鑄造用陶粒砂的抗壓強(qiáng)度分析

潘航，陳蓉（共享裝備股份有限公司，寧夏銀川750021）

·應(yīng)用研究·

鑄造用陶粒砂的抗壓強(qiáng)度分析

潘航，陳蓉
（共享裝備股份有限公司，寧夏銀川750021）

本文通過(guò)改變呋喃樹(shù)脂以及GH06固化劑的加入量，對(duì)鑄造用陶粒砂的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行分析，并總結(jié)了陶粒砂的最佳樹(shù)脂固化劑加入量，為實(shí)際生產(chǎn)提供保障。

型砂強(qiáng)度；呋喃樹(shù)脂；最佳加入量

鑄造用砂、樹(shù)脂、固化劑等是鑄造生產(chǎn)中不可缺少的輔助材料，主要服務(wù)于造型，在鑄造生產(chǎn)中鐵水以及鋼水等金屬液要求砂型必須滿足一定的強(qiáng)度要求[1]。自硬呋喃樹(shù)脂由于其潰散性好、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)在鑄造生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用[2-4]。在實(shí)際生產(chǎn)中，必須對(duì)樹(shù)脂、固化劑的加入量進(jìn)行調(diào)整，以滿足實(shí)際生產(chǎn)中的強(qiáng)度要求。陶粒砂作為一種新型的鑄造用砂，由于具有密度低、保溫隔熱、耐久性能好、吸水率低等諸多優(yōu)點(diǎn)而被選擇，陶粒砂的型砂強(qiáng)度以及應(yīng)用于鑄造業(yè)、替換其他型砂的可能性，是大家關(guān)注的焦點(diǎn)。型砂強(qiáng)度的影響因素主要有樹(shù)脂固化劑的加入量、環(huán)境溫度、砂溫、濕度、P H等，本文控制砂溫、環(huán)境溫度、濕度等條件相同，通過(guò)改變樹(shù)脂固化劑的加入量，得到陶粒砂抗壓強(qiáng)度的變化曲線，對(duì)鑄造用陶粒砂的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行分析，確定最佳樹(shù)脂加入量以及最佳固化劑和加入量，為實(shí)際生產(chǎn)中樹(shù)脂固化劑最佳加入量的選擇提供數(shù)據(jù)支持。

1 試驗(yàn)方法

1.1 原材料

試驗(yàn)選用40目～70目鑄造用陶粒砂，呋喃樹(shù)脂，G H06固化劑（適用環(huán)境溫度10℃～20℃，砂溫15℃～20℃），總酸度在24%～28%之間。

1.2 試驗(yàn)條件及設(shè)備

試驗(yàn)條件：在室溫條件下進(jìn)行。

試驗(yàn)設(shè)備：X Q Y-Ⅱ智能型砂強(qiáng)度機(jī)、電子天平、SS Z震擺式篩沙機(jī)、φ40鐵模、S A Z樹(shù)脂砂制樣機(jī)、混砂機(jī)。

1.3 試驗(yàn)方案及方法

1.3.1 試驗(yàn)方案

1）通過(guò)車間現(xiàn)有鑄造用砂樹(shù)脂固化劑加入量配比為參考，確定樹(shù)脂固化劑加入量，固定固化劑加入量，通過(guò)改變樹(shù)脂的加入量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以確定滿足實(shí)際鑄造生產(chǎn)的樹(shù)脂最佳加入量；

2）根據(jù)方案1）中得出的數(shù)據(jù)以及車間的強(qiáng)度要求，確定固定的樹(shù)脂加入量，通過(guò)改變固化劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)（占樹(shù)脂含量的比例）分別為30%、40%、50%、60%、70%進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定最佳固化劑加入量。

1.3.2 試驗(yàn)方法

1）用電子天平稱取1 000 g陶粒砂，置于混砂機(jī)內(nèi)；

2）在混砂機(jī)中加入一定量的固化劑，置于混砂機(jī)內(nèi)混勻；

3）向混砂機(jī)內(nèi)加入一定量的樹(shù)脂，打開(kāi)混砂機(jī)使其攪拌至混合均勻；

4）將混合后的型砂倒入鐵模中進(jìn)行制樣，待硬化后起模，24 h后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度的檢測(cè)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同樹(shù)脂加入量下的型砂抗壓強(qiáng)度變化

首先，根據(jù)車間現(xiàn)有鑄造用砂樹(shù)脂固化劑加入量配比為參考，選擇樹(shù)脂加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%、1.2%、1.5%，固化劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為43%，研究不同樹(shù)脂加入量下的型砂強(qiáng)度變化。

圖1 樹(shù)脂加入量改變下的型砂強(qiáng)度變化

圖1為固化劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為43%時(shí)，不同樹(shù)脂加入量下型砂強(qiáng)度的變化曲線，樹(shù)脂的加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.9%、1.2%、1.5%.圖1表明，在固化劑加入量固定時(shí)，型砂的抗壓強(qiáng)度隨著樹(shù)脂加入量的增加而增加，在樹(shù)脂加入量為1.5%時(shí)達(dá)到最大值，此時(shí)的強(qiáng)度有利于鑄造生產(chǎn)中的起模和澆鑄，但卻會(huì)使后期的開(kāi)箱和清理過(guò)程變的很麻煩，所以并不是型砂的抗壓強(qiáng)度越高越好，要根據(jù)鑄件的大小、澆注體系的不同等綜合考慮來(lái)確定。

