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传统铸造总出废品？可能你还没用对这份“砂”攻略！

创建时间：2025-08-29 来源: 阅读量：6

传统铸造涂料主要通过在铸件与铸型之间形成物理隔离层来防止粘砂。然而，常规涂料普遍存在高温附着力弱、强度低、耐火性能不足以及发气量大等问题，易导致铸件出现粘砂、砂眼、气孔和碳渣等多种缺陷。具体而言：

- 铸件粘砂的原因包括：涂料隔离功能失效，或与高温金属液发生化学反应。例如，附着力差可能导致震动填砂时涂层剥落；涂料热膨胀系数过高，遇热体积变化剧烈，从而与铸型脱离；金属液氧化后与涂料或型砂反应生成具有强粘结性的金属氧化物，尤其在厚大断面或转角处易形成低熔点化合物，造成严重粘砂或难以清理的“粘灰”现象。

- 铸件砂眼多由型腔内落入散砂，或涂料强度与耐火性不足，难以抵抗金属液冲刷，致使型砂被卷入铸件所致。

- 铸件气孔则常因铸型内存在发气物质，发气速率高，而涂料或型砂透气性较差，气体未能及时排出所引起。

为应对这些问题，新一代铸造涂料在传统基础上进行了多项改进。其在高温度环境下具备不开裂、不脱落、高强度的特性，并能有效阻隔金属液氧化，避免与铸型及金属发生化学反应，同时抑制氮、硫、碳等气体的产生。从而显著减少粘砂、砂眼、粗糙表面、气孔、夹渣，以及球墨铸铁组织异常、铸钢渗硫裂纹与增碳等缺陷。

壳型铸造工艺因铸件尺寸精度高、表面粗糙度低，可大幅节省机加工工时和金属材料消耗。加之型砂用量减少和造型方式优化，特别适用于大批量、高精度铸件的生产，有力推动了铸造行业的机械化和自动化进程。

在不锈钢与铸铁的壳型铸造中，采用热芯盒覆膜砂工艺的主要区别在于原砂中SiO?含量要求不同：铸铁要求SiO?≥90%，而铸钢则需≥95%。值得注意的是，壳型铸造的精度通常低于熔模精密铸造。

覆膜砂材料知识综述

一、覆膜砂原料选择

覆膜砂主要由骨料、粘结剂、固化剂、润滑剂及特种添加剂构成。

1. 骨料

骨料作为覆膜砂基质，需满足耐火度高、挥发物少、颗粒圆整、强度高等要求。一般选用天然擦洗硅砂，经济且适用于大多数铸造场景，仅特殊铸钢或铸铁件才选用锆砂或铬铁矿砂。对硅砂的具体要求包括：

