聚氨酯铸造模具的应用与发展

聚氨酯铸造模具的应用与发展

曹瑜强1,焦　斌2

(1.陕西工业职业技术学院,陕西咸阳712000;2.中国船舶总公司第12研究所,陕西兴平713200)

摘要:用聚氨酯材料制造的铸造模具,使用寿命可达8万次,与铝合金模具相当。介绍近年国外聚氨酯铸造模具材料性能,制成模具后的力学性能、耐磨性的情况以及制造聚氨酯模具的工艺方法。关键词:聚氨酯;铸造模具;环氧树脂

中图分类号:TG 241 文献标识码:A 文章编号:100028365(2003)0320224202

Application and Development of A Style of Foundry Mould Made by Polyurethane

CAO Yuqiang 1,J IAO Bin 2

(1.Shaanxi Polytechnic Institute ,Xianyang 712000,China. 2.The 12th Institute of China Shipping Company ,Xingping 713200,China )

Abstract :The Foundry mould made by polyurethane can serce for 80,000times ,it is similar with the mould made by aluminum alloy.

The foundry mould made by polyurethane abroad from aspects of mechanical property ,

wear 2resistant condition ,and technology method have been introduced.K ey w ords :Polyrethanne ;Foundry mould ;Epoxide resin

砂型铸造生产的工装模具,材料分为3大类型即木模、塑料模、金属模。塑料模具的制模材料,国内主要使用环氧树脂及少量聚脂材料,制造用于批量生产的铸件。国外除使用环氧树脂模具外,从70年代末开始研究试用聚氨酯材料制造模具[1],模具的尺寸精度提高,使用寿命最高可达8万次[2],达到铝合金铸造模具的使用寿命,但模具的制造费用要比铝合金模具低得多。目前西方工业发达国家的聚氨酯铸造材料已成系列化、商品化供应市场。1　聚氨酯材料

用于制作铸造模具的聚氨酯材料属于聚氨酯弹性体范畴,是低聚物多元醇和异氰酸酯基混合时发生化学反应硬化而成形的。反应生成的是以氨基甲酸酯基为结构特征的聚氨酯。弹性体大分子主链中含有较多的氨基甲酸酯基,它的长链分子是由玻璃化温度低于

室温的柔性链段和玻璃化温度高于室温的刚性组成软链段嵌段而成的。低聚物多元醇组成软链段,异氰酸酯与扩链剂反应形成硬链段。在聚氨酯弹性体结构中软链段比例较高,约为50%～70%,硬链段为30%～50%。通过控制2者的比例,就能够获得性能各异的聚氨酯弹性体材料,满足不同使用条件的需要。

聚氨酯弹性体的性能介于橡胶与塑料之间,由于弹性体的品种繁多,配方选择范围大,其材料硬度从邵A10的橡胶到邵D90的塑料,抗冲击性能可从每平方

厘米数十公斤至数千公斤。由于这种特殊结构与性能使它的耐磨性、冲击韧性要比环氧树脂材料高,近年来聚氨酯模具在铸造上的应用有了长足的发展。2　聚氨酯铸造模具材料的性能2.1　力学性能　表1为CIBA —GEIGY 公司生产的

聚氨酯铸造模具材料的力学性能[4]。

表1　聚氨酯铸造模具材料的力学性能 Tab.1　The mechanical property of foundry mould made by polyurethane 牌号

邵氏硬度ISO868

抗拉强度ISOR527N/mm 2延伸率ISOR527

%耐撕裂强度DIN53507A N/mm 2线性收缩

900mm ×75mm ×10mm 薄片

‰应用u6414A ×B5153

65-70D ————表面涂层u6414A u6424B 50-55D ————表面涂层×B5075-1u6424B 70-75A ————表面涂层×B5073-1u6424B 30-40A ————表面涂层u6414A u5117B 65-70D 20-30100-15020-250.05-0.1表面浇注u6414A u6414B 50-55D 16-17150-20025-300.05-0.1表面浇注×B5071-1u6414B 70-75A 6-8200-25016-200.05-0.1表面浇注×B5073-1u6414B 30-40A

4-6350-400

6-80.05-0.1

表面浇注u5146A u5146B 抗压85-90——试样500×70×50　0.02%整体浇注u5146A +u5146B +DT082

抗压90-95

—

—

试样500×70×50　0.06%

整体浇注

收稿日期:2003203221; 修订日期:2003204207

作者简介:曹瑜强(19562　

),陕西西安人,副教授1研究方向:铸造教学及科研1・422・ 铸造技术FOUNDR Y TECHNOLO GY Vol.24No.3

May.2003

从表中看到CIBA—GEIGY公司的聚氨酯铸造模具材料主要作为塑料模具的表面材料来使用。聚氨酯表面材料与环氧树脂材料相比硬度较低,但韧性极佳,具有较高的撕裂强度,特别适应造型过程中型砂对模具的冲击,模具耐磨损,使用寿命高于环氧塑料模具。

美国的Vermona铸造厂使用聚氨酯模具[2],对不同用途的模具选择不同性能的聚氨酯材料和表面层厚度。对大型壁炉炉体铸造模具采用表层厚度为3.1mm的半刚性聚氨酯材料。材料性能为硬度邵D60,抗拉强度为23.5MPa,模具的使用寿命大于4万次。对于燃烧室的模具采用刚性聚氨酯表面材料,力学性能硬度邵D77,抗拉强度为32.4MPa。

