276 工程科学学报，第43卷，第2期 200um 200μm 2004m 图5砂粒形貌.(a)宝珠砂：(b)硅砂：(c)铬铁矿砂 Fig.5 Sand grain appearance:(a)ceramsite;(b)silica sand;(c)chromite sand 量比为分别为1000：16：4、1000：20：5、1000： 不同挤压压力时，砂型的回弹变形不稳定，回弹对 24:6、1000:28:7和1000：32：8前提下，使用 砂型的粘结桥造成破坏，所以砂型的表面性能呈 SHY叶片式碗型树脂砂混砂机混砂，混合时长为 波动变化 15s,将混好的树脂砂装入砂箱内，砂箱尺寸为 3.4树脂质量分数对砂型表面性能的影响 150mm×150mm×100mm,在预固化阶段的施加压 选用硅砂，在型砂、碱性酚醛树脂和固化剂质 强分别为0、0.05、0.1、0.15和0.2MPa的挤压压 量比为分别为1000：16：4、1000：18：4.5、1000： 强，经过30min保压和12h固化，将砂块放置在数 20:5、1000:22:5.5、1000:24:6、1000:26: 字化无模铸造精密成形上加工成表面性能试样， 6.5、1000:28:7和1000：30：7.5前提下，使用 然后对所得砂型试样进行表面性能进行测量.测 SHY叶片式树脂砂混砂机碗型混砂机混砂，混合 量结果如表3所示.绘制挤压压力与表面性能的 时长为15s,将混好的树脂砂装入砂箱内，砂箱尺 关系图如图6所示 寸为150mm×150mm×100mm,在预固化阶段的施 加压强为0MPa的挤压压强，经过30min保压和 表3不同挤压压力下不同树脂质量分数砂型的表面性能 12h固化，将砂块放置在数字化无模铸造精密成 Table 3 Surface properties of sand mold with different resin contents 形上加工成表面性能试样，然后对所得砂型试样 under different extrusion pressures Surface properties of sand with different 进行表面性能进行测量.测量结果如表4所示 Different extrusion resin contents/g pressures/MPa 绘制挤压压力与表面性能的关系图如图7所示 1.6% 2.0% 2.4% 2.8% 3.2% 从图中可以看出，在不加挤压压力的情况下， 0 0.203 0.123 0.1130.090 0.077 随着树脂质量分数的增加，砂型的表面性能不断 0.05 0.193 0.120 0.123 0.063 0.037 提高.这是由于树脂质量分数增加后，砂粒的包覆 0.1 0.194 0.110 0.102 0.060 0.053 厚度增大，从而砂粒的粘结桥增多，砂型强度增 0.15 0.193 0.103 0.093 0.063 0.043 加，砂型切削是产生的裂纹数量减小，所以砂型的 02 0.1600.107 0.073 0.063 0.060 表面性能提高了 4 每种砂型树脂质量分数配比，砂型表面性能 结论 随挤压压力变化的趋势如图6所示 (1)本文采用砂型表面性能来表征无模数字 由图a、b、c、d可见，不同树脂质量分数的砂 化挤压成型砂型的表面质量，能够直接反映砂型 型，总体趋势为随着挤压压力的增大，砂型的表面 加工后型腔的表面质量.得到了砂型材质对砂型 性能不断提高.在挤压压力作用下，砂粒间的间距 型腔表面质量的影响规律 更紧密，增加了砂粒粘结桥的数量及粘结桥的接 (2)不同砂型种类的砂型表面性能不同.砂粒 触面积.在压力作用下，砂粒之间的距离减小，砂 的角形系数对砂型的表面性能有较大的影响.砂 粒并联接触方式增多，砂型在经过切削时，砂型表 粒的角形系数越小砂型表面性能越好 面产生裂纹的数量及深度大幅减小，因此，增大砂 (3)随着挤压压力的增大，砂型的表面性能不 型成形时的挤压压力能够提高砂型的表面性能 断提高.随着树脂质量分数的增大，砂型表面性能 由图e可见，树脂质量分数最高时，砂型表面性能 不断提高.本研究为无模成形砂型表面质量的测 随着挤压应力的增大，呈波动变化.