《特种铸造陈维平《特种铸造第5章-熔模铸造（5-6学时）－叶久新.ppt

第 5 章,熔模铸造,5.1 概述 5.2 熔模的制备 5.3 型壳制备 5.4 熔模铸件工艺设计 5.5 熔模铸造的浇注与清理 5.6 熔模生产机械化 5.7 熔模铸造缺陷及对策 5.8 熔模铸造的工艺适应性分析,5-1,5.1 概述,一、 熔模铸造的定义 二、 熔模铸造的发展历程 三、 熔模铸造的工艺流程 四、 熔模铸造应用实例,5-2,5-3,熔模铸造是先用易熔材料制成可熔性模型，在其上涂覆若干层特制的耐火涂料，经过干燥与化学硬化形成一个整体模组，再从模组中熔失熔模而获得中空的型壳；然后将型壳放入焙烧炉中经高温焙烧；最后在其中浇注熔融的金属而得到铸件的方法一、熔模铸造的定义,5-4,4000多年前，古埃及的金匠从事宝石工艺生产； 2400多年前，古希腊生产了壁厚3-4mm的大型铸像； 2000多年前，据《天工开物》记载，早在公元前数百年前，我们的祖先就用蜡和牛油制作模型，上面覆以粘土，经烧烤后熔失蜡和牛油得到中空型腔，用来铸造青铜钟鼎及尊、盘器皿总之，熔模铸造的历史几乎占据了人类文明的整个历史时代二、 熔模铸造的发展历程,5-5,熔模铸造真正应用于工业生产则是在第二次世界大战前后。

英国（1930年）、美国（1942年）、前苏联（1944年），日本战后（1950年）开始研究和应用；德国的应用和发展更晚然而，近半个多世纪以来，由于航空及军事工业的不断发展，促使这些先进工业国家的熔模铸造工业得到飞速发展 随着科学技术的发展，熔模铸造在理论研究、新材料新工艺的开发和应用、检测技术和检测手段的研制、技术标准的制订、产品质量的提高及应用范围的扩大方面，进入了一个新阶段5-6,熔模铸造是用可熔（溶）性一次模和一次型（芯）使铸件成型的铸造方法a）零件图 （b）压型 （c）压制熔模（d）所制熔模,三、熔模铸造的工艺流程,图5-l 熔模铸造工艺过程（教材图5-1）,5-7,,（e）焊接模组 （f）上涂料 （g）撒砂,,（h）型壳硬化 （i）脱蜡 （j）型壳焙烧 （k）浇注,图5-l 熔模铸造工艺过程（教材图5-1）,5-8,,（l）脱壳 （m）铸件清理 （n）精铸件,,,图5-l 熔模铸造工艺过程（教材图5-1）,5-9,（1）压型设计与制造 根据产品零件[图5-1(a)] 的要求设计并加工压型[图5-1(b)] ，压型材料可用钢或其他材料 （2）熔模制造 将调成糊状的易熔模料注入压型中[图5-1(c)]制成熔模[图5-1(d)] 。

（3）组焊模组 把若干单个熔模组焊到浇口蜡棒上制成模组[图5-1(e)] （4）型壳制造 在模组表面涂覆耐火涂料[图5-1(f)]，撒上耐火材料（砂子）[图5-1(g)]，再放入硬化剂中使涂料层硬化[图5-1(h)]，这样重复数次，使模组表面结成8～lOmm的硬壳5-10,（5）熔失熔模（脱蜡） 把完成制壳的模组放入热水池中（或焙烧炉、蒸汽釜中），将模料（包括蜡棒）全部熔化，形成中空型壳[图5-1(i)] （6）型壳焙烧 把型壳放入加热炉中进行焙烧，使其增加强度和透气性[图5-1(j)] （7）金属浇注 将熔融的金属浇入到中空的型壳中，使冷却后形成铸件[图5-1(k)] （8）脱壳与清理 用机械或人工脱壳[图5-1(l)]并切除浇冒口[图5-1(m)]，再经过其他清理工作后即得到所需的精铸件[图5-1(n)]5-11,整个工艺过程可用方框图表示:,图5-2 熔模铸造工艺流程方框图（教材图5-2）,5-12,熔模铸造几乎应用于所有工业部门，用以生产各类工业产品，同时更具有生产各类工艺品、艺术品的优势四、熔模铸造应用实例,图5-3 熔模铸造应用实例（教材图5-3）,5-13,图5-3 熔模铸造应用实例（教材图5-3）,5.2 熔模的制备,一、 模料常用原材料 二、 常用模料的成分及性能 三、 模料的配制与制模 四、 旧模料的处理及回收,5-14,5-15,（1） 对模料原材料的基本要求 对模料的基本要求可概括为热物理性能、力学性能及工艺性能三个方面的内容。

