熔模铸造工艺知识培训.ppt

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,,*,1,熔模铸造,,定义：用,熔模材料,（通常为低熔点的材料如蜡料）制成,熔模样件,并组成,模组,，然后在模组表面,上涂料,（耐火材料），待干燥固化后，将模组,加热,熔出模料形成中空型壳，经,高温烧结,后,浇注,金属液体，,清理,后得到铸件由于熔模材料通常为蜡基材料，因此又称,“失蜡铸造”,1.1,概述,,,工艺流程：,压型制造,熔模样件,,制造,组装模组,型壳制造、,,脱蜡、焙烧,填砂、浇注,,观看影片,,1,）、铸件,尺寸精度高,（,CT4-CT7,）；,表面粗糙度低,（,Ra1.6-6.3,μ,m,）减少了铸件的切削加工余量，甚至可实现近净型铸造2,）、,能生产形状复杂的薄壁铸件,如前机匣（由内、外环和,14,件叶片组成）如发动机叶片，叶型的最小壁厚可达,0.7mm,熔模铸造的特点,,4,）、,熔模铸造存在一定局限性,工艺流程烦琐，生产周期长、铸件尺寸不宜太大3,）、,合金材料不受限制,.,钢铁、铜、铝、钛、镁等熔点高的镍基高温合金；锌、锡等低熔点金属熔模铸造典型产品应用实例,,,,1.2,熔模铸件工艺设计,1.2.1,铸件结构设计,目的就是对于一些零件图做必要修改，得到适,,合熔模铸造特点的,最合理的铸件结构,。

一、铸件结构的合理性,,铸件结构是否合理，对于铸件质量、生产工艺的可行性和简易性以及生产成本等影响很大，根据生产实际，总结出,铸件结构合理性的几条基本原则不合理,合理,1,）．易于从压型中取模,,不合理,合理,,2,）．易于抽芯,不合理,合理,,不合理,合理,,3,）．壁厚均匀，减少热节,不合理,合理,,4,）．避免大平面,不合理,合理,,5,）．减少不通孔,不合理,合理,,6,）．简化压型加工,不合理,合理,,7,）．设计必要的工艺筋,A,）．防止环形件、框型件变形设计的工艺筋,,B,）．防止铸件开口部位变形而设计的工艺筋,,C,）．减少大平面，防止壳形变形,,8,）．设计必要的工艺孔,A,）．防止大平面型壳变形设计工艺孔,,B,）．减少热节、防止缩孔设计工艺孔,,由于熔模铸造的型壳内表面光洁，并且一般,,为热型壳浇注，因此熔模铸件壁厚允许设计,,得较薄，,最小壁厚与合金种类及铸件轮廓尺,,寸有关,二．铸件结构要素及工艺参数选定,1,．最小壁厚,,铸件,,材料,铸,,件,,轮,,廓,,尺,,寸,,,,,,,,,,,＞,10~50,,＞,50~100,,＞,100~200,,＞,200~500,,＞,350,,,铸,,件,,最,,小,,壁,,厚,,,,,,,,,,,推荐值,最小值,推荐值,最,,小,,值,推荐值,最,,小,,值,推荐值,最,,小,,值,推荐值,最小值,铅锡合金,1.0~1.5,0.7,1.5~2.0,1.0,2.0~3.0,1.5,2.5~3.5,2.0,3.0~4.0,2.5,锌合金,1.5~2.0,1.0,2.0~3.0,1.5,2.5~3.5,2.0,3.0~4.0,2.5,3.5~5.0,3.0,铸铁,1.5~2.0,1.0,2.0~3.5,1.5,2.5~4.0,2.0,3.0~4.5,2.5,4.0~5.0,3.5,铜合金,2.0~2.5,1.5,2.5~4.0,2.0,3.0~4.0,2.5,3.0~5.0,3.0,4.0~6.0,3.5,镁合金,2.0~2.5,1.5,2.5~4.0,2.0,3.0~4.0,2.5,3.5~5.0,3.0,4.0~6.0,3.5,铝合金,2.0~2.5,1.5,2.5~4.0,2.0,3.0~5.0,2.5,3.5~6.0,3.0,4.0~7.0,3.5,碳钢,2.0~2.5,1.5,2.5~4.0,2.0,3. 0~5.0,2.5,3.5~6.0,3.0,4.0~7.0,4.0,高温合金,0.9~2.0,0.6,1.5~3.0,0.8,2.0~4.0,1.0,—,—,—,—,熔模铸件的最小壁厚（单位：,mm,）,,,r=(d+,δ,)/k,,R=r+ (d+,δ,)/2,,r,——,转角内圆角,mm,；,R,——,转角外圆角,mm,,d,,δ,——,连接壁的壁厚；,k——,转角的圆角,,系数，根据角度大小接图选取。

