影響呋喃樹脂砂性能因素的研究

彭 倩，陳曉龍，張 鵬，陳振江

（陜西柴油機(jī)重工有限公司，陜西興平 713100）

影響呋喃樹脂自硬砂質(zhì)量的因素有很多，如原砂、再生砂性能，樹脂、固化劑種類，加入量等。除了這些原材料本身的物理、化學(xué)性能，我們發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際生產(chǎn)操作過程中影響樹脂砂質(zhì)量的因素還有混砂比例、原材料粘度、砂溫、緊實(shí)度、濕度等[1,2]。

1 影響因素

1.1 混砂比例

樹脂砂在使用過程中，必然有新舊砂交替的過程，再生砂淘汰，新砂補(bǔ)充，使得整個(gè)砂系統(tǒng)能持續(xù)運(yùn)行。但是混砂比例必須控制恰當(dāng)，加入過多，雖改善了型砂質(zhì)量，但降低了舊砂的再生頻次，使得砂資源浪費(fèi)。我們分別對(duì)全舊砂、1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、全新砂等各比例混合砂進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如圖1、2所示。

從圖1可看出，隨著新砂的加入量增多，型砂強(qiáng)度明顯上升。圖2是不同混砂強(qiáng)度差值曲線圖，從中看出從全舊砂變至3∶7時(shí)，抗拉強(qiáng)度增值呈線性關(guān)系增長，反而到了4∶6后呈直線關(guān)系。由此可得出混砂比例從全舊砂調(diào)至 1∶9、2∶8、乃至 3∶7都是非常有意義的，不僅樹脂砂強(qiáng)度成倍增加，樹脂含量也可降低，利于現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量和成本控制。

圖1 新舊砂的比例—抗拉強(qiáng)度關(guān)系圖

圖2 不同混砂強(qiáng)度差值曲線圖

1.2 原材料粘度

在相同的情況下，樹脂、固化劑的粘度差異較大，流量也會(huì)變化（見表1）。不同廠家、甚至不同批次的原材料粘度都會(huì)有較大差異。因此原材料粘度的變化影響其加入量的準(zhǔn)確性。在更換時(shí)，粘度每有變化時(shí)，應(yīng)該校核其泵的頻率，保證足夠的流量。

1.3 濕度

樹脂與固化劑發(fā)生縮聚反應(yīng)時(shí)有水析出，而環(huán)境濕度較大的情況下，水分不易揮發(fā)，導(dǎo)致型砂硬透性差,降低了強(qiáng)度。針對(duì)濕度這一變量，研究發(fā)現(xiàn)，在濕度為93%的條件下，24h、48h抗拉強(qiáng)度相差約0.3MPa。可見，濕度主要影響樹脂砂的硬透性。這就指導(dǎo)我們?cè)趯?shí)際的生產(chǎn)過程中，在濕度較大的情況下適當(dāng)延長樹脂砂的使用時(shí)間，使其完全硬透。

表1 粘度對(duì)泵輸出量的影響

1.4 初、中、終強(qiáng)度

許多廠家采用抗拉強(qiáng)度作為檢測(cè)手段，作為終強(qiáng)度，24h后才能得出結(jié)果，難以指導(dǎo)當(dāng)天實(shí)際生產(chǎn)，使得生產(chǎn)任務(wù)滯后，這就需要我們找出快速判斷強(qiáng)度方法。經(jīng)過大量試驗(yàn)，分別檢測(cè)出不同時(shí)間的的強(qiáng)度值，如圖3所示。

圖3 抗拉強(qiáng)度—時(shí)間曲線

研究發(fā)現(xiàn)2MPa后，型砂已完全硬化，該強(qiáng)度可用于估計(jì)24H抗拉強(qiáng)度。研究結(jié)果表明，終強(qiáng)度約為初始強(qiáng)度的2.5～3倍，混砂8小時(shí)后強(qiáng)度基本不再變化，幾乎等于終強(qiáng)度。

