熔模铸造毕业设计.doc

I 摘 要 箱体类零件的成形 许多工厂采取铆焊拼接或砂型铸造的方法 前者制造过复杂 生产成本高 而且延长生产周期 后者尺寸精度低 表面质量差 随着科学技术的不断 发展和生产水平的不断提高以及人类社会生活的需要 对铸造生产提出了一系列新的 更高的要求 熔模铸造正发挥着越来越重要的作用 熔模铸造就是在蜡模的表面涂多 层耐火材料 待硬化干燥后 加热将蜡模熔去 从而获得具有与蜡模形状相应空腔的 型壳 再经 焙烧之后进行浇注而获得铸件的一种方法 工艺流程的特点 使用易熔模 无分型面 用涂料浆制型壳 涂层对易熔模复印 性好 热壳浇注金属液充型好 因此 熔模铸造可生产尺寸精确 表面粗糙度低的复 杂件 既适用于大批生产 也适用于小批生产 甚至单件生产 它的产品精密 复杂 接近于零件最后的形状 可不加工或很少加工就可直接使用 被称为近净成型的一种 先进工艺 关键词 箱体类零件 熔模铸造 工艺流程 II Abstract Box part of forming many factories adopt sand casting splicing or welding method The former made complex high production costs and prolong production cycle The latter dimension accuracy low quality of surface Along with the science and technology unceasing development and production to improve the level of social life and human needs puts forward a series of casting new and higher requirements for casting is playing an increasingly important role Investment casting is in search of the wax models with multilayer fire proof material after drying heat to hardening modulus wax melting to be obtained with wax mould cavity shape corresponding the shell after roasting pouring and a method of castings The process features use the fusible mode no parting surface Paint coating slurry system of fusible shell mould good copy Hot filling liquid metal shell casting Therefore the investment casting production size can be accurately surface roughness low complexity applies both to mass production also suitable for small batch production even single production Its product precision complex close to the final shape parts processing or rarely processing can be used