第一章.熔模铸造教材课件.ppt

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1、特种铸造,主讲人：王荣峰,绪论,铸造 ：将熔熔金属液浇入具有铸件形状的铸型空腔内，经冷却凝固后获得具有一定性能的铸件的方法 铸造 = 充型 + 凝固 （浇铸系统） （冒口系统 ） 特种铸造：除普通砂型铸造方法以外，其他所有的铸造 方法都叫做特种铸造补充： 铸铁 C2.11% G（石墨） 体积膨胀 小冒口 铸钢 C2.11% 体积收缩 大冒口,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,概念： 熔模铸造又称“失蜡铸造”，通常是在蜡模表面涂上数层耐火材料，待其硬化干燥后，将其中的蜡模熔去而制成型壳，再经过焙烧，然后进行浇注，而获得铸件的一种方法，由于获得的铸件具有较高的尺寸精度和表面光洁度，故又称“熔模

2、精密铸造”。,工艺流程： 熔模铸造的工艺过程包括：蜡模制造、结壳、脱蜡、焙烧和浇注等，流程图如下：,熔模铸造过程示意图,熔模铸造的特点：铸件的精度和表面质量较高（精度可达CT47，Ra1.612.5）。合金种类不受限制，钢铁及有色金属均可适用。可铸出形状复杂的铸件（壁厚最小0.5mm，最小孔径0.5mm，最小重量1g）。生产批量不受限制。工艺过程较复杂，生产周期长，成本高，铸件尺寸不能太大。铸件冷却速度慢，铸件晶粒粗大。,11 熔模的制造一、对模料的性能要求1、热物理性能熔点：一般在60 100度范围内。开始和终了熔化温度范围：以510为宜。软化点：一般不低于35 40度。收缩率：一般要求小于

3、1。2、力学性能强度：不应低于2.0MPa。表面硬度：针入度以4 6度为佳。,3、工艺性能可焊性：具有良好的焊接性能和焊接强度。流动性：获得形状准确和表面光洁的熔模。图挂性：模料应能很好的为耐火材料所润湿。灰分：要尽可能少，应低于0.05。4、其他性能 还要求模料的密度小，回收方便，复用性好，无公害及来源丰富，价格低廉等。,二、模料的种类、组成和性能1、蜡基模料（低温模料）（1）烷烃蜡 其分子式为CnH2n+2。烷烃蜡在室温下是非常稳定的，烷烃蜡在100 以上会氧化，氧化反应的结果使碳-碳链断裂，并生成低分子量的脂肪酸、醇、二元羟酸、水等产物。由此说明，烷烃蜡的使用温度应不超过100 。1）石

4、蜡n=1736，主要由正构烷烃组成，n越大，熔点越高，铸造上常用58 64度石蜡。石蜡是晶体。石蜡的强度低，塑性好，硬度差（针入度为150）。,2）地蜡n=3553，主要由异构烷烃组成，是微晶型蜡。熔点比石蜡高，热稳定性好，能与石蜡互溶。有提纯地蜡和合成地蜡两种，地蜡价高。（2）脂肪酸蜡分子式CnH2n+1COOH，为晶体。酸性：固态时酸性不明显，熔融时随温度升高，酸性增强，能与Al、Fe起置换反应。反应：一是与碱性物质起中和反应皂化反应。 二是与醇发生脂化反应，生成脂肪酸脂和 水。,（3）酯蜡 是高级脂肪酸和高级饱和一元醇进行脂化反应生成酯的混合物，其分子式为RCOOR。主要包括川蜡C25H

5、51COOC26H53和蜂蜡C15H31COOC30H61 。在实际生产中采用石蜡硬脂酸各50的配比。2、树脂基模料（中温模料）松香是一种天然树脂，其化学成分主要是松香酸C19H29COOH，熔点70 75 较高，但是软化点较低33 ，液态时粘度大，固态时硬度高，易被皂化。还有改性松香和聚合松香。,3、其他模料（1）泡沫聚苯乙烯塑料 是单体苯乙烯的聚合物，分子式为(C8H8CHCH2)n。（2）尿素模料 是一种水溶性模料，分子式为CO(NH2)2，熔点130 140，用于做熔模的可溶性型芯。（3）充填模料 在模料中加入固体、液体或气体等作为充填物质组成的模料，固体充填料有聚乙烯、聚苯乙烯、聚乙

