第一章 熔模铸造.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,*,液态金属特种成型,主讲人：迟彩芬,金属材料工程教研室,第一章 熔模铸造,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,“,熔模精密铸造,”,。,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第一节 熔模的制造,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：,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第一节 熔模的制造,熔模铸造过程示意图,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第一节 熔模的制造,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第一节 熔模的制造,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。,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第一节 熔模的制造,1,1,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,5,10,为宜。,软化点,：一般不低于,35,40,度。,收缩率：一般要求小于,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。,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第一节 熔模的制造,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。,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第一节 熔模的制造,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,C,n,H,2n+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,）石蜡,n=17,36,，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,15,0,）。,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第一节 熔模的制造,2,）地蜡,n=35,53,，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,C,n,H,2n+1,COOH,，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。,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第一节 熔模的制造,（,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,C,25,H,51,COOC,26,H,53,和蜂蜡,C,15,H,31,COOC,30,H,61,。,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,C,19,H,29,COOH,，熔点,70,75,较,高，但是软化点较低,98.5%,）,和,棕色（含,Al,2,O,3,93%,）,两种。,铸造上主要用的是白刚玉。,刚玉的,熔点高,(2050),、密度大、结构致密、导热性好、热膨胀小且均匀，抗酸碱能力强,，主要用于,耐热高合金钢、不锈钢,等铸件的制壳材料，也可用于制作,陶瓷型芯,。,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,4,、铝硅系耐火材料,（,1,）,SiO,2,Al,2,O,3,二元系状态图,按平衡图中,Al,2,O,3,和,SiO,2,含量比值不同的几种耐火材料：,高岭石：分子式为,Al,2,O,3,2SiO,2,2H,2,O,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,硅线石：分子式为,Al,2,O,3,SiO,2,。,莫来石（也称高铝红柱石）：分子式为,3Al,2,O,3,2SiO,2,。,按,Al,2,O,3,含量不同可将硅酸铝耐火材料分为：,半硅质耐火材料（含,Al,2,O,3,15,30,）；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 Al,2,O,3,2SiO,2,）；,粘土质耐火材料（,Al,2,O,3,30,45,）：主要组成为高岭石耐火材料,(Al,2,O,3,2SiO,2,2H,2,O),，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（,Al,2,O,3,45,）：其中有硅线石类,、莫来石和铝矾土,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,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,Al,2,O,3,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,Al,2,O,3,2SiO,2,2H,2,O,。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（,Al,2,O,3,含量在,45,80,）,高岭石及含水氧化铝（水铝石,Al,2,O,3,H,2,O,、波美石,Al,2,O,3,H,2,O,，三水铝石,Al,2,O,3,3H,2,O,等）。,3,）莫来石质耐火材料（,Al,2,O,3,含量在,67,72,）,Al,2,O,3,含量在,67,72,。,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,5,、锆砂,锆砂分子式为,ZrO,2,SiO,2,（或,ZrSiO,4,），理论组成,(,质量分数,),为,ZrO,2,23,、,SiO,2,32.77,。（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。,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,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,SiO,2,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。,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,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,。,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,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,SiO,2,和,Na,2,O,。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：,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,（,2,）水玻璃的几个性能参数,1,）模数,Na,2,OmSiO,2,表示水玻璃的组成，,m,称之为,模数,。,M,愈高表明,SiO,2,的相对含量愈高；,M,愈小，表明,Na,2,O,的相对含量愈高。其模数通常为,2.2,3.5,。,模数不能太高也不能太低。,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,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,1.25,1.27g/cm,3,。,高密度,：,浓度高，湿强度和高温强度高，一般取,1.29,1.32g/cm,3,。,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,3,）粘度,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,（,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,2.5,3.4,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酸。,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,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,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,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。,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,3,、硅酸乙酯粘结剂,（,1,）硅酸乙酯及其性能,其化学通式为,(C2H,5,O),2n,2,Si,n,O,n,1,，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,。,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,名义,SiO,2,含量：,我国：,硅酸乙酯,32,和,硅酸乙酯,40,国外：,硅酸乙酯,50,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,（,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,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,2),加水量对水解过程的影响,M,水的分子数,/RO,的分子数,M,0.25,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,(,低聚乙氧基硅氧烷,),，出现游离水，乙氧基含量降低。,M,0.5,的水解 其水解反应式如下：,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,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。,0.5,M,0.75,的水解,0.5,O/Si,1,，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。,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,M,0.75,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。,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,M,1,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,M,0.25,0.4,。,（,3,）水解过程中各组元作用及其数量计算,1,）加水量的确定,硅酸乙酯的加水量按照下式确定：,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,的值根据,SiO,2,的含量按照下表确定：,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,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,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第二节 制壳原材料,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,金属材料工程教研室,第三节 型壳的制造工艺,1,3,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,金属材料工程教研室,第三节 型壳的制造工艺,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,(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,金属材料工程教研室,第三节 型壳的制造工艺,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,金属材料工程教研室,第四节 熔模铸件的浇铸和清理,1,4,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,金属材料工程教研室,第四节 熔模铸件的浇铸和清理,2,、真空吸铸,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第四节 熔模铸件的浇铸和清理,3,、离心浇注,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第四节 熔模铸件的浇铸和清理,4,、定向凝固,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第四节 熔模铸件的浇铸和清理,二、清理,1,、从铸件上清理型壳,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第四节 熔模铸件的浇铸和清理,2,、切割浇冒口,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第四节 熔模铸件的浇铸和清理,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第四节 熔模铸件的浇铸和清理,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,金属材料工程教研室,第四节 熔模铸件的浇铸和清理,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第五节 熔模铸件的工艺设计,1,5,熔模铸件的工艺设计,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,金属材料工程教研室,第五节 熔模铸件的工艺设计,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,2,8mm,，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,金属材料工程教研室,第五节 熔模铸件的工艺设计,（,2,）铸件壁的交叉相接处要做出圆角；薄、厚断面要逐步过渡。,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第五节 熔模铸件的工艺设计,（,3,）为防止浇不足的缺陷，铸件壁厚不要太薄，一般为,2,8mm,。,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,金属材料工程教研室,第五节 熔模铸件的工艺设计,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第五节 熔模铸件的工艺设计,（,3,）专用冒口补缩,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第五节 熔模铸件的工艺设计,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,20,60mm,。,（,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,金属材料工程教研室,第五节 熔模铸件的工艺设计,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第六节 压型的设计与制造,1,6,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,金属材料工程教研室,第六节 压型的设计与制造,二、压型的主要结构,1,、成型部分,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第六节 压型的设计与制造,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,金属材料工程教研室,第六节 压型的设计与制造,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第六节 压型的设计与制造,5,、排气道,第一章 熔模铸造,金属材料工程教研室,第六节 压型的设计与制造,