毕业论文-熔模铸造的过程与分析.doc

沈阳理工大学学士学位论文 摘要 本次设计是根据毕业设计任务书要求，设计线圈骨架蜡型模具以及分析其熔模铸造的工艺过程。首先，在完成对零件结构分析后，根据其结构特点确定分型面，绘制出零件图，型腔图；然后选择压蜡机，对铸件进行工艺性分析，对模具各系统进行结构设计并计算其尺寸，利用AutoCAD进行蜡型模具的设计，绘制模具装配图和工作零件图；最后，对熔模铸造的工艺过程进行详细的分析，编写设计说明书等。在对熔模铸造的工艺过程分析中，主要介绍了熔模铸造业的历史和发展现状，以及熔模铸造的优缺点；然后介绍了熔模铸造的工艺的基本流程，模料的制造工艺和型壳的制造工艺；最后，介绍了铸造用铜合金的熔化工艺。关键词：线圈骨架；蜡型模具；熔模；压蜡机 Abstract This design acts according to the graduation project description request, design coil skeleton wax mould and investment casting process. To begin with, the parting face are determined according to the shape characteristics, then to drawing parts graph and cavity figure. Besides, selection pressure wax machine, analysis of the technology of casting, design the system structure of mould and calculating its size.Using AutoCAD design wax mould, make the mounting diagram and the parts drawing. At last, analysis of the investment casting process particularly, writing the design instruction, the translation and so on. In the process of casting process analysis, mainly introduced casting the historical heritage and development situation, then analysis the advantages and disadvantages of the investment casting. In addition, introduceing the process of casting process and shell of manufacturing process very carefully. Finally, introduces the copper alloy casting process with melting.Keywords：coil skeleton；wax mould；revestment；pressure wax machine目 录摘 要.IAbstractII目 录.III1 绪 论11.1 熔模铸造的历史及现状11.2 熔模铸造的优缺点3 1.2.1 熔模铸造的优点.3 1.2.2 熔模铸造的缺点.32 熔模铸造工艺流程43 铸件的结构设计63.1 熔模铸件结构工艺性要求63.2 铸件结构工艺性分析63.2.1 壁厚和壁的连接7 3.2.2 平面.83.2.3 铸造圆角.8 3.2.4 起模斜度.8 3.2.5 最小铸出孔、槽.94 熔模铸件工艺设计104.1 