呋喃樹脂砂強(qiáng)度影響因素研究

樊武明， 史國慶，嚴(yán)江波，楊霄峰

（1.陜西柴油機(jī)重工有限公司，陜西興平 713100；2.陜西柴油機(jī)重工有限公司，陜西興平 713100）

呋喃樹脂砂強(qiáng)度影響因素研究

樊武明1， 史國慶2，嚴(yán)江波2，楊霄峰2

（1.陜西柴油機(jī)重工有限公司，陜西興平 713100；2.陜西柴油機(jī)重工有限公司，陜西興平 713100）

通過對(duì)影響自硬呋喃樹脂砂強(qiáng)度的研究，對(duì)影響樹脂砂強(qiáng)度的主要因素進(jìn)行了總結(jié)。認(rèn)為樹脂加入量超過1.7%時(shí)，樹脂砂強(qiáng)度將降低；固化劑加入量也應(yīng)根據(jù)砂溫和對(duì)砂型硬化速度的不同要求而不同，一般控制在38%～55%之間為宜；隨著季節(jié)的不同，必須嚴(yán)格控制好砂溫。

樹脂砂強(qiáng)度; 樹脂加入量;固化劑加入量;砂溫;緊實(shí)度;微粉含量;含水量

自硬呋喃樹脂砂鑄造生產(chǎn)工藝主要有以下優(yōu)點(diǎn)：鑄件表面光潔、棱角清晰、尺寸精度高， 型砂流動(dòng)性好，鑄型強(qiáng)度高等特點(diǎn)。在生產(chǎn)實(shí)踐過程中，樹脂砂的強(qiáng)度作為工藝要求的重要指標(biāo)，直接決定了鑄件的表面品質(zhì)。我們通過大量試驗(yàn)研究，認(rèn)為影響樹脂砂強(qiáng)度的因素主要有：樹脂加入量、固化劑加入量、砂溫、緊實(shí)度、微粉含量、灼燒減量、含水量等，各種因素對(duì)樹脂砂強(qiáng)度的影響具有一定規(guī)律。

1 樹脂加入量的影響

我們采用大林40～70目的水洗砂子作為原砂，樹脂和固化劑采用湖北某樹脂廠的配套產(chǎn)品，固化劑加入量為樹脂加入量的45%，樹脂加入量分別定為0.9%,1.0%,1.1%，1.2%，1.3%，1.4%～2.0%，分十組實(shí)驗(yàn)條件對(duì)全新砂的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行研究，獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖1。

圖 1 樹脂含量對(duì)樹脂砂強(qiáng)度的影響

隨著樹脂加入量的不斷提升，樹脂砂的強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)呈線性規(guī)律提升，采用大林40～70目砂子作為原砂，在固化劑加入量45%的條件下，樹脂加入量在1.2%～1.7%范圍內(nèi)，樹脂砂強(qiáng)度隨加入量明顯提升，1.7%時(shí)樹脂砂的24 h終強(qiáng)度最高，超過1.7%時(shí)砂強(qiáng)度開始呈下降趨勢(shì)。

2 固化劑加入量的影響

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，我們就固化劑加入量對(duì)樹脂砂強(qiáng)度的影響進(jìn)行了研究，正常生產(chǎn)中考慮到樹脂加入量過大會(huì)造成型砂發(fā)氣量增加，一般選取1.0%～1.3%之間的樹脂加入量，在試驗(yàn)中我們采用全新砂，樹脂加入量為1.2%，分別對(duì)不同固化劑加入量下的24 h終強(qiáng)度進(jìn)行了研究，獲取的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2。