6、烯醇及合成树脂等。,三、模料的配制与回收1、模料的配制 按照模料的规定成分和配比，将各种原材料熔融成液态，混和并搅拌均匀，滤去杂质，浇制成锭块或调制成糊状模料，以待压制熔模。,熔化蜡基模料的加热槽1、绝热层 2、温度计 3、盖 4、模料 5、水 6、蜡桶 7、电热器,旋转桨叶搅拌蜡基模料1 模料 2浆叶,2、模料的回收 蜡基模料在使用中经常发生以下皂化反应而变质：,（1）酸处理法（2）电解处理法阳极：阴极：（3）活性白土处理法 主要是利用膨润土具有大的吸附能力，将模料中经酸处理后所形成的盐类及其它杂质吸附在它的周围并凝聚沉淀，使蜡料得到净化。,四、熔模的制造及组装1、熔模的制造压型主要有自由浇

7、注和压铸两种。压制前在压型表面涂薄层分型剂： 压制蜡基模料时，分型剂为机油、松节油等； 压制树脂基模料时，蓖麻油和酒精混合液或硅油。压制熔模的方法有三种：,气压法 活塞加压法 柱塞法,2、熔模的组装焊接法 粘结法机械组装法3、制模机械化（1）压蜡机（2）压铸生产线,第一章 熔模铸造,12 制壳原材料一、耐火材料1、耐火材料的应用与对他性能的要求 按照用途可分为三种：一是粉状耐火材料，它与粘结剂配制成型壳面层用耐火材料：石英、电熔刚玉、锆石和高铝矾土等。二是粒状耐火材料，作型壳加固层用耐火材料：硅石、耐火粘土、高岭石类耐火材料和铝矾土等。三是用作制造陶瓷型芯的原材料：石英玻璃、电熔刚玉、锆石等。

8、,第二节 制壳原材料,对制壳用耐火材料提出相应的性能要求：（1）耐火材料的耐火度及最低共熔点 必须具有高于金属浇注温度的耐火度，耐火度和熔点这两个概念的区别。 （2）耐火材料的热膨胀性 各种耐火材料的热膨胀性能主要取决于其化学矿物组成和所处的温度。（3）耐火材料的化学稳定性 耐火材料对于粘结剂和熔融金属应具有良好的化学稳定性。,2、硅砂（1）二氧化硅的变体及其转变 主要晶型有三种：方石英、鳞石英和石英。,变体：石英、石英、鳞石英、鳞石英、鳞石英、方石英、方石英及熔融石英。 自然界的硅砂(粉)为石英。表示高温稳定型变体； 、表示低温稳定型变体。 在不同温度下，石英晶型的转化分两类： 一类为主要晶

9、型的高低温转变,通过四面体的变位或旋转来改变SiOSi的键角，转化进行得很快，而且是可逆的。这类转化称为位移性转变。 另一类为高温稳定的晶型转化：,相变过程将发生键的断裂和原子的重新组合，这类转化很难进行，称为重建性转变。,由SiO2状态图可见： 在573以下，只有石英是热力学稳定的变体。,870，应转变为鳞石英，当加热较快时，就会过热至1600而熔化为熔体（NN）。 鳞石英应在1470时转变为方石英，但若快速加热，鳞石英将过热而在1670熔化为熔体(DD)。正常条件下，鳞石英不变为石英。在高低温转变中，方石英之间的体积变化最为剧烈，其次是石英，鳞石英变化最微弱。熔体(熔融石英)经急冷后得到石

10、英玻璃。,（2）熔模铸造用硅砂牌号：,硅砂适用于碳钢、低合金钢、铸铁及铜合余铸件不适用于高锰钢及高合金钢铸件。,4、铝硅系耐火材料 （1）SiO2Al2O3 二元系状态图,按平衡图中Al2O3和SiO2含量比值不同的几种耐火材料：高岭石：分子式为Al2O32SiO22H2O,硅线石：分子式为Al2O3SiO2 。 莫来石（也称高铝红柱石）：分子式为3Al2O32SiO2 。按Al2O3含量不同可将硅酸铝耐火材料分为：半硅质耐火材料（含Al2O31530）；主要有各种组成的软质粘土，相组成为方石英和少量莫来石（3 Al2O32SiO2）；粘土质耐火材料（Al2O33045）：主要组成为高岭石耐火

