覆膜砂工艺参数.doc

摘要: 通过对覆膜全过程的分析和优化实验, 确定影响覆膜砂性能的工艺因素主要有: 原砂的加热温度、加入树脂后的混砂时间、加入固化剂的混砂时间等, 为了获得最佳的工艺参数, 对各个工艺参数进行了正交实验。实验结果表明: 为获得较高的热态抗拉强度, 可以选用砂温180, 加树脂后的混砂时间为100s , 加固化剂后的混制时间为40s , 加硬脂酸钙后的混制时间为30s ; 为获得较好的常温抗拉强度, 可以选用砂温180, 加树脂后的混砂时间为80s , 加固化剂后的混制时间为30s , 加硬脂酸钙后的混制时间为20s 。关键词: 覆膜砂, 工艺参数, 实验研究中图分类号: TG221+. 2-文献标识码: A; 文章编号: 1006- 9658 ( 2007 ) 06- 4Abs tract: By analyzing and optimizing the proces s of shell molding,the main factors affecting theproperties of res in coated sand have been obtained,such as the heating temperature of original sands ,the mixing time after adding res in and the mixing time after adding solidified agent, etc.In order to achievebetter proces s ing parameters ,orthogonal experiments have been carried out.The results showed that,when the temperature of sands was 180, the mixing time was 100s , the mixing time after adding solidifiedagent was 40s and the mixing time after adding calcium s tearate was 30s ,higher tens ile s trength inhot condition could be got.At the same time,to obtain higher tens ile s trength in normal temperature,thetemperature of sands was 180 ,the mixing time was 80s ,the mixing time after adding solidified agentwas 30s and the mixing time after adding calcium s tearate was 20s .Keywords : Res in coated sand , Technological parameter, Experimental research收稿日期: 2007- 06- 12文章编号: 2007- 092作者简介: 梁春永( 1976- ) , 男, 河北唐山人, 讲师, 在读博士。主要从事造型材料、生物医学材料、材料检测等方面的研究工作!28CFMT 中国铸造装备与技术6 / 2007应用于复杂铸件的生产, 如汽车、拖拉机的发动机缸体、缸盖、进气管及排气管等1。在我国, 随着铸造技术的发展, 对铸件质量的要求也越来越高, 为此覆膜砂的用量将会越来越多。酚醛树脂壳法工艺之所以倍受广大铸造工作者的青睐, 主要原因是该法工艺稳定, 技术成熟, 生产成本不高, 操作简便, 型( 芯) 致密紧实, 砂型( 芯) 及型( 芯) 砂的存放性好, 易于大批量生产, 可生产表面光洁、尺寸精度较高的近无余量的中小钢、铁及铝合金铸件2。因此长期以来, 该工艺一直是大批量铸造生产过程中的必要的组成部分。但是国产覆膜砂在总体性能上与国际水平相差较大。混砂过程和覆膜条件是影响覆膜砂质量的关键因素, 为了提高覆膜砂的质量, 本文从覆膜砂生产工艺入手, 对影响覆膜砂性能的几个重要因素进行了分析, 以期得到更佳性能的覆膜砂的生产工艺。