自硬呋喃樹脂砂硬化起模時間研究

杜爭爭，張俊勇

自硬呋喃樹脂砂硬化起模時間研究

杜爭爭，張俊勇

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

1. 背景

呋喃樹脂自硬砂由于其型砂緊實堅硬、易于控制、鑄件尺寸精度高，故目前自硬樹脂砂工藝已用于澆注各種金屬鑄件，例如機械加工所需的機床、船舶制造業(yè)用的燃氣輪機等鑄鐵件都可以用自硬化樹脂砂工藝來生產(chǎn)。當(dāng)今，正迅猛發(fā)展的計算機自動化控制技術(shù)加速了自硬樹脂砂工藝的發(fā)展應(yīng)用。

但呋喃樹脂砂有其本身的缺陷，可使用時間與起模時間及終強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脂砂硬化趨勢，提出加速硬化起模的方法，以指導(dǎo)車間生產(chǎn)。

2. 試驗研究

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

儀器：電子天平、自動攪拌機、抗壓測試儀、溫濕儀、溫度計、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，樹脂加入比例為砂重的0.8%和1.0%，固化劑分別加入樹脂重量的30%、35%、40%、45%、50%，正交試驗制作φ40mm×40mm型砂試塊。同時記錄可操作時間、起模時間和24h抗壓強度。

3. 試驗結(jié)果及分析

試驗測得的可使用時間、起模時間、強度數(shù)據(jù)見表4。表5。其對比如圖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，熱法再生砂強度逐漸升高，在45%達到最大值；機械再生砂強度逐漸降低，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，熱法再生砂和機械再生砂的可使用時間都逐漸減少，最大可使用時間固化劑加入量在30%。

表1　KF-4呋喃樹脂（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，熱法再生砂和機械再生砂的起模時間都逐漸縮短，

其中固化劑加入50%的起模時間只有30%加入量的1/3～1/2。

根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)需要，對型砂有以下要求。

（1）型砂要保持一定的終強度（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間，以便放置芯鐵、冷鐵及緊實操作。

（3）為了保證現(xiàn)場生產(chǎn)順暢，型芯起模時間應(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，又可減少澆注時有機粘結(jié)劑燃燒產(chǎn)生的氣體，提高鑄件質(zhì)量，保護環(huán)境。

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

進一步試驗，考慮到現(xiàn)場生產(chǎn)木模樣與金屬模樣起模時間差異，在上述試驗基礎(chǔ)上分別使用木質(zhì)芯盒與金屬芯盒制樣，每隔1h測量抗壓強度，記錄前6h強度變化趨勢及24h終強度，結(jié)果見表6、圖4。

表4　機械再生砂不同液料配比試驗數(shù)據(jù)

表5　熱法再生砂不同液料配比試驗數(shù)據(jù)

圖1　機械再生砂與熱法再生砂不同液料加入強度對比

圖2　機械再生砂與熱法再生砂不同液料加入可使用時間對比

從圖4可以看出，同樣在5℃環(huán)境下，樹脂、固化劑加入比例一定時：①木模造型起模時間為2～3h即可將鑄型從模樣上取出（1.5MPa），鑄型硬化達到足夠強度，不會變形（見圖5）；金屬模需要5h才可取出，過早取出內(nèi)部未完全硬化，會產(chǎn)生擠壓變形（見圖6），終強度基本相

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，縮短起模時間。

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

4. 結(jié)語

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

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

（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間?？梢詮奶岣吣訙囟取⒗滂F及工裝溫度，來加速內(nèi)部反應(yīng)，加速硬化。

（3）條件相同時，木模較金屬模起模時間大幅減小，前者是后者的1/2。

參考文獻

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圖3　機械再生砂與熱法再生砂不同液料加入起模時間對比

圖4　型砂起模時間抗壓強度趨勢

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度

20150128

作者簡介：杜爭爭，共享裝備有限公司；張俊勇，寧夏共享集團股份有限責(zé)任公司。