11、材料(Al2O32SiO22H2O)，这一类是硬质粘土，相组成为方石英和莫来石。高铝质耐火材料（Al2O345）：其中有硅线石类 、莫来石和铝矾土,目前常用的铝硅系耐火材料有以下几种：1）粘土质耐火材料 是指Al2O3的质量分数约30一46，矿物组成以高岭石为主的耐火粘土，其分子式为Al2O32SiO22H2O。分为生料（软质粘土） 和熟料（硬质粘土）,主要用于加固层涂料。2）铝矾土（ Al2O3含量在4580 ） 高岭石及含水氧化铝（水铝石Al2O3H2O、波美石Al2O3H2O，三水铝石Al2O33H2O等）。3）莫来石质耐火材料（ Al2O3含量在6772 ） Al2O3含量在6772

12、。,5、锆砂 锆砂分子式为ZrO2SiO2（或ZrSiO4），理论组成(质量分数)为ZrO223、SiO232.77。（主要用来配制面层涂料）当含有氧化物等杂质时，分解温度会下降：含有Ca、Mg氧化物时，分解温度降至1300左右；含有K、Na氧化物时，其开始分解温度会降至900左右。,6、铝硅系耐火材料的存在的问题1）脱壳性差由于杂质存在产生的液相烧结；由于存在耐火颗粒间的SiO2凝胶固相烧结。2）型壳透气性差 由于烧结不良造成的强度和硬度较低，在使用中易碎、粉尘增多所致。3）涂料的稳定性 碱性氧化杂质含量较多，影响硅酸乙酯涂料的稳定性。,二、制壳粘结剂1、对粘结剂性能的要求应能将粉状和粒状耐

13、火材料牢固地粘结在一起。使型壳具有足够高的强度；应具有良好的耐热性，以保证型壳在高温焙烧、浇注以及铸件凝固过程中具有足够的高温强度，粘结剂最终生成的耐高温氧化物，在高温下应具有良好的化学稳定性。应能很好润湿熔模，与模料不起化学反应，保证准确复制出熔模轮廓，使型壳内表面光滑；具有适当的粘度，保证制壳过程中有良好的涂挂性和渗透性。,2、水玻璃粘结剂（1）水玻璃的分类与组成 水玻璃是硅酸钠的水溶液，水玻璃的主要化学成分是SiO2和Na2O。有钾水玻璃和钠水玻璃之分。作为熔模铸造粘结剂用的水玻璃是钠水玻璃。 其制造方法 ：,（2）水玻璃的几个性能参数1）模数 Na2OmSiO2表示水玻璃的组成，m称之

14、为模数。 M愈高表明SiO2的相对含量愈高；M愈小，表明Na2O的相对含量愈高。其模数通常为2.23.5。模数不能太高也不能太低。,2）浓度水玻璃的浓度实际指的是其中硅酸钠的含量，一般用密度来间接表示。一般用密度表示：低密度：粘度低，可配制粉液比高的涂料，型壳工作表面的致密，但制的的型壳强度低，一般只用在制面层涂料，常取1.251.27g/cm3。高密度：浓度高，湿强度和高温强度高，一般取1.291.32g/cm3。,3）粘度,（3）水玻璃模数和比重的调整 1）调整的目的 熔模铸造生产中，通常把水玻璃的模数控制在2.53.4的范围。而其比重应小于1.34。 降低密度加水； 提高模数加氯化铵或盐

15、酸。,2）调整的配料计算所需的水量,需的氯化铵或盐酸溶液的重量,水玻璃处理的方法不能使用固体氯化铵或浓盐酸直接加入 。,3、硅酸乙酯粘结剂（1）硅酸乙酯及其性能 其化学通式为(C2H5O)2n2SinOn1，是由正硅酸乙酯与各种聚乙氧基硅氧烷所组成的混合物，其中n成为聚合度。,名义SiO2含量：我国：硅酸乙酯32和硅酸乙酯40国外：硅酸乙酯50,（2）硅酸乙酯水解过程原理 1)水解过程中的水解和缩聚反应,2)加水量对水解过程的影响 M水的分子数/RO的分子数 M0.25的水解 其水解反应式如下： 水解液中主要为二聚体分子，基本上不存在游离水。0.25M0.5的水解 水解液中产物为线型低聚物(低