directly called the net shape forming an advanced technology Keywords box part Investment casting Process III 目 录 1 绪论 1 1 1 熔模铸造的概述 1 1 1 1 熔模铸造的历史 1 1 1 2 熔模铸造的基本原理和特点 2 1 1 3 熔模铸造工艺过程 3 1 1 4 我国熔模铸造发展概况 4 1 1 5 国外熔模铸造发展概况 4 1 2 箱体零件概述 5 1 3 选题的目的和意义 6 2 熔模铸造壳型材料对熔融合金化学稳定性研究 8 3 箱体零件的工艺流程设计 10 3 1 模具的设计与制造 10 3 1 1 模具的设计 10 3 1 2 模具的制造 10 3 2 压蜡 13 3 2 1 压蜡 13 3 2 2 修蜡 15 3 2 3 组树 15 3 3 制壳 16 3 3 1 硅溶胶涂料 16 3 3 2 模组清洗 16 3 3 3 制壳 16 3 4 浇注 17 3 4 1 脱蜡 17 3 4 2 焙烧 18 3 4 3 熔炼和化性分析 18 3 4 4 熔模铸件浇注 18 3 4 5 熔模铸件的清理 19 3 5 后处理 19 3 5 1 抛丸 19 3 5 2 喷砂 19 3 5 3 酸洗 20 IV 3 5 4 修正 机加工 21 3 5 5 热处理 21 3 5 6 抛光 22 3 6 检验 23 3 7 入库 23 4 结论 24 参考文献 25 致 谢 26 5 1 绪论 1 1 熔模铸造的概述 1 1 1 熔模铸造的历史 熔模铸造的历史可以追溯到 4000 年前 最早发现的国家有埃及 中国和印 度 然后才传到非洲和欧洲的其它国家 中国古代留下很多熔模铸件精品 如春秋晚期的王子午鼎 铜禁 战国的 曾侯乙尊盘 汉代的铜错金博山炉 长信宫灯 隋朝的董钦造弥驼夔金铜像 明代浑天仪 武当真武帝君像 清故宫太和门铜脚等 举世闻名的晚商四羊铜 尊 如图 1 是商代奴隶主用的盛酒器 它造型奇特 花纹十分复杂 尊身四 隅有四只羊头 各长一对卷曲的羊角 尊的扇边镂空 这一作品经专家分析鉴 定 是采用失蜡法铸造而成的 图 1 1 晚商的四羊铜尊 在西非 大约在 5 世纪以后 制造了大量的熔模铸件 在 16 世纪时 熔模 铸造工艺被艺术家和雕刻家们广泛运用 蔡利尼 Benvenuto Cellini 所制造的 Petseus 仙座和女妖首领的铜像就是其中最杰出的作品之一 世界上最早的失蜡铸造文字记述 当推中国南宋 公元 1127 一 1279 年 赵 希鹊的 洞天清禄集 随后有蔡利尼 1568 年的论文 明代宋应星 天工开物 及 16 世纪中期 VavrineeKrickes 的 大炮 球 追击炮 钟的铸造与制备指 导 等 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 世纪初为生产出更精密的牙科件 人们开始研究影响蜡模和型壳尺寸稳定性的 6 因素 以及一些金属和合金的凝固收缩性能 20 世纪 30 年代初期调整了熔模 使用的材料 从 1900 年到 1940 年这方面的专利就多达 400 件以上 在恶劣环境中工作的航空发动机零件 如涡轮增压器 若采用传统合金 则不能满足性能上的要求 20 世纪 30 年代末 人们发现了 Austenal 实验室为 外科移植手术研制的钻基合金在高温下有优异的性能 可用于涡轮增压器 但 这类合金很难加工 熔模铸造就成为该类合金成形的工艺方法 迅速地发展成 工业技术 进入航空 国防工业部门 并迅速地应用到其它工业部门 1 1 2 熔模铸造的基本原理和特点 熔模铸造又称 熔模精密铸造 失蜡铸造 这种方法是用易熔材料制成 精确光洁的模样 