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1、什么是覆膜砂？
铸造用树脂覆膜砂是指在造型、制芯前砂粒表面覆有一层固态树脂膜的型砂或芯砂，简称覆膜砂。
覆膜砂（图源：长江材料）
2、覆膜砂有何优点？
与粘土砂、水玻璃砂、树脂自硬砂等造型材料相比，覆膜砂具有很多优点：
1）具有优良的流动性，能制作轮廓清晰的复杂砂芯；
2）型芯的表面质量好，致密无疏松，可获得较好的铸件表面质量；
3）溃散性好，有利于铸件清砂；
4）砂芯不容易吸潮；
5）覆膜砂还可以通过选区激光烧结成形，在砂型增材制造中获得了重要应用。
3、影响覆膜砂性能的主要因素有哪些？
影响覆膜砂性能的主要因素有原砂、树脂、固化剂和附加物。
（1）原砂
铸造用原砂主要有硅砂、再生砂、特种砂。
1）原砂粒形：一般圆形为好，因砂粒表面积小，粘结剂加入量少，砂粒间空隙大，有利于通气和排气。
2）集中粒度：三筛分，集中粒度75%~80%为好；四筛分，集中粒度85%~90%为好。由于矿源不同的砂子粒形各异，要求的型砂强度有高有低，透气性、发气量各不相同，要获得合适的性能，需要将砂各目数适当调配，一种粒度配比不可能都适用。
3）硅砂中SiO2的含量高低要求，要根据铸件材质具体情况具体分析。总体来说，如果SiO2的含量过低，则易造成粘砂，导致铸件表面光洁度降低，但热膨胀率低，抗脉纹性好。
硅砂粒度一般使用70/140目、50/100目。树脂在高温时的碳膜隔绝了金属液与砂粒的接触，所以一般不刷涂料也不会粘砂。大型铸件可选用粒度粗一些的硅砂。
4）再生和焙烧硅砂：因高温受热砂粒表面杂质减少，热膨胀率降低（试验证明膨胀率从1.6%降至1.1%），所以其常温和高温抗拉、抗弯蠕变减小，抗脉纹性好。
5）原砂含细粉粒和泥分：细粉和砂粒中粘附的泥分增多会增加粘结剂用量，应严格控制在0.3%以下。
6）人工破碎硅砂严禁覆膜，因形状均为片、尖角形及裂纹（破碎时震动形成），同时砂的表面积大，粘结剂加入量就大。
7）特种砂以人造陶瓷砂为例，人造陶瓷砂为球形，表面光洁度更高，膨胀率均在0.3%~0.6%，应用于覆膜砂工艺时粘结剂加入量少，砂芯蠕变小，应用于单独或掺入硅砂中制造高耐火、高精度的砂芯效果较好。
（2）粘结剂（树脂）
覆膜砂用树脂是热塑性酚醛树脂，对于树脂而言，影响覆膜砂强度的因素有：树脂本身的内聚强度，树脂在砂表面的附着力及润湿性。
树脂内聚强度取决于相对分子的质量，质量越大，内聚强度越高。但随着质量的增大，树脂流动性变差，软化点升高，型砂抗弯强度降低，热膨胀率变小。另外，树脂在覆膜过程中，原砂的加热温度、固化速度（结块）、设备混制的均匀性都直接影响覆膜砂的性能。
（3）固化剂
固化剂是使树脂在热作用下进行固化反应，选择好的固化剂（比如乌洛托品）和确定合适加入量对覆膜砂性能有重要作用。
（4）附加物
为了实现覆膜砂的一些特殊性能要求，在覆膜砂混制时需要加入一些辅助材料，借助这些辅助材料可按需改善覆膜砂性能，比如：
1）如覆膜砂有耐高温需求，则添加含碳物质和防金属液浸透的惰性材料；
2）如需要覆膜砂易溃散，则加入MnO2；
3）如需提高覆膜砂的强度、韧性，则加硅烷、各种酯类、超短玻璃纤维等；
4）如需覆膜砂防粘砂、防脉纹、防橘皮，则加氧化铁、粘土、淀粉等。
4、覆膜砂的工艺应用需注意哪些方面？
根据铸件材质，采取不同的工艺方法，对砂型和砂芯的特殊要求等选择相应的覆膜砂工艺。
（1）制芯工艺
1）芯盒加热温度一般控制在200~260℃，温度低，则加热时间长。砂芯外层的固化厚度只要达到所要求的砂芯强度即可，内部有部分未固化的散砂是允许的。
2）较厚的砂芯，尽量中间掏空制成“壳”芯，既节省用砂，也减少发气量。
3）射砂的压力，应控制在0.5 MPa左右。型芯简单，压力可低一些；复杂、薄壁的铁型覆砂压力要高，可适当增加射嘴和排气塞。
4）加热保温时间视砂芯厚度而定，一般30~200s，要将砂芯烘烤呈褐色，这样既有较高的强度，又能降低发气量和减少存放吸潮性。