2.2 最佳固化劑加入量的確定

由于實(shí)際鑄造生產(chǎn)中的型砂使用要求，型砂強(qiáng)度必須達(dá)到一定強(qiáng)度，根據(jù)鑄件的大小，型砂強(qiáng)度有不同的要求。選擇6M P a作為型砂強(qiáng)度要求，從圖1可以看出，在樹(shù)脂加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)達(dá)到了6M P a，所以選擇1.0%樹(shù)脂加入量進(jìn)行最佳固化劑加入量的確定，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。圖2中樹(shù)脂加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)固定為1.0%，固化劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為30%、40%、50%、60%、70%（占樹(shù)脂含量的比例）。

從圖2中可以看出，在確定樹(shù)脂加入量不變的情況下，隨著固化劑加入量的增加，型砂的抗壓強(qiáng)度先增加，再降低的趨勢(shì)，在固化劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到40%之后趨于平緩，固化劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%時(shí)達(dá)到最大值，強(qiáng)度為6.885M P a.當(dāng)固化劑含量超過(guò)60%時(shí)，型砂強(qiáng)度反而會(huì)降低。因此，固化劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)在40%～60%時(shí)均可以滿足實(shí)際鑄造生產(chǎn)中的強(qiáng)度要求，從節(jié)約成本和強(qiáng)度要求的角度考慮，推薦最佳固化劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%.

圖2 固化劑加入量對(duì)型砂強(qiáng)度的影響

固化劑在樹(shù)脂的縮聚反應(yīng)過(guò)程中起著固化的作用，固化劑加入量過(guò)低時(shí)，樹(shù)脂的縮聚反應(yīng)不能很好地進(jìn)行，則會(huì)導(dǎo)致型砂的固化不良，甚至不固化，當(dāng)固化劑加入量過(guò)高時(shí)，則會(huì)發(fā)生吸濕返潮的現(xiàn)象，從而影響型砂強(qiáng)度[5]，使抗壓強(qiáng)度下降，影響實(shí)際生產(chǎn)，提高成本。只有當(dāng)固化劑加入量達(dá)到一定的量時(shí)，樹(shù)脂的縮聚反應(yīng)才能很好地進(jìn)行，從而達(dá)到最大的型砂強(qiáng)度。

2.3 硬化曲線

圖3為樹(shù)脂加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%、固化劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%時(shí)的硬化曲線?？梢钥闯?，隨著硬化時(shí)間的增加，型砂的抗壓強(qiáng)度呈增加的趨勢(shì)。

圖3表明，型砂強(qiáng)度隨著硬化時(shí)間的增加，呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，在24 h時(shí)達(dá)到最大值，為6.487M P a.

3 結(jié)論

圖3 型砂強(qiáng)度的硬化曲線

1）在環(huán)境溫度、濕度、P H等其他條件相同的情況下，固化劑加入量一定時(shí)，陶粒砂的抗壓強(qiáng)度隨著樹(shù)脂加入量的增加而增加；

2）在樹(shù)脂加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)固定為1.0%時(shí)，固化劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%時(shí)，陶粒砂的抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，為6.885M P a，在固化劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)在40%～60%之間時(shí)，陶粒砂抗壓強(qiáng)度值趨于平緩，所以推薦的最佳固化劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%；

3）隨著硬化時(shí)間的增加，型砂的抗壓強(qiáng)度呈增加的趨勢(shì)，在24 h時(shí)達(dá)到最大值，為6.487M P a.

［1］馬俊.論型砂強(qiáng)度隨樹(shù)脂加入量的變化［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2016（5）：42-43.

［2］朱玉龍，蔡震升.原砂粒度對(duì)樹(shù)脂砂強(qiáng)度影響的分析［J］.鑄造，1996（12）：35-36.

［3］游敏，鄭小玲.原砂粒度對(duì)樹(shù)脂砂強(qiáng)度影響的理論分析［J］.鑄造，1999（2）：40-42.

［4］孫顥.樹(shù)脂砂原砂粒度對(duì)強(qiáng)度的影響［J］.機(jī)車車輛工藝，1998（3）：7-9.

［5］張集滕，李瑞，Z H A N G J i-t e n g，等.樹(shù)脂和固化劑含量對(duì)自硬呋喃樹(shù)脂砂抗拉強(qiáng)度的影響［J］.鑄造，2012，61（11）：1361-1362.

Compressive Strength Analysis of Ceramsite Sand for Foundry

PAN Hang，CHEN Rong
（KOCELGroup Limited，Yinchuan Ningxia 750002，China）

By changing the addition of furan resin and GH06 curing agent，the compressive strength of ceramsite sand for casting was analyzed in this paper，and the optimal value of resin curing agentwas summarized to satisfy the actual production condition.

sand strength，furan resin，optimum addition

TG221.1

A

1674-6694（2017）03-0030-02

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.03.010

2017-03-03

潘航（1991-），男，檢測(cè)工程師，材料化學(xué)專業(yè)，主要從事鑄造實(shí)驗(yàn)工作。