1 实验方法1.1 实验用材料原砂: 内蒙古大林普通原砂, 粒度为70140 目;树脂: 酚醛树脂( 国内某厂生产的商品树脂) ; 其它材料: 乌洛托品的加入量为14%( 占树脂量) 和硬脂酸钙。1.2 实验仪器与设备SIQ 型混砂机、SWY 型液压强度试验机、101-1A 型数字显示电热鼓风干燥箱。1.3 试样的制备拉伸试样为厚12.5mm 的“8”字型标准试样( 见ZBG39005- 89) 3。制备方法为: 先将试样模具及制样装置的上下加热板加热至2325, 然后移开上加热板, 迅速将覆膜砂由砂斗倒入型腔中, 刮板刀垂直于模具( 与模具长度平行) , 从试样中间分两次向两侧刮去多于的砂子, 再压上加热板。放入220240的烘箱中保温固化60s 后, 从模具中取出样品冷却后待用。热态抗拉强度的测定方法同常温抗拉强度的试样制备相同, 试样从热态模具中取出后迅速在SWY 型液压强度试验机上拉断, 要求取出试样到测定完成时间不超过15s。2 实验方案及结果为了找出适合本实验室条件下最佳的覆膜工艺参数, 对影响覆膜性能的各工艺参数进行了正交实验设计, 并按所设计的方案进行实验。考察的因子有四个, 具体的因子和水平如下:A砂温() A1: 200 A2: 180 A3: 160B加树脂后的混制时间( s)B1: 60 B2: 80 B3: 100C加固化剂后混制时间( s)C1: 30 C2: 40 C3: 50D最后的混制时间( s)D1: 20 D2: 30 D3: 40正交实验方案及所得的结果如表1 所示。从图1 各因素对覆膜砂常温抗拉强度的影响中可以看出, C 因素的变化幅度最大, 因此对于常温抗拉强度来说, C 因素影响最为显著, 然后为A 因素,其次是B 因素, 最后为D 因素, 即各因素对覆膜砂常温抗拉强度的影响CABD。所以为了得到较高的抗拉强度可以选择C1、A2、B2、D1, 也就是说可以选用砂温为180, 加树脂后的混砂时间为80s, 加固化剂后混制30s, 加硬脂酸钙后混制20s 的工艺。各因素对热态抗拉强度的影响如图2 所示。分析上述试验结果, 可知对于热态抗拉强度来说, A 因素的影响最为显著, 然后是B 因素, 其次是C 因素,最后是D 因素, 即各元素对覆膜砂热态抗拉强度的影响趋势为ABCD。所以为了得到较高的热态抗拉强度, 可以A2、B3、C2、D2 工艺即选择砂温180,加树脂后混制100s, 加固化剂后混制40s, 加硬脂酸钙后混制30s 的混制工艺。2.1 试验结果分析各因素对常温抗拉强度的影响如图1 所示。覆膜砂热态抗拉强度的影响趋势为ABCD,所以为了得到较高的热态抗拉强度, 可以A2、B3、C2、D2 工艺, 即选择砂温180, 加树脂后混制100s,加固化剂后混制40s, 加硬脂酸钙后混制30s 的混制工艺。试验编号1(A) / 2(B) /s 3(C) /s 4(D) /s常温抗拉强度/MPa热态抗拉强度/MPa10 180 80 30 20 1.35 0.5811 180 100 40 30 1.10 0.72表1 不同工艺参数对覆膜砂性能的影响试验编号1(A) / 2(B) /s 3(C) /s 4(D) /s常温抗拉强度/MPa热态抗拉强度/MPa1 1( 200) 1( 60) 1( 30) 1( 20) 1.12 0.062 1( 200) 2( 80) 2( 40) 2( 30) 1.00 0.363 1( 200) 3( 100) 3( 50) 3( 40) 0.66 0.204 2( 180) 2( 80) 2( 40) 3( 40) 0.81 0.415 2( 180) 3( 100) 3( 50) 1( 20) 0.89 0.226 2( 180) 1( 60) 1( 30) 2( 30) 1.20 0.607 3( 160) 1( 60) 3( 50) 2( 30) 0.20 0.078 3( 160) 2( 80) 2( 40) 1( 20) 0.89 0.339 3( 160) 3( 100) 1( 30) 3( 40) 0.90 0.28材料工艺MATERIAL& TECHNOLOGY29表2 不同工艺参数对覆膜砂性能的影响CFMT 中国铸造装备与技术6 / 20072.2 对正交试验结果进行验证将上述得到的两种工艺进行试验, 测得的实验结果如表2 所示。