第一章 熔模精密铸造 精密热加工教学ppt课件.ppt

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1、第一章 熔模精密铸造,熔模精密铸造特点及工艺过程铸件工艺设计及工装设计模样材料及熔模的制造壳型材料及壳型工艺熔模铸造型芯熔模铸件的浇注,一、熔模精密铸造特点及工艺过程1、定义 熔模精密铸造简称“熔模铸造”。 Net-shape investment casting 采用熔模材料（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”。,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,熔模铸造的历史,熔

2、模铸造的历史可以追溯到4000多年前，最早发源的国家有埃及、中国和印度，然后传到非洲和欧洲其它国家。在古代熔模铸造主要是用来做一些艺术品和装饰品；19世纪末期，牙医用熔模铸造工艺，结合离心浇注技术生产牙科铸件；20世纪30年代珠宝行业也采用这项技术，美国用来生产喷气涡轮航空发动机叶片；后来逐渐开始发展成为一项工业技术。,熔模铸造的历史,我国的失蜡法至迟起源于春秋时期。河南淅川下寺2号楚墓出土的春秋时代的铜禁是迄今所知的最早的失蜡法铸件。春秋中期我国的失蜡法已经比较成熟。战国、秦汉以后，失蜡法更为流行，尤其是隋唐至明、清期间，铸造青铜器采用的多是失蜡法。,熔模铸造的历史,但是我国熔模铸造业是20

3、世纪50年代末才开始建立，起步较晚。1988年后，随着改革开放的深入，引进外资给熔模铸造业带来显著变化，近20年我国熔模铸造业产量与产值迅速提高，出口逐年增长。,戒指树,熔模铸造典型产品应用实例,艺术人头像,航空发动机叶片,2、熔模精密铸造的工艺流程主要包括制作蜡模、壳型制造、壳型焙烧与浇注等。,制作蜡模 将糊状蜡料(常用的低熔点蜡基模料为50%石蜡加50%硬脂酸)用压蜡机压入模型，凝固后取出，得到蜡模。在铸造小型零件时，常将很多蜡模粘在蜡质的浇注系统上组成 蜡模组。,制作型壳 将蜡模组浸入涂料（石英粉加水玻璃粘结剂）中，取出后在上面撒一层硅砂， 再放入硬化剂（如氯化铵溶液）中进行硬化。反复进

4、行挂涂料、撒砂、硬化410次，这样就在蜡模 组表面形成由多层耐火材料构成的坚硬型壳。然后将带有蜡模组的型壳放入8090的热水或蒸汽中，使蜡模熔化并从浇注系统流出，于是就得到一个没有分型面的型壳。再经过烘干，以去除水分及残蜡并使型壳强度进一步提高。,壳型焙烧、浇注 将型壳放入砂箱，四周填入干砂捣实，再装炉焙烧(8001 000)。将型壳从炉中取出后，趁热(600700 )进行浇注。冷却凝固后清除型壳，便得到一组带有浇注系统的铸件，再经清理、检验就可得到合格的熔模铸件。,3、熔模铸造的优点：1）熔模铸件尺寸精度高（CT4-CT6）；表面粗糙度低 由于采用的蜡模尺寸精确、表面光洁，因此获得的熔模铸件

5、尺寸精度高（CT4-CT6）；表面粗糙度低（Ra1.6-6.3m）。减少了铸件的切削加工余量。,2) 适合于铸造某些形状、结构复杂的铸件 模型熔失后的铸型无分型面，无需通常的起模、下芯、合型等工序，可以铸造出薄壁铸件（铸钢件最小壁厚可达0.3mm）、铸出孔最小直径达1mm以下，重量小至1g的铸件以及传统砂型铸造、锻压、切削加工等方法等难以制造出的形状复杂的铸件，如叶轮、空心叶片等。且加工余量小，显著提高了金属材料的利用率。,3）合金材料不受限制。 采用的壳型耐火度高，因此适用于制造各种合金如碳钢、合金钢、不锈钢、铝合金、铜合金、钛合金及镍基高温合金等铸件。4）宜于保证铸件内部质量。 铸件采用强

6、度较高、表面光滑的型壳作为与液体金属直接接触的型腔，因此，不易产生掉砂现象减少，宜于保证铸件内部质量。,5）适合于大、小批量生产。 大批量生产一般采用金属压型，模具成本低、寿命高。小批量生产时了可采用价格低廉的石膏压型。,是一种近净成形工艺,4、熔模铸造也存在一定缺点，主要有:l) 熔模铸造工艺过程复杂、工序多，影响铸件质量的工艺因素多，必须严格控制各种原材料及各项工艺操作才能够稳定生产。2) 铸件不易过大，以免影响尺寸精度。3) 生产周期较长。4) 铸件冷却速度慢，容易引起铸件晶粒粗大，碳钢铸件还容易形成表面脱层。,随着技术的发展，熔模铸造的缺点得到不断改进。自从四十年代后期，采用多层型壳，