熔模铸件工艺结构及其参数10 4.1.1熔模铸件基准面的选择.10 4.1.2机械加工余量的选取.11 4.2 熔模铸件浇冒系统的设计.11 4.2.1浇注系统的作用和要求.11 4.2.2内浇口的设计.12 4.2.3浇口杯的设计.12 4.2.4直浇口的设计.14 4.2.5工艺出品率的计算.155 压蜡机的选择.16 5.1 国内压蜡机的类型.16 5.2 压蜡机的锁模力.16 5.3 开模距离的核算.166 机械加工压蜡型的结构设计.18 6.1分型面的选择. .18 6.2 成型部分的设计. .19 6.3 综合线收缩率的确定.19 6.4 型腔尺寸的确定.20 6.5 定位机构的设计.21 6.6 取模机构的设计.21 6.6.1抽芯机构的设计.22 6.6.2推出机构的设计.24 6.7 其他部分的设计.24 6.7.1滑块的设计.25 6.7.2芯的设计.25 6.7.3镶块的设计.25 6.7.4复位杆的设计.267 压型的技术要求及其模具的总体装配.27 7.1 结构零件的公差与配合.27 7.2 行位公差.27 7.3 零件的表面粗糙度.27 7.4 熔模总装的技术要求.27 7.4.1熔模外形和安装尺寸的技术要求.28 7.4.2总体装配精度的技术要求.28 7.4.3熔模材料的基本要求.28 7.5 模具的总体装配.288 熔模的制造工艺.31 8.1 模料.31 8.2 模料的选用.32 9 型壳的制造工艺.34 9.1 对熔模铸造型壳性能要求.35 9.2 制壳的耐火材料.35 9.3 水玻璃粘结剂及水玻璃涂料.35 9.3.1水玻璃粘结剂.35 9.3.2水玻璃涂料.36 9.4 水玻璃型壳制壳工艺.36 9.4.1模组脱脂.37 9.4.2浸涂料和撒砂.37 9.4.3型壳硬化前的自然干燥.37 9.4.4化学硬化.37 9.4.5脱蜡.38 9.4.6型壳焙烧.3810 铜合金熔化工艺.40 10.1 熔炼工艺.40 10.2 脱氧和除气.40 10.2.1脱氧基本原理.41 10.2.2脱氧常用方法.41 10.2.3铜液的除气.4111 总结43致谢44参考文献45附录.4666沈阳理工大学学士学位论文1 绪论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，从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。1.1 熔模铸造的历史及现状熔模铸造的实质和古代的失蜡铸造相同，其历史可以追溯到4000多年前，最早发源的国家有埃及、中国和印度，然后才传到非洲和欧洲的其他国家。我国古代劳动人民创造的失腊铸造方法，至迟在唐代的文献资料中已有记载。由文献2可知，古代失蜡铸造工艺已经有一定的技术水平。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腊法铸件。此铜禁四边及侧面均饰透雕云纹，四周有十二个立雕伏兽，体下共有十个立雕状的兽足，透雕纹饰繁复多变，外形华丽而庄重，反映出春秋中期我国的失腊法已经比较成熟。战国、秦汉以后，失腊法是更为的流行，尤其是在隋唐至明、清期间，铸造青铜器采用的多是失腊法。现代熔模铸造方法是在本世纪四十年代初期形成的。在这以前的牙科医学中，已经成功地应用失蜡铸造方法，采用石膏作为造型材料，用金银浇铸假牙齿。我国熔模铸造工业是20世纪50年代末建立的，60年代为民用机械制造业和再器工业发展起到了积极作用70年代航天熔模铸造引进了西方成套的设备和技术，有了很大的发展.经过多年年增长率2025的高速发展，2007年我国精铸企业的概况，总产值达288亿元，仅次于北美和欧洲，居世界第3位。随着国际金融危机的蔓延和加深，国内外市场需求急剧萎缩，从2008年第3季度开始，我国精铸件总产值在下降，但企业的情况各不相同。