覆膜砂基础概论

覆膜砂基礎概論覆膜砂ResingCoatedSand張守疆2005.10.30一﹑由來與變遷覆膜砂造型法於1944年由德國的J.Croning所發明，日本於1953年引進推廣。發明初期，是將粉末狀的酚醛樹脂和硬化劑混合進入硅砂所成；之後由美國的ACME公司開發研製出融化酚醛樹脂硬化劑的覆膜砂工藝，延用至今。覆膜砂製芯的工藝，是將混練完成的覆膜砂，用壓力吹送至加溫到250～280℃的金屬模穴中，通過熱傳導作用，使酚醛樹脂軟化、熔融，而後凝固、硬化。此時砂型硬化結成殼狀，也是因此而別名殼模砂造型。二﹑覆膜砂的特點優點與缺點優點乾態，流動性、填充性好，適合生產形狀複雜的砂芯。強度好，衰退慢、可使用時間長。尺寸精確，可減少加工量。儲藏安定性佳。可製作中空型砂芯。材料取得來源豐富、便利。缺點生產設備的造價高，所以想自己生產覆膜砂較困難。小批量生產成本很高。覆膜砂製芯，必須使用加溫的金屬模具，作業環境較惡劣。三﹑生產工藝鑄造砂砂礦開採→磨洗機＋清水沖洗→螺旋分級→入庫儲存(濕精砂)→滾筒乾燥(110～130℃)→篩析→分級入庫(乾燥砂)覆膜砂鑄造砂→粒度調整→定量、批次加熱(130～150℃)＋添加劑→混練桶→固化劑→硬脂酸鈣→排砂→破碎→篩析→集塵、冷卻→包裝鑄造砂批次加熱混練桶硬化劑添加劑樹脂50～60秒集塵50～60秒入庫排砂脫膜劑破碎篩析冷卻製造方法覆膜方式樹脂型態製造方法冷覆膜法(一)液態硅砂加樹脂常溫投入混練機，吹入常溫空氣，將酒精氣化。冷覆膜法(二)粉態硅砂＋含有固化劑的粉狀酚醛樹脂＋煤油常溫投入，將煤油氣化熱覆膜法液態硅砂加樹脂常溫投入混練機，吹入150℃熱風，將酒精氣化。半乾熱覆膜法液態硅砂加樹脂常溫投入混練機，吹入80～120℃熱風，將酒精氣化。乾熱覆膜法固態液態硅砂加熱至130～160℃，用硅砂熱量融化固態樹脂，並加入固化劑。四﹑應用範圍按型式區分：外模1.垂直分型壓力吹送式2.水平分型壓力吹送式砂芯1.中空形式2.實心形式疊模實心形式離心式殼型鑄管克難式混柴油，使用木型成形，點火按吹砂方式區分上吹壓式下吹壓式側吹壓式翻轉重力覆膜翻轉吹壓覆膜手工倒入設備動作形式區分全自動半自動手動加熱方式區分電加熱瓦斯加熱柴油加熱煤炭加熱五﹑原材料硅砂適當的顆粒大小良好的粒型與硬度合理均勻的粒度分佈適當的耐火度符合要求的熱膨脹量主要成份的要求雜質的去除與管制(含泥量)水份的管制酸鹼值的管制熱傳導的要求比重樹脂重量分子量融著點(℃)流動性(mm/125℃)游離酚(%)聚速(膠化時間sec/150℃)外觀顏色及形狀固形份(%)比重黏度(CPS)水份其他添加劑硬化劑六甲基四氨次六甲基四氨又稱烏洛托品脫模劑硬脂酸鈣氧化鐵粉Fe2O3降低氣孔發生率Fe3O4減輕鑄件表面燒結偶聯劑硅烷增加介面附著煤粉造成燃燒環境石墨增加耐火度六﹑覆膜砂的管制粒度指覆膜砂成品的顆粒分佈狀況，大致管制為三篩或四篩的砂，集中率在85%以上。常用A.F.S.或G.F.N.表示。粒度的合理分佈，比A.F.S.指數的範圍更為重要而影響質量。A.F.S.NO＝(Wn×Sn)/nWnG.F.N.NO＝(Wn×Sn)/nWnA.F.S.計算方法A.F.SG.F.N.＝(Wn×Sn)/nWn＝(Wn×Sn)/nWnmeshSnmeshSn636512588161010112016141630202022403028325040354570504863100706589140100100126200140150178270200200253PAN300270357PAN620粒度檢驗方法•平均採取欲檢驗之砂樣品•秤量砂樣待驗樣品100±0.1公克(樣品為濕砂則必須先去除水分)•取標準篩網按粗細順序排列(上粗下細)•將砂樣從上而下倒入標準篩中，蓋上上蓋密封•將整組篩網安置震篩機上搖篩3min•精秤各層篩網所留滯砂的重量(Wn)•按照公式計算可得A.F.S.NO篩目與粒徑篩目即每平方英吋(2.54cm)中所包含的孔數目粒徑每一顆砂粒的尺寸大小用數字加單位表示篩目與粒徑的對應ASTM篩目Mesh810121416203040粒徑μm23621981165113971168833589417篩目Mesh5070100140200270325粒徑μm295208147104745343粒型台灣砂東山砂平潭砂冷間抗折強度製作砂芯的強度主要參考指標•製試片金型250±5℃•下砂料，15秒刮除，90秒脫模•試片尺寸10