7、使生产周期缩短，材料消耗减少，生产成本降低。陶瓷型芯以及可溶型芯的采用，又有利于使熔模铸件的形状更加不受限制。新的模料、耐火材料、黏结剂的研制和发展；真空熔模技术、表面孕育细化技术、定向结晶、热等静压及先进检测技术的采用，更有利于进一步提高和保证精密铸件的质量，扩大它的应用范围。,热等静压处理前后铸件断面照片,5、熔模铸件尺寸公差及表面粗糙度1）尺寸公差及其影响因素,熔模铸件一般尺寸精度达CT46级，高精度可达CT3,铸件尺寸公差与铸件基本尺寸有关，与铸造方法有关。,影响熔模铸件尺寸公差的因素,铸件结构形状和大小,压型,生产工艺,如冷却时结构是否阻碍收缩、铸件壁厚及差异、铸件尺寸大小等,分型方

8、案如：分型面选择、注蜡口位置大小等工艺参数如：综合收缩率大小（合金和蜡模收缩及型壳膨胀）加工精度,制模,制壳,浇注,模料种类、性能,压制参数：蜡温、压注时间、压力和蜡流速度,型芯种类,耐火材料种类,制壳参数：型壳层数、脱蜡方法,金属材质,浇注条件：型壳温度、浇注温度和速度、冷却方式、浇注系统等,注意：熔模铸件尺寸准确度与稳定性（精密度）是有差别的。 尺寸准确度：铸件上某个尺寸其众多测量值的平均值偏离名义尺寸的程度。尺寸准确度差主要是因压型设计时综合收缩率赋值不当而造成的，可通过反复修磨调整。 尺寸稳定性（精密度）：反映尺寸波动或分散的程度，属随机误差。其尺寸不稳定的主要原因是工艺控制不严。而尺

9、寸精确度（精度）则是准确度和稳定性（精密度）的综合，常以公差代表。,2）熔模铸件的表面粗糙度 表面粗糙度指铸件表面高低不平的程度。,熔模表面粗糙度,型壳表面粗糙度,金属液复印性,压型表面粗糙度,面层要有足够的强度,其它,模料种类、性能,压制参数：蜡温、压注时间、压力和蜡流速度,型芯种类,耐火材料种类,金属材质,浇注条件：型壳温度、浇注温度和速度、冷却方式、浇注系统等,面层涂料的润湿性（涂挂性,面层涂层的致密度（面层涂料应有足够高的粉液比）,撒砂不可穿透面层,压型工艺参数如：蜡温、型温、压力、保压时间、蜡流方向及速度,影响熔模铸件表面粗糙度的因素,6、近净形熔模铸造的关键技术要点“必要的条件，严

10、格的工艺”（1）高精度和低粗糙度的压制熔模的模具，一般要求其精度为铸件精度的1/6。如近净形熔模铸造叶片的型面透光为0.127mm，故要求压蜡模具的型面透光为0.025mm。模具内腔的粗糙度为0.1m以下。,（2）有获得高精度和低粗糙度熔模的模料和合理的制模工艺，以确保熔模精度和粗糙度。熔模的热稳定性要求达到40，熔模的粗糙度要求达0.4m0.2 m。（3）有获得优质型壳的面层和加固层耐火材料，相应黏结剂及合理制壳工艺，以确保型壳具有低粗糙度和高抗变形能力。实践证明，面层耐火材料要求具有高纯度、高耐火度、对铸造合金具有高化学稳定性。,（4）制模和制壳车间具有恒温、恒湿和良好的通风条件。以确保熔

11、模尺寸稳定，型壳干燥条件稳定。一般要求制模车间的温度控制在2025；制壳车间要求2528 ，湿度为60%80%，对硅溶胶型壳的干燥，希望使用热风干燥，要求温度为2830 ，湿度为40%50%。（5）有合理的浇注工艺，尽量采用低型壳浇注温度和高的型壳焙烧温度，利于降低铸件厚薄部分的温差，减少铸件热应力变形。（6）有严格的制模、制壳、脱模、焙烧和熔化浇注工艺，以及确保工艺可控性的工装和设备。,二、熔模铸件工艺设计从熔模铸造生产工艺角度出发，针对零件的结构和使用性能的要求，确定合理的铸造工艺方案，采取必要的工艺措施，保证生产出质量优良、价格低廉的熔模铸件。 设计过程中要确保铸件质量的可靠性、生产工艺