易熔模 在易熔模上涂敷多层耐火材料 或灌注耐热的陶瓷 浆料 硬化干燥后即成铸型 然后使铸型中的易熔模熔化流出 再将熔化的液 体金属浇注入焙烧后的铸型 液体金属在铸型中冷却凝固后成为其获得尺寸精 确 棱角清晰 表面光滑的铸件 利用其生产的铸件尺寸精度高 而且由于其 可以使材料消耗保持最低点 因此其生产成本也要比锻造和机加工低廉的多 熔模铸造技术能够得到迅速发展是与它的众多优点分不开的 其主要优点 有以下几点 1 熔模铸件尺寸精度高 表面粗糙度小 2 可以铸造出薄壁铸件以及重量很小的铸件 3 可以铸造精细的图案 文字 带有细槽和弯曲细孔的铸件 4 可以制造出用砂型铸造 锻压 切削加工等方法难以制造出的形状复杂 的铸件 5 可以制造各种合金的铸件 而且可以减少切削加工 降低材料消耗 6 铸件采用强度较高 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 宜于保证铸件内部质量 7 模具成本低 寿命高 然而 事物总是一分为二的 熔模铸造也存在一定的缺点 其主要有 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 熔模铸造的缺点随着本身技术的发展而不断改进 自从四十年代后期 采 用多层型壳 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 7 可溶型芯的采用 又利于使熔模铸件的形状更加不受限制 新的模料 耐火材 料 粘结剂的研制和发展 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 1 1 3 熔模铸造工艺过程 图 1 2 熔模制造的工艺流程 熔模精密铸造的工艺过程 按其工艺排列 大致可以分为下述几个阶段 第一阶段 准备工艺技术资料及制造压型 工艺技术资料主要包括有 铸件 图 浇注系统图 工艺规程 压型图及工夹量具图等 铸件图主要是依据产品零件图及其技术条件和铸造工艺要求设计的 浇注系 统主要是依据铸件结构形状和合金种类等选择的 而工艺规程是生产现场指导操 作的技术资料 第二阶段 制造熔模 即将具有一定温度的模料注入压型中 待其冷却后 得到与铸件几何形状相同的可溶性模型 制造熔模所用的材料称为模料 按模料熔点的不同 可分为低熔点 中熔 点及高熔点三种 常用的模料有蜡料 塑料及可溶性盐等 目前教为广泛使用 的为低熔点和高熔点的蜡料 第三阶段 制造铸型 它包括制壳 造型与铸型焙烧等工艺 所谓制壳就是在熔模表面涂覆一定层数的耐火涂料 待其硬化干燥后 熔 出熔模而得到型壳 造型按其所用填充料的不同 分为湿法和干法两种 湿法 即采用石英砂 矾土水泥与水调和成流体的填充料进行造型 而干法只是用干 态的石英砂作为填充料 第四阶段熔注合金及其他独立工序 8 熔注合金即熔炼合金并将熔炼好的合金液 浇注到己准备完成的铸型中 合金凝固后即进行打箱 清理和切割浇冒口 清除铸件表面型壳和氧化皮的方 法有两种 是机械清理法 震动清理和喷砂清理等 和化学清理法 例如碱煮 碱 爆和氢氟酸清理 实际生产中 往往两种同时采用 谓之综合清理法 随后即 进行热处理 检验等工序 1 1 4 我国熔模铸造发展概况 熔模精密铸造 在我国源远流长 战国时期 我们的祖先采用蜂蜡配制模 料 生产曾侯乙铜尊 大型铜禁器座等铸件 现代熔模铸造进入工业领域 始 于二次世界大战期间 因军事的需要 美 英等国用该种工艺方法生产了大量 的涡轮喷气发动机的静叶片 特别是熔模铸造技术在生产单晶涡轮叶片中取得 了显著成功后 它就被越来越多的应用于生产航天工业的各种产品零件中 我国于 20 世纪 50 年代初期 首先在航空 军品等领域引进苏联技术 开 始了现代熔模铸造生产 