这是由于树脂 量提供了新方法，为提高无模成形砂型表面质量 质量分数较高时，砂型具有一定的弹性特征四，受 提供了依据量比为分别为 1000∶16∶4、1000∶20∶5、1000∶ 24∶6、 1000∶28∶7 和 1000∶32∶8 前提下，使用 SHY 叶片式碗型树脂砂混砂机混砂，混合时长为 15 s，将混好的树脂砂装入砂箱内，砂箱尺寸为 150 mm×150 mm×100 mm，在预固化阶段的施加压 强分别为 0、0.05、0.1 、0.15 和 0.2 MPa 的挤压压 强，经过 30 min 保压和 12 h 固化，将砂块放置在数 字化无模铸造精密成形上加工成表面性能试样， 然后对所得砂型试样进行表面性能进行测量. 测 量结果如表 3 所示. 绘制挤压压力与表面性能的 关系图如图 6 所示. 表 3 不同挤压压力下不同树脂质量分数砂型的表面性能 Table  3 Surface properties of sand mold with different resin contents under different extrusion pressures Different extrusion pressures /MPa Surface properties of sand with different resin contents/g 1.6% 2.0% 2.4% 2.8% 3.2% 0 0.203 0.123 0.113 0.090 0.077 0.05 0.193 0.120 0.123 0.063 0.037 0.1 0.194 0.110 0.102 0.060 0.053 0.15 0.193 0.103 0.093 0.063 0.043 0.2 0.160 0.107 0.073 0.063 0.060 每种砂型树脂质量分数配比，砂型表面性能 随挤压压力变化的趋势如图 6 所示. 由图 a、b、c、d 可见，不同树脂质量分数的砂 型，总体趋势为随着挤压压力的增大，砂型的表面 性能不断提高. 在挤压压力作用下，砂粒间的间距 更紧密，增加了砂粒粘结桥的数量及粘结桥的接 触面积. 在压力作用下，砂粒之间的距离减小，砂 粒并联接触方式增多，砂型在经过切削时，砂型表 面产生裂纹的数量及深度大幅减小，因此，增大砂 型成形时的挤压压力能够提高砂型的表面性能. 由图 e 可见，树脂质量分数最高时，砂型表面性能 随着挤压应力的增大，呈波动变化. 这是由于树脂 质量分数较高时，砂型具有一定的弹性特征[21] ，受 不同挤压压力时，砂型的回弹变形不稳定，回弹对 砂型的粘结桥造成破坏，所以砂型的表面性能呈 波动变化. 3.4    树脂质量分数对砂型表面性能的影响 选用硅砂，在型砂、碱性酚醛树脂和固化剂质 量比为分别为 1000∶16∶4、1000∶18∶4.5、1000∶ 20∶5、 1000∶22∶ 5.5、 1000∶24∶6、 1000∶26: 6.5、 1000∶28∶7 和 1000∶30∶7.5 前提下 ，使 用 SHY 叶片式树脂砂混砂机碗型混砂机混砂，混合 时长为 15 s，将混好的树脂砂装入砂箱内，砂箱尺 寸为 150 mm×150 mm×100 mm，在预固化阶段的施 加压强为 0 MPa 的挤压压强，经过 30 min 保压和 12 h 固化，将砂块放置在数字化无模铸造精密成 形上加工成表面性能试样，然后对所得砂型试样 进行表面性能进行测量. 测量结果如表 4 所示. 绘制挤压压力与表面性能的关系图如图 7 所示. 从图中可以看出，在不加挤压压力的情况下， 随着树脂质量分数的增加，砂型的表面性能不断 提高. 这是由于树脂质量分数增加后，砂粒的包覆 厚度增大，从而砂粒的粘结桥增多，砂型强度增 加，砂型切削是产生的裂纹数量减小，所以砂型的 表面性能提高了. 4    结论 （1）本文采用砂型表面性能来表征无模数字 化挤压成型砂型的表面质量，能够直接反映砂型 加工后型腔的表面质量. 得到了砂型材质对砂型 型腔表面质量的影响规律. （2）不同砂型种类的砂型表面性能不同. 砂粒 的角形系数对砂型的表面性能有较大的影响. 砂 粒的角形系数越小砂型表面性能越好. （3）随着挤压压力的增大，砂型的表面性能不 断提高. 随着树脂质量分数的增大，砂型表面性能 不断提高. 本研究为无模成形砂型表面质量的测 量提供了新方法，为提高无模成形砂型表面质量 提供了依据. (a) (b) (c) 200 μm 200 μm 200 μm 图 5 砂粒形貌. （a）宝珠砂；（b）硅砂；（c）铬铁矿砂 Fig.5 Sand grain appearance: (a) ceramsite; (b) silica sand; (c) chromite sand · 276 · 工程科学学报，第 43 卷，第 2 期