135,,90,,45,,0,2,．圆角,一般情况下铸件上各转角处都设计成圆角，否则容易产生裂纹、缩松铸件上内圆角和外圆角按下式计算,,为了便于取模，抽芯，在拔模面应设有铸造,,斜度，铸造斜度的取值如下取值,铸造斜度面高,h/mm,非加工面斜度,,,,外表面,内表面,,≤,20,0,º,20,´,1,º,,>20-50,0,º,15,´,0,º,30,´,,>50-100,0,º,10,´,0,º,30,´,,>100,0,º,10,´,0,º,15,´,熔模铸件的铸造斜度,3,．铸造斜度,,孔的直径,最大孔深,,,通孔,不通孔,3-5,5~10,≈,5,＞,5~10,＞,10~30,＞,5~15,＞,10~20,＞,30~60,＞,15~25,＞,20~40,＞,60~120,＞,25~50,＞,40~60,＞,120~200,＞,50~80,＞,60~100,＞,200~300,＞,80~100,＞,100,＞,300~350,＞,100~120,最小铸出孔的孔径与深度（单位：,mm,）,4,．最小铸出孔,,,铸件最大尺寸,≤,50,＞,50,,~120,＞,120,,~250,＞,250,,~400,＞,400,,~630,单面加工余量,0.5,0.5~0.1,1.0~1.5,1.5~2.0,2.0~3.0,浇口面加工余量,2.0~4.0,,,,,熔模铸件单面加工余量（单位,mm,）,5,．加工余量,,影响熔模铸件尺寸的收缩因素包括合金,,的收缩；模料的收缩；型壳的膨胀等，,,这几方面综合的影响称为熔模铸件的综,,合线收缩率。

6,．线收缩率,,1.2.2,熔模铸造浇注系统设计,一、浇注系统作用,,1,．把液体金属引入型腔,,注意充型平稳，避免金属液氧化和卷入气体，,,保证不产生冷隔和浇不足缺陷2,．补充液体金属凝固时体积收缩,,浇注系统应能保证补缩时通道畅通，并保证,,能提供给铸件必要的补缩金属液，避免铸件,,产生缩孔、疏松3,．,在组焊与制壳时起支撑易熔模和型壳作,,用,要求有足够强度，防止制壳过程中易熔,,模脱落4,．在熔化易熔模时，,起液体模料流出的通,,道作用,，浇注系统应能保证排除模料通畅二、浇注系统结构,按浇注系统组成分为：,,1,）直浇道一内浇道结构形式,：,,直浇道兼起冒口作用，操作方便，但排渣不利2,）横浇道一内浇道结构形式,：,,常用于顶注，有利于顺序凝固3,）直浇道一横浇道一内浇道结构形式,,按合金液注入铸件部位分为：,,1,）顶注式,：,,合金液从型腔的顶部注入，铸件自下而上凝固，,,合金液易飞溅，排气不畅，适用于高度较低的,,铸件2,）侧注式,：,,合金液从型腔侧面注入，铸件补缩好，应用较广泛3,）底注式,：,,合金液型腔底部平稳注入，不易产生夹渣不利于顺序凝固，需增设冒口三、浇注系统计算,步骤：,,1,）,确定浇注系统形式,：,,封闭式或开放式。