20 世纪 60 年代 我国熔模铸造基本处于停顿状态 从 20 世纪 70 年代起 进入新的发展时期 针对水玻璃型壳 开展了快速制壳 开发新的硬化剂 提高型壳强度的研究 同时 进行了完善硅酸乙醋 开发硅 溶胶 改善模料性能 提高制芯技术 发展新的熔模铸造工艺方法等研究 然而 我国精密铸造业真正的飞速发展时期却是 20 世纪末至现在的十年 特别是最近的几年 1998 年后 随着国家改革开放政策的深入 企业经济体制 的变革 以及市场经济观念的转变 推动了我国原有水平的铸造业在数量上的 发展 同时先进的精铸工艺和设备 以合资和独资的形式开始进入大陆 使精 密铸造业在质量水平上有了显著的提高 从而是使我国精密铸造业进入到一个 飞速发展的时期 据统计 2001 年熔模铸造总产量己达 27 4 万 t 总产值约 47 8 亿元 年产 量和年产值分别为 1988 年的 5 48 倍和 14 48 倍 1990 年中国新建一批以生产 出口精铸件为主的企业 产品于 1993 年首次外销国际市场之后 出口产量和产 值逐年增长 2001 年已达到 7 万 t 以不锈钢件为主 有部分碳钢 合金钢件 产值达 28 8 亿元 同时 原有的水玻璃型壳企业也在出口 每年外销以碳钢为 主的品质档次较低的精铸件约 6 万 t 产值 4 5 亿元 中国熔模铸造业已走向 国际市场 在 21 世纪有望成为一个熔模铸造大国 1 1 5 国外熔模铸造发展概况 西方工业发达国家的熔模铸造业 近十几年来平均每年以 7 9 的增长率 发展 1996 年西方熔模铸件的总产值达 44 5 亿美元 其中美国占 50 欧洲占 25 80 年代是美国熔模铸造发展最快的时期 9 图 1 3 各地区熔模铸造产值的比例 据美国熔模铸造协会的统计 1984 年至 1990 年美国熔模铸造产量和产值年 平增长率分别为 8 10 和 18 现有熔模铸造厂家 400 多个 熔模铸件产量约 15 万 t 日本 1980 年至 1989 年熔模铸件产量增加了 3 倍 日本现有熔模铸造 厂点 100 多个 熔模铸件年产量近 1 万 t 产值 4 亿美元 居亚洲之首 英国 于 1958 年就成立熔模铸造师协会 由于采用机器制壳 使熔模铸件的单件重量 65kg 增为 350kg 目前英国有 60 多家熔模铸造厂家 产值 4 亿美元 为欧洲第一 位 德国熔模铸造业的年产值为 2 亿美元 其中 13 为航空产品的超级合金 西方熔模铸造主要为本国的军工产品和高科技产品服务 军工产品是美国 欧洲熔模铸造业的主要市场 其销售额的 50 70 为航天 航空和军工产品 国外最近几年熔模铸造的相关技术得到了巨大发展 其中粘结剂的发展很 快 从环境保护出发 还出现了代替硅酸乙醋的粘结剂 为了实现快速制模和 制壳 国外采用了多种快速制模技术 制模的设备 如德国 SHOTT 公司的压注 机 用于制作大型熔模 还有的压注机适合大批量生产优质熔模 美国的 MPI 公司生产的压蜡机 可通过计算机来控制压注工艺参数及整个加工过程 制造 出高质量的熔模 制壳机器人 例如英国 Deritde 精铸公司采用机器人制壳 型壳采用真空干燥 热气流干燥等新工艺 脱蜡采用微波技术 1 2 箱体零件概述 1 箱体零件的功用与结构特点 箱体是机器的基础零件 它将机器中有关部件的轴 套 齿轮等相关零件 连接成一个整体 并使之保持正确的相互位置 以传递转矩或改变转速来完成 规定的运动 故箱体的加工质量 直接影响到机器的性能 精度和寿命 箱体类零件的结构复杂 壁薄且不均匀 加工部位多 加工难度大 据统 计资料表明 一般中型机床制造厂花在箱体类零件的机械加工工时约占整个产 品加工工时的 l5 20 2 箱体零件的主要技术要求 10 箱体类零件中 