高水平精铸企业约60家，2007年产值约28亿，包括航空、航天、军工、燃气轮机精铸企业，特别是前者，代表着中国熔模铸造的领先水平。随着中国飞机制造业、军事工业的发展，对高质量熔模铸件提出了更新、更高的要求。如航空工业使用的发动机零件、结构件、附件中有相当数量的铸件，铸件在航天飞行器中，尤其是航空发动机中所占比重正在逐年增加。在航空工业中使用的众多铸件最主要的是熔模铸件。为进一步发展中国熔模铸造业，生产更多、更精的高质量铸件，我国正往以下几点方向发展：1要更加注意合金的冶金质量,现我国铸件出口厂熔炼工艺中除气去渣差，合金质量较差。为保证熔模铸件合金材质的质量，国外熔模铸造厂通常是购买合格的合壹锭材，锭材的材质纯净度高，气体和夹杂物含量极低工厂浇注后的浇冒口和废品不直接使用，而是送回到专业熔炼厂进行精炼制成锭材后使用。2重视熔模铸造工艺设计,不少工厂在铸件浇冒口系统设计，各种工艺参数(综合线收缩率、拔模斜度、加工余量等)、加工肋设计上都很不重视，仅靠技术人员的经验从而造成傲耐高压件和高精度件时废品率很高，一次成品率很低重视熔模铸造工艺设计，重视使用国内外已有资辩，利用计算机进行工艺工装设计CAD，使用先进的凝固模拟软件，应提到工厂同仁日程上 3注意后处理,熔模铸造是一种先进的精密铸造方法，但要使铸件更精更光洁，后处理工序是极其重要的环节为生产更精的高质量熔模铸件，需进一步注意后处理工序，从工艺到设备上都需进一步改进。 4引进计算机管理理，提高管理水平。 在设计模具时要注意其合理性，不要脱离实际的生产，适当的应用国外先进的3D模具的设计方法，使操作人员能够更直观的看到模具，以减少模具加工过程中偏差。总之，随着铸造技术的发展，熔模铸造已可以生产更精、更大、更强的高价值的产品，“精密”、“大型”、“薄壁”是现代熔模铸造所具有的鲜明特点。同时，熔模铸造又在生产低成本件和快速生产上有了新的突破。这些都使熔模铸造的应用面得以扩大，从而在与其他工艺竞争中处于有利地位。1.2 熔模铸造的优缺点1.2.1 熔模铸造的优点 1.熔模铸件精度高、表面光洁度好； 2.可以铸造薄壁铸件及小铸件； 3.可以铸造形状复杂的铸件； 4.几乎不受合金种类的限制； 5.对大量生产或小批生产，均可适用等。1.2.2 熔模铸造的缺点1.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，才能稳定生产；2.铸件不宜过大过厚，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等。2 熔模铸造工艺流程熔模铸造是用可溶性一次模和一次型（芯）使铸件成型的铸造方法。现代熔模铸造工艺流程如图2-1所示。用压型腰肢熔模（图2-1a）、打开压型取出熔模（图2-1b）、组合模组（图2-1c）、将模组浸入涂料桶中上涂料（图2-1d）、撒砂（图2-1e）、让型壳干燥（图2-1f）、重复d、e、f工序数次，形成一定厚度的型壳，脱除型壳中蜡（图2-1g）、型壳焙烧（图2-1h）、浇注金属液（图2-1i）、脱壳和清理（图2-1j）。图2-1 熔模铸造工艺流程a）压射模料 b）取出熔模 c）组合模组 d）上涂料 e）撒砂 f）型壳干燥 g）熔失熔模（脱蜡） h）型壳焙烧 i）浇注 j）脱壳和清理 图2-2为熔模铸造工艺流程框图： 图2-2 熔模铸造工艺流程框图3 铸件的结构设计3.1 熔模铸件结构工艺性要求熔模铸件的结构工艺性是指从熔模铸造生产工艺的角度出发，对零件结构提出的要求。也就是在满足工作要求的前提下希望零件结构能兼顾到熔模铸造的工艺特点，使之尽量与熔模铸造的工艺要求相吻合。以下为铸件结构设计的要求：1. 均匀壁适当削弱某些部位的结构刚性，以防止变形；2. 