2.2耐磨性　资料[5]介绍聚氨酯模具材料的耐磨性及影响耐磨性的主要因素,以及与环氧树脂塑料模的比较,表2。为改进增强聚氨酯材料的耐磨性能,在使用时,根据需要加入铝粉、铁粉或刚玉粉、陶瓷粉。

表2　聚氨酯模具材料的耐磨性能

Tab.2　The wear2resistant property of foundry mould made by polyurethane

树脂种类每使用100次

的磨损量

材料说明

聚氨酯Ⅰ 5.9浇注用硬质聚氨酯

聚氨酯Ⅰ+铸铁粉 2.3

聚氨酯Ⅰ+刚玉粉 1.1Al2O3粒子,莫氏硬度9-9.5聚氨酯Ⅱ+铸铁粉 1.9结合用软质聚氨酯树脂

聚氨酯Ⅲ+铸铁粉 1.2硬质凝胶聚氨酯树脂

环氧树脂Ⅰ10.0混合金属粉

环氧树脂Ⅱ 6.9凝胶环氧树脂

2.3　使用寿命　影响铸造模具使用寿命的因素很多。在正常的使用条件下,材料的耐磨性能、抗变形性和冲击韧性,直接影响模具的使用寿命,从2.2可知聚氨酯材料的耐磨性极好,经生产实践考验认为聚氨酯模具使用寿命及在使用过程中模具磨损的检验时间[6]。

3　聚氨酯铸造模具的制造工艺

3.1　实体浇注法　此工艺方法适用小件,其制造工艺过程与一般环氧塑料模具一样,在阴模中直接浇注聚氨酯材料,固化整理后制成铸造用模具。

3.2　表面浇注法　美国Briltion铸铁厂采用表面浇注法生产模具,其工艺分为(1)制造阴模,(2)制造阳模2个部分。阴模的制造工艺如下:将放过缩尺的制作好的母模安装在厚度为12.7mm或15.9mm的底版上,模型四周边距底版边缘38.1mm,为了密封,在母模上喷1层石墨汽车底漆,在母模与底版间隙处涂上石蜡,防止塑料渗入母模与底板的间隙中,保证以后母模脱模顺利,在底版上安装两个定位销,在模具四周固定胶合板边框,厚度38.1mm,高度稍高于母模最高点。然后使用混合蜡涂刷母模,使其干燥并抛光后,使用2层表面聚氨酯涂层材料,第1层固化45～60min 后,可刷第2层涂层,第3层即可为中间部分背料,背料按350g轻质砂填料,100g树脂42g固化剂配料,在混料机中混合均匀,一次浇成阴模,固化12h起模,用砂纸抛光。通过调整背料中砂子的加入量,改变材料的韧性、强度和密度。阴模完成以后在其中翻制阳模,工艺如下:在阴模上刷上混合蜡脱模剂,刷上4～5层硬度为邵A30～40的具有较高韧性的底衬材料,厚度为2.3～3.1mm之间,一旦底衬材料固化,从阴模中取出,在阴模与底衬材料之间再次刷上脱模剂,重新将底衬材料放入阴模中,准备一块模底板,并在底板上钻T型螺纹孔,装配铝块,打上生产日期等之后,将快速固化的材料浇入阴模中,浇到离阴模顶面3.1mm 处安装上准备好的底板。20min后起模,去掉底衬材料,将此模放入烘箱中,65℃保温12h,保证完全固化和收缩到位,取出模型冷却到室温,喷砂后装在型板上,通过型板钻1个12.7mm的孔,在这个小尺寸的内芯上钻孔深6.4mm,然后在此孔位钻1个6.4mm 通孔,孔的位置一般在模型最深部位,在12.7mm的孔中嵌入12.7mm的管子,到达内芯部位,同时在型板上钻小直径的出气孔,在阴模上刷上脱模剂,将准备好的内芯及型板吊在阴模中,浇注配好的聚氨酯表面材料,直到出气孔流出材料为止,静置固化后,起模整理即完成阴模的制做。

3.3　表面涂层法　制做阴模的工艺过程与3.2相同,只是在阴模上刷脱模剂之后,刷上2～3mm厚的聚氨酯表面层材料,材料品种如表1中所列的表面材料都可以,待表面层处于半固化状态时,填入轻质或泡沫状材料作为填料待固化后起模整理。适合大型模具的制造。4　结论

聚氨酯塑料模具适用于批量生产,其耐磨性、使用寿命超过环氧塑料模与铝模具相当;在美国、德国、瑞士、日本等国家的铸造厂应用,聚氨酯模具材料已经商品化,系列化供应市场。它与环氧树脂共同构成塑料模具的材料的两大系列。

参考文献

[1]　G E Bargehr S peciality E pozy and P olyurethane Resin Systems

for the Manufacture of Foundry Pattern Equipment[C].Inter2

national Foundry C onference79,1997.196.

[2]　Doog Boardman,Bill G eresy.Polyurethanes Extend Pattern

Life at Verment Castings[J].Modern Casting,1996(11):

40241.

[3]　刘厚钧1聚氨酯弹性体讲座[J].聚氨酯工业,1988(1):

47259.

[4]　CIBA.模具树脂特性[C].无锡,1998,728.

[5]　Michael Welch.Brillion Iron Works Reci pe for Saccess with

Plastic Tooling[J].Modern Casting,1996(12):56258. [6]　I Sheahan,D Richardson.The HMP Process2A New

Method for Producing Plastic Pattern[J].AFS,

Transactions,1984.2032208.

・

5

2

2

・

《铸造技术》3/2003 曹瑜强等:聚氨酯铸造模具的应用与发展