机床主轴箱的精度要求较高 可归纳为以下五项精度要求 孔径精度 孔径的尺寸误差和几何形状误差会造成轴承与孔的配合不良 孔径过大 配合过松 使主轴回转轴线不稳定 并降低了支承刚度 易产生振 动和噪声 孔径太小 会使配合偏紧 轴承将因外环变形 不能正常运转而缩 短寿命 装轴承的孔不圆 也会使轴承外环变形而引起主轴径向圆跳动 从上面分析可知 对孔的精度要求是较高的 主轴孔的尺寸公差等级为 IT6 其余孔为 IT8 IT7 孔的几何形状精度未作规定的 一般控制在尺寸公 差的 1 2 范围内 孔与孔的位置精度 同一轴线上各孔的同轴度误差和孔端面对轴线的垂 直度误差 会使轴和轴承装配到箱体内出现歪斜 从而造成主轴径向圆跳动和 轴向窜动 也加剧了轴承磨损 孔系之间的平行度误差 会影响齿轮的啮合质 量 一般孔距允差为土 0 025 土 0 060mm 而同一中心线上的支承孔的同轴度 约为最小孔尺寸公差一半 孔和平面的位置精度 主要孔对主轴箱安装基面的平行度 决定了主轴 与床身导轨的相互位置关系 这项精度是在总装时通过刮研来达到的 为了减 少刮研工作量 一般规定在垂直和水平两个方向上 只允许主轴前端向上和向 前偏 主要平面的精度 装配基面的平面度影响主轴箱与床身连接时的接触刚 度 加工过程中作为定位基面则会影响主要孔的加工精度 因此规定了底面和 导向面必须平直 为了保证箱盖的密封性 防止工作时润滑油泄出 还规定了 顶面的平面度要求 当大批量生产将其顶面用作定位基面时 对它的平面度要 求还要提高 表面粗糙度 一般主轴孔的表面粗糙度为 Ra0 4 m 其它各纵向孔的表 面粗糙度为 Ra1 6 m 孔的内端面的表面粗糙度为 Ra3 2 m 装配基准面和定 位基准面的表面粗糙度为 Ra2 5 0 63 m 其它平面的表面粗糙度为 Ra10 2 5 m 3 箱体零件的材料及毛坯 箱体零件材料常选用各种牌号的灰铸铁 因为灰铸铁具有较好的耐磨性 铸造性和可切削性 而且吸振性好 成本又低 有些负荷较大的箱体采用铸钢件 也有些简易箱体为了缩短毛坯制造的周期而采用钢板焊接结构的 1 3 选题的目的和意义 我国熔模铸件质量可分为三种 1 航空及燃气轮机用熔模铸件 该铸件质 量要求高 不允许有内 外缺陷 检验项目有力学性能 化学成分 内部缺陷 11 尺寸公差 表面粗糙度和表面缺陷等 铸件有高温合金 镍基或钴基合金 铝 合金 钛合金等 2 商业熔模铸件 这里指一般机器零件 文体用品 五金 马具等零件 该类铸件质量不如航空及燃气轮机熔模铸件 现在用合金主要为 不锈钢和碳钢 3 精度要求低的铸件 该种铸件指第二类工艺水玻璃型壳生产 件 合金以碳钢为主 表 1 1 各类工艺铸件的数值与比例 年产值年产量工艺 分类 铸件质 量分类数值 亿元 比例 数值 万 t 比例 一般机 器零件 22155 264 518 07第一类 工艺 航空件137 900 41 61 第二类工艺31436 842080 32 2005 年我国不同质量熔模铸件的产值和产量见表 1 1 我国高质量航空及 燃气轮用熔模铸件产量很少 仅为 1 61 这与美 英 欧 日等先进国家和 地区熔模铸件市场结构 见表 1 2 有明显的差距 这说明我国熔模铸件中的 高质量件所占的比例过低 而且我国商业熔模铸件中精度要求较高的机器零件 所占比例也偏低 现生产的多数熔模铸件是精度相对要求低的五金 马具 高 尔夫球头等铸件 表 1 2 各国熔模铸件市场结构比较 美国英国欧洲日本中国 军用航天熔模铸件607055158 2 商业熔模铸件4030458591 8 随着科学技术的发展 以及对熔模铸造材料成分 结构和性能深入研究 经济价值高 使用价值高 技术含量高的熔模铸造的高科技产品将层出不尽 但由于对熔模铸造原料 工艺条件的认识不足 