12、的可行性和简易性以及经济合理性。铸件结构设计浇注系统设计压型设计,1、 铸件结构设计,目的：对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。,（1）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,a）易于从压型中取模,不合理,合理,b）易于抽芯,不合理,合理,不合理,合理,c） 壁厚均匀，减少热节,不合理,合理,d） 避免大平面,不合理,合理,e）减少不通孔,不合理,合理,f） 简化压型加工,不合理,合理,g）设计必要的工艺筋,防止环形件、框型件变形设计的工艺筋,防

13、止铸件开口部位变形而设计的工艺筋,减少大平面，防止壳形变形,h）设计必要的工艺孔,防止大平面型壳变形设计工艺孔,减少热节、防止缩孔设计工艺孔,（2）铸件结构要素及工艺参数选定 最小壁厚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。,熔模铸件的最小壁厚（单位：mm）,r=(d+)/k R=r+ (d+)/2r转角内圆角mm；R转角外圆角mmd, 连接壁的壁厚；k转角的圆角系数，根据角度大小按图选取。,13590450,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

14、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。,熔模铸件的铸造斜度,铸造斜度,最小铸出孔,熔模铸件上细而长的孔，由于制壳时孔内部不易上涂料和撒砂，所以一般孔径d2.53.0mm，孔高与孔径比h/d5的通孔和h/d 2.53.0的不通孔不予铸出。特殊要求的小而复杂的孔和内腔，可采用陶瓷型芯或石英玻璃管型芯铸出。,最小铸出孔的孔径与深度（单位：mm）,熔模铸件车、铣单面加工余量（单位 mm）,加工余量,熔模铸件的加工余量与铸件大小及加工方法有关。大铸件及易变形和带大平面的铸件，加工余量应大些。碳钢熔模铸件表面会有0.30.5mm脱碳层，若铸件加工面上不允许脱碳层存在，应适当放大加工

15、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。,线收缩率,2、 熔模铸造浇注系统设计,1）浇注系统作用 把液体金属引入型腔对于易氧化的合金应注意充型平稳，避免金属液氧化和卷入气体，对于薄壁铸件保证充填良好、保证不产生冷隔和浇不足缺陷。 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。, 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。 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。 浇注系统的

16、结构应尽可能简化压型结构，并使制模、组焊、制壳、切割等工序操作。,2）浇注系统结构,按浇注系统组成分为： 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。, 横浇道一内浇道结构形式：常用于顶注，有利于顺序凝固。, 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： 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。, 侧注式：合金液从型腔侧面注入，铸件补缩好，应用较广泛。, 底注式合金液型腔底部平稳注入，不易产生夹渣、气孔。不利于顺序凝固，需增设冒口。,按断面比例关系分类封闭式开放式,3、浇注系统计算,步骤：1）确定浇注系统

17、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,从浇口杯底孔到内浇道的断面积逐渐缩小,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：浇注过程呈无压流动状态，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。主要用于易于氧化的合金铸件。,S直 S横 S内,开放式浇注系统,从浇口杯底孔到内浇道的断面逐渐加大,此法依据铸件上热节圆直径或热节

18、圆截面积，由下式确定内浇道直径或内浇道截面积。 D内=（0.61.0）D节 S内=（0.40.9）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，mm2 S节铸件上热节圆截面积，mm2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,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）浇口杯补缩容量法（当量热节法）,式中d内浇道尺寸，mmK重量系数Dc当量热节直径，mm当

19、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ab时，可由图求得当量热节圆直径Dc，K为重量系数，根据铸件重量W和Dc，由图查出。,d=kDc,当量热节直径Dc的求法,重量系数K的求法,1）铸件热节部位截面ab：16mm30mm2）由图查当量热节直径Dc，用直尺连接a=16mm，b=30mm，两点交Dc线于一点，即得Dc=21mm。,浇口杯补缩容量法计算举例,制动凸轮铸件如图所示，铸件重230g,3）根据铸件重量W=230g，Dc=21mm。查图求重量系数K，用直尺连接W，Dc两点交K线于一点，该点为K=0.89。4）根据d=KDc，可求得d=0.8921=18.8

20、mm5) 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1623mm,c）控制浇注速度的计算方法（略）4、冒口设计（略）,3、 压型种类及制造方法1） 压型的种类2） 压型组成3）压型结构4）分型面选择,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） 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。,常用压型类型,2） 压型组成,主要由型体