将表2 中的覆膜砂的力学性能与表1 中的覆膜砂力学性能相比较, 可以看出采用C1、A2、B2、D1 的工艺得到的覆膜砂试样的常温抗拉强度均高于其它各组, 其常温抗拉强度达到了1.35MPa, 热态抗拉强度为0.58MPa。对于采用A2、B3、C2、D2 工艺得到的覆膜砂试样的热态抗拉强度最高, 其热态抗拉强度达到了0.72MPa, 常温抗拉强度也较好, 达到了1.10MPa。根据胶合理论可知, 覆膜砂要获得高强度的前提是: 既要有树脂粘结剂内部的高内聚力, 又要有树脂- 砂粒间的高附着力。已硬化的砂芯在外力作用下, 可分为极端的情况: 一种是内聚断裂,即断裂发生在树脂粘结剂联结桥的内部; 另一种是附着断裂, 即断裂发生在树脂粘结剂和砂粒的结合面。因此覆膜砂壳型( 芯) 的强度取决于固化后树脂层的内聚强度及树脂与砂粒间的粘附强度。为了考察不同工艺对覆膜砂断口树脂缩颈破断情况的影响, 采用SEM 对试样断口进行形貌的分析, 各组所测得的照片如图3 所示。由图3( c) 和图3( g) 可以看出, 3# 和7# 试样的断口形貌为附着断裂, 说明粘结剂的效果未明显发挥, 表1 中的力学性能也较低。从图3 ( f) 、( a) 、( b) 、( i) 、( h) 、( e) 、( d) 中可以看出, 其断口形貌均为附着断裂和内聚断裂相结合的方式, 其力学性能也较3#和7# 有所提高。图( j) 、( k) 分别为1# 和10# 的断口形貌图, 从图中可以看出, 树脂颈均变厚且有大面积撕裂的痕迹, 说明树脂与砂粒表面之间的附着情况有所改善, 断裂形式由附着断裂转变为内聚断裂, 因此可以提高覆膜砂的强度。3 结论( 1) 在现有实验室条件下, 为获得较高的热态抗拉强度, 可以选用砂温180, 加树脂后的混砂时间为100s, 加固化剂后的混制时间为40s, 加硬脂酸钙图1 各因素对常温抗拉强度得影响( a)A 因素对常温抗拉强度的影响A1 A2 A3试验编号常温抗拉强度/MPa0.00.20.40.60.81.0A 因素( b)B 因素对常温抗拉强度的影响B1 B2 B3试验编号常温抗拉强度/MPa0.00.20.40.60.81.0 B 因素( c)C 因素对常温抗拉强度的影响C1 C2 C3试验编号常温抗拉强度/MPa0.00.20.40.60.81.0 C 因素( d)D 因素对常温抗拉强度的影响D1 D2 D3试验编号常温抗拉强度/MPa0.00.20.40.60.81.0D 因素图2 各因素对覆膜砂热态抗拉强度的影响B1 B2 B3试验编号B 因素( b)B 因素对热态抗拉强度的影响热态抗拉强度/MPa0.000.050.100.150.200.250.300.35A1 A2 A3试验编号A 因素( a)A 因素对热态抗拉强度的影响热态抗拉强度/MPa0.000.050.100.150.200.250.300.350.40C1 C2 C3试验编号C 因素( c)C 因素对热态抗拉强度的影响热态抗拉强度/MPa0.000.050.100.150.200.250.300.35D1 D2 D3试验编号D 因素( d)D 因素对热态抗拉强度的影响热态抗拉强度/MPa0.000.050.100.150.200.250.300.35材料工艺MATERIAL& TECHNOLOGY30CFMT 中国铸造装备与技术6 / 2007后的混制时间为30s。其常温抗拉强度达到了1.35MPa,热态抗拉强度为0.58MPa。( 2) 为获得较好的常温抗拉强度, 可以选用砂温180, 加树脂后的混砂时间为80s, 加固化剂后的混制时间为30s, 加硬脂酸钙后的混制时间为20s。其热态抗拉强度达到了0.72MPa, 常温抗拉强度达到了1.10MPa。参考文献1 康明, 陈勉己, 等.壳法用热塑性酚醛树脂的进展.中国铸造装备与技术, 1998( 1) : 3- 6.2 李荣启, 李远才, 等.壳法用热塑性酚醛树脂的不同合成工艺对聚合速度和软化点的影响.热加工工艺, 2003, ( 5) : 8- 12.3 吕德志, 刘伟华, 等.铸造用覆膜砂的性能测定方法.中国铸