鋁合金鑄造樹脂砂的研制

鋁合金鑄造樹脂砂的研制

利用自硬木脂砂鑄造是國內(nèi)外材料育種的一個重要趨勢。對于制備薄鋁合金金屬，木脂砂應(yīng)具有良好的滲透性和讓步性，并減少鑄造中的熱裂傾向。然而,由于鋁合金澆注溫度較低,一般在700℃左右,并且鑄件壁薄蓄熱少,致使凝固時放出的熱量不足以使樹脂產(chǎn)生激熱分解,其結(jié)果是澆注后樹脂砂型芯的燒酥層厚度小,樹脂砂中部非但強(qiáng)度不下降,反而上升,造成型砂潰散性差、鑄件缺陷多、清砂困難等問題,因而十分有必要采用鋁合金鑄造專用樹脂,以提高鑄件質(zhì)量并降低清砂難度。1樹脂砂粘結(jié)劑目前,國內(nèi)鋁合金鑄造采用的樹脂主要有自硬高氮呋喃樹脂、易潰散酚醛樹脂和酚醛脲烷自硬樹脂。當(dāng)生產(chǎn)批量小件時一般選用酚醛脲烷自硬樹脂或易潰散酚醛樹脂作芯砂粘結(jié)劑,外模則采用潮模砂手工造型或高壓造型線機(jī)器造型,澆注后剔除未燒透的樹脂砂泥芯,燒透的泥芯砂散落進(jìn)外模砂中一起再生回用;生產(chǎn)大件時則選用單一自硬高氮呋喃樹脂或酚醛脲烷自硬樹脂作泥芯和鑄型的粘結(jié)劑,型砂澆注后可再生回用。通過市場調(diào)查,結(jié)合公司鋁合金鑄件實(shí)際生產(chǎn)情況,選擇自硬高氮呋喃樹脂、自硬中氮呋喃樹脂、酚醛脲烷自硬樹脂3種樹脂進(jìn)行工藝性能的研究。2調(diào)整型砂的研制工藝本試驗(yàn)采用殘留強(qiáng)度法檢驗(yàn)樹脂砂在低溫段(300℃～400℃)的潰散性能。即將一定配方的型砂制成“8”字形標(biāo)準(zhǔn)試樣(見圖1),在室內(nèi)放置24h后分別在不同的恒定溫度下加熱一定的時間,待其冷卻到室溫后,測量抗拉強(qiáng)度作為其殘留強(qiáng)度。試驗(yàn)材料如表1所示。3試驗(yàn)結(jié)果與分析試驗(yàn)型砂采用實(shí)驗(yàn)室碗形混砂機(jī)混制?；焐肮に?原砂+固化劑→混合1min→+樹脂→混合1min→出砂。3.1固化劑的用量按照不同的樹脂加入量和相同的固化劑加入比例混制3種樹脂砂,混好后制成“8”字形標(biāo)準(zhǔn)試樣,并測量試樣的24h抗拉強(qiáng)度。試驗(yàn)中酚醛脲烷樹脂砂的固化劑加入量為樹脂重量的0.5%,高氮呋喃樹脂和中氮呋喃樹脂的固化劑加入量為樹脂重量的60%。試驗(yàn)結(jié)果分別如圖2-4所示。從圖2-4中可以看出,隨著樹脂加入量的升高,樹脂砂試樣的24h抗拉強(qiáng)度在不斷增大。當(dāng)樹脂加入量同為1.4%時,高氮呋喃樹脂砂的抗拉強(qiáng)度最高,而且高氮呋喃樹脂砂24h內(nèi)抗拉強(qiáng)度值增長幅度最大。隨著樹脂加入量的升高,砂粒表面形成的粘結(jié)劑膜更均勻致密,砂粒之間形成的粘結(jié)橋更加牢固,試樣的強(qiáng)度也不斷的增大。但樹脂加入量的增加會使型砂的發(fā)氣量增大,易導(dǎo)致鑄件的氣孔缺陷,再考慮生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性,樹脂加入量不宜超過1.4%。3.2試驗(yàn)結(jié)果及分析采用固定的樹脂加入量和不同的固化劑加入量混制3種樹脂砂,混好后制成“8”字標(biāo)準(zhǔn)試樣,并測量試樣的1h抗拉強(qiáng)度。試驗(yàn)中選取酚醛脲烷樹脂加入量為1.4%,中氮呋喃樹脂加入量為1.0%,高氮呋喃樹脂加入量1.2%。試驗(yàn)結(jié)果如圖5-7所示。從圖5-7可以看出,隨著固化劑加入量的的增加,試樣的1h抗拉強(qiáng)度也在不斷的升高,其中PEP-SET樹脂砂的強(qiáng)度最大,說明PEPSET樹脂砂在試驗(yàn)條件下的硬化速度較其他2種樹脂砂快。隨著固化劑的增加,樹脂砂中粘結(jié)劑的硬化反應(yīng)速度加快,試樣的1h強(qiáng)度也隨著升高。3.3h強(qiáng)度控制范圍通過研究樹脂和固化劑加入量對強(qiáng)度的影響,確定3種樹脂砂的最佳配方。按照生產(chǎn)要求,樹脂砂1h強(qiáng)度控制范圍為0.3～0.6MPa,24h強(qiáng)度控制范圍為0.6～0.9MPa。由圖2-7分析可以得出結(jié)論,如表2所示。