铝合金铸造树脂砂的研制

铝合金铸造树脂砂的研制

利用自硬木脂砂铸造是国内外材料育种的一个重要趋势。对于制备薄铝合金金属，木脂砂应具有良好的渗透性和让步性，并减少铸造中的热裂倾向。然而,由于铝合金浇注温度较低,一般在700℃左右,并且铸件壁薄蓄热少,致使凝固时放出的热量不足以使树脂产生激热分解,其结果是浇注后树脂砂型芯的烧酥层厚度小,树脂砂中部非但强度不下降,反而上升,造成型砂溃散性差、铸件缺陷多、清砂困难等问题,因而十分有必要采用铝合金铸造专用树脂,以提高铸件质量并降低清砂难度。1树脂砂粘结剂目前,国内铝合金铸造采用的树脂主要有自硬高氮呋喃树脂、易溃散酚醛树脂和酚醛脲烷自硬树脂。当生产批量小件时一般选用酚醛脲烷自硬树脂或易溃散酚醛树脂作芯砂粘结剂,外模则采用潮模砂手工造型或高压造型线机器造型,浇注后剔除未烧透的树脂砂泥芯,烧透的泥芯砂散落进外模砂中一起再生回用;生产大件时则选用单一自硬高氮呋喃树脂或酚醛脲烷自硬树脂作泥芯和铸型的粘结剂,型砂浇注后可再生回用。通过市场调查,结合公司铝合金铸件实际生产情况,选择自硬高氮呋喃树脂、自硬中氮呋喃树脂、酚醛脲烷自硬树脂3种树脂进行工艺性能的研究。2调整型砂的研制工艺本试验采用残留强度法检验树脂砂在低温段(300℃～400℃)的溃散性能。即将一定配方的型砂制成“8”字形标准试样(见图1),在室内放置24h后分别在不同的恒定温度下加热一定的时间,待其冷却到室温后,测量抗拉强度作为其残留强度。试验材料如表1所示。3试验结果与分析试验型砂采用实验室碗形混砂机混制。混砂工艺:原砂+固化剂→混合1min→+树脂→混合1min→出砂。3.1固化剂的用量按照不同的树脂加入量和相同的固化剂加入比例混制3种树脂砂,混好后制成“8”字形标准试样,并测量试样的24h抗拉强度。试验中酚醛脲烷树脂砂的固化剂加入量为树脂重量的0.5%,高氮呋喃树脂和中氮呋喃树脂的固化剂加入量为树脂重量的60%。试验结果分别如图2-4所示。从图2-4中可以看出,随着树脂加入量的升高,树脂砂试样的24h抗拉强度在不断增大。当树脂加入量同为1.4%时,高氮呋喃树脂砂的抗拉强度最高,而且高氮呋喃树脂砂24h内抗拉强度值增长幅度最大。随着树脂加入量的升高,砂粒表面形成的粘结剂膜更均匀致密,砂粒之间形成的粘结桥更加牢固,试样的强度也不断的增大。但树脂加入量的增加会使型砂的发气量增大,易导致铸件的气孔缺陷,再考虑生产的经济性,树脂加入量不宜超过1.4%。3.2试验结果及分析采用固定的树脂加入量和不同的固化剂加入量混制3种树脂砂,混好后制成“8”字标准试样,并测量试样的1h抗拉强度。试验中选取酚醛脲烷树脂加入量为1.4%,中氮呋喃树脂加入量为1.0%,高氮呋喃树脂加入量1.2%。试验结果如图5-7所示。从图5-7可以看出,随着固化剂加入量的的增加,试样的1h抗拉强度也在不断的升高,其中PEP-SET树脂砂的强度最大,说明PEPSET树脂砂在试验条件下的硬化速度较其他2种树脂砂快。随着固化剂的增加,树脂砂中粘结剂的硬化反应速度加快,试样的1h强度也随着升高。3.3h强度控制范围通过研究树脂和固化剂加入量对强度的影响,确定3种树脂砂的最佳配方。按照生产要求,树脂砂1h强度控制范围为0.3～0.6MPa,24h强度控制范围为0.6～0.9MPa。