铝合金铸造派普砂型芯制备研究
摘要：派普自硬砂具有呋喃树脂自硬砂的能耗低、尺寸精确、型砂和芯砂流动性好优点之外，还有反应滞后、快速整体、同时硬化的特点，可在较短时间内对制成的砂型和砂芯进行浇注。科学合理的进行树脂砂配置，可极大程度提高造型、制芯效率，提高型芯质量，保证铸件稳定生产。 关键词：派普自硬砂；尺寸精确；同时硬化；稳定生产
对派普砂来讲，造型常采用高速混砂机成型，制芯采用射芯机和手工芯盒成型。因派普树脂砂本身特性原因，对树脂含量、环境的温度、湿度等因素反应敏感。在实际生产过程中，需根据派普树脂砂性质，研究树脂加入量与强度的对应关系，在保证强度的前提下尽量减少树脂量，同时对影响型芯强度的因素进行控制，对铸件质量稳定具有很大的意义。 1.
网络监测系统
原材料简介
派普砂原砂需要进行热法再生后进行混砂使用，采用原砂中不应有杂质，人工干燥冷却至室温。要求原砂含泥量<0.5%，含水量<0.3%，粒度50/100。同时热法再生砂每周检测酌烧减量。
硅片切割目前常用派普自硬砂使用粘接体系由两部分组成，第一部分是酚基树脂，第二部分是催化剂，它可以调节组分I和组分II的反应速度。树脂I在（15.5-26.6）℃ 的温度下具有一年以上的储存期，树脂II在密闭的容器中有长期的储存稳定性。派普砂配制比例一般为：组分I加入量（0.6-0.9）%，组分II加入量（0.6-0.9）%。催化剂，加入量可以根据型砂、芯砂固化时间进行调整。造型、制芯前定期对混砂机树脂工作档位进行标测，并形成记录。打制合格的型、芯进行回温处理，温度（180±20）℃，时间不小于2h。
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派普砂性能提升及影响分析
1、派普砂硬化特性
派普砂硬化特性取决于树脂的活性、催化剂量、砂温以及砂粒表面的化学状态等因素。粘
结剂在混砂初期不发生化学反应， 要待一段时间后才开始硬化，相比其它自硬砂，派普树脂砂一旦硬化反应开始，速度很快的特点。这种独特的硬化反应机制使得派普自硬砂在可使用时间内保持良好的流动性，容易成型各种复杂砂型砂芯。粘结剂硬化时是完全的聚合反应，不产生水和其它任何副产品，不需要空气中的氧参与，因此其砂型为整体同时硬化。在制备型芯时，依据不同铸件型芯不同结构、不同尺寸等影响因素制定方案，通过树脂含量调整，选择合理固化速度，保证成型型芯质量。
2、派普砂强度影响
砂强度是影响铸件质量的重要影响因素，砂强度过低，型芯容易掉砂、导致铸件表面质量降低，容易产生粘砂缺陷，增加清理难度；砂强度过大，型芯退让性和排气性差，容易导致裂纹和气孔缺陷，因此，砂强度控制是派普砂质量控制的重要环节。
派普砂强度影响因素主要有树脂含量、环境的温度和湿度，其中，环境的温度主要影响着硬化速率，环境湿度由于水分作用于树脂，水分会消耗大量树脂，导致树脂Ⅱ有效组分降低，砂强度降低，这种情况在夏季潮湿季节尤为明显。水分是派普树脂砂最为敏感的因素。水分高会严重降低砂芯强度此外，水与聚异氰酸酯反应生成的解，放出氮气，导致气
孔缺陷，故生产中应加强砂子烘干和检测，当含水量大于0.25%时，为保证砂芯强度，可调节两种树脂比例， 即增大树脂Ⅱ的量，通常调至树脂Ⅰ/ 树脂Ⅱ= 50/ 50，以发挥出树脂砂的最好强度特性。
为了研究树脂量对砂强度的影响，在实验室条件下进行了不同组分树脂含量的试验， 按树脂I：树脂II=1：1组分下进行，单组分占砂重比例0.5%、0.6%、0.7%、0.8%，混制型砂2min，并制成标准8字样块，固化24小时后测其强度。当树脂总量为1%时，平均强度为0.62MPa；当树脂总量为1.2%时，平均强度为1.13 MPa；当树脂总量为1.4%时，平均强度为1.32 MPa；当树脂总量为1.6%时，平均强度为1.48 MPa。通过上述试验数据可以看出，随着树脂加入量的增加，砂型抗拉强度增大，当总含量为1.2%，可以达到1.0MPa以上强度。
