當(dāng)今社會(huì)的不斷發(fā)展需要更加環(huán)保的制造工業(yè)技術(shù)來保證，特別是對(duì)于傳統(tǒng)鑄造工業(yè)而言顯得更為急切，以解決鑄造全過程的環(huán)境排放問題。自上世紀(jì) 40 年代德國(guó)工程師開發(fā)出酚醛樹脂為粘結(jié)劑的熱芯盒型芯砂技術(shù)以前，傳統(tǒng)的鑄造型砂主要是用無(wú)機(jī)類材料為粘結(jié)劑的技術(shù)，如采用以粘土、硅酸鹽類、鋁硅酸鹽類、磷酸鹽類等等為粘結(jié)劑做成的型砂材料技術(shù)方法。盡管傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)粘結(jié)劑型砂在制型、澆注過程中比熱芯盒酚醛樹脂砂對(duì)環(huán)境的影響要小，環(huán)保型要好，但出于現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的效率性需求，.終人們還是選擇了污染物排放更大的有機(jī)類粘結(jié)劑型砂。經(jīng)過近百年的現(xiàn)代化發(fā)展，在世界范圍內(nèi)人類付出了極大的環(huán)境污染代價(jià)之后終于明白了，我們必須走可持續(xù)發(fā)展之路，特別是西方發(fā)達(dá)國(guó)家先于我們工業(yè)化經(jīng)歷的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，使得人們重新認(rèn)識(shí)我們已經(jīng)走過的發(fā)展之路是否需要繼續(xù)下去?

　　值得慶幸的是，在認(rèn)清楚有機(jī)粘結(jié)劑應(yīng)用對(duì)環(huán)境污染、工人健康的危害之后，工程師們又重新評(píng)估曾經(jīng)使用過的無(wú)機(jī)材料作為型芯砂粘結(jié)劑存在的問題，并開始尋找切實(shí)可行的技術(shù)方法，以解決其在工程應(yīng)用過程中的性能不足、效率不足、可靠性不足的諸多方面問題。

　　長(zhǎng)期以來大量應(yīng)用水玻璃作為粘結(jié)劑制備的型砂用于鑄鋼，在上世紀(jì)九十年代，出現(xiàn)了用有機(jī)酯改性的水玻璃作為粘結(jié)劑制備型砂的技術(shù)，解決了以前僅能用于手工制型的效率問題，實(shí)現(xiàn)了可采用射芯機(jī)成型的小鑄件批量化制芯的問題;也有研究人員，從無(wú)機(jī)材料種類方面入手，開發(fā)出以硅酸鹽為基礎(chǔ)，加入磷酸鹽、硫酸鹽等無(wú)機(jī)材料進(jìn)行復(fù)配改性的無(wú)機(jī)粘結(jié)劑技術(shù)，并成功地應(yīng)用到型砂中解決單硅酸鹽作為粘結(jié)劑的即時(shí)強(qiáng)度不足的問題;據(jù)資料報(bào)道，國(guó)外近年來也在以硅酸鹽為基礎(chǔ)材料進(jìn)行改性，將開發(fā)出的這種新型無(wú)機(jī)粘結(jié)劑應(yīng)用在型砂中，取得了較好型芯質(zhì)量，包括良好的即時(shí)和常溫強(qiáng)度、良好的型芯表面質(zhì)量和較好的抗吸濕性，但是據(jù)稱要求整個(gè)應(yīng)用工程過程必須在嚴(yán)格的環(huán)境(溫度、濕度適中)的中進(jìn)行，工程應(yīng)用投資巨大。