21、、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。,3）压型结构 其取决于铸件结构及所用压制熔模的设备。 铸件结构决定压型的复杂程度、分模面选取和出模抽芯形式； 压制熔模的设备与模料进入压型方式、锁模机构和出模方法有关。,常见压型结构 水平二开型特点：一个水平分型面；结构简单；当型腔较深时加工较困难，取模也不方便，往往需设计取模装置。应用范围：使用广泛。, 叠开三开型特点：两个水平分型面；结构较二开型复杂；当型腔较深时加工较方便，取模容易。应用范围：铸件的主体结构为板状或框形结构；型腔较深、分型面定位两个

22、平行面时。,滑动三开型特点：有两个相互垂直的分型面；结构比较复杂；型腔加工方便，取模操作方便、生产率较高；分型面加工要求较高。应用范围：分型面选定为两个相互垂直的面、应用较广泛。,旋转三开型特点：有两个相互垂直的分型面；结构较复杂；型腔加工 方便，取模操作方便、生产率较高；分型面及定位加工要求较高。应用范围：分型面选定为两个相互垂直的面、铸件主体为回转体结构时，应用较广泛。,其它：上下左右四开型多块组合型,4）分型面的选择 分型面：指压型形体之间的界面。 正确选择分型面是保证获得优质熔模、提高生产效率的重要前提。,分型面的选择要求 保证熔模能从压型中方便地取出,- 则由于凸缘A处过长、B处凹陷

23、难取熔模,-、-分型能保证熔模方便取出, 保证熔模的精度要求,-分型面熔模上存在飞翅，难以保证铸件的尺寸精度- 可以保证,加工精度要求较高的非加工部位尽量放在同一形体内,-分型方头和螺纹处同轴度误差大，螺纹部位加工余量大,尽量把加工基准和加工面放在同一型体内,-分型有利于减少加工余量,螺纹的加工以方头作为加工基准,尽量避免分型面截过重要表面,-尺寸精度易保证,-分型上下部分成形易产生错移，降低尺寸精度, 方便压型加工、方便取模操作,-取模方便,-分型蝶翼部分型腔过深、加工困难，取模不方便,型腔深度不要过深,分型面尽量平直,-为平直分型面，加工方便,-为曲折分型面，加工困难,-为平直分型面，加工

24、方便,-为曲折分型面，加工困难, 有利于内浇道的设置,-有利于熔模取出,-分型不利于带斜度内浇道部位的取出，且型腔较深,5）压型型体设计型体壁厚型体定位型体锁紧,铸件的尺寸精度和表面粗糙度取决于熔模的制备工艺及蜡模的制备过程，即模料的配比和配制、零件蜡模和浇注系统蜡模的压制、修补、组合及检查。,三、模样材料及熔模的制造,1）熔模模料的分类和特点 低温模料 中温模料 高温模料 激光快速成形用模料,1、 熔模模料,低温模料 特点：以各种矿物蜡和动植物蜡为主体的模料，熔点低于70，强度和热稳定性较低，熔模的尺寸形状随室温变化较大。但模料回收率高，成本较低。一般膏状压制，热水脱蜡。 应用范围：适用于小

25、件和尺寸精度、表面粗糙度要求不高的普通铸件。,中温模料 特点：主要是松香-蜡基模料和填充模料，熔点在70100，强度较高，热稳定性较好，收缩较小，尺寸稳定性较好。但模料成本较低。液态压制的熔模表面光洁，复制性好，热水、蒸汽或微波脱蜡。回收性较差。 应用范围：适用于要求较高的、特别是带陶瓷型芯的复杂中、小空心铸件。,高温模料 特点：主要是松香-塑料基、塑料以及盐基水溶性模料，熔点大于100。强度高，热稳定性好，收缩小，尺寸精度高。塑料基、塑料模料一般用闪烧法或有机溶剂脱蜡；水溶性模料采用水、酸化水脱蜡。 应用范围：适用于要求较高的中、大型精铸件。,激光快速成形用模料 特点：以粒度小于0.1mm、

26、无毒性、可烧结的天然或合成材料为主体的模料。主要组成有多元聚苯乙烯PS类等。脱蜡采用在流动点温度保温1h，可流出80%的模料，其余高温下分解脱蜡。 应用范围：铸造形状复杂或单件、小批量生产的铸件，公差等级CT7CT6。,热容量小，凝固范围宽兼顾模料耐热性要求并考虑到工艺操作方便，熔化点常选在60105之间，凝固温度区间以5 10为宜。,2）对模料的基本要求,工作性能要求 + 工艺性能要求,具有足够的刚度和强度，热稳定性好 30 左右应具有足够的强度及较高的热稳定性。抗弯强度一般不低于2.0MPa，最好在5.0 8.0MPa；35 以下双支点试样的下垂量不大于2.0mm。,收缩率小 模料热胀冷缩