方便熔模从压型中取出；3. 消除内部侧凹，减少型芯数量，方便型芯抽出厚，减少热节，减少了热节集中程度，纺织产生缩孔（松）、热烈；4. 形成定向凝固，便于浇注补缩系统对铸件进行补缩；5. 设置加强肋，防止热裂产生：加强肋可改善散热条件，强化易热裂部位，以防止热裂产生；6. 尽量避免大平面：将大平面分割成几个小平面或设置一些通孔（工艺孔）可以减少涂料堆积，增加平面部位型壳刚度而避免变形；7. 避免深孔、不通孔、不同槽：不同孔（槽）制熔模时抽芯困难，深孔、不通孔（槽）涂料制壳是倒料撒砂困难，易产生内壁鼓瘪、跑火等缺陷；8. 有利于简化分型面，不易为梯形面，要为平直分型面； 9.有利于熔模留在同一型块内，熔模留在同一型块中可以减少型块加工工时以及压型定位时引起的熔模误差。3.2 铸件结构工艺性分析 图3-1为本次设计的铸件三维图，图3-2为该铸件的结构图。以下为结合本次设计的铸件结构来进行工艺性分析。 图3-1 铸件的三维图 图3-2 铸件的结构图 3.2.1 壁厚和壁的连接由于熔模铸造的型壳内表面光洁、干燥，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。熔模铸件的最小壁厚可由图3-1查得，图中轮廓因数N由式（3-1）计算求得。 图3-3 熔模铸件最小壁厚与轮廓引述N的关系1-钢；2-有色合金 （3.1） 式中 L-铸件轮廓长（mm） B-铸件轮廓高（mm） H-铸件轮廓高（mm） 因此，可计算得该铸件（50mm50mm50mm）轮廓系数：mm由图可知最小铸出壁厚在1.5mm到2mm之间，该铸件壁厚为8mm，可以铸出。此外，铸件壁厚设计要力求均匀，减少热节。壁的交接处要做出圆角，不同的壁厚间要均匀过渡，这是防止熔模和铸件产生变形和裂缝的重要条件。3.2.2 平面 熔模铸件要尽可能避免大的平面，因为大平面上极易产生夹砂、凹陷、蠕虫状铁刺等表面缺陷，所以铸件上的平面一般应小于200mm200mm.本熔模铸件尺寸较小，能够满足要求。3.2.3 铸造圆角一般情况下铸件上各转角处都应设计成圆角，否则容易产生裂纹和缩孔。铸件上内圆角和外圆角按（3.2）和（3.3）计算。（3.2）（3.3）各式中r转角的内圆角（mm）；R转角的外圆角（mm）；连接壁的壁厚（mm）；k转角的圆角因数，90取4。为了简化压型结构、方便取模，对处于分型面部位的铸件的凸缘、法兰外缘、孔的边缘等转角应避免采用外圆角过度。3.2.4 起模斜度为保证零件几何形状正确，一般外表面可不给铸造斜度。带有孔和槽的零件，为便于起模和拔芯，应根据孔长和槽深给出斜度。起模斜度查表3-1，取为1。表3-1 熔模铸件的起模斜度斜度形式类型增大铸件壁厚减少铸件壁厚增减铸件壁厚图例适用范围壁厚10mm的非加工面壁厚510mm的非加工面取值铸造斜度面高h/mm非加工面斜度外表面内表面10030130101802011850015045501200100303.2.5 最小铸孔、槽制壳时熔模铸件上细长孔的内壁不易上涂料和撒砂，所以孔径d5的通孔和h/d2.53.0的不通孔一般不予铸出。过深、过窄铸槽的内部也不易上涂料和撒砂，清砂也困难，因此铸槽的宽度和深度应有一定的限制。有色合金熔模铸件的铸槽允许比表中的数据更窄、更深些。 本次设计铸件的槽的最小宽度为3毫米，深度为6毫米，符合要求。4 熔模铸件工艺设计4.1 熔模铸件工艺结构及其参数4.1.1 熔模铸件基准面的选择熔模铸件的基准面主要用作检测铸件的测量基准和机械加工的定位基准和机械加工的定位基准，并作为雅兴这几的参照面。由于熔模铸件加工余量小，有事不经过粗加工便直接进行精加工或光整加工，因此基准面选择比较重要，应从铸造工艺上保证这些面得几何形状、尺寸精度和表面粗糙度。熔模铸件上的平面、外圆及内孔均可作为基准面，选择时应考虑以下几个原则：1) 铸件基准面应尽可能与设计基准和机械加工工艺基准一致。