热物理性能方面：要求合适的熔化温度和凝固温度区间，较小的热膨胀率和收缩率，较高的耐热性能 力学性能方面：要求有合适的强度、硬度、塑性和韧性 工艺性能方面：要求在液态时有较小的粘度，制模时有合适的流动性，较好的涂挂性以及焙烧后尽可能低的灰分一、模料常用原材料,5-16,（2） 模料原材料的种类 模料常用的原材料分为蜡质材料（包括矿物蜡、动植物蜡、人造或合成蜡）、树脂（包括天然、人造或合成树脂）和高分子聚合物（主要是聚烯烃）二、 常用模料的成分及性能 （1）蜡基模料：常用蜡基模料的成分和性能 （2）树脂基模料：国内常用树脂基模料的成分和性能 （3）填料模料：常用填料模料成分（质量分数） （4）水溶性模料：某些尿素基水溶模料的成分和性能 （5）商品化模料：国外商品化模料的种类、用途和特点,5-17,（1）模料的配制 1） 蜡基模料（以石蜡一硬脂酸模料为代表）的配制 2） 树脂基模料的配制:树脂基模料蜡膏制备方法 （2）制模工艺要点 1）模料温度：温度过低则流动性差，压出的熔模形状不完整， 或尺寸不正确；温度过高，则模料收缩率增大 2）压注压力：若压力不足则熔模会产生缩陷、表面粗糙及压注 不足。

三、 模料的配制与制模,5-18,3）充型时间：充型越快，即充型时间越短则熔模收缩越大 4）保压时间：保压时间对熔模尺寸有明显的影响，而且熔模壁越厚收缩越大 5）起模时间：取模时间越长，熔模收缩 6）压型温度：前面已述，注蜡嘴应经循环热水加热，那么压型也应控制在20℃～25℃（对蜡基模料），当压型温度过高时，模料在压型中冷却太慢，熔模会产生收缩变形或缩陷；而压型温度过低时，熔模在其中冷却太快，收缩受阻则会在熔模厚、薄截面的连接处产生裂纹缺陷 7）典型制模工艺5-19,（3）浇口棒的制作 （4）熔模的组焊 熔模经清除飞边、毛刺和检验合格后即可用薄的耐热钢片或烙铁逐个地焊到浇口棒模上以制成模组其组焊工艺要点如下： 1)将浇口棒模上的气泡、裂纹、凹凸不平等部位进行修补、平整光滑 2)按产品工艺规定选用合适的浇口棒模，并确定组焊形式、数量和距离 3)焊接处熔化范围应尽量小，焊接点要牢固，避免出现假焊 4)焊缝不应有裂纹和尖角；焊接后熔模（包括浇棒）上不允许有蜡滴、蜡屑存在5-20,其组焊规格见图所示： ①熔模之间的最小距离为8～12mm，以保证制壳厚度 ②最上层熔模离浇口杯上沿之距离（称压头）视铸件壁厚而定，薄壁件其距离120～130mm；厚壁件也应大于70mm。

③最底层熔模离直浇道底端的距离为15～20mm，以便焙烧、浇注、脱壳清理时不损坏铸件，同时在浇注时可起到缓冲作用 ④熔模（尤其是其上有孔和凹槽） 焊在直浇道蜡棒上时应向下倾斜 50～100，以便于涂料、脱蜡和浇 注时排气图5-4 熔模焊接规格（教材图5-4）,5-21,（1）蜡基模料的回收处理 蜡基模料以石蜡一硬腊酸模料为代表，其回收过程主要是去除使用过程中产生的皂化物常用的有酸处理法、电解法和活性白土法三种处理方法酸处理法效果明显且方法简单，故应用最为普遍；电解法效果虽好但需要电解槽等专门设备；活性白土处理法所得的回收蜡中残留的白土不易除净，故目前应用不多，且作为长期用酸处理法处理后变色蜡的补充处理方法四、旧模料的处理及回收,5-22,1）酸处理法：酸处理法的原理是在回收旧模料中加入硫酸、盐酸等强酸，煮沸，使硬脂酸盐（皂化物）还原为硬脂酸，即：,式中：Me代表某种金属离子，生成的盐大多溶于水即可与模料分离Me不代表Fe3+，因三价铁离子与硬脂酸亲和力特别强 处理的方法是先在蜡液中加人体积分数为25%-35%的水，再通电或通蒸汽加热，同时加体积分数为2%-3%的浓硫酸或3%-5%的工业盐酸，在沸腾状态下保持1-2h，直至蜡液中的白色皂化物颗粒消失为止。