2,）,计算内浇道尺寸,3,）根据浇注系统形式，,,,计算直浇道、横浇道,,的尺寸,1,）浇注系统形式的确定,封闭式或开放式浇注系统是按照直浇道、,,横浇道、内浇道的尺寸比例划分的S,内≤,S,横≤,S,直,封闭式浇注系统,,优点：,,1,）金属液完全充满浇注系统，可防止金属液卷入气体2,）有较好挡渣能力,,缺点：进入型腔流速高、产生喷溅和冲砂、氧化优点：因为金属液不能充满浇注系统，金属液流动平稳，充型快；,,,缺点：挡渣效果差S,直 ≤,S,横≤,S,内,开放式浇注系统,,此法依据铸件上热节圆直径或热节圆截面积，由下式确定,,内浇道直径或内浇道截面积D,内,=,（,0.6~1.0,）,D,节,,,,S,内,=,（,0.4~0.9,）,S,节,,式中：,D,内,—,内浇道直径，,mm,,D,节,—,铸件上热节圆直径，,mm,,S,内,—,内浇道截面积，,mm,2,,S,节,—,铸件上热节圆截面积，,mm,2,,这种方法简单，但精度差，因为比例系数取值范围较大2,）、内浇道尺寸的确定,a,．比例系数法,,热节圆直径的求法,,该方法是根据补缩需要，把铸件热节换算成,,一个圆柱体单元，并令该单元与铸件热节具,,有相同凝固模数和重量，此单元圆柱体的直,,径称为当量热节直径，那么，内浇道尺寸的,,大小就以此当量直径为基础，推导出一个计,,算公式：,b,．当量热节法,,式中,d—,内浇道尺寸，,mm,,K—,重量系数,,,D,c,—,当量热节直径，,mm,,当内浇道为圆截面时，则,d,即为内浇道直径，当铸件热节部位的截面形状为长方形断面,axb,时，可由图求得当量热节圆直径,D,c,，,K,为重量系数，根据铸件重量,W,和,D,c,，由图查出。

d=,k×D,c,,当量热节圆直径,D,c,的求法,,重量系数,K,的求法,,1,）铸件热节部位截面,axb,：,16mm×30mm,,2,）由图查当量热节直径,D,c,，用直尺连接,a=30mm,，,b=16mm,，两点交,D,c,线于一点，即得,D,c,=21mm,当量热节法计算举例,制动凸轮铸件如图所示，铸件重,230g,,3,）根据铸件重量,W=230g,，,D,c,=21mm,查图求重,,量系数,K,，用直尺连接,W,，,D,c,两点交,K,线于一点，,,该点为,K=0.89,4,）根据,d=,K×D,c,，可求得,d=0.89×21=18.8mm,,,5),当采用矩形内浇道时，先定矩形某一边尺,,寸,a=16mm,，然后返过来应用图，由,a=16,，,,d=18.8,查得,b=23mm,，于是内浇道截面尺寸定为,16×23mm,,1.3,压型种类及制造方法,压型,:,用来,制造易熔模的模具,压型腔的尺寸精度、表面粗糙度和压型结构，直接影响易熔模的生产效率和压型制造成本1.3.1,压型的种类,,按压型材料分为：,,,金属压型和非金属压型金属压型又分为：,,钢模，铝合金模，易熔合金模压型；,,,非金属压型分为石膏压型，硅橡胶压型，环氧树脂压型等。