　　從現(xiàn)有資料中和實(shí)際市場(chǎng)化應(yīng)用中研究，我們發(fā)現(xiàn)何種無(wú)機(jī)粘結(jié)劑技術(shù)應(yīng)用于工程化的型(芯)砂產(chǎn)品，制備出的覆膜砂均屬不具備較長(zhǎng)適用期的產(chǎn)品，需要現(xiàn)場(chǎng)混制后即刻使用，這樣造成其一，是設(shè)備改造量大，投資額大，鑄造企業(yè)從原有的型砂技術(shù)升級(jí)成本高;其二，造成生產(chǎn)組織難度大，原材料現(xiàn)場(chǎng)管理占用場(chǎng)地資源多，對(duì)于小批量多批次需要頻繁更換覆膜砂混砂工藝，混砂質(zhì)量難于控制等諸多問題。從而長(zhǎng)期以來被熱芯盒有機(jī)酚醛樹脂覆膜砂產(chǎn)品占據(jù)著市場(chǎng)主體，盡管熱芯盒有機(jī)酚醛樹脂覆膜砂成本較高、環(huán)境污染大，但因其確實(shí)能滿足廣大中小鑄造企業(yè)的市場(chǎng)需求，給環(huán)保性更加的無(wú)機(jī)型砂技術(shù)的推廣和應(yīng)用客觀上帶來較大的障礙。因此，若要使我國(guó)的鑄造行業(yè)真正走向環(huán)保綠色，市場(chǎng)需要新型的無(wú)機(jī)覆膜砂技術(shù)，從型芯應(yīng)用工程技術(shù)方面解決必須在制芯現(xiàn)場(chǎng)混制后立即制芯應(yīng)用的問題，實(shí)現(xiàn)如通常樹脂覆膜砂在覆膜砂廠制成品銷往各個(gè)鑄造廠家制芯的問題，并且不需要過于苛刻的應(yīng)用環(huán)境(在恒溫恒濕環(huán)境)中使用，既給鑄造企業(yè)在改用環(huán)保性優(yōu)異的無(wú)機(jī)覆膜砂技術(shù)工程應(yīng)用中減少和降低改造設(shè)備造成的資產(chǎn)投入巨大，又解決了多品種、小批量、射芯機(jī)高效制芯、型芯耐儲(chǔ)存、抗?jié)裥缘雀鞣矫娴膯栴}。本文主要介紹了自主開發(fā)的一種新型無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂技術(shù)產(chǎn)品在鑄鋁方面的規(guī)?；瘧?yīng)用，取得了良好可靠的工程應(yīng)用效果。

　　1、新型無(wú)機(jī)粘結(jié)劑在鑄鋁型覆膜砂工程中的應(yīng)用

　　型砂材料技術(shù)離不開粘結(jié)劑技術(shù)的發(fā)展，基于粘結(jié)劑技術(shù)的基本理論和技術(shù)方法，我們對(duì)大量的可凝膠的無(wú)機(jī)材料進(jìn)行了篩選、分析、測(cè)試和評(píng)價(jià)，從上千種無(wú)機(jī)材料中確定了多種可凝膠無(wú)機(jī)酸鹽體系進(jìn)行復(fù)配，并采用現(xiàn)代材料改性技術(shù)和工藝方法，制備了穩(wěn)定耐存放期較長(zhǎng)、保管環(huán)境要求不高的新型水基型無(wú)機(jī)粘結(jié)劑，相應(yīng)的技術(shù)質(zhì)量檢驗(yàn)和控制標(biāo)準(zhǔn)如下表：

　　從制備的無(wú)機(jī)粘結(jié)劑的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)看，這種無(wú)機(jī)粘結(jié)劑常溫條件下屬于熱固水溶性液態(tài)流體，因此用于覆膜砂制備時(shí)，就不能簡(jiǎn)單地使用原有的酚醛樹脂覆膜砂混砂設(shè)備，其一是酚醛樹脂常溫下是玻璃態(tài)固體，覆膜時(shí)需要提高砂溫超過其玻璃化溫度以上，其二是混砂完成后需要將較高溫度的樹脂覆膜砂降溫到常溫后以便干燥顆粒狀的樹脂覆膜砂包裝儲(chǔ)運(yùn)，而無(wú)機(jī)粘結(jié)劑制備的無(wú)機(jī)覆膜砂因具有熱固化性而需要保持濕態(tài)和較低溫度，屬于濕態(tài)覆膜砂。所以需要設(shè)計(jì)和改造混砂設(shè)備，以保證產(chǎn)品的特性。