致使铸件粗糙 产品性能与用 户要求相差较大 为了使资源得到有效的利用 充分发挥资源本身的作用 从工艺上解决对 铸件性能的影响 因此对熔模铸造的工艺进行研究 最终制备出具有优良性能 的铸件 具有重要的意义 12 2 熔模铸造壳型材料对熔融合金化学稳定性研究 在熔模铸造过程中 壳型作一个 容器 布满了熔融金属 尤其在定向和 单晶工艺中 合金保持液态的时间长达 60min 壳型材料组织成分很轻易与合 金液发生化学反应 为了较好地体现壳型材料与合金发生反应的情况 本试验 选用含强活性金属元素 Nd 较多的某合金作为研究对象 研究了各种壳型材料与 这种熔融合金的反应情况 为选用合适的壳型材料提供依据 1 试验方法 试验用合金的主要成分为 Nd 24 28 B 0 7 1 2 Al 0 05 Si 0 1 Fe 余量 试验采用三种制成坩埚状的壳型 壳型材料和分组情况见表 2 1 表 2 1 试验用的壳型 壳型类别浆 料涂料挂砂 A硅溶胶 刚玉粉 高岭土 矿化剂 刚玉砂 B硅溶胶 刚玉粉刚玉砂 C硅溶胶 电熔氧化钇粉氧化钇砂 13 把 10kg 合金放入这三种壳型内熔炼 在 ZG 0 025 型真空感应炉内升温至 1550 保温 20min 炉内压力 20Pa 自然冷却 取样后用能谱仪分析合金中 Al Si 和 Y 等各元素的含量 2 试验结果及讨论 用三种壳型熔炼合金部分元素的分析结果见表 2 表 2 2 合金与三种壳型反应后的分析结果 wt 壳型 AlSiY A0 35 0 10 B0 15 0 10 C 0 100 0084 从表 2 2 可以看出 与原合金成分相比 用三种壳型熔炼后的合金成分有 所变化 说明在高温下三种壳型都与熔融合金发生过一定的化学反应 其中壳 型 A 的反应最为严重 致使合金中 Al 含量提高了约 7 倍 壳型 A 的组分中最重 要的特点是含有经过锻烧的高岭土作为矿化剂 高岭土的主要成分是 SiO2与 Al2O3 从微观结构看 具有层状结构 一层硅氧四面体和一层铝氧八面体互相 重叠 层间以氧键连接且距离较大 高温下与合金液接触时 合金中的活性金 属元素 Nd 大量进入层间结构 与其中的 Al2O3发生置换反应 置换出的 Al 进入 合金中 反应式如下 2Nd Al2O3Nd2O3 2Al 从分析结果看 壳型 B 也有一 定程度的反应 该壳型与壳型 A 不同处是不含矿化剂 只含电熔刚玉 电熔刚 玉的主要成分是 Al2O3 熔化后再结晶的 Al2O3以铅氧八面体的铺展形成晶体 键结构稳定 要破坏这种结构需要很高的能量 当电熔刚玉与合金接触时 Nd 原子不轻易深入 Al2O3的晶格中把 Al 置换出来 但仍有部分处于晶体边缘的 Al 参加了反应 只是量很少 对比结果 A 和 B 少量的矿化剂 约 4wt 被置换 出来的 Al 与电熔刚玉 约 95wt 中被置换出的 Al 几乎相等 这说明 当壳 型材料与合金发生化学反应时 矿化剂的活性比电熔刚玉的活性大得多 从分析结果看 采用壳型 C 熔炼的熔炼合金中钇的含量仅为 0 0084 这 说明与合金反应的 Y2O3的量很少 其反应式为 2Nd Y2O3 Nd2O3 Y2 由于 Y2O3是结构坚强的离子键化合物 键结构非常稳定 从原子结构看 Nd 与 Y 的 原子半径和三价离子半径相差不多 因此化学性质极为相近 所以 Nd 不轻易置 换 Y 仅有少部分 Y2O3参加了化学反应 这也说明氧化钇壳型具有很好的化学 稳定性 对于矿化剂中的 SiO2和粘结剂 SiO2 则有如下反应 SiO2 Nd2O3Nd2O3 SiO2 Nd2O3由原材料带入或在熔炼过程中产生 Nd2O3 SiO2熔入合 14 金液中 由于生产条件的控制 Nd2O3的带入量是有限的 从反应结果看三种情 况的 Si 