各种压型的特点及应用范围如表所示类型,特,,点,应,,用,,范,,围,机械加工压型,1,．材料通常为钢，也有使用铜合金、铝合金,,2,．尺寸精度可以充分满足设计要求，型腔表面粗糙度,R,a,=1.6~0.4,ц,m,,3,．使用寿命可达,10,万次以上,,4,．制造成本高,1,．生产批量大的铸件,,2,．要求尺寸精度高、表面粗糙度值低的铸件,低熔点合金铸造压型,1,．材料：低熔点合金（通常熔点不超过,300,℃,）,,2,．尺寸精度比机械加工压型低，型腔表面粗糙度,R,a,=3.2~0.8,ц,m,,3,．使用寿命可达几千次以上,,4,．制造成本较低,1,．生产批量较大（几千件）的铸件,,2,．机械加工困难的、型腔复杂的压型,,3,．试生产铸件,石膏压型,1,．材料：石膏,,2,．尺寸精度低，型腔表面粗糙度,R,a,=6.3~1.6,ц,m,,3,．母模可用木模，生产周期短，成本低,1,．单件小批生产,,2,．精度要求较低铸件,,3,．试生产铸件,硅橡胶压型,1,．材料：硅橡胶,,2,．填充性好，复制性强、周期短,,3,．精度低，抗拉强度低、寿命短,,4,．质地较软，使用时外形需要硬质材料衬托,1,．复制工艺制品,,2,．尺寸精度不高的试验铸件,环氧树脂压型,1,．材料：塑料、金属母模（钢、铝、铜的机械加工件）,,2,．尺寸精度比铸造压型略低,,3,．生产周期短、成本低,,4,．散热性差，制造易熔模时取模困难，生产率低,1,．生产批量较小时,,2,．要求尺寸精度较低的铸件,,3,．机械加工困难的型腔复杂压型,,4,．试生产铸件,常用压型类型,,1.3.2,压型组成,压型主要由型体、型芯，定位元件、锁紧机构，抽芯机构，起模机构组成,手工压蜡的压型结构图,由底座,14,，右半,,型,1,，左半型,3,，,,和盖板,8,四块组成内腔由型芯,2,形成。

原材料,,定 量,热机械混,,合均匀化,浇注成,,料锭,重熔,,模料,模 料,,压注,压型准备,模组检,,验标号,模组,,组焊,蜡模及浇注,,系统除油,蜡模,,修补,蜡模,,检验,料锭,,破碎,蜡模,,校型,1.4,易熔模制造,易熔模简称熔模，熔模的质量影响铸件的尺寸精度及表面粗糙度，易熔模制造工艺流程如图所示1,．熔化温度和凝固温度区间,,兼顾模料耐热性要求并考虑到工艺操作方便，,,熔化温度,常选在,50~80℃,之间，,凝固温度区间,,以,5~10℃,为宜1.4.1,模料,一、对模料的基本要求,概括为,工作性能,要求和,工艺性能,要求,,3,．收缩率,,模料热胀冷缩小，才能提高熔模尺寸精度，也才能减少脱腊时因模料膨胀引起的型壳胀裂现象因此模料的线收缩率是模料重要的性能指标之一，一般应小于,1%,优质模料线收缩率仅为,0.3%~0.5%,2,．耐热性,,模料耐热性是指温度升高时其,抗软化变形的能,,力,，它影响着熔模和铸件的精度通常用热变,,形量来表示，要求,35℃,温度时模量热变形量,,△,H,35-2,≤2mm,4,．强度,,为保证生产过程中不损坏，熔模需要有一定强,,度，,模料强度多以抗弯强度表示,，一般模料抗,,弯强度应不低于,2.0MPa,，最好为,5.0~8.0MPa,。