2) 应使待加工的个表面（尤其是重要表面）分配到必须且又尽可能均匀的加工余量。一般应选择待加工精度、表面粗糙度要求高和加工余量较少的重要表面为基准面。3) 当加工和非加工面之间的相互位置精度要求较高时，应以次非加工面为基准面。如果铸件有多个加工面，则以其中离加工面面进、其间相互位置又要求较严的非加工面为基准面。4) 为保证机械加工时的定位稳定、加紧可靠、夹具结构简单，应选择大而平整、光洁、尺寸稳定的表面为基准面，其上不允许有铸造飞边、毛刺、冷豆、斜度以及浇冒口余痕和分型面余痕。相应基准面的雅兴部位应尽可能不设置顶杆和活块。5) 基准面的数量应符合六点定位原则，使铸件在夹具中占有某个确定的加工位置。 图4-1 基准面的确定4.1.2 机械加工余量的选取 选取加工余量时应考虑以下几个因素：1) 加工面较大以及离加工定位基准较远的加工面，加工余量应大些；2) 浇注时铸件的上表面易产生气孔和夹杂缺陷，因此加工余量应大些，侧面可以小些；3) 正常浇注是低碳熔模铸件会产生表面脱碳，脱碳层约为0.30.5mm，因此铸件加工面不允许脱碳时，加工余量应计入脱碳层厚度。容易变形的铸件以及铸件上尺寸精度较低的加工面，加工余量应大些；4) 有多项尺寸精度和形位公差综合要求的加工面，加工余量应大些；5) 磨削加工面较大时，国度放大加工余量时不合适的，应考虑先进行正常切削加工，然后再经磨削加工达到零件精度和表面粗糙度要求，此时应留有双重加工余量；6) 水玻璃型壳比硅溶胶、硅酸已酯型壳生产的熔模铸件尺寸精度低、表面粗糙度粗，因此形影的加工余量应大些；表4-1为熔模铸件机械加工余量的选择范围：表（4-1） 熔模铸件的机械加工余量铸件基本尺寸单 面 加 工 余 量切削加工磨削加工冒口设置点400.71.00.20.52.0401001.01.50.50.73.01002501.52.00.71.04.02505002.03.01.01.55.0针对本次设计铸件（60mm45mm43mm），可选用加工余量为1.0mm。4.2 熔模铸件的浇冒系统的设计4.2.1 浇注系统的作用和要求1. 浇注系统应能平稳地把金属引入型腔，不产生喷射、飞溅和漩涡等；2. 在组焊模组和制壳时，浇注系统起支撑和型壳的作用，所以要求它有足够的强度；3. 浇注系统结构应力求能简化压型结构，操作方便，生产率高；4. 熔模铸件以生产小铸件为主，多数情况下合金的液态和凝固收缩，直接靠浇冒口补缩，浇口和冒口合二为一，要有良好的补缩作用；5. 在保证质量的前提下，要尽量减小浇注系统的重量，提高工艺出品率。4.2.2 内浇口的设计表4-2 易割内交道的结构参考尺寸 （单位：mm）简图内浇道尺寸直 浇 道 直 径 根据表4-2 ,可选用=12mm，=4mm的易割内浇道。其结构如表4-2中的简图所示。4.2.3 浇口杯的设计浇口杯是盛接来自浇包的液态金属，并使整个浇注系统建立一定压力以进行充填和补缩。为了防止热水脱蜡和焙烧时砂粒进入型腔，浇口杯外缘要做出边缘。为了防止在浇注时产生涡流及因之而引起的夹渣和裹入气体。可在锥形浇口杯上做出飞刺，或者在直浇口与浇口杯连接处做出筋条，此种形式的浇口杯还可以加固浇口杯与直浇口型壳之间的连结，防止浇口杯根部发生断裂。关于浇口杯的设计可根据表4-3： 表4-3 浇口杯的设计 简 图浇注速度/(kg/s)D/mmh/mmr/mm3120225 由于该铸件较小，故浇注速度不用过高，选择1kg/s以下即可，根据表4-3可知，浇口杯尺寸：D=60mm,h=10mm,r=3mm。4.2.4 直浇口的设计直浇口是制壳操作中的支柱，且多数情况下兼有冒口的作用，所以直浇口设计很重要。熔模铸件尺寸一般多不算大，故不可能每种铸件都设计一种直浇口。