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发表于 2012-2-11 15:16:51
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树脂砂强度及性能的分析
呋喃自硬树脂砂工艺自20世纪80年代在我国开始应用，由于其良好的溃散性自硬特性和生产的铸件、尺寸精度高等优点，大幅度减轻了工人的劳动强度明显改善了铸造车间的工作环境，并且显著提高了我国铸造企业的生产工艺水平和铸件质量，因而获得了大规模的推广，逐步淘汰了传统的湿型烘模砂，成为中大型铸铁件的唯一的造型工艺和中大型铸钢件铸、铝件的重要的造型工艺经过近20年的发展，无论是树脂砂生产设备还是树脂砂原辅材料，国内的相关产品都达到了国外同类产品的水平近。
最近几年，我国铸造业的发展速度比以往的任何时候都快。特别是树脂粘结剂技术的应用，使铸件生产在保证产品尺寸精度，提高产品的表面质量，减少废品，节省工时，提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度以及型砂的再生回用等方面有了很大的进步。我厂主要是以生产球墨铸件为主，对树脂砂的要求较高。通过最近时间的学习与观察，从以下几个方面来分析树脂砂造型强度。
1、砂形及颗粒大小
树脂造型的原砂一般选用天然石英砂。对于部分高合金钢铸件或特殊要求的铸件，也可选用铬铁矿砂或锆砂等特种砂。这里主要讨论树脂砂对硅砂的要求。
（1）矿物成分与化学成分：硅砂的主要矿物成分是石英、长石和云母，还有一些铁的氧化物和碳化物。石英密度2.55g/cm3，莫氏硬度7级，熔点1737℃，具有耐高温、耐磨损等优点。若原砂中的石英含量高，则原砂的耐火度和复用性好。由于长石和云母是硅酸盐，其熔点和硬度低，会降低树脂砂的复用性和耐火度。所以在选择硅砂时，SiO2含量要尽量高一些，杂质要少，当然还与金属熔点和浇注温度、铸件厚壁等因素有关。一般来说，铸件用硅砂SiO2含量应大于96%，铸铁应大于90%，有色金属要少一些。
（2）粒形：一般用粒形系数表示沙粒圆整度。人造石英砂虽然SiO2含量高，但粒形位多角形甚至尖角形，粒度系数太大，一般不采用。为了改善粒形，对原砂最好进行擦磨处理，因为在砂粒质量相等的条件下，圆形砂的比表面积最小，砂粒形状偏离圆形的程度越高，其比表面积越大，树脂黏结膜越薄，强度也越小。比表面积增大的顺序是：圆形砂——多角形砂——尖角形砂。
由于圆形砂粒的比表面积最小，在相同的树脂和固化剂加入量下，其抗拉强度要比其他两种砂形高出很多。因此，从提高树脂砂抗拉强度、减少树脂加入量的角度看，圆形砂粒食最好的选择。因树脂的黏度很低，砂粒表面上涂覆的树脂膜有很薄，粒形对型砂流动性的影响就比较明显。圆形砂的尖角和棱边都已磨钝，砂粒之间较易于滑动，故很容易舂紧，多角形有尖角和棱边，有镶嵌作用，砂粒的滑动受阻，故难舂紧。
（3）粒度：对树脂砂这种黏结剂量很小的型砂来讲，原砂的粒度对黏结的强度的影响是不可忽视的。这种影响有两个不同的方面：原砂愈粗，则单位质量的砂粒的表面积愈小，树脂加入量一定时，砂粒表面涂覆的树脂膜较厚，砂粒之间的黏结桥的截面积也较大，这将导致树脂砂强度提高；另一方面，原砂愈粗，则单位质量的原砂的颗粒数量愈少，因而一定重量的型砂中砂粒的接触点（黏结桥）愈少，这将导致树脂砂的强度下降。就本厂所用原砂为40～70目，粒度在这个范围时，黏结桥和表面积两方面的影响作用相当，对于砂粒尺寸的改变，树脂砂的强度没有明显的变化。
（4）原砂的粒度分布：型砂的强度主要决定于砂粒表面黏结膜的厚度和砂粒之间的黏结的数量。在黏结剂加入量一定的条件下，如原砂中配有一定量的细砂，细砂又能填入紧密排列的粗砂空隙，则黏结桥的数量将大为增加。虽然细砂的比表面积较大，会使型砂的黏结膜的厚度减小，但综合效果还是会导致型砂的强度提高。
对于树脂砂来讲，黏结剂的量很少，增加黏结桥数量的作用就非常突出。由于树脂成本较高，希望用最少量的树脂是型砂具有一定的强度，因此，应该用一定粒度大小的原砂（四筛砂或五筛砂），粒度分布为40～70目，使其能够较好的排列，不会有较大的缝隙，从而使型砂具有较高的强度。