×10×60mm•測試機氣壓3.5kg/c㎡•記錄讀值•去除極值求平均值•(T1+T2+….T8)/8×7.5試片金型下料分配試樣置入讀值系數計算↓△△↓↓hbLn＝3L/2bh2＝(3×5)/(2×1×1)＝15/2＝7.5WW×n＝kg/c㎡熱(冷)間抗拉強度製作外模或疊模的強度重要指標•金型為骨型〝8〞字試塊，溫度250℃•砂料置入，10秒刮除殘砂•蓋上蓋加熱•60秒自動拉開•讀取數值讀值試樣置入製樣機融著點試驗•溫度範圍80℃～120℃間隔2℃•由左向右分佈砂料•60秒後開吹氣閥(1kg/c㎡)•吹氣口由右向左往返三次•判讀附著位置溫度值調壓閥加溫銅板吹氣口發氣量試驗•恒溫控制850±1℃•樣品精秤淨重1g，10件•密閉確定•記錄讀值•捨去頭三樣品讀值•捨去極植•加總五件平均值得之試料入口記錄紙試料入口通氣度(透氣值)試驗•製樣250℃φ50mm×50mm置乾燥箱•置入設備試樣桶中測試•啟動通氣並重複測試三次，記錄數值•三次記錄誤差10%以內，取平均值得之，反之則重測。試樣筒讀值耐剝落試驗(落砂試驗PeelBack)•金型溫度2505•秤試樣砂1kg•試樣倒入斗中•下料口對準金型中心•下料60秒後翻轉金型•記錄時間與重量厚度mm始落砂時間落砂量g加料斗落砂量金型流動性試驗•試驗機水平調整•秤砂料1kg•倒入試驗容器•抽活動側門•取讀值(mm)換算角度(°)砂加料斗尺標灼熱減量試驗(IgLoss)型砂中雜質含量的指標•將恒溫控制高溫爐昇溫至1000℃•坩堝置於150℃烤30min後置乾燥器冷卻30min•精秤坩堝重量，記錄A•將砂樣品置於100℃紅外線乾燥機下去除水分•樣品置密封乾燥皿中徐冷至常溫•精秤樣品10公克，置坩堝中秤重記錄B(小數點下四位數)•將坩堝樣品置入高溫爐中120分鐘•取出後置乾燥箱180℃30min，乾燥器30min•精秤樣品重量併記錄C(小數點下四位數)•計算即得%＝(B－(C－A))/B×100%熱膨脹試驗(差異性試驗)•標準樣品為AL2O3•製砂樣品•標準樣置左側試樣置右側•啟動測試•比對兩種樣品的相對差異•電腦中可分析溫度﹑差異量﹑比率試料入口七﹑問題與對策鑄件穿破、變形、毛刺異常特徵砂芯異常原因分析對策鐵水穿破變形毛刺砂芯易斷脫模易裂脫模變形無法成形有效厚度不足砂芯剝落砂芯夾層砂芯重量輕添加劑異常質量變化定量誤差混練工藝溫度異常時間異常原砂異常雜質多微粉量大含泥量高酸鹼值製芯工藝設定條件異常操作異常重新取樣化驗定量設備校驗混練工藝流程檢查檢討複查原砂狀況•氣孔異常特徵砂芯異常原因分析對策鑄件成品在表面或表皮下，產生單個或多個、多處的圓形或針狀孔隙外觀顏色淺黃外熟內生排砂不淨製芯工藝溫度異常時間設定異常覆膜砂規格選用不當質量異常混料使用塗料質量異常未適當烘烤混料使用適用性檢查砂芯成品熟度檢查製芯工藝標準烤箱加時烘烤取樣複驗選用適用規格使用添加劑再現試驗使用添加劑換用規格時間與溫度300℃250℃200℃304050609030405060903040506090異常特徵砂芯異常原因分析對策鑄件表面粗糙，光潔度不符合要求外觀表面粗糙填充不實覆膜砂規格不適用顆粒太粗流動性不良塗料濃度不均勻刷塗修補不良模具排氣塞阻塞排氣系統阻塞設定溫度太高設備射砂口不對位射口阻塞空氣中含水份射砂壓力不足取樣複驗另選規格塗料使用管制模具清理檢修標準書制修訂設備維護平日點檢標準書制修訂•表面粗糙•表面燒結異常特徵砂芯異常原因分析對策滲透結砂沖刷結砂熱點燒結砂芯表面填充不實砂芯射砂不實塗料不當砂芯表面強度不足塗料附著力不佳耐火度不足砂芯高溫強度不足塗料效果不佳按粗糙處理對策另選用規格調整覆膜砂規格更換使用規格添加樹脂考慮硅砂系統更換使用規格使用添加劑方案調整八﹑附件(各種砂的特性)項目矽砂鋯砂橄欖砂鉻砂氧化鋁砂主要成份成因結晶購造硬度比重視比重熔點℃粒型特性產地pHSiO2堆積變成六方晶系62.71.3~1.51750○～△台灣5.5~7.5ZrO2．SiO2堆積正方晶系7.54.72.8~3.02200○耐燒結澳洲6.42(Mg)O．Cr2O3火成岩斜方晶系7~7.53.2~3.61.7~2.01750△耐沖蝕剝落日本北海道7~8(Fe，Mg)O．Cr2O3堆積Spinel型5.54.52.7~2.91950~2040△耐燒結南非7~8SiO250～60Al2O330～45熔融焙燒斜方晶系72.4~2.61.2~1.42020△代用鋯鉻砂日本瀨戶7~7.5