27、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线收缩率应小于0.5%。在软化温度内有较小的热胀系数1.5*10-4/K左右。,足够的硬度 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46度（1度=10-1mm） 粘度小和较好的流动性 熔融状态时粘度小，使其具有良好的流动性及成形性，且便于脱模和模料回收。在90附近的粘度应为310-3 310-2PaS 。,模料应具有细小的晶粒结构，从而具有表面光洁及良好的复模性。 残留灰分少 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

28、要的指标之一。一般模料灰分的质量分数应低于0.05%。,低温挥发物的含量少，从而保证再生品的性能稳定性高。 模料还应具备较高的化学稳定性和良好的涂挂性。在制备过程中不应产生有毒气体的挥发，与各种面层涂料中的黏结剂不发生化学反应，模料的组分来源充足且价廉。,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CnH2n+2,n为1736。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5864石蜡。 其熔点5270 ，软化点30 。,3）模料原材料的种类, 蜡基模料,硬

29、脂酸的分子式为C17H35COOH，是以动植物油材料，经加压蒸馏和水解制得。其熔点54 ，软化点35 。 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。 其晶粒粗大，强度低，表面粗糙度高，化学稳定性较差，易发生皂化反应。,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。, 树脂基模料,4）模料配作工艺 配制各组分应混合均匀，应根据各组分间的互溶性，合理安排加料次序，减少和避免组分的烧损与编制，尽量避免用电炉直接熔化模料，严格控制温度的上限和

30、高温停留时间。,实例：石蜡-硬脂酸模料配制按比例称取石蜡及硬脂酸；将石蜡、硬脂酸放入干净不锈钢坩埚内通电熔化，熔化温度不超过90度待模料全部熔化后搅拌均匀。筛去模料中杂质。过滤后的模料加入固体模料片或碎末，搅拌成均匀糊状待用。注意模料温度保持在45度左右。,5）模料的回收和再生石蜡-硬脂酸模料的回收再生 该类型模料中的硬脂酸在使用过程中和一些碱性物质或盐类溶液其反应，产生皂化物。且石蜡过热开始树脂化并吸出碳分，以及使用过程中混入杂质等。所有杂质均使模料变质、性能恶化。 处理措施：酸回收处理方法。将回收模料中加入盐酸或硫酸，可使得硬脂酸盐（硬脂酸铁除外）还原为硬质酸。生成的盐溶于水，处理时，加适

31、量水即可使其与模料分离。,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。,2、熔模的制造,1）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。,蜡膏制备方法,2）制造工艺分型剂冷蜡块型芯撑校正模工艺参数熔模清洗,分型剂为防止模料粘附压型，便于取模以及降低熔模的表面粗糙度，需采用分型剂。,冷蜡块又称假芯。将预制冷蜡块放入压型中作为假芯，再注入模料形成模样，可防止厚大的熔模出现缩陷和变形。可局部采用，也才采用类似零件形状的整体冷蜡块。,1压型2冷蜡块锥形定位凸台3冷蜡块4型腔5型芯,型芯撑压制带薄而复

32、杂的陶瓷型芯蜡模时，为了防止型芯断裂、变形、错位和浇注时型芯的变形，常采用型芯撑。芯撑材料主要有三种：蜡料、塑料和金属丝。 其中蜡料和塑料芯撑用于陶瓷型芯在压型中定位；金属芯撑用于浇注金属时支撑型芯，以防止陶瓷型芯在钢液的冲击下断裂或弯曲变形。,校正模把从压型中取出的熔模放入工作面与压型分型面一致的校正模中，冷却30min后取出，采用校正模冷却可避免熔模变形 。校正模可以是石膏、环氧树脂和金属材料制成。,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。,压射蜡温和压型温度 压注熔模时模料的温

33、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，熔模表面粗糙大、收缩较小。,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。,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”。,熔模清洗 熔模在组合和涂料前必须清洗，清洗后在2225度的清水中清洗数次后干后待用。 目的：可以清除熔模表面附着的蜡屑、分型剂等，且可以提高涂料对模组的润湿性。,3）熔模组装 把形成铸件的熔模和形

