕色流体120-1500.150.11.36-1.381.53.0名称CO2含量，体积%水分含量，质量%气味CO2气99.80.005.无异味3.2 芯砂配比及性能要求 表 13擦洗砂树脂（占砂重）起模表面硬度24小时抗压强度MPa100%3.54.0%852.03.3 CO2吹气工艺每吹气点0.2Mpa压力下保持15s至几分钟，可根据芯子结构大小调整时间。3.4混砂工艺 原砂+树脂 混2-3分钟出砂。转子混砂机4、冷芯盒砂4.1原材料性能参数（
21、1）原砂：擦洗砂（2）树脂：GP201A/GP202AL型冷芯盒树脂（3）催化剂：三乙胺牌号SiO2(%)含泥量(%)含水分(%)酸耗值角形系数集中度(%)50/100960.30.241.3580性能指标GP201A（组）GP202AL（组）密度（20）g/cm1.051.101.051.15粘度（25）mPaS300300外观浅黄色透明液体深褐色透明液体保质期6个月6个月外观相对密度沸点引燃温度燃烧性爆炸浓度无色透明液体0.789.5 249易燃1.28%5、热芯盒覆膜砂、壳芯覆膜砂制芯、热芯盒覆膜砂、壳芯覆膜砂制芯 5.1覆膜砂性能参数覆膜砂性能参数 如下表 表14 热芯盒覆膜砂粒度Si
22、O2(%)熔点()发气量(ml/g)热态抗弯强度(MPa)冷态抗弯强度(MPa)灼烧减量(%)100/50989714.53.6083.0 表15 壳芯覆膜砂粒度SiO2(%)熔点()发气量(ml/g)热态抗弯强度(MPa)冷态抗弯强度(MPa)灼烧减量(%)50/100989917.23.5074.05.2 热芯盒覆膜砂、壳芯覆膜砂制芯工艺参数热芯盒覆膜砂、壳芯覆膜砂制芯工艺参数射砂压力（MPa）：0.20.4射砂时间（s）：28保温时间（s）：90360芯盒温度()：220280 第3章 涂 料3.1简介 涂料是覆盖在型腔和砂芯表面上，用以改善其表面耐火性、抗金属液冲刷性、抗粘砂性等性能的
23、铸造辅助材料。3.2铸钢件水基涂料配制工艺规程铸钢件水基涂料配制工艺规程3.2.1.工艺性能要求见下表：3.2.2配比（%）见下表3.2.3混制工艺耐火粘土+滑石粉+钠土+少量水+107胶+硅溶胶+长峪粉 膏状涂料+适量水混碾15分钟 混碾15分钟 60分钟 搅拌30分钟3.2.4搅拌时加入水量要严格控制，以保证涂料的粘度和比重在工艺要求范围内，悬浮性密度涂层厚度粘度（6）90%1.4-1.6g/cm3 30.4-0.6mm10-12s长峪粉耐火粘土滑石粉钠土107胶硅溶胶水1003521-3530-50成膏状3.3铸铁件用石墨粉快干涂料工艺规程铸铁件用石墨粉快干涂料工艺规程 本涂料主要用于铸
24、铁件气硬砂芯子。3.3.1.涂料的配制工艺3.3.2混制工艺 先将松香粉破碎过70目筛子，并溶于定量酒精中，溶化后加糊精搅拌均匀，然后边搅拌边将石墨粉陆续加入搅拌均匀。3.3.3工艺性能要求见表3.3.4使用时注意经常搅拌，防止涂料的沉淀。石墨粉糊精松香粉酒精8048100悬浮性粘度（b）涂层厚度80%5-7秒0.3-0.5mm3.4铸铁件用石墨粉涂料工艺规程铸铁件用石墨粉涂料工艺规程本涂料主要用于铸铁件砂芯表面所制的涂料。本涂料主要用于铸铁件砂芯表面所制的涂料。3.4.13.4.1工艺性能要求见下表工艺性能要求见下表3.4.2.3.4.2.配制工艺配制工艺3.4.3混制工艺：混制工艺：石墨粉石墨粉+桐油桐油+纸浆粉或纸浆粉或PAF-II 膏状浆料膏状浆料+水水 轮碾机碾轮碾机碾30分钟分钟 搅拌机搅拌搅拌机搅拌20分钟分钟悬浮性悬浮性密度密度涂层厚度涂层厚度高温抗裂高温抗裂90%90%1.30-1.35g/cm1.30-1.35g/cm0.3-0.5mm0.3-0.5mm1-21-2级级石墨粉石墨粉桐油桐油纸浆粉或纸浆粉或PAF-PAF-膨润土膨润土水水其它其它1000.553适量谢谢！
