原砂焙烧对覆膜砂性能影响的研究论文.pdf

1 原砂焙烧对覆膜砂性能影响的研究 曾令太 朱世根 罗丹 东华大学 上海市 200051 摘 要 摘 要 为降低覆膜砂树脂加入量 研究了原砂焙烧对覆膜砂性能的影响 结果表明 原砂 焙烧能大幅度提高覆膜砂的常温抗拉及抗弯强度 显著降低覆膜砂的最大发气量 因此 在 强度保持一定的情况下 原砂焙烧可降低树脂加入量 进一步减少发气量 关键词 关键词 原砂 焙烧 覆膜砂 强度 发气性 0 引言 0 引言 随着人们对铸件质量的要求越来越高 覆膜砂由于具有强度高 流动性好 易于充填芯 盒成型 尺寸稳定 存放性好等独特的优点 以及能够满足对铸件尺寸精度和表面光洁度要 求 因而受到越来越多的重视 但是覆膜砂技术仍还面临很多问题 比较突出的是如何降低 树脂加入量的问题 降低树脂加入量意味着覆膜砂发气量的减少和成本的降低 这个问题与 覆膜砂用原砂本身的缺点密切相关 为此 本文作者采用原砂焙烧方法 旨在提高原砂表面 活性能 降低树脂用量以最终提高覆膜砂的性能 1 实验部分 1 1 主要原材料 1 实验部分 1 1 主要原材料 70 140目福建平潭原砂 pf1904热塑性酚醛树脂 kh550硅烷偶联剂 固化剂为六亚甲 基四胺 乌洛托品 润滑剂为硬脂酸钙 1 2 主要设备 1 2 主要设备 sqy型液压强度试验机 嘉兴仪器厂 混砂机采用nrj 411型搅拌机 无锡建筑材料仪器 厂 zs6试样成形装置 嘉兴仪器厂 sfl型型砂发气性测定仪 邯郸华宇仪表厂 h 15型 电阻炉 1 31 3 原砂焙烧处理 原砂焙烧处理 先把原砂装入铸铁坩埚 密封好 然后送入h 15型电阻炉 在900 保温2h后 用铁钳 自炉内夹出坩埚以备后处理 命名为焙烧原砂0 对焙烧原砂用新型偶联处理方法处理备用 命名为焙烧原砂 1 4 原砂覆膜工艺 1 4 原砂覆膜工艺 将1kg经活性处理或未处理的原砂加热到160 保温45 min 迅速倒入搅拌机中 加29g 酚醛树脂 搅拌80s 加11 25g40 乌洛托品水溶液搅拌60s 再加3g硬脂酸钙搅拌30s 出砂 破碎 过筛 冷却备用 1 5 试样制备及试验方法 1 5 试样制备及试验方法 抗拉试样 8 字形腰部尺寸为11 15 22 30mm 抗弯试样尺寸高 宽 长为11 15 22 30 70mm 一次可制作试样三个 制备方法是将模具在加热板上加热至220 然后用较 快的速度将冷却后的覆膜砂倒入模具 并用刮板的刀口从试样的中间分两次刮去多余的砂 子 试样在刮平后不应有明显的沟槽或凸起 然后放上上加热板开始计时 硬化时间2min 待冷到室温后可进行强度试验 试样一组6个取其算术平均值 型砂发气性实验方法为 将 温度指示调节仪的指针调到850 开启电源 加热升温 并自动控制温度 用精度为0 01g 的天平称量经过烘干且搅拌均匀的试样1g 均匀地放入不锈钢舟内 当炉温升到预定温度时 本文通讯联系人 东华大学机械学院 上海市松江区 201620 e mail sgzhu 2 将定时选择按钮旋至3min的测试时间刻度上 并按下 定时 开关 将记录仪走纸速度调至 20mm min位置 用试样钩将盛有试样的不锈钢舟送入石英管 同时将石英管口密封 到预 定时间后 讯响器发出信号 说明此试样的发气性已测试完毕 即可取出试样和不锈钢舟 每种试样测3次 取其算术平均值 2 结果与讨论 2 1 原砂焙烧对覆膜砂强度的影响 2 结果与讨论 2 1 原砂焙烧对覆膜砂强度的影响 焙烧原砂配制覆膜砂的工艺与一般原砂配制覆膜砂的工艺相同 但焙烧原砂 配制的 覆膜砂是桔红色 与一般覆膜砂有显著的外观区别 这里把焙烧原砂 制成的覆膜砂命名为 焙烧砂 为便于比较 制造一种以未焙烧原砂为材料进行新型偶联处理的覆膜砂 命名1 号覆膜砂 以未焙烧原砂为材料不进行偶联处理的覆膜砂 命名0号覆膜砂 以焙烧硅砂0 为材料制成的覆膜砂 命名0号焙烧砂 以与0号覆膜砂对应 各种覆膜砂试样的强度如图1 所示 图1 各种覆膜砂试样的强度性能比较 从图1可看出 焙烧砂 的常温抗拉强度比1号覆膜砂提高了将近40 