　　根據(jù)我們大量的正交試驗(yàn)，優(yōu)化工藝參數(shù)，對(duì)混砂設(shè)備的加料及控制系統(tǒng)、混制及控制系統(tǒng)、放料及控制系統(tǒng)、包裝及控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、優(yōu)化改造，制備出每小時(shí)可產(chǎn) 3～5噸的無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂生產(chǎn)線，通過多批次大量的試生產(chǎn)，并制定和備案了無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂產(chǎn)品質(zhì)量企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，所制備的無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂成品采用復(fù)合包裝，成品砂儲(chǔ)存環(huán)境溫度在不超過 30℃陰涼條件下，.長(zhǎng)儲(chǔ)存期達(dá)到 4～10天，按樹脂覆膜砂國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)( GB/T2684-2008)檢測(cè)其發(fā)氣量小于 8毫升/克(扣除原砂本身的發(fā)氣量 5毫升左右，無(wú)機(jī)粘結(jié)劑的發(fā)氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于樹脂覆膜砂的發(fā)氣量)，按濕型砂流動(dòng)性檢測(cè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)其流動(dòng)性≥2.5克。在粘結(jié)劑加入量占砂重的 1～3%時(shí)按樹脂覆膜砂射芯機(jī)之條型樣的抗彎強(qiáng)度檢測(cè)方法(JB/T 2848-2006)檢測(cè)其抗彎強(qiáng)度(固化溫度160℃/固化時(shí)間 120秒)的即時(shí)強(qiáng)度為1.5～3.0Mpa，常溫抗彎強(qiáng)度為4.5～8Mpa，完全能滿足制芯工程應(yīng)用的需要。經(jīng)高溫 920℃居里點(diǎn)裂解儀初步測(cè)試無(wú)機(jī)濕態(tài)砂的氣相污染物排放情況表明比呋喃樹脂濕態(tài)砂低，減少近 92%以上，與傳統(tǒng)呋喃樹脂砂相比，表明采用無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂能夠明顯改善鑄造廠的工作環(huán)境。

　　2、無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂在鑄鋁件制芯工程中的應(yīng)用

　　無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂的制芯應(yīng)用因其屬于流動(dòng)性相對(duì)較差的濕態(tài)砂，該產(chǎn)品的工程應(yīng)用是一個(gè)系統(tǒng)工程，除了覆膜砂混制砂工程外，對(duì)于鑄造企業(yè)的所有應(yīng)用技術(shù)工程，包括無(wú)機(jī)濕態(tài)砂的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)、制芯工藝與機(jī)構(gòu)環(huán)節(jié)、型(芯)盒模具系統(tǒng)環(huán)節(jié)、型芯存放與流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)、組芯與澆注環(huán)節(jié)、廢砂歸集與再生環(huán)節(jié)均需要系統(tǒng)性地進(jìn)行調(diào)整或改造，其一，是對(duì)入庫(kù)的濕態(tài)砂需要調(diào)整存儲(chǔ)條件(將復(fù)合包裝的濕態(tài)砂放入環(huán)境溫度不超過 30℃的陰涼貨倉(cāng)內(nèi)保管);其次是打開復(fù)合包裝后應(yīng)即時(shí)裝入密閉的料倉(cāng)內(nèi)，且需要在當(dāng)天使用制芯完了;其三，如企業(yè)原有制芯工藝裝備是熱芯盒覆膜砂制芯機(jī)，需要對(duì)制芯機(jī)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)改造，若本身是溫芯盒呋喃樹脂砂或冷芯盒射芯機(jī)則不需要改造設(shè)備。