34、成浇冒口系统的熔模组装在一起。主要有焊接法和机械组装法两种方法。焊接法用薄片状的烙铁或者低压电热刀，将熔模的连接部位熔化，使熔模焊在一起，此法较普遍 。低压电热刀较常用，与220V电烙铁相比，具有重量轻、升温快，使用方便、安全可靠，制造简便。机械组装法在大量生产小型熔模铸件时，国外已广泛采有机械组装法组合模组，采用此种模组可使模组组合和效率大大提高，工作条件也得到了改善。,4）熔模常见缺陷、产生原因及防止方法缺肉尺寸超差（过大或过小）陶瓷型芯损坏裂纹表面锁凹表面粗糙有麻坑变形,缺肉形成原因：供料流动性差；填料压铸温度或压型温度低；压注压力小或压注速度太慢；压型注射口大小或位置不当；压型型腔排气

35、不良；模料注入量不足。,防止方法：改进模料，提高模料的流动性；提高模料压铸温度和压型温度；增加压注压力或增加压注速度； 扩大注射口或调整注射口位置；改善排气条件；增加模料注入量。,尺寸超差（过大或过小）形成原因：压型设计不合理；压型磨损未修正；模料线收缩率不符合要求；保压时间过长或过短压；制模室室温不符合要求。,防止方法：改进设计，返回修压型；检验压型尺寸，并进行修正；更换模料或返修压型；控制模料温度；控制保压时间，控制制模室室温。,陶瓷型芯损坏形成原因：型芯在压型中配合不适当；模料填充速度过大;进料粘度太大;压注压力太大。压注压力跳动。,防止方法：压制蜡模前将型芯防止在压型中试模，检查是否破

36、裂；调整模料压注速度；提高模料压注温度；适当减小压注压力；压注压力尽量保持稳定。,裂纹形成原因：模料线收缩率大，塑性差；压型设计不正确或零件结构不合理；压型内腔粗糙，有毛刺；压型温度过低；熔模冷却水温太低；制模环境温度太低；保压时间太长，抽芯取模太迟；取模方法不合理。,防止方法：改进模料；改进设计或改进零件结构；检查并修整压型； 适当提高压型温度；适当提高冷却水温度；提高室温；缩短保压时间，提早抽芯取模；改进取模方法，增加引导装置。,表面缩凹形成原因：模料体收缩率过大；模料压注温度或压型温度过高；易熔模壁厚差过大；压注时模料注入量不足。,防止方法：改进模料；降低模料压注温度和压型工作温度；采用

37、冷蜡块或支撑空心熔模；增加模料注入量。,表面粗糙有麻坑形成原因：糊状模料不均匀，未充分搅溶；模料回收处理时过滤不净，皂化处理不良；压型型腔表面粗糙；型腔未清洗干净，冷却水未擦净；分型剂未刷均匀或涂刷过多；模料压注温度低，压注压力不足或断续。,防止方法：避免采用过大模料碎块，保证充分搅溶；严格按要求对模料进行回收处理；降低压型型腔表面粗糙度；清理干净型腔，擦干型腔内冷却水；分型剂应涂刷均匀、稀薄；提高压注温度和压力 。,变形形成原因：模料软化点低，环境温度高；压型设计不正确，装配时活动部位未固紧；起模过早；熔模存放不当，存放时间过长；起模方式不当，起模时用力不当。,防止方法：改进模料或工作室温度

38、；改进压型设计，装配时活动部位应固紧；延迟起模；放置在专用存放架，避免存放时间过长；改进起模方式 。,型壳是由黏结剂、耐火粉料和撒砂材料等，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。 黏结剂和耐火粉料配成的涂料是壳型结构的基础。涂料分面层与加固层（背层）两种。面层涂料与金属液接触，其应形成平整、致密、坚实的光滑型壳表面，并不与金属液发生作用，以保证铸件表面质量。背层涂料是加厚加固型壳的，使之具有好的综合性能。,四、壳型材料及壳型工艺,只有涂料还不能形成型壳，还需以撒砂为骨料。撒砂可吸附涂料中溶剂，使之停止流动，防止涂料大片流失。撒砂还可防止干燥

39、硬化时，涂料层发生大面积收缩而形成宽大的裂纹。撒砂可有利于提高型壳的透气性。,1、制造壳型的原材料 耐火材料为型壳主体材料，由适当规格的粉体和颗粒料组成，占熔模铸造壳型质量的90%以上。 作为面层壳型材料：锆砂、电熔刚玉、熔融石英等。 作为加固层材料：铝-硅系耐火材料，如高岭土熟料。 陶瓷型芯耐火材料：熔融石英、氧化铝。, 黏结剂将粉体和颗粒料粘结在一起，占铸型重量7%10%。熔模精密铸造使用的主要原料之一。 我国常用的三种黏结剂：硅酸乙酯水解液、硅溶胶、水玻璃。 其他附加材料 包括表面活性剂、消泡剂、晶粒细化剂、湿强度添加剂等。 主要作用：改善熔模附着性、壳型性能、铸件的质量。,2、型壳分类

