自硬呋喃樹(shù)脂砂硬化起模時(shí)間研究

杜爭(zhēng)爭(zhēng)，張俊勇

自硬呋喃樹(shù)脂砂硬化起模時(shí)間研究

杜爭(zhēng)爭(zhēng)，張俊勇

【摘要】主要研究了低溫環(huán)境下呋喃樹(shù)脂砂可使用時(shí)間、起模時(shí)間及強(qiáng)度之間的關(guān)系，確定合適的砂溫及樹(shù)脂固化劑配比，以指導(dǎo)車間生產(chǎn)。

1. 背景

呋喃樹(shù)脂自硬砂由于其型砂緊實(shí)堅(jiān)硬、易于控制、鑄件尺寸精度高，故目前自硬樹(shù)脂砂工藝已用于澆注各種金屬鑄件，例如機(jī)械加工所需的機(jī)床、船舶制造業(yè)用的燃?xì)廨啓C(jī)等鑄鐵件都可以用自硬化樹(shù)脂砂工藝來(lái)生產(chǎn)。當(dāng)今，正迅猛發(fā)展的計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)加速了自硬樹(shù)脂砂工藝的發(fā)展應(yīng)用。

但呋喃樹(shù)脂砂有其本身的缺陷，可使用時(shí)間與起模時(shí)間及終強(qiáng)度受溫度和濕度的變化影響大，容易造成生產(chǎn)的不穩(wěn)定，給車間生產(chǎn)帶來(lái)不利影響。本文根據(jù)我公司應(yīng)用的鑄型材料，研究了低溫環(huán)境下呋喃樹(shù)脂與苯磺酸固化劑不同配比硬化曲線，確定了最佳配比，并在此基礎(chǔ)上探究了木模與金屬模樹(shù)脂砂硬化趨勢(shì)，提出加速硬化起模的方法，以指導(dǎo)車間生產(chǎn)。

2. 試驗(yàn)研究

本文以我公司現(xiàn)場(chǎng)使用的呋喃樹(shù)脂和苯磺酸固化劑、再生硅砂為試驗(yàn)材料，各原料參數(shù)見(jiàn)表1～表3。

儀器：電子天平、自動(dòng)攪拌機(jī)、抗壓測(cè)試儀、溫濕儀、溫度計(jì)、秒表。環(huán)境溫度5℃，環(huán)境濕度30%，砂溫15℃。用電子天平稱取1000g砂子，樹(shù)脂加入比例為砂重的0.8%和1.0%，固化劑分別加入樹(shù)脂重量的30%、35%、40%、45%、50%，正交試驗(yàn)制作φ40mm×40mm型砂試塊。同時(shí)記錄可操作時(shí)間、起模時(shí)間和24h抗壓強(qiáng)度。

3. 試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)測(cè)得的可使用時(shí)間、起模時(shí)間、強(qiáng)度數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。表5。其對(duì)比如圖1～圖3所示。

根據(jù)圖1可以看出，固化劑加入量控制在30%～50%，隨著固化劑的增加，熱法再生砂強(qiáng)度逐漸升高，在45%達(dá)到最大值；機(jī)械再生砂強(qiáng)度逐漸降低，最佳固化劑加入量在30%。

根據(jù)圖2可以看出，固化劑加入量控制在30%～50%，隨著固化劑的增加，熱法再生砂和機(jī)械再生砂的可使用時(shí)間都逐漸減少，最大可使用時(shí)間固化劑加入量在30%。

表1　KF-4呋喃樹(shù)脂（25℃）

表2　GH07A苯磺酸固化劑（25℃）（GB/T21872-2008）

表3　再生硅砂參數(shù)

根據(jù)圖3可以看出，固化劑加入量控制在30%～50%，隨著固化劑的增加，熱法再生砂和機(jī)械再生砂的起模時(shí)間都逐漸縮短，

其中固化劑加入50%的起模時(shí)間只有30%加入量的1/3～1/2。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要，對(duì)型砂有以下要求。