在此環(huán)境下(溫度15℃,濕度50%),酚醛脲烷樹脂砂最佳配方為樹脂加入量1.4%,固化劑加入量0.5%;中氮呋喃樹脂砂最佳配方為樹脂加入量1.0%,固化劑加入量60%;高氮呋喃樹脂砂最佳配方為樹脂加入量1.2%,固化劑加入量60%。3.4pep-音頻接口樹脂砂在造型中的強(qiáng)度變化按照表2的樹脂砂配比,混制3種樹脂砂,并制作“8”字形標(biāo)準(zhǔn)試樣,將試樣放置固定時間后,測量試樣的抗拉強(qiáng)度,結(jié)果如圖8所示。從圖8中可以看出,PEPSET樹脂砂的強(qiáng)度隨著時間的增加,強(qiáng)度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,在3h時強(qiáng)度達(dá)到最大值,然后緩慢下降。因此PEP-SET樹脂砂在造型3h后即可合箱澆注。XY85-4樹脂砂和XY7501樹脂砂的強(qiáng)度隨著時間的增加,強(qiáng)度呈現(xiàn)上升的趨勢,在前4h的時間內(nèi),強(qiáng)度的上升趨勢較大,4h后強(qiáng)度上升曲線趨于平緩,24h后強(qiáng)度緩慢下降。3種樹脂砂在如表2配比時的終強(qiáng)度都在1～1.2MPa之間,PEPSET樹脂砂的強(qiáng)度峰值高于其他2種樹脂砂。3.5pepset和xy65-4樹脂砂的力學(xué)性能按照表2的樹脂砂配比,混制3種樹脂砂,并制作“8”字形標(biāo)準(zhǔn)試樣,將試樣在室內(nèi)放置24h后放入300℃和400℃的箱式電阻爐中,保溫20min后,取出試樣,冷卻到室溫后測量其抗拉強(qiáng)度。測量結(jié)果如圖9所示。從圖9可以看出,在300℃的電阻爐中保溫20min后,3種樹脂砂試樣的殘留強(qiáng)度在0.2～0.25MPa之間,相比試樣24h強(qiáng)度,PEPSET樹脂砂的強(qiáng)度從1.12MPa下降到0.21MPa,強(qiáng)度降幅達(dá)到81.3%;XY85-4樹脂砂的強(qiáng)度從1.0MPa下降到0.25MPa,強(qiáng)度降幅達(dá)到75%;XY7501樹脂砂的強(qiáng)度從1.2MPa下降到0.20MPa,強(qiáng)度降幅達(dá)到83.3%。而當(dāng)溫度上升到400℃時,3種樹脂砂試樣的殘留強(qiáng)度均下降為零。3.6試樣強(qiáng)度和硬化速度的變化按照表2的配比混制3種樹脂砂,制成“8”字形標(biāo)準(zhǔn)試樣,并涂刷現(xiàn)場鋁合金鑄件用醇基涂料,點(diǎn)火燃燒,放置冷卻到室溫后,測量其抗拉強(qiáng)度。模擬生產(chǎn)中造型后刷涂料對型砂強(qiáng)度性能的影響,試驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。從圖10和圖8的對比可以看出,樹脂砂試樣在涂刷涂料后,試樣的強(qiáng)度呈先上升后下降的趨勢,對比未刷涂料的試樣的硬化曲線,刷涂料后,試樣的硬化速度明顯變快,達(dá)到最高強(qiáng)度值的時間有顯著的縮短,并且達(dá)到最高強(qiáng)度后,試樣強(qiáng)度呈現(xiàn)下降的趨勢。刷醇基涂料后,需進(jìn)行點(diǎn)火燃燒,燃燒過程中試樣的環(huán)境和本體溫度上升,試樣硬化速度加快,從而試樣強(qiáng)度的上升速率比正常情況下快。但在試驗(yàn)和生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),樹脂砂如在起模后立即刷涂料,由于樹脂的固化交聯(lián)還沒到相當(dāng)程度,醇基涂料中的酒精對開始固化的樹脂有返溶作用,使得涂料滲入的型砂層強(qiáng)度下降、疏松,澆注時易引起沖砂。4砂體強(qiáng)度隨時間的變化(1)在固化劑加入量固定的情況下,3種樹脂砂的終強(qiáng)度隨著樹脂砂加入量的增加而增加;在樹脂加入量固定的情況下,3種樹脂砂的初強(qiáng)度隨著固化劑加入量的增加而增加。(2)酚醛脲烷自硬樹脂砂的強(qiáng)度隨著時間的增加,呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢;中氮呋喃樹脂砂和高氮呋喃樹脂砂的強(qiáng)度隨著時間的增加,呈現(xiàn)上升的趨勢。其中酚醛脲烷自硬樹脂砂的硬化速度最快,初始強(qiáng)度最高。(3)3種樹脂砂都具有良好的潰散性,在300℃下保溫20min,酚醛脲烷自