圖 2 固化劑含量對(duì)樹脂砂強(qiáng)度的影響

從圖中可以看出，在樹脂加入量以及其它條件不變的情況下，隨固化劑加入量的提高，樹脂砂強(qiáng)度逐漸升高，當(dāng)加入量45%時(shí)強(qiáng)度達(dá)到峰值，伴隨著加入量的不斷提高，強(qiáng)度開始下降。這一原因主要在于當(dāng)固化劑加入量超過45%左右時(shí)，酸度過強(qiáng)，樹脂和固化劑的聚縮反應(yīng)速度過快，樹脂交聯(lián)結(jié)構(gòu)不完整，樹脂膜和粘結(jié)劑橋變脆，促使樹脂砂終強(qiáng)度大幅降低；當(dāng)固化劑加入量為45%時(shí)，酸性比較適中，聚縮反應(yīng)最充分，樹脂砂的強(qiáng)度效果最佳。

3 砂溫的影響

通過大量生產(chǎn)實(shí)踐研究，在環(huán)境溫度保持不變的條件下，樹脂砂的強(qiáng)度受砂溫的變化影響非常明顯，我們對(duì)生產(chǎn)中的某臺(tái)混砂機(jī)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析研究，如表1。

表 1 不同砂溫下的樹脂砂24 h抗拉強(qiáng)度

圖 3 砂溫對(duì)樹脂砂強(qiáng)度的影響

當(dāng)砂溫控制在15℃～35℃之間時(shí)，能夠獲得較為理想的樹脂砂強(qiáng)度，隨著砂溫的不斷提高，樹脂砂的強(qiáng)度呈大幅下降趨勢(shì)，從圖3中可以看出砂溫對(duì)強(qiáng)度的影響是比較大的。砂溫對(duì)樹脂砂強(qiáng)度的影響作用主要表現(xiàn)在對(duì)固化劑的影響以及對(duì)聚縮反應(yīng)速率的影響，隨著砂溫的提高，樹脂和固化劑的聚縮反應(yīng)速度不斷加快，聚縮過程產(chǎn)生的應(yīng)力不斷增加，應(yīng)力過高會(huì)造成原砂之間的膠合鏈斷裂，反而樹脂砂變脆、強(qiáng)度降低；當(dāng)砂溫過高時(shí)，固化劑中的酸性物質(zhì)會(huì)隨溫度的升高而產(chǎn)生不同程度的揮發(fā)，造成樹脂的反應(yīng)不夠充分，一定程度影響了樹脂砂強(qiáng)度。

4 緊實(shí)度的影響

當(dāng)砂溫在15℃～35℃范圍，樹脂砂未曾完全開始固化時(shí)，我們從生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行試樣采集，部分試樣不做緊實(shí)，部分試樣進(jìn)行緊實(shí)，通過大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，緊實(shí)過的樹脂砂強(qiáng)度較未緊實(shí)的樹脂砂強(qiáng)度可提高10%～25%。試驗(yàn)證明在樹脂砂未完全開始聚縮反應(yīng)時(shí)進(jìn)行緊實(shí)，可有效提高樹脂砂強(qiáng)度。

5 微粉的影響

實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于樹脂砂的可再生性，一般樹脂砂使用混合砂或舊砂居多，從而也可以有效降低生產(chǎn)成本。但是實(shí)際生產(chǎn)中由于砂再生設(shè)備的除塵效果以及脫膜率影響，往往樹脂砂中存在一定量的微粉，微粉含量過多會(huì)使再生砂比表面積顯著增大，從而造成對(duì)粘接劑（樹脂）的需求量增加，當(dāng)再生砂樹脂、固化劑加入量不發(fā)生改變的情況下，樹脂砂的強(qiáng)度會(huì)隨微粉含量的增加而下降。目前我公司對(duì)舊砂微粉控制在≤0.5%。

6 灼燒減量

再生砂的灼燒減量指的是樹脂砂再生后殘存的有機(jī)物即樹脂膜，該指標(biāo)也是衡量砂再生設(shè)備再生脫膜效果的一項(xiàng)重要指標(biāo)。舊砂在重復(fù)生產(chǎn)使用過程中，如果砂再生設(shè)備的脫膜效果不佳，將造成舊砂灼燒減量的不斷積累，當(dāng)有機(jī)物遇高溫灼燒時(shí)發(fā)氣量會(huì)大幅增加，同時(shí)舊砂表面殘存的有機(jī)物會(huì)造成舊砂表面積增大，酸耗值增加，從而一定程度影響了樹脂砂的強(qiáng)度。目前我公司對(duì)再生砂燒減量控制在≤3.0%。