特别是产品名目繁多时，为便于组织生产，简化设计，通常根据产品特点，把直浇口做成几种规格，在组焊熔模时，根据零件特点进行选择，对于特殊零件则可单独设计直浇口。直浇口断面要保证有足够的补缩能力，建议直浇口断面积应为内浇口总断面积的1.4倍。考虑到模组和型壳强度以及便于制壳操作，常用直浇口直径为33至52毫米，高250至320毫米。为了保证金属流动时能很好的充填型腔和保持对铸件的补缩压力，一般都把熔模焊在浇口杯顶面70至100毫米以下的位置。为了减少液态金属的冲击和飞溅，直浇口底至最下层内浇口之间的距离应不小于20至40毫米，这个部分称为缓冲器或浇口窝。为了防止吸气作用，直浇口最好为0.5度的斜度。图4-2和表4-4列出常用浇口杯和直浇口结构尺寸可供选用时参考。为了便于组焊熔模，直浇口截面形状可为圆形、方形、三角形、多边形等，以圆形和方形的较多。根据图4-2和表4-4结合自己铸件形状及尺寸，浇口杯和直浇口结构尺寸选为D=50mm，D=63mm，H=320mm, h=12mm，R=5mm，D=20mm，D=18mm。本铸件宽度为45mm,通过计算，一个浇口棒可浇注8个铸件，一边4个，互为对称，各铸件之间间隔距离为10mm,形状尺寸如图4-2所示。 图4-2 浇口杯和直浇口结构尺寸 图4-3 浇注系统组合形式和尺寸 1-浇口杯；2-直浇口；3-内浇口； 4-铸件；5-浇口窝表4-4 浇口杯和直浇口结构尺寸共 用 尺 寸（mm） 断 面 （mm） 圆 形正方形三角形长 方 形六角形DDHhRD Dabced505866738087941001086370788592981061131202502503003003003203203203201010101012121212125555555552025303540455055601823283337424752572426303530352026464.2.5 工艺出品率的计算 （4.1）该公式可以转换为 （4.2）铸件总体积=544000；浇注系统总体积=100480；冒口体积=0。因此可求的工艺出品率： 铸造工艺设计人员应时刻关心铸件的成本、节约能源和环境保护问题。从零件结构的铸造工艺性的改进，铸造、造型、造芯方法的选择，铸造工艺方案的确定，浇注系统和冒口的设计，直至铸件清理方法等，每道工序都与上述问题有关。因此，挺高工艺出品率能够有效的降低成本，节约能源，同时还降低的对环境的影响。5 压蜡机的选择5.1 国内压蜡机的类型目前国内有以下几种类型：1. 气力压蜡机 工作原理是直接用压缩空气将模料从射蜡嘴挤出。压缩空气的压力就是压注时这用在模料上的压力，通常为0.40.8MPa。这类压蜡机主要适用于蜡基模料。其优点是压注结构简单，价格低廉，生产效率较高，使用方便灵活。缺点是压力偏小，主要压注工艺参数大多只能靠人工控制。2. 气动活塞式压蜡机 工作原理是利用压缩空气推动气缸中的活塞动作，由活塞将模料起初，借助气缸与注蜡筒截面积不同可以起增压作用，压射压力可达45MPa。即可用于蜡基模料，也适用于树脂基模料。这种压蜡机的优点是压射压力较大而且结构简单，价格低廉，使用方便灵活。缺点是压注工艺菜蔬几乎全部靠人工控制，供蜡也需手工操作生产效率低。通常顶注式适合膏态压注而底注式则更适合液态压注。目前国内外应用最为普遍的还是侧注式（卧式），其中以双工位（又称双口或双头）压蜡机最有代表性。5.2 压蜡机的锁模力一般首选通用设备,其合模力的计算方法为5.1式中F合模力A蜡模与合模板平行的投影面积注蜡压力根据合模力确定压蜡机的合模力大小。一般合模力50 kN和100 kN即可满足中小铸件生产的要求。合模力超过100 kN,一般选用单工位压蜡机。结合铸件的特点，本设计选择长春一汽自行生产的压蜡单机ZLJ-01。5.3 开模距离的核算 动模座板行程：实际上就是开模后，模具分型面之间的最大距离；设计模具时，根据