2、原砂含泥量、含水量、需酸量
（1）含泥量是指原砂中颗粒尺寸比砂粒小得多，并赋予砂粒表面或掺杂于砂粒之间的各种微量颗粒（≤20um）。含泥量直接影响再生砂的成本和铸件质量，在铸造生产中，泥含量过高不但影响工作环境、污染空气，更重要的是影响再生砂的微粉含量，其结果是导致混砂时树脂加人量增加和因透气性差造成铸件废品率增多。可见在树脂、固化剂加入一定的情况下，含泥量愈高，其强度值就愈小。
（2）原砂中的含水量严重影响树脂的固化强度和固透性，很明显含水量高的话，会稀释树脂和固化剂，使其浓度下降，从而延长固化时间及降低型砂强度。为了减少含水量，在用原砂时，应对其进行干燥处理，
（3）采用酸硬化的树脂砂时，树脂是在酸的催化作用下脱水缩合而固化的。如原砂中含有碱性物质时，需消耗额外的酸固化剂，将显著影响树脂砂的硬度，甚至会使其不能硬化。原砂中含有酸性物质时，则其影响与前面的相反，对工艺控制也是不利的。因此对于树脂砂所用的原砂，检测并控制其需酸量是必要的。需酸量是原砂含有的可与酸反应的碱性物质的数量表征，它也表明用酸性硬化剂时原砂本身所需酸的多少，与原砂的PH值不是同一概念。原砂中含有不溶于水的碱性氧化物或能酸作用的碳酸盐时，它们不影响原砂的PH值，但却能与树脂砂中的酸性硬化剂反应，从而影响树脂砂的硬化过程和性能。很显然当较多的酸性硬化剂与碱性物质作用后，树脂砂的强度会明显下降。所以检测原砂的需酸量是必须的，从而通过计算应加入多少酸性固化剂。
3、树脂、固化剂
国内生产树脂、固化剂的厂家很多, 但具有自主研发能力、具备完善的检测设备和严密可靠的质量保证体系的厂家屈指可数。我厂用的树脂固化剂基本上是苏州兴宜和山西兴安。
对于树脂和固化剂的加入量的控制，树脂加入量一般为原砂的0.9%～1%。固化剂的加入量与固化剂的总酸含量、环境温度和型砂温度有直接关系, 其加入量一般为树脂加入量的30%～65%。在外界温度以及本身放砂砂温都较高的情况下，应把固化剂加入量调到最小量。
当固化剂加入量为0.25%左右时，由于砂中的酸度值过低，硬化过程进行极为缓慢，严重影响砂型脱模强度的形成，终强度也较低；当固化剂加入量为0.75%左右时，酸度过强，硬化反应速度过快，树脂交联结构不完整，树脂膜和粘结剂桥变脆，终强度大幅降低；当硬化剂加入量为0.48%时，酸性比较适中，硬化反应按客观存在的规律进行，在不增加树脂量的条件下，得到了较理想的硬化效果。
4、再生砂
（1）灼减量：灼烧减量过高会增加型砂的发气量,同时影响树脂砂的强度及性能，一般应将再生砂的灼烧减量控制在3%以下。可通过补加新砂、向铸型中填充废砂块、降低砂铁比等手段降低灼烧减量。在正常情况下, 再生砂的灼烧减量每两周检测一次,为保证检测的准确性, 要求在砂温调节器上的筛网上、在不同的时间段分三次取样, 以平均值作为判断依据。
（2）微粉量：微粉含量是指再生砂中140目以下物资的含量。微粉含量越高, 型砂的透气性越差, 强度越低。要控制微粉含量, 必须保证除尘器处于良好的工作状态, 并每天定期反吹布袋, 清理灰尘。再生砂的微粉含量每两周检测2～3次, 微粉含量应≤0.8%。
（3）砂温：理想的砂温应控制在15～30 ℃, 如砂温超过35 ℃,将使型砂的固化速度急剧加快, 影响造型操作, 导致型砂强度偏低, 无法满足生产要求。在夏季, 环境温度最高会达到40 ℃, 在此情况下将砂温降到30 ℃以下是十分困难的, 因此必须采用水冷系统对再生砂进行降温。如果循环水的入水温度≤25 ℃, 就能将砂温降到32 ℃以下, 但当循环水的入水温度≥22 ℃时, 降温效率将急剧下降, 如配备冷冻机组, 在炎热的夏季, 就可将循环水的入水温度控制在7～12 ℃, 砂温控制在25～30 ℃。在冬季的正常生产情况下, 砂温不会低于5 ℃,不会出现因砂温偏低而影响生产的情况。
通过以上分析，树脂砂强度受多方面因素的影响。要得到合理的砂型强度，就必须严格控制各项影响因素。 |
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