　　熱芯盒樹脂覆膜砂制芯機(jī)經(jīng)過合理的改造后，完全可以滿足無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂的制芯，但前提條件是芯盒系統(tǒng)需要同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，將模具進(jìn)排氣通道與射嘴進(jìn)行調(diào)整加大和適當(dāng)優(yōu)化，用于無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂的制芯基本上可以在這些方面進(jìn)行調(diào)整，如模具溫度應(yīng)控制在 150～170℃之間，固化時(shí)間根據(jù)砂芯的大小和形狀，一般比熱芯盒覆膜砂固化時(shí)間縮短20～40%，射砂壓力控制在 0.35～0.6Mpa，射砂時(shí)間范圍是 2～5秒。

　　冷芯盒樹脂覆膜砂制芯機(jī)系統(tǒng)不需要改造，直接可以利用在無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂的制芯上，但冷芯盒系統(tǒng)需要對(duì)模具進(jìn)行適當(dāng)改造，增加加熱裝置，以便使模具溫度保持在 100～120℃，將冷芯盒制芯機(jī)的吹氣系統(tǒng)接入熱風(fēng)機(jī)構(gòu)作為向芯盒提供熱風(fēng)的機(jī)構(gòu)，熱風(fēng)溫度保持在 160～180℃，即可達(dá)到與冷芯盒制芯的相當(dāng)效率。

　　呋喃樹脂濕態(tài)覆膜砂制芯機(jī)系統(tǒng)也不需改造，直接可以利用在無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂的制芯上，將模具溫度保持在 150～170℃，一般型芯件的固化效率與呋喃樹脂制芯的相同效率，但對(duì)于厚大型芯的固化效率無(wú)機(jī)濕態(tài)砂略慢。

　　我們將無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂在兩個(gè)汽車、摩托車鑄鋁件鑄造企業(yè)進(jìn)行了具體規(guī)?；瘧?yīng)用，這兩家鑄鋁企業(yè)原有型芯工藝均是熱芯盒樹脂覆膜砂工藝體系，其中一家還有三乙胺冷芯盒樹脂覆膜砂工藝，在將這兩家企業(yè)的熱芯盒樹脂覆膜砂制芯機(jī)和芯盒系統(tǒng)進(jìn)行改造后，同時(shí)也對(duì)其中一家的冷芯盒系統(tǒng)進(jìn)行了增加芯盒加熱系統(tǒng)和熱風(fēng)機(jī)構(gòu)改造，所有的芯盒既有水平分型也有垂直分型模具，經(jīng)過鑄鋁發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的油道、本體冒口、隔板、進(jìn)氣排氣、凸輪室等鑄鋁砂芯規(guī)模化應(yīng)用，整個(gè)制芯過程中除在模具排氣塞、射砂口、模具分型面處能觀察到一定量的水汽排出外，從開包加砂、射砂、保壓、排氣、直至開模取芯的整個(gè)制芯過程中無(wú)刺激性煙氣排放、無(wú)有味氣體排放、無(wú)粉塵飛揚(yáng)，表現(xiàn)出該種無(wú)機(jī)粘結(jié)劑濕態(tài)砂在整個(gè)制芯中的環(huán)保優(yōu)異性能，檢驗(yàn)砂芯表面緊實(shí)無(wú)浮砂，砂芯質(zhì)量穩(wěn)定略重于樹脂砂芯，芯件尺寸穩(wěn)定，批量芯件整體質(zhì)量良好。

　　3、無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂在鑄鋁件的澆注應(yīng)用

　　制得的砂芯，按照規(guī)定流程進(jìn)行修芯后存放在周轉(zhuǎn)托盤架上，根據(jù)正常生產(chǎn)流程分送組批澆注工序，通常的芯件在常溫條件下存放2～3天(.長(zhǎng)的批次存放時(shí)間 30天)，放置時(shí)間長(zhǎng)的芯件在組批澆注前需要適當(dāng)烘芯，烘芯溫度控制在150～180℃，烘芯時(shí)間控制在15～20分鐘即可，烘制的砂芯在當(dāng)天內(nèi)進(jìn)行組芯澆注。經(jīng)批量性的生產(chǎn)澆注，在整個(gè)澆注過程中鑄型中僅排放白色清潔煙氣，無(wú)刺激性煙氣排放、無(wú)有味氣體排放、無(wú)暗色煙塵排放，清砂過程表明其潰散性明顯好于樹脂覆膜砂，其清砂時(shí)間僅為樹脂覆膜砂的三分之一。檢驗(yàn)鑄件其尺寸穩(wěn)定、便面光潔度良好、無(wú)任何氣廢現(xiàn)象。