（2）各种材质铸件覆膜砂的选用
1）铸钢浇注温度比铸铁高100℃左右，需要有较耐高温的原砂，如SiO2大于96%的硅砂或人造陶瓷砂。
2）铸铁用硅砂的SiO2含量一般为85%~90%，粒度一般为70/140目或50/100目，铸件尺寸小、壁薄宜使用偏细的砂；根据铸件工艺特性，选择普通或有特殊性能要求的覆膜砂，如易溃散、低发气、抗高温蠕度等。
为缓解石英受热膨胀导致砂芯变形、开裂、粘砂，芯砂中可掺入石英相变砂和人造陶瓷砂。
3）铸铝应使用100/200目原砂，因铝液流动性好，细颗粒可避免渗透铝液，若用粗粒度，则必须涂料遮蔽。铸铝使用的覆膜砂必须具备低发气、易溃散等特性。
4）覆膜砂在使用单位必检项目：覆膜砂应按JB/T 8583—2008《铸造用覆膜砂》标准进行生产和检验（用户特殊要求除外），用户如条件所限无法按标准完成全项检查，则必须对表1所列项目进行检查验收。
5、覆膜砂应用中可能出现的问题及其对策
1）如果使用覆膜砂时出现局部一块一块的粘结芯盒，主要是由于树脂覆膜不均造成的。另一个原因就是砂中细粉过多或添加的粉状辅助材料堵塞排气塞，这同样也会导致树脂用量增加造成浪费。
加入粉状物料的覆膜砂，正确混制方法应先加粉料，混合几秒后再加树脂，否则不易混制均匀，还影响覆膜砂整体强度。
2）覆膜砂树脂的耐火度，厚大铸铁件、铸钢件及要求高温浇注的铸件，树脂要具备高的耐火度，在高温下不与砂产生化学反应。因树脂偏碱性对硅的反应更为灵敏，因此，要求原砂有较高的SiO2含量，并适当加碳质耐火辅料，使用陶粒砂、锆砂及喷耐火涂料等。
3）覆膜砂需加热进行固化，芯盒加热位置必须使芯盒受热均匀。射嘴位置要能充分射满空腔，尽量避免射在铸件上，以便清除。排气孔的位置要注意“死角”，离射嘴远的地方需适当多设置排气孔。芯盒要勤清理粘附的砂层，暂不用的模具清理后要涂防锈油保养。
4）覆膜砂的强度要根据砂芯要求而定，过高的强度必然树脂加入量也多，发气量也会增加。
5）砂芯在内腔受热蠕度严重的要使用相变砂、特种砂，并添加各种辅助材料。
6）砂芯薄、细长、四周包围金属液的因芯内高温产生的气体难以排出，一定要使用较粗的原砂，如50/100目、40/70目，外敷涂料（最好用水基涂料），逼迫气体从砂粒空隙中排出。
7）覆膜砂发气量大，而且发气速度慢，在粘土砂型中一定通过芯头把气体引出，否则易出现呛气孔、砂型“放炮”打漏、打破砂型及爆炸性粘砂。
8）较长铸件下部的覆膜砂会过早溃散，无法托起近凝固的铸件，易形成铸件下沉、裂纹，预防措施有以下几点：①快浇，加快冷却，使铸件形成强度；②下型可采用覆砂铁型工艺。
9）叠箱浇注的覆膜砂型壳，一定要在制型时延长烘烤时间，减少发气量，否则由于金属液自下而上充型，将气体都赶到上面，由于气压原因最上几层容易造成呛火和浇不足。
10）覆砂铁型是在金属型内腔表面覆挂一层覆膜砂，厚度为4~20 mm，用砂的厚度调节金属液的冷却速度，铸件壁厚较大的部位砂层宜薄一些，铸件壁厚较薄的部位砂层宜厚一些。因砂型刚性好，浇出的铸件尺寸较精确。由于铁型良好的导热性，金属液冷却的速度快，自补缩性较好，可少用冒口或不用冒口，工艺出品率提高，铸件致密性强，力学性能也会提高。
6、覆膜砂旧砂再生利用
在粘土砂型中使用的覆膜砂芯，浇注后经破碎砂处理可代替新砂使用，壳型覆膜砂则应回收再生利用，砂受热后膨胀率显著降低，再次覆膜树脂加入量会减少。当一个企业日用砂量在10 t以上时，完全可以投资再生覆膜。
覆膜砂旧砂回收再生目前主要有3种方法：（1）热法，将砂加到800℃左右，燃烧掉树脂膜；（2）机械再生，用多级磨擦，酌减至1.6%以下，每次覆膜再加入5%~10%的新砂；（3）用开箱后铸件的余热在震动槽上反复燃烧加热，再经简单磨擦除尘即可。
资料来源：
张江等：覆膜砂在铸造生产中的应用，山东省机械设计研究院、山东省铸造协会等
杨慧：原砂及树脂加入量对覆膜砂性能的影响，江苏省铸造协会
（中国粉体网编辑整理/平安）
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