由图2-7分析可以得出结论,如表2所示。在此环境下(温度15℃,湿度50%),酚醛脲烷树脂砂最佳配方为树脂加入量1.4%,固化剂加入量0.5%;中氮呋喃树脂砂最佳配方为树脂加入量1.0%,固化剂加入量60%;高氮呋喃树脂砂最佳配方为树脂加入量1.2%,固化剂加入量60%。3.4pep-音频接口树脂砂在造型中的强度变化按照表2的树脂砂配比,混制3种树脂砂,并制作“8”字形标准试样,将试样放置固定时间后,测量试样的抗拉强度,结果如图8所示。从图8中可以看出,PEPSET树脂砂的强度随着时间的增加,强度呈现先升高后降低的趋势,在3h时强度达到最大值,然后缓慢下降。因此PEP-SET树脂砂在造型3h后即可合箱浇注。XY85-4树脂砂和XY7501树脂砂的强度随着时间的增加,强度呈现上升的趋势,在前4h的时间内,强度的上升趋势较大,4h后强度上升曲线趋于平缓,24h后强度缓慢下降。3种树脂砂在如表2配比时的终强度都在1～1.2MPa之间,PEPSET树脂砂的强度峰值高于其他2种树脂砂。3.5pepset和xy65-4树脂砂的力学性能按照表2的树脂砂配比,混制3种树脂砂,并制作“8”字形标准试样,将试样在室内放置24h后放入300℃和400℃的箱式电阻炉中,保温20min后,取出试样,冷却到室温后测量其抗拉强度。测量结果如图9所示。从图9可以看出,在300℃的电阻炉中保温20min后,3种树脂砂试样的残留强度在0.2～0.25MPa之间,相比试样24h强度,PEPSET树脂砂的强度从1.12MPa下降到0.21MPa,强度降幅达到81.3%;XY85-4树脂砂的强度从1.0MPa下降到0.25MPa,强度降幅达到75%;XY7501树脂砂的强度从1.2MPa下降到0.20MPa,强度降幅达到83.3%。而当温度上升到400℃时,3种树脂砂试样的残留强度均下降为零。3.6试样强度和硬化速度的变化按照表2的配比混制3种树脂砂,制成“8”字形标准试样,并涂刷现场铝合金铸件用醇基涂料,点火燃烧,放置冷却到室温后,测量其抗拉强度。模拟生产中造型后刷涂料对型砂强度性能的影响,试验结果如图10所示。从图10和图8的对比可以看出,树脂砂试样在涂刷涂料后,试样的强度呈先上升后下降的趋势,对比未刷涂料的试样的硬化曲线,刷涂料后,试样的硬化速度明显变快,达到最高强度值的时间有显著的缩短,并且达到最高强度后,试样强度呈现下降的趋势。刷醇基涂料后,需进行点火燃烧,燃烧过程中试样的环境和本体温度上升,试样硬化速度加快,从而试样强度的上升速率比正常情况下快。但在试验和生产中发现,树脂砂如在起模后立即刷涂料,由于树脂的固化交联还没到相当程度,醇基涂料中的酒精对开始固化的树脂有返溶作用,使得涂料渗入的型砂层强度下降、疏松,浇注时易引起冲砂。4砂体强度随时间的变化(1)在固化剂加入量固定的情况下,3种树脂砂的终强度随着树脂砂加入量的增加而增加;在树脂加入量固定的情况下,3种树脂砂的初强度随着固化剂加入量的增加而增加。(2)酚醛脲烷自硬树脂砂的强度随着时间的增加,呈现先上升后下降的趋势;中氮呋喃树脂砂和高氮呋喃树脂砂的强度随着时间的增加,呈现上升的趋势。其中酚醛脲烷自硬树脂砂的硬化速度最快,初始强度最高。(3)3种树脂砂都具有良好的溃散性,在300℃下保温20min,酚醛脲烷自