抗弯强度提高了 25 0号焙烧砂抗拉强度比0号覆膜砂提高了85 抗弯强度提高了1倍 上述数据表明 原 砂焙烧后各项强度均大幅度提高了 如保持未焙烧砂的覆膜砂强度 则可降低树脂加入量 进一步减少发气量 使用焙烧原砂之所以能大幅度提高覆膜砂的强度 是由于原砂焙烧后改变了砂粒表面 的理化性能 1 如砂粒表面杂质中的结构水逸出 杂质高温下与砂粒剥离 尤其是影响覆膜 砂强度的碱性杂质 从原砂焙烧试验中也发现 焙烧前的原砂几乎见不到有粉尘 因含量 0 3 而焙烧后出现大量粉尘 粉尘就是高温下从砂粒表面分离出的杂质 为此生产中需 增加风力除尘装置将其排除 这又提高了原砂sio2含量和烧结点温度 同时 原砂焙烧发生二氧化硅的相变增加了原砂表面的活性能 2 从图1可看出 焙烧 砂 的抗拉强度和抗弯强度都较高 笔者认为 造成该性能差别的原因可能在于原砂焙烧后 原砂中的 石英转变为 鳞石英 体积发生膨胀 当进行偶联处理时 焙烧原砂 在冷却 时保留了较多鳞石英假象的 石英 体积膨胀变化的 石英 因此焙烧原砂 的表面活 性能高 有利于偶联剂 树脂与砂粒表面之间的粘结反应 从而更大幅度的提高其强度性能 2 2 原砂焙烧对覆膜砂发气性的影响 2 2 原砂焙烧对覆膜砂发气性的影响 覆膜砂测得的发气量不仅是树脂 有机辅料高温燃烧产生的气体量 也包括原砂在高温 3 下产生的气体量 后者主要是由硅砂中的杂质气化 分解及燃烧产生 如云母中的结构水及 长石等高岭土气化产生的结构水高温下逸出 一些金属氧化物高温下分解的气体及虽经擦洗 烘干但并未除净的有机物在高温下的燃气等 原砂经高温焙烧也就减去了这部分发气量 这 正是原砂焙烧后具有低发气的原因 1 上述各种覆膜砂试样的平均最大发气量如图 2 所示 图2 各种覆膜砂试样的发气性比较 从图2可看出 跟未焙烧的1号覆膜砂 0号覆膜砂相比 焙烧砂 0号焙烧砂的最大发 气量明显降低 从图2不难发现 经偶联处理过的焙烧砂 的最大发气量反而比未经偶联处 理的0号焙烧砂稍低一些 在理论上 kh550作为一种有机辅料 在树脂加入量不变的情况下 相应覆膜砂的发气量应该更大 但实验数据说明 硅烷偶联剂的加入对覆膜砂的发气量影响 很小 至于发气量反而变小的原因可能是在偶联处理原砂过程中 原砂表面的杂质和泥份含 量减少 而覆膜原砂表面的偶联剂量很少 从而总的发气性物质减少 导致发气量降低 3 结论 3 结论 1 原砂焙烧能大幅度提高覆膜砂的常温抗拉及抗弯强度 本试验中未经偶联处理的焙 烧砂提高强度幅度优于经偶联处理过的未焙烧砂 2 原砂焙烧能显著降低覆膜砂的最大发气量 其中经偶联剂处理过的焙烧砂的效果最 好 3 原砂焙烧提高了原砂表面的活性能 对提高强度和减少最大发气量 有利 4 如果保持未焙烧砂的覆膜砂强度 原砂焙烧可降低覆膜砂树脂加入量 进一步减少 发气量 参考文献 参考文献 1 张才元 原砂焙烧与改变硅砂性能的研究 j 中国铸造装备与技术 1999 1 22 26 2 肖柯则 胡怀默 薛云安 壳型精密铸造 m 北京 中国工业出版社 1964 0 2 4 6 8 10 12 14 16 最 大 发 气 量 ml g 最 大 发 气 量 ml g 1号覆膜 砂 焙 烧砂 0号焙 烧砂 0号覆膜 砂 4 influence of bakeout raw sand on properties of resin coated sand zeng lingtai zhu shigen luo dan college of mechanical engineering donghua university shanghai 200051 china abstract for the purpose of reducing the resin amount the properties of resin coated sand produced by bakeout sand were investigated the results show that the resin coat sand wi