7 含水量的影響

樹脂砂的含水量在生產(chǎn)實(shí)踐中需要嚴(yán)格控制，含水量的增加會(huì)降低樹脂的粘度，會(huì)造成固化劑的酸性降低，最終影響到固化速度和強(qiáng)度；日常生產(chǎn)過程中使用的樹脂都添加有耦合劑硅烷，當(dāng)水分含量過高時(shí)會(huì)造成耦合劑的分解失效，從而也會(huì)影響到樹脂砂強(qiáng)度。

8 結(jié)論

(1) 樹脂加入量超過1.7%時(shí)，樹脂砂強(qiáng)度將降低，可根據(jù)不同復(fù)雜程度鑄件、外模和型芯的不同對(duì)砂型強(qiáng)度的要求，選擇適宜的樹脂加入量；

（2）固化劑加入量也應(yīng)根據(jù)砂溫和對(duì)砂型硬化速度的不同要求而不同，生產(chǎn)實(shí)踐中一般控制在38%～55%之間為宜，不能過高；

（3）砂溫是生產(chǎn)實(shí)踐中一項(xiàng)必須控制好的因素，夏季一般要通過砂再生設(shè)備中水冷系統(tǒng)將砂溫降到35℃以下，冬季通過合適的落砂時(shí)間和生產(chǎn)周期將砂溫控制在15℃以上；

（4）在生產(chǎn)過程中必須堅(jiān)持做好緊實(shí)率的控制。特別是砂型面砂，好的緊實(shí)度不但能提高砂型表面光潔度，更能提高砂型強(qiáng)度；

（5）微分含量是通過合理設(shè)置除塵設(shè)備進(jìn)行控制，微粉含量降的越低越好；

（6）灼燒減量是生產(chǎn)過程中要不斷監(jiān)控的指標(biāo)，灼燒減量偏高將增加樹脂砂的發(fā)氣量；

（7）生產(chǎn)實(shí)踐中水分含量控制，主要通過控制好新砂中水分含量、樹脂和固化劑中水分含量。

[1] 馮勝山.樹脂和固化劑對(duì)冷硬樹脂砂高溫力學(xué)性能的影響[J].鑄造技術(shù)，2002（4）.

[2] 楊筱萍.溫度變化對(duì)呋喃樹脂砂固化劑加入量的影響[J] .蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2001, 27(2).

[3] 柳艷,李貴茂,李金田,宋建.再生砂微粉含量對(duì)樹脂砂強(qiáng)度的影響[J].現(xiàn)代鑄鐵,2014,34（3）.

Study to the infl uential factors of furan resin sand strength

FAN WuMing1,SHI GuoQing2,Yan JiangBo2，Yang XiaoFeng2
（1.Shaanxi diesel engine heavy industry Co., Ltd.,Xingping 713100,Shaanxi,China；2. Shaanxi diesel engine heavy industry Co., Ltd.,Xingping 713100,Shaanxi,China）

Study on the effect of the strength of self hardening furan resin sand ,The main factors affecting the strength of resin sand are summarized，That the amount of resin to add more than 1.7%,Resin sand strength will be reduced, The curing agent should be according to the different requirements of the sand and sand hardening speed and different, General control in 38% ～ 55% between the appropriate; with the different seasons, must be strictly controlled sand temperature.

. furan resin sand strength;amount of resin; amount of curing agent; sandtemperature; compactness; powder content; water content

TG221；

A；

1006-9658（2017）01-0020-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2017.01.006

2016-07-03

稿件編號(hào):1607-1426

樊武明（1969—），男，工程師，主要從事鑄造設(shè)備及工藝的研究與管理工作.