1.5 硬度

呋喃樹脂自硬砂硬化后鑄型表面硬度很高。許多廠家在固化后手摸型、芯表面，感覺、估計(jì)其強(qiáng)度值，其實(shí)我們所感覺到的只是硬度，并非強(qiáng)度，型面硬度與鑄型強(qiáng)度不是一個(gè)概念。我們通過對(duì)未舂實(shí)、逐層緊實(shí)、振實(shí)臺(tái)振實(shí)的試樣強(qiáng)度、硬度研究（見表2），發(fā)現(xiàn)不管何種造型方式均對(duì)硬度無影響，這就說明只要鑄型能硬化，硬度就很高，但并不能代表型、芯的強(qiáng)度。

1.6 緊實(shí)度

呋喃樹脂自硬砂流動(dòng)性好，即使不舂實(shí)，也會(huì)自硬成型，雖然緊實(shí)程度對(duì)硬度無影響，但是對(duì)強(qiáng)度的影響卻很顯著，經(jīng)振實(shí)臺(tái)振實(shí)的強(qiáng)度幾乎為未緊實(shí)的2倍，逐層緊實(shí)的強(qiáng)度也較好，具體數(shù)值見表2。

表2 緊實(shí)程度對(duì)強(qiáng)度、硬度的影響

在實(shí)際生產(chǎn)中，緊實(shí)度又與透氣性是相互矛盾的，緊實(shí)度越好，透氣性越差，導(dǎo)致鑄件可能產(chǎn)生氣孔缺陷，這就需要我們分類處理。許多廠家采用逐層腳踩法進(jìn)行緊實(shí)，對(duì)一些拐角、凸臺(tái)、冷鐵之類的位置更是手工緊實(shí)，一些重要坭芯或鐵水沖刷嚴(yán)重的必須上振實(shí)臺(tái)，這既保證了鑄型強(qiáng)度，更提高了表面穩(wěn)定性。

1.7 砂溫

從上表可以看出，砂溫越低，可用時(shí)間越長，反應(yīng)越慢，但是降低了終強(qiáng)度。砂溫控制在20～30℃為宜，不僅終強(qiáng)度較高，且可用時(shí)間適中，易于各季節(jié)對(duì)硬化速度的控制。

大量經(jīng)驗(yàn)表明，冬天對(duì)金屬模具或樹脂加熱是十分有利的，保證了鑄型的硬化速度和起模時(shí)間。在環(huán)境溫度高、生產(chǎn)任務(wù)急、砂溫降低困難的夏季，為了控制可用時(shí)間，加大混合砂的比例、混入一定比例的B型固化劑均有效果，有的工廠還用AB泵調(diào)節(jié)。

圖4 24h抗拉強(qiáng)度、可用時(shí)間與砂溫的關(guān)系

2 結(jié)論

（1）混砂比例宜選取 1∶9、2∶8、3∶7。

（2）不同廠家、批次的原材料更替時(shí)，必須校準(zhǔn)樹脂、固化劑泵流量。

（3）濕度較大的情況下適當(dāng)延長樹脂砂的使用時(shí)間，使其完全硬透。

（4）生產(chǎn)任務(wù)急，估算終強(qiáng)度時(shí)，約為初強(qiáng)度的2.5～3倍，略高于中強(qiáng)度。

（5）型面硬度與鑄型強(qiáng)度不是一個(gè)概念，不能用硬度的高低來判斷型、芯砂的強(qiáng)度。

（6）緊實(shí)度明顯提高樹脂砂強(qiáng)度，但會(huì)影響透氣性，可根據(jù)需求選擇不同緊實(shí)方法。

（7）砂溫控制在20～30℃為宜，冬天注意對(duì)金屬模具及樹脂加熱，夏天可利用B型固化劑或AB泵調(diào)節(jié)樹脂砂硬化速度。

[1] 章舟.呋喃樹脂砂鑄造生產(chǎn)及應(yīng)用實(shí)例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：200-206.

[2] 樊武明,史國慶,嚴(yán)江波,等．呋喃樹脂砂強(qiáng)度影響因素研究[J].中國鑄造裝備與技術(shù)，2017（1）：20-22.