主要研究了低溫環境下呋喃樹脂砂可使用時間、起模時間及強度之間的關系，確定合適的砂溫及樹脂固化劑配比，以指導車間生產。
1. 背景 呋喃樹脂自硬砂由于其型砂緊實堅硬、易于控制、鑄件尺寸精度高，故目前自硬樹脂砂工藝已用于澆注各種金屬鑄件，例如機械加工所需的機床、船舶制造業用的燃氣輪機等鑄鐵件都可以用自硬化樹脂砂工藝來生產。當今，正迅猛發展的計算機自動化控制加速了自硬樹脂砂工藝發展應用。 但呋喃樹脂砂有其本身的缺陷，可使用時間與起模時間及終強度受溫度和濕度的變化影響大，容易造成生產的不穩定性，給車間生產帶來不利影響。本文根據公司應用的鑄型材料，研究了低溫環境下呋喃樹脂與苯磺酸固化劑不同配比硬化曲線，確定most佳配比，并在此基礎上探究了木模與金屬模樹脂砂硬化趨勢，提出加速硬化起模的方法，以指導車間生產。 2. 試驗研究 本文以公司現場使用的呋喃樹脂和苯磺酸固化劑、再生硅砂為試驗材料，各原料參數見表1～表3. 儀器：電子天平、自動攪拌機、抗壓測試儀、溫濕儀、溫度計、秒表。環境溫度5℃，環境濕度30%，砂溫15℃。用電子天平稱取1000g砂子，樹脂加入比例為砂重的0.8%和1.0%，固化劑分別加入樹脂重量的30%、35%、40%、45%、50%，正交試驗制作φ40mm×40mm型砂試塊。同時記錄可操作時間、起模時間和24h抗壓強度。 3. 試驗結果及分析 試驗測得的可使用時間、起模時間、強度數據見表4、表5。其對比如圖1～圖3所示。 根據圖1可以看出，固化劑加入量控制在30%~50%，隨著固化劑的增加，熱法再生砂強度逐漸升高，在45%達到most大值；機械再生砂強度逐漸降低，most佳固化劑加入量在30%。 根據圖2可以看出，固化劑加入量控制在30%~50%，隨著固化劑的增加，熱法再生砂和機械再生砂的可使用時間都逐漸減少，most大可使用時間固化劑加入量在30%。 根據圖3可以看出，固化劑加入量控制在30%~50%，隨著固化劑的增加，熱法再生砂和機械再生砂的起模時間都逐漸縮短，其中固化劑加入50%的起模時間只有30%加入量的1/3～1/2。 根據現場生產需要，對型砂有以下要求： （1）型砂要保持一定的終強度（小型鑄件≥2.0MPa，大型鑄件≥3.0MPa），以減少型芯變形，防止鑄件夾砂。 （2）要保證必要的可操作時間，以便放置芯鐵、冷鐵及緊實操作。 （3）為了保證現場生產順暢，型芯起模時間應盡可能短，以提高生產效率。 （4）在滿足生產要求的情況下，粘結劑的加入量應盡可能低，既節約成本，又可減少澆注時有機粘結劑燃燒產生的氣體，提高鑄件質量，保護環境。 綜合以上因素，機械再生砂most佳液料配比為樹脂1.0%（占砂重），固化劑30%（占樹脂）；熱法再生砂most佳液料配比為樹脂1.0%（占砂重），固化劑45%（占樹脂）。 進一步地，考慮到現場生產木模與金屬模起模時間差異，在上述試驗基礎上分別使用木質芯盒與金屬芯盒制樣，每隔1h測量抗壓強度，記錄前6h強度變化趨勢及24h終強度，結果見表6、圖4。 從圖4可以看出，同樣在5℃環境下，樹脂、固化劑加入比例一定時：①木模造型起模時間約為2～3h即可將鑄型從模具上取出（1.5MPa），鑄型硬化達到足夠強度，不會變形（見圖5）；金屬模需要5h才可取出，過早取出內部未完全硬化，會產生擠壓變形（見圖6），終強度基本相同，在3MPa左右。②單純提高固化劑酸度值不能顯著提高硬化速度，縮短起模時間。 根據此硬化趨勢，現場生產可以根據不同模型起模時間合理安排生產，避免起模過早型芯內砂子硬化強度不足引起型芯變形、開裂，過晚起模型芯強度大，與模具粘接緊密，難以起模，造成表面質量差且耽誤現場生產。 4. 結語 在低溫環境下，以呋喃樹脂和苯磺酸固化劑為粘結劑造型生產時，有以下3點試驗性結論： （1）機械再生砂most佳液料加入為樹脂1.0%（占砂重），固化劑30%（占樹脂）；熱法再生砂most佳液料加入為樹脂1.0%（占砂重），固化劑45%（占樹脂）。 （2）其余條件不變，單純提高固化劑總酸度值并不能顯著縮短鑄型起模時間。可以從提高模型溫度、冷鐵及工裝溫度，來加速內部反應，加速硬化。 （3）條件相同時，木模較金屬模起模時間大幅減小，前者是后者的1/2。