40、、组成及结构按壳型厚度分类，熔模铸造铸型有两类：陶瓷多层壳体（陶瓷型壳），厚度38mm，常用由陶瓷耐火材料、黏结剂和添加剂组成。多层型壳通过逐层浸渍浆料、撒砂和干燥而成。,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。,实体型，如石膏型和陶瓷实体型，厚度1525mm 陶瓷实体铸型通过一次灌注陶瓷耐火材料浆料而成。 实体铸型由胶凝材料（如石膏）作为基体材料，再加入适当耐火材料颗粒填料、添加剂和适量水经过水化形成。,按使用黏结剂不同，熔模铸造铸型可分为水玻璃黏结剂型壳、硅溶胶黏结剂型壳、硅酸乙酯黏结剂型壳

41、、硅酸乙酯-硅溶胶复合型壳。水玻璃型壳特点：铸件表面粗糙度高、尺寸精度低、制壳周期短、价格低廉、铸件成本低。但生产中多用化学硬化法制壳，劳动环境差。应用范围：碳素钢、低合金钢、铝合金和铜合金。,硅酸乙酯型壳特点：铸件表面粗糙度低、尺寸精度高、制壳周期长。壳型内表面易产生“白霜”。生产采用原料较贵、费用高，生产采用氨气干燥，劳动环境差。应用范围：高温合金、耐热钢、不锈钢、碳素钢、低合金钢、铝合金和铜合金。,硅溶胶型壳特点：铸件表面粗糙度低、尺寸精度高、制壳周期长。壳型内表面不产生“白霜”。生产采用原料较贵，铸造费用高。应用范围：高温合金、耐热钢、不锈钢、碳素钢、低合金钢、铝合金和铜合金。,硅酸乙

42、酯-硅溶胶型壳特点：铸件表面粗糙度低、尺寸精度高、制壳周期长。干燥速度比硅溶胶涂料快，高温强度和变形度比硅酸乙酯壳型好，不需氨气干燥。生产采用原料较贵，铸造费用高。应用范围：高温合金、耐热钢、不锈钢、低合金钢、铝合金和铜合金。,金属液浇注及凝固过程中，金属与铸型间将发生物理化学作用：物理作用：金属液对铸型的热冲击和机械冲击，金属液通过铸型散热而冷却凝固；化学作用：金属材料与铸型材料之间高温化学反应而产生的表面晶粒细化和化学粘砂。,铸型材质直接影响铸件的尺寸精度和表面粗糙度，需合理选择,3、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、透气性、线量变化、导热性、脱壳性等。,（1

43、）壳型强度 最基本的性能。壳型的三种强度指标：常温强度：又称湿强度。指制完壳型后壳型的强度。取决于制壳过程中黏结剂自然干燥和硬化的程度。湿强度太低，脱蜡过程中壳型会开裂或变形。高温强度：焙烧或浇注时壳型的强度。取决于高温下黏结剂对耐火材料的黏结力。高温强度不足，使壳型在焙烧和浇注过程中发生变形或破裂。残留强度：壳型在浇注后脱壳时的强度。主要影响铸件清理的难易程度。残留强度过高，清理困难，易使铸件因清理而变形或破坏。,（2）透气性气体通过壳型壁的能力。 由于壳型壁致密度高，气体只能通过壳型中细微的孔洞和裂隙排出。 透气性不好的壳型浇注时，易使铸件产生气孔或浇不足等缺陷。,（3）导热性壳型的导热能

44、力，以热导率表示。 影响散热快慢和铸件的冷却速度，从而影响铸件晶粒度和力学性能。 壳型的热导率主要受到耐火材料性质、壳型中的孔隙以及壳温等因素的影响。 耐火材料对热导率影响较大。刚玉和铝矾土壳型的热导率高于石英和铝矾土壳型。 其他条件相同的情况下，各种黏结剂壳型的热导率处于相近水平，即0.30.6W/mK。,（4）线量变化尺寸随温度升高而增大（膨胀）或者缩小（收缩）的热物理性质。 直接影响铸件的尺寸精度，还影响壳型应力大小及分布、壳型的热震稳定性和高温抗变形能力。 与加热初期的壳型脱水、液相生成及其对孔隙的填充和颗粒拉近、拉紧等过程有关。（5）脱壳性铸件浇注冷却后，壳型从铸件表面被去除难易程度