5,．硬度,,为保持熔模表面质量，模料应有足够的硬度，,,以防表面损伤模料硬度常以针入度,表示，常,,为,4~6,度（,1,度,=10,-1,mm,）,,6,．粘度和流动性,,为便于脱模和模料回收，模料粘度不能太大，在,90℃,附近的粘度应为,3×10,-3,~3×10,-2,Pa.S,为得到清晰的熔模，模料应具有良好的流动性7,．灰分,,模料灼烧后的残留物称灰分，它将影响铸件的质量，也是模料最重要的指标之一一般模料灰分的质量分数应低于,0.05%,蜡基模料由,石蜡和硬脂酸,两种材料组成石蜡属,烃蜡,为饱和固体碳氢化合物的混合物，分子式通式为,C,n,H,2n+2,. n,为,17—36,n,越大，石蜡熔点越高，硬度越高，热稳定性越好，收缩也越小，,按熔点石蜡可分为,56,，,58,，,60,，,62,，,64,，,66,，,70,等牌号,熔模铸造多使用,58~64,石蜡二、模料的种类,1,．蜡基模料,,硬脂酸的分子式为,C,17,H,35,COOH,，是以动植物油,,脂为原材料，经加压蒸馏和水解制得由于,,硬脂酸比碳原子数相同的石蜡熔点高，故其,,热稳定性好，收缩性较小,此外硬脂酸，是,,极性分子，有利,改善模料的涂挂性,。

树脂基模料的基体组成是,树脂,，与蜡基模料相比具有,强度和热稳定性高，收缩小,的优点，可用于生产高精度铸件用于涡轮叶片等航空件及高精度机械零件生产2,．树脂基模料,,一、制模时模料状态,,采用压力制模工艺时，模料有三种状态：液态、糊状、膏状、前者称液态压注，后两者称为膏态压注模料种类,工序名称,设备,操作要求,蜡,,基,,模,,料,化蜡,水浴化蜡缸,化蜡温度,90,℃,,刨蜡片,卧式蜡片机,蜡锭截面尺寸,13,5mm×135mm,,搅蜡膏,搅蜡机,蜡液温度,65~80,℃,，保温缸水温,48~52,℃,，蜡液重,/,蜡片重,=1/,（,1~2,）,,回性,恒温箱,温度,48~52,℃,，保温,0.5h,以上,蜡膏制备方法,,1.4.2,制模工艺,,三、制模工艺参数,,将已配制好的蜡膏，在压力下注入压型，冷凝后,,从压型中取出熔模影响着熔模质量的工艺参数,,有压射蜡温、压型温度、压射压力、保压时间和,,起模时间1,）压射蜡温和压型温度,,压注熔模时,模料的温度为压射蜡温,压射蜡温和压型温度的变化对制出的熔模表面粗糙度和尺寸变化明显压射蜡温和压型温度偏高，熔模表面粗糙度较低，但收缩较大；反之，熔模表面粗糙、收缩较小。

2,）压射压力,,适当提高模料的压射压力，有利于减小熔模收,,缩率，提高熔模尺寸精度3,）保压时间和起模时间,,模料充满压型型腔后，,保压的时间愈长则熔模,,的线收缩率愈小,熔模在压型中停留冷却的时,,间称起模时间取模时间过短，熔模易变形,，,,表面会出现“鼓泡”一、型壳组成及结构,,熔模铸造有,实体型壳和多层型壳,两种铸型，除,,石膏型采用实体铸型外，一般都用多层型壳型壳是,由黏结剂、耐火粉料和撒砂材料,等，经,,浸涂料、撒砂、干燥硬化、脱蜡和焙烧等工序,,制成从宏观上看，型壳除硅凝胶和耐火粉、,,砂这些固相外，还存在气孔和裂隙，它,是一,,种多相的非均质体系,1.5,型壳制造,1.5.1,型壳概述,,型壳的组成与耐火制品和陶瓷有相似之处，但型壳焙烧温度不高、保温时间不长，浇注温度虽高、作用时间很短，所以型壳的烧结程度达不到陶瓷和耐火制品二、型壳主要性能,,为保证生产出优质铸件，对型壳有一系列性,,能要求：,强度、抗变形能力、透气性、线量,,变化、导热性、热震稳定性、热化学稳定性,,等常温强度,又称湿强度，它是指制好型壳后型壳的强度它取,,决于型壳黏结剂干燥和硬化的程度等如果湿强度太低，脱,,蜡过程中型壳就会开裂或变形。