静置约2h，待杂质下沉后取上部清液即戍必要时可在回收模料中加人体积分数为2%-3%的水玻璃以中和残留于其中的酸5-23,2）电解处理法：常用于除去回收模料中的硬脂酸铁其原理如图示 电解工艺参数如下：电解液：w(HCl)=2%-3%电解电压：15～20V；电流：150～200A 电解温度：80℃～90℃ 电极：阳极——石墨电极，阴极——铅板，两极间距400～420mm 每次处理回收蜡50～80kg，每千克蜡中外加浓硫酸2.5mL，电解 处理时间约2h图 5-5电解回收蜡装置原理示意图（教材图5-5） 1-电源 2-变压器 3-硒整流器 4-阳极 5-阴极 6-蜡液 7-电解液 8-耐酸槽,5-24,3)活性白土处理法： 活性白土又称漂白土，是膨润土中的一种 此法的基本原理就是利用活性白土的多孔性，表面积大（比表面积100～300m2/g），从而具有良好的吸附能力，可将蜡液中的夹杂物吸附在其表面，再沉淀除去处理方法是将经酸处理法处理过的模料加热至110℃，加入质量分数为10%～15%粒度200号（即200目）预先烘干的活性白土边加边搅拌，加完后继续搅拌半小时左右，保温静置沉淀4～5h，或保温1～1.5h后再进行真空抽滤。

5-25,(2) 树脂基模料的回收处理 由于树脂基模料一般不存在硬脂酸的皂化问题，其回收过程的主要任务是去除脱蜡时混杂在模料中的水分、粉尘或砂粒与蜡基模料相比，树脂基模料通常粘度较大，故分离这些夹杂物需要较长的时间和较高的温度其回收处理有两种不同的流程： 第一种：静置脱水一搅拌蒸发脱水一静置去污 第二种：快速蒸发脱水一搅拌蒸发脱水一静置去污5-26,笫二种流程示意图：,图 5-6 树脂基模料回收流程示意图（教材图5-6）,5.3 型壳制备,一、 对型壳性能要求 二、 型壳的原材料及其作用 三、 制壳工艺 四、 熔模铸造型芯,5-27,5-28,一、 对型壳性能要求 熔模铸造采用的铸型常称为型壳，其作用是用以获得光洁而精确的铸件 优质型壳应满足以下几方面的要求： (1)有良好的工艺性能，能准确地复制出熔模外形，保证尺寸精确、表面光洁 (2)有足够的常温和高温强度以及必要的刚度，以避免在脱蜡、焙烧、浇注等过程中的复杂应力作用下变形、裂纹和破损 (3)具有高的化学稳定性、良好的退让性、良好的透气性及小的热膨胀性 (4)残留强度低，具有良好的脱壳性（溃散性）5-29,熔模铸造在型壳制造过程中所用的原材料有：耐火材料、粘结剂、添加剂及硬化剂等。

耐火材料的作用有三个：一是粉状物，它与粘结剂混合配制成耐火涂料；二是粒状物，仅作撒用料，以增加型壳的强度、厚度和透气性；三是用作制造陶瓷型芯或水玻璃型芯的原材料 粘结剂的作用主要是将粉状和粒状耐火材料牢固地粘结在一起，使型壳具有足够的强度 硬化剂的作用，对水玻璃粘结剂型壳而言，主要是促使砝酸溶胶转变成凝胶，将涂料层中耐火材料颗粒粘结起来，使型壳具有一定的强度二、型壳的原材料及其作用,5-30,（1）制壳耐火材料 前面已述，耐火材料是组成熔模铸造型壳的基本材料，并 决定型壳的主要性能 应用于熔模铸造型壳的耐火材料有：硅石（石英）、电熔刚玉、 镁砂、锆石英、耐火粘土、高岭石、铝矾土等 1）石英（硅砂）：是耐火氧化物中产量最大的矿物，也是现今熔模精铸生产中应用最广泛的耐火材料 2）电熔刚玉：目前应用于耐热高合金钢、不锈钢及镁合金等精铸件的制壳材料，也可用于制作陶瓷型芯5-31,常用耐火材料的线膨胀率 1-硅石(siO2) 2-氧化镁(Mg0) 3-电熔刚玉(Al203) 4-硅线石(Al203·siO2) 5-耐火粘土 6-锆英石(zrO2·siO2) 7-熔融石英(siO2),图5-7 常用耐火材料的线膨胀率（教材图5-7）,5-32,3）铝-硅系材料 铝-硅系耐火材料是以氧化铝与二氧化硅为主要成分组铝硅酸 盐。

这类材料的耐火度高，热稳定性和高温化学稳定比较好，线 膨胀系数比石英和刚玉都小，目前已广泛被用做耐火材料这类 材料。