- SiO?含量：铸铁及有色金属铸造要求＞90%，铸钢要求＞97%；

- 含泥量≤0.2%；

- 粒度分布宜为3～5筛分散度；

- AFS细度通常在50～65之间，依铸件表面粗糙度调整；

- 颗粒角形系数＜1.3；

- pH值＜7；

- 需经水擦洗，必要时可进行酸洗或900℃高温活化处理。

2. 粘结剂

普遍采用热塑性固态酚醛树脂，要求：

- 聚合速度（热板法）：25～27秒；

- 软化点（环球法）：90～105℃；

- 流动性（斜板法）：60～110毫米；

- 游离酚含量≤4%。

目前，国内外致力于提升树脂性能并开发替代产品，已涌现出多种改性酚醛树脂，如高强度低发气树脂、易溃散树脂等，但改性酚醛树脂仍为主流。

3. 固化剂、润滑剂与添加剂

- 固化剂多用乌洛托品（六亚甲基四胺）；

- 润滑剂常用硬脂酸钙，以提高流动性和脱模性；

- 添加剂包括耐高温材料（如含碳物质）、溃散助剂（如二氧化锰、已内酰胺）、增强剂（如玻璃纤维、硅烷）及防粘砂、抗老化成分等。

二、覆膜砂的分类

根据性能特点，覆膜砂可分为干态和湿态两大类：

1. 普通覆膜砂

由基础硅砂、酚醛树脂、乌洛托品和硬脂酸钙组成，树脂加入量较高，适用于简单铸铁件。

2. 高强度低发气覆膜砂

通过添加剂与新工艺降低树脂用量，发气量低且缓慢，适用于阀体等发气要求严格的砂芯。

3. 耐高温覆膜砂

添加惰性材料，具备优异高温强度、低膨胀、低发气特性，适用于复杂薄壁铸件（如发动机缸体、缸盖）及高要求铸钢件。

4. 易溃散覆膜砂

侧重低温溃散性，适用于铝合金、铜合金铸件，清砂时无需重新加热。

5. 离心铸造覆膜砂

密度高、发气慢，可替代涂料用于离心铸管等工艺。

6. 湿态机械类覆膜砂

室温湿态储存，稳定性超过1年，可直接用于射芯机，适用多种铸件。

7. 湿态手工类覆膜砂

湿压强度可调，存放期超3个月，适用于手工制芯或造型，加热固化后性能稳定，特别适合小批量高精度铸件。

三、覆膜砂制芯（型）工艺

覆膜砂广泛用于各类铸造方法，基本工艺参数为：加热温度200～300℃、固化时间30～150秒、射砂压力0.15～0.6 MPa。需根据具体砂芯形状、复杂度及覆膜砂类型调整。

1. 实体芯制作

湿态覆膜砂可直接沿用热芯盒设备；干态覆膜砂需优化芯盒排气与密封设计。

2. 壳型制作

常用于凸轮轴、刹车盘等表面要求高的零件。砂铁比通常为1:1.5～4，壳厚约8～12 mm，可采用射芯机或翻转式设备生产。

3. 壳芯制作

采用摇摆式壳芯机，需控制芯盒温度（230～300℃）、射砂压力（0.15～0.4 MPa）与时间（3～10秒）、结壳时间（10～65秒）、倒砂时间（5～10秒）及硬化时间（20～100秒）。

4. 热法离心铸造

采用覆膜砂替代涂料，常用于管类铸件，一般设计为双层砂结构。

5. 铁型覆砂工艺

在金属型内覆3～8 mm覆膜砂，结合工艺试验与模拟优化参数，显著提升铸件品质和致密性，已广泛应用于曲轴、齿轮等零件生产，实现部分球铁件的铸态成型。

四、覆膜砂再生与品质控制

覆膜砂再生主要包括机械再生与热法再生：

- 机械再生通过高速摩擦去除树脂膜并整形旧砂；

- 热法再生通过焙烧去除杂质，回用砂灼减量＜0.3%，发气量＜3 mL/g。

品质需符合JB/T8583-199标准，并通过砂芯颜色判断固化效果：正常应为外黄褐内淡黄色，过烧呈黑褐色，不足则发白。

五、展望3D打印技术如何突破覆膜砂工艺的局限性

未来覆膜砂技术将朝着环保、低成本、高性能方向发展：

- 开发低污染、低游离酚树脂；

- 寻求酚醛树脂的经济替代品；

- 优化树脂流变性与合成工艺；

- 加强旧砂再生研究，提升回收率与经济性；

- 继续降低固化温度与时间，以提高能效和尺寸精度。

但对于单件、小批量复杂类零件，砂型3D打印技术解决了覆膜砂工艺带来局限性。该技术通过逐层喷射粘结剂并固化砂型，可直接制造复杂砂型与砂芯，无需传统模具，极大提升了设计自由度与生产灵活性。3D打印实现了快速原型制备和个性化小批量生产，特别适合结构复杂、传统工艺难以实现的铸型制造。打印出的砂型在保证铸件精度的同时，进一步缩短了工艺流程，降低了成本，为铸造行业向数字化、智能化转型提供了关键支持。

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