高温强度,是指焙烧或浇注时型壳的强度，取决于黏结剂中硅,,凝胶在高温下形成硅氧键，以及高温下黏结剂与耐火材料的,,反应产物高温强度不足的型壳在焙烧和浇注时就会发生变,,形或破裂残留强度,是指浇注后型壳脱壳时的强度，它影响着铸件清理,,的难易程度残留强度过高，清理困难，并易因清理使铸件,,变形或破坏型壳强度,,一、石英,,是一种资源丰富、价格低廉的耐火材料熔,,模精铸通常采用的是经机械加工粉碎的石英,,砂（粉）石英中，,SiO,2,量愈高，其他杂物,,含量愈低则耐火度愈高SiO,2,溶点为,1713℃,1.5.2,制壳用耐火材料,,二、电熔刚玉,,电熔刚玉就是,a-A1,2,O,3,，熔点高（,2050℃,）、密,,度大、结构致密，导热性好，热膨胀小是熔,,模铸造的良好耐火材料但由于资源短缺、价,,格昂贵，目前仅应用于耐火高合金钢、不锈钢,,及镁合金等精铸件的制壳材料三、锆砂（锆英石）,,锆砂又称硅酸锆或锆英石分子式为,ZrO,2,·SiO,2,（或,Zr-SiO,2,），理论组成（质量分数）为,67.23% ZrO,2,、,32.77% SiO,2,，,热膨胀性小，蓄热能力大，耐火度高,。

作为面层材料,具有细化晶粒的作用,，故常用做表面层涂料及撒砂材料，多用于不锈钢精铸件的生产三种黏结剂简述,,黏结剂是熔模铸造制壳用的主要原材料，它直接影响着型壳,,及铸件质量、生产周期和成本1939,年熔模铸造工业在美国,,产生时就采用醇基硅酸乙酯水解液做黏结剂，,1960,年又引入,,水基硅溶胶黏结剂长期以来，美、英、法、德、日等国熔,,模铸造均采用这两种黏结剂20,世纪,50,年代，前苏联在生产,,精度要求不高的汽车、拖拉机零件时，为降低生产成本采用,,水玻璃作为黏结剂，并将此工艺推广到中国、波兰、捷克等,,国以上三种黏结剂在中国现均有使用1.6.3,制壳用黏结剂,,1.5.4,,硅溶胶型壳的制备,一．制壳原理,,制壳过程是,硅酸胶体胶凝的过程,涂料中的黏结剂,,把耐火粉料及撒砂黏结在模组外边，形成所需形状,,的型壳硅溶胶型壳采用干燥硬化，即让型壳干燥,,，水分蒸发，使硅溶胶浓度增加，达到胶凝临界浓,,度时，硅溶胶则胶凝每制一层型壳有三个工序：,,上涂料、撒砂、干燥，如此反复多次就可得到所需,,厚度的多层型壳二、各工序目的及注意事项,(1),上涂料,,涂料的浸涂是制壳的关键工序之一，各处都要,,均匀涂上涂料。

浸涂面层涂料时，要根据熔模,,的结构特点在涂料桶中转动或上下移动，防止,,熔模上的凹角、沟槽和小孔集存气泡2),撒砂,,,撒砂是为了增强型壳和固定涂料，防止涂层,,干燥时由于胶凝收缩而产生穿透性裂纹撒,,砂的种类、粒度和撒砂方式均应合理进行选,,择3,）干燥,,型壳干燥是制壳工艺的又一关键工序随着型,,壳的干燥，硅溶胶含量提高，胶体颗粒碰撞几,,率增加，溶胶便胶凝而形成冻胶、凝胶，牢固,,地将耐火材料颗粒黏结起来，同时耐火材料颗,,粒彼此接近，这就使得型壳获得了强度熔模铸造工艺举例,产品：制药机械上的大型不锈钢叶片,,第一步、浇注系统设计,,第二步、压型制造,,第三步、配制磨料,,第四步、制造模样,,模样,,第五步、组装模组,,第六步、制造型壳,,,第七步、脱蜡,,第八步、焙烧，浇铸,,。