45、的性能。,耐火材料性能要求：对制壳用耐火材料应具有足够的耐火度，以保证金属液浇注时型壳不熔融软化变形；适宜而均匀的热膨胀系数，保证型壳和铸件尺寸精度好；好的热化学稳定性防止型壳在高温下与金属液发生化学反应，恶化铸件表面质量，保证型壳有足够的强度；粒度合适、价廉而无毒等。,4、 制壳用耐火材料,1）硅砂（硅石粉） 铸造用硅砂有天然和人造两种。其是一种具有复杂同质多晶变体，SiO2为主要成分。天然硅砂杂质和黏土含量高、耐火度低；人造硅砂用硅石矿破碎而成，经人工挑选取出明显杂质，耐火度高。熔模铸造较常用。 一般用于浇注碳素钢、低合金钢、铜合金和铝合金。,2）熔融石英 又称石英玻璃，采用天然高纯度Si

46、O2经电炉在高于1760 温度熔融，随后快速冷却而制成。此过程将晶型SiO2转变为非晶型的玻璃熔体。 其熔点为1713，导热率低，热膨胀系数几乎是所有耐火材料中最小的，具有极高的抗热振稳定性，是理想的耐火材料。但来源短缺，价格昂贵。多用于预成形陶瓷型芯。,3）电熔刚玉 电熔刚玉就是A12O3，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、不锈钢及镁合金等和表面要求较高的精铸件的制壳材料。,4）锆砂（锆英石）又称硅酸锆或锆英石。分子式为ZrO2SiO2（或ZrSiO4），理论组成（质量分数）为67.23%

47、ZrO2、32.77% SiO2，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。,5）铝硅系耐火材料 以氧化铝和SiO2为基本化学组成的铝硅酸盐，是使用最广的耐火材料。 其中三种，高岭石（质量分数Al2O348%）、铝矾土（Al2O348%） 、莫来石（Al2O3=71.8%77.5%）均可作为熔模制造制壳耐火材料。,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、

48、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。,5、制壳用黏结剂,对黏结剂的基本要求： 不与模料反应；能快速硬化、黏结性能好。三种黏结剂（1）硅溶胶： 其是一种典型的硅酸交替结构的水基黏结剂，它是一种高度分散的SiO2颗粒溶于水质的聚合胶体溶液，胶粒呈球形，直径为6100nm。熔模铸造制壳的过程，就是胶体胶凝的过程。,硅溶胶的制备方法,商品硅溶胶种类很多，使用最多的是SiO2质量分数为30%的碱性硅溶胶。涂料的配制：涂料的两个基本组成

49、：耐火材料+黏结剂，两者的比例即为涂料的粉液比； 粉液比过低，面层涂层不致密，空隙多，使铸件表面粗糙，同时涂层产生裂纹的倾向大，型壳强度低，浇注时可能产生金属漏液；粉液比过大，涂料过稠，流动性差，操作性能差，难以获得均匀涂层。配制时先加入硅溶胶，再加入润湿剂，再加耐火粉料，及消泡剂，让各组分均匀分散，互相充分混合和润湿，采用低俗连续搅拌机配制。,（2）硅酸乙酯黏结剂 由四氯化硅和乙醇经化学作用而制得，属于醇基酸性易燃性液，易水解、酸解、碱解。熔模铸造采用硅酸乙酯水解液作为黏结剂。 熔模铸造用有硅酸乙酯32、40。硅酸乙酯含杂质低、耐火度高、铸件表面质量好，常用于铸造镍、铬、钴基高温合金或含镍铬

50、较高的不锈钢和耐热钢。,硅酸乙酯涂料的配制工艺：在涂料桶中加入水解液，开动搅拌机，每升水解硅酸乙酯液加入0.51.5ml盐酸或硫酸，调整PH值之12。加入耐火粉料，高速搅拌5min，然后慢速搅拌1h。测量涂料的粘度，用筛网和磁性过滤器将涂料导入L型搅拌机内，继续搅拌1h。,（3）水玻璃 又称泡花碱，是一种可溶性碱金属的硅酸盐，固态呈玻璃状，溶于水后形成水玻璃溶液。按所含碱金属的不同，有钾水玻璃和钠水玻璃两类。 熔模铸造常用钠水玻璃，即Na2O mSiO2，其中m3，其水解后形成一种透明或半透明的胶体水溶液，易溶于水，杂质含量较少，性能稳定。,水玻璃黏结剂和涂料性能稳定，价格低廉，制作周期短，应