不同树脂泵转速对应的砂强度差异较大，经统计，随着转速增加，砂强度增大，在475转速下能够达到1MPa的砂强度，此时树脂I比例为0.5%，树脂II比例为0.6%。此外，型芯放置时间对砂强度影响较大，通过测量，当放置1分钟时平均强度为0.71MPa，3分钟时平均强度为0.88MPa，6分钟时平均强度为1.17MPa，24分钟时平均强度为1.467MPa，30分钟
时平均强度为1.39MPa。由此可知，随着放置时间增加，砂强度逐渐升高，在出模后6h后强度可达到1MPa，当放置24h后砂强度变化不大。
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派普砂质量稳定性控制
肽链合成
依据试验及研究结果分析，在派普砂控制方面，不仅测定抗拉强度，还应该定期测定再生砂的灼烧减量，水分含量、细分含量和砂温等参数，并做好记录，经过时间积累，才能够更好地保证派普砂稳定性。
（1）灼烧减量。灼烧减量的多少表明砂中可燃物的多少，可燃物主要是经再生处理后混在砂中的细粉（树脂膜、碳分等）及砂粒表面包裹的残留树脂。砂粒越细，比表面积越大，残留树脂膜越多，灼减量越大，会导致发气量增大，因此，灼减量应控制在≤2%。
（2）再生砂含水量。再生砂中水分能与粘结剂中的异氰酸酯发生反应，生成不稳定的氨基甲酸，氨基甲酸随即分解成脲并放出二氧化碳。这不仅会促使针孔等缺陷的形成，而且消耗了粘结剂中的异氰根，减少了粘结剂的有效作用，从而降低粘结质量，影响硬化速度。
因此，再生砂含水量须控制在0. 2%以内。
（3）砂温。砂温高会使树脂内溶剂蒸发，并促进两组分反应，缩短型砂存放时间，还可能型腔表面容易掉砂；当砂温低于10℃时，型砂性能大大降低，硬化程度非常缓慢，砂温控制在15～30℃比较适宜。
（4）粉尘含量。细粉含量是指砂中粒径大于等于0.020 mm且小于0.075 mm颗粒的质量占砂样总质量的百分比。细粉含量过大，会消耗过多的树脂，导致砂强度下降，为此，应控制细分含量在1%以内。
（5）造型制芯过程控制。吹净型板表面的浮砂。根据需要，在造型过程中向模具型面喷脱模剂。打开混砂机，将前5s的型砂放入废砂斗内，目视检查加砂量，以造型后高出砂箱分型面（20-50）mm为宜，将后5s混制的尾砂也放入废砂斗内，生产砂型质量较高。
（6）模具工装控制。模具工装表面粘砂、凹坑、异物等缺陷常导致型芯尺寸偏差和表面质量下降，直接影响型芯质量。定期保养工装必不可少，使用干冰、清洗剂等材料清洗。
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总结
综上，派普砂造型制芯工艺作为生产效率高、生产成本低、应用最普遍的造型工艺方法，在铸造生产中被广泛应用。每个铸型，有多个砂型、砂芯组成，每个砂型、砂芯又对铸件尺寸成型，冶金质量都有重大影响。所以在实际生产中，以理论研究及大量实验数据支撑，合理配置型芯制备关键控制因素，通过不断优化，最大限度的提高型芯质量，从而提高铸件冶金质量和尺寸精度。应关注要点如下：
（1）铝合金铸件对气孔缺陷敏感，应减小树脂总含量，同时强度满足1.0~1.2MPa，针对复杂型腔，可适当提高树脂含量，针对局部位置，进行捣实。
（2）出模后的放置时间对强度影响较大，应保证出模24h后进行回温和使用。
（3）对其它参数应进行检查和控制，其中，灼减量应控制在≤2%，砂含水量≤0. 2%，砂温控制在15~30℃，细分含量≤1%，避免其它参数对树脂消耗，稳定砂强度。控制器外壳
（4）严格进行过程控制，减少型芯缺陷，避免型芯修补，提高一次成功率。
（5）积极进行模具、设备及型芯自检，确保合格型芯用于组浇。
参考文献
[1] 李弘英，赵成志，铸造工艺设计[M]，机械工业出版社，2005.
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