16、聚乙氧基硅氧烷)，出现游离水，乙氧基含量降低。M0.5的水解 其水解反应式如下：,水解液中产物为线状高聚物，水解液中游离水量增加，乙氧基含量更降低。0.5M0.75的水解 0.5O/Si1，水解液中产物为局部交联及枝化的聚乙氧基硅氧烷；游离水量更增加；乙氧基含量进一步降低。,M0.75的水解 其水解反应式如下：,水解液中产物为三维交联网络的聚乙氧基硅氧烷。水解液中游离水量进一步增加，乙氧基含量进一步降低。,M1的水解 其水解反应式如下： 水解液中产物为正硅酸Si(0H)4，缩聚成硅酸多聚体，形成硅酸溶胶。3)加水量对水解液性能的影响 一般应该选择M0.250.4。（3）水解过程中各组元作用及其

17、数量计算1）加水量的确定 硅酸乙酯的加水量按照下式确定：,的值根据SiO2的含量按照下表确定：,2)乙醇的作用及其加入量的确定3）盐酸的作用及其加入量的确定,为提高水解反应的速度，通常用盐酸溶液作催化剂。,（4）硅酸乙酯的水解工艺 硅酸乙酯的水解加料顺序既可采用两步法，也可采用综合法。,第一章 熔模铸造,13 型壳的制造工艺一、型壳的制备1、涂挂和撒砂2、型壳的干燥和硬化(1)硅溶胶粘结剂型壳的干燥 主要任务是排除型壳中的水分。(2)水玻璃粘结剂型壳的干燥及硬化1）型壳的干燥 2）化学硬化的实质及作用,第一章 熔模铸造,3）硬化过程及其影响因素 硬化实际上存在着表面硬化和渗透硬化两种不同的情况

18、 (3)硅酸乙酯粘结剂型壳的干燥溶剂的蒸发过程 硅酸乙酯继续水解和缩聚,第一章 熔模铸造,二、脱模和焙烧1、脱模热水脱模法 蒸汽脱模法闪烧(热冲击)脱模法 2、型壳的焙烧,第一章 熔模铸造,14 熔模铸件的浇注和清理一、浇注1、热型重力浇注,第一章 熔模铸造,2、真空吸铸,第一章 熔模铸造,3、离心浇注,第一章 熔模铸造,4、定向凝固,第一章 熔模铸造,二、清理1、从铸件上清理型壳,第一章 熔模铸造,2、切割浇冒口,第一章 熔模铸造,第一章 熔模铸造,3、铸件表面的清理（1）碱溶液清洗法 (2)碱爆清理（见下页）（3）电化学清理,第一章 熔模铸造,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,15 熔

19、模铸件的工艺设计熔模铸造工艺设计的任务如下：分析铸件结构的工艺性。选择合理的工艺方案，确定有关的铸造工艺参数，在此基础上绘制铸件图。设计浇冒口系统，确定模组结构。一、铸件结构工艺性分析铸件的结构应尽能满足下述两方面的要求：铸造工艺越简单越好；铸件在成形过程中应不易形成缺陷。,第一章 熔模铸造,1、为简化工艺对熔模铸件结构的要求（1）铸件的孔、槽孔的直径大于2mm，槽的宽度应大于2mm。（2）铸件的内腔铸件的内腔应尽可能的平直 。（3）铸件的壁通常壁厚为28mm，不小于1.5mm。 2、对熔模铸件结构的要求（1）应尽可能避免有大的平面。,第一章 熔模铸造,（2）铸件壁的交叉相接处要做出圆角；薄、

20、厚断面要逐步过渡。,第一章 熔模铸造,（3）为防止浇不足的缺陷，铸件壁厚不要太薄，一般为28mm。二、浇冒口系统的设计1、浇冒口系统的类型（1）由直浇道和内浇道组成的浇冒系统（2）使用横浇道的浇冒口系统,第一章 熔模铸造,第一章 熔模铸造,（3）专用冒口补缩,第一章 熔模铸造,2、浇冒口系统的设计（1）由直浇道和内浇道组成的浇冒口系统的设计 常用的圆柱形直浇道直径为2060mm。（2）带有横浇道的浇铸系统中横浇道的设计（3）冒口的设计,第一章 熔模铸造,第一章 熔模铸造,16 压型的设计与制造一、低熔点合金、石膏、塑料压型的制造,第一章 熔模铸造,二、压型的主要结构1、成型部分,第一章 熔模铸造,2、锁紧机构 常用的有螺栓锁紧机构、偏心锁紧机构、插销锁紧机构等。3、定位机构 常见的有销钉定位、插销定位、凸台定位等。4、起模装置 起模装置又称顶出器，它是把熔模从型中起出的机构。常用的有顶杆或顶板起模机构。,第一章 熔模铸造,第一章 熔模铸造,5、排气道,