　　無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂因使用的是水溶性粘結(jié)劑，砂芯在應(yīng)用于澆注時(shí)難免因?yàn)榇嬖谥鵁峤猬F(xiàn)象，需要使用涂料來解決問題。我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)水基涂料的應(yīng)用時(shí)因涂料中所含大量水分會(huì)快速大量滲透進(jìn)入砂芯，使得砂芯強(qiáng)度降低很多，所以已使用醇基涂料。但是，醇基涂料使用安全性要求高，大規(guī)模市場(chǎng)以使用水基涂料為好，為此，我們通過開發(fā)出一種專用于無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂芯浸涂的水基涂料技術(shù)產(chǎn)品，解決了無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂的水基涂料施工技術(shù)問題。所以，無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂完全可以使用水基涂料。

　　4、 無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂在鑄鋁中應(yīng)用的基本評(píng)價(jià)和結(jié)論

　　通過我們?cè)谥貞c三家有色鑄造廠家的推廣應(yīng)用，對(duì)其射芯設(shè)備的加砂系統(tǒng)和射砂機(jī)構(gòu)、模具進(jìn)排氣系統(tǒng)進(jìn)行了改造，并進(jìn)行鑄鋁發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋組芯的等 18 個(gè)芯件規(guī)?；菩?、澆注生產(chǎn)應(yīng)用驗(yàn)證，可以得出新型無(wú)機(jī)粘結(jié)劑濕態(tài)砂應(yīng)用在鑄鋁中的以下結(jié)論：

　　1， 無(wú)機(jī)粘結(jié)劑的環(huán)保性能優(yōu)越，是一種可以實(shí)現(xiàn)綠色鑄造的新材料技術(shù);

　　2， 無(wú)機(jī)濕態(tài)砂完全可以用于鑄鋁件制芯、澆注規(guī)模化生產(chǎn);

　　3， 無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂應(yīng)用于鑄鋁件澆注后清砂非常容易，與樹脂覆膜砂相比其清砂時(shí)間僅為樹脂覆膜砂的三分之一左右，潰散性很好;

　　4， 無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂因其澆注過程中粘結(jié)劑不會(huì)在高溫下燃燒發(fā)熱，是一個(gè)吸熱過程具有激冷效用，因此，根據(jù)不同的砂鋁比在不同程度上可以改善鑄件的金相結(jié)構(gòu)，提高鑄件的強(qiáng)度;

　　5， 無(wú)機(jī)濕態(tài)覆膜砂發(fā)氣量較樹脂覆膜砂低很多(相同粘結(jié)劑量比至少低 60%以上)，因此，可大大改善鑄件質(zhì)量，避免氣廢，降低生產(chǎn)成本;

　　6， 鑄鋁中應(yīng)用無(wú)機(jī)濕態(tài)砂僅需要適當(dāng)調(diào)整工藝過程，部分改造射芯設(shè)備，適當(dāng)添置或改造必要的烘(儲(chǔ))芯裝備，通過控制和建立無(wú)機(jī)濕態(tài)砂相應(yīng)的準(zhǔn)時(shí)制供貨制度，覆膜砂制造企業(yè)完全可以采取傳統(tǒng)覆膜砂的供應(yīng)體系進(jìn)行運(yùn)行，不需要鑄造企業(yè)再像采用冷芯盒工藝、呋喃工藝那樣自己混砂而增大企業(yè)投資負(fù)擔(dān)和環(huán)保處理負(fù)擔(dān)，是一種能適應(yīng)中國(guó)現(xiàn)有企業(yè)特色極具推廣意義的綠色鑄造新技術(shù)、新產(chǎn)品。