（1）型砂要保持一定的終強(qiáng)度（小型鑄件≥2.0MPa，大型鑄件≥3.0MPa），以減少型芯變形，防止鑄件夾砂。

（2）要保證必要的可操作時(shí)間，以便放置芯鐵、冷鐵及緊實(shí)操作。

（3）為了保證現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)順暢，型芯起模時(shí)間應(yīng)盡可能短，以提高生產(chǎn)效率。

（4）在滿足生產(chǎn)要求的情況下，粘結(jié)劑的加入量應(yīng)盡可能低，既節(jié)約成本，又可減少澆注時(shí)有機(jī)粘結(jié)劑燃燒產(chǎn)生的氣體，提高鑄件質(zhì)量，保護(hù)環(huán)境。

綜合以上因素，機(jī)械再生砂最佳液料配比為樹(shù)脂1.0%（占砂重），固化劑30%（占樹(shù)脂）；熱法再生砂最佳液料配比為樹(shù)脂1.0%（占砂重），固化劑45%（占樹(shù)脂）。

進(jìn)一步試驗(yàn)，考慮到現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)木模樣與金屬模樣起模時(shí)間差異，在上述試驗(yàn)基礎(chǔ)上分別使用木質(zhì)芯盒與金屬芯盒制樣，每隔1h測(cè)量抗壓強(qiáng)度，記錄前6h強(qiáng)度變化趨勢(shì)及24h終強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)表6、圖4。

表4　機(jī)械再生砂不同液料配比試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表5　熱法再生砂不同液料配比試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1　機(jī)械再生砂與熱法再生砂不同液料加入強(qiáng)度對(duì)比

圖2　機(jī)械再生砂與熱法再生砂不同液料加入可使用時(shí)間對(duì)比

從圖4可以看出，同樣在5℃環(huán)境下，樹(shù)脂、固化劑加入比例一定時(shí)：①木模造型起模時(shí)間為2～3h即可將鑄型從模樣上取出（1.5MPa），鑄型硬化達(dá)到足夠強(qiáng)度，不會(huì)變形（見(jiàn)圖5）；金屬模需要5h才可取出，過(guò)早取出內(nèi)部未完全硬化，會(huì)產(chǎn)生擠壓變形（見(jiàn)圖6），終強(qiáng)度基本相

同，在3MPa左右。②單純提高固化劑酸度值不能顯著提高硬化速度，縮短起模時(shí)間。

根據(jù)此硬化趨勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)可以根據(jù)不同模樣起模時(shí)間合理安排生產(chǎn)，避免起模過(guò)早型芯內(nèi)砂子硬化強(qiáng)度不足引起型芯變形、開(kāi)裂，過(guò)晚起模型芯強(qiáng)度大，與模具粘接緊密，難以起模，造成表面質(zhì)量差且耽誤現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。

4. 結(jié)語(yǔ)

在低溫環(huán)境下，以呋喃樹(shù)脂和苯磺酸固化劑為粘結(jié)劑造型生產(chǎn)時(shí)，有以下3點(diǎn)試驗(yàn)性結(jié)論。

（1）機(jī)械再生砂最佳液料加入為樹(shù)脂1.0%（占砂重），固化劑30%（占樹(shù)脂）；熱法再生砂最佳液料加入為樹(shù)脂1.0%（占砂重），固化劑45%（占樹(shù)脂）。

（2）其余條件不變，單純提高固化劑總酸度值并不能顯著縮短鑄型起模時(shí)間。可以從提高模樣溫度、冷鐵及工裝溫度，來(lái)加速內(nèi)部反應(yīng)，加速硬化。

（3）條件相同時(shí)，木模較金屬模起模時(shí)間大幅減小，前者是后者的1/2。

參考文獻(xiàn)

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圖3　機(jī)械再生砂與熱法再生砂不同液料加入起模時(shí)間對(duì)比

圖4　型砂起模時(shí)間抗壓強(qiáng)度趨勢(shì)

圖6　金屬芯盒硬化試塊抗壓及斷面

表6　不同酸值固化劑加入木模與金屬模硬化強(qiáng)度

20150128

作者簡(jiǎn)介：杜爭(zhēng)爭(zhēng)，共享裝備有限公司；張俊勇，寧夏共享集團(tuán)股份有限責(zé)任公司。