含量变化不大 3 结论 在本试验条件下 三种壳型中 含有高岭土的壳型与熔融合金中的活性金 属元素发生严重化学反应 而氧化钇壳型的化学稳定性最好 3 箱体零件的工艺流程设计 3 1 模具的设计与制造 3 1 1 模具的设计 精密铸造的模具设计不像砂铸模具有它固定的模式可循 它没有模式限制 一般都是由模具厂自由完成 以能打出蜡件为首选目的 模具的设计应该遵循以下几点 1 一般平板成品不宜中间进胶 以防弯曲变形 2 一般情况下 STP 在 RP 正下方 3 当模座较大时 STP 的间隔为 150 200mm 4 锁上下顶出板的螺丝间隔为 150 200mm 5 当有顶针在滑块下方或斜梢有靠坡时 上下顶出板要装有强制回位机构 15 6 成品拔模斜度以减胶为基准 7 设计水路时 尽量不要采用水管直接接入模仁 而改用模进水管用 O 型联接模仁 8 SP 尽量将其直径取大并布置在成品的正投影面积下方 9 冷却水路三原则 A 快速冷却 B 均匀模温 C 加工方便 10 斜梢距模具中心应取整 11 孔随注口衬套的偏心而偏心 且注口衬套的最大倾斜角度不得大于 15 12 对于二片半模 上固定板与母模板之间的分模行程要用机构加以控制 LP 在公模板上必需要有注导衬套 一般还需要有 LK 开闭器 13 处理内侧倒钩的方法一般可用斜梢 内侧滑块 剥脱板 顶出中板 顶出梢应尽量避免在滑块底下 以免发生碰撞或干涉 14 一般模仁超出成品轮廓 20 30mm 且距模具中心应取整 模板距模仁 边框 20 30mm 若有滑块应考虑将模板加大 特别注意避免回位梢干涉 15 支撑柱 SP 的摆放与脚垫间距应量保持相等 使其模具保持平衡 3 1 2 模具的制造 模具制造工艺流程是怎样的 一般包括以下几个过程 1 接受任务书 成型塑料制件的任务书通常由制件设计者提出 其内容如下 1 经过审签的正规制制件图纸 并注明采用塑料的牌号 透明度等 2 塑料制件说明书或技术要求 3 生产产量 4 制件样品 2 收集 分析 消化原始资料 收集整理有关制件设计 成型工艺 成型设备 机械加工及特殊加工资料 以备设计模具时使用 1 消化塑料制件图 了解制件的用途 分析塑料制件的工艺性 尺寸 精度等技术要求 2 消化工艺资料 分析工艺任务书所提出的成型方法 设备型号 材 料规格 模具结构类型等要求是否恰当 能否落实 3 确定成型方法 采用直压法 铸压法还是注射法 4 选择成型设备 根据成型设备的种类来进行模具 因此必须熟知各种 成型设备的性能 规格 特点 16 5 具体结构方案 确定模具类型 如压制模 敞开式 半闭合式 闭合式 铸压模 注射模等 确定模具类型的主要结构 选择理想的模具结构在于确定必需的成型设备 理想的型腔数 在绝对可 靠的条件下能使模具本身的工作满足该塑料制件的工艺技术和生产经济的要求 3 影响模具结构及模具个别系统的因素很多 很复杂 1 型腔布置 根据塑件的几何结构特点 尺寸精度要求 批量大小 模 具制造难易 模具成本等确定型腔数量及其排列方式 2 确定分型面 分型面的位置要有利于模具加工 排气 脱模及成型操 作 塑料制件的表面质量等 3 确定浇注系统 主浇道 分浇道及浇口的形状 位置 大小 和排气 系统 排气的方法 排气槽位置 大小 4 选择顶出方式 顶杆 顶管 推板 组合式顶出 决定侧凹处理方 法 抽芯方式 5 决定冷却 加热方式及加热冷却沟槽的形状 位置 加热元件的安装 部位 6 根据模具材料 强度计算或者经验数据 确定模具零件厚度及外形尺 寸 外形结构及所有连接 定位 导向件位置 7 确定主要成型零件 结构件的结构形式 8 考虑模具各部分的强度 计算成型零件工作尺寸 4 绘制模具图 在画模具总装图之前 应绘制工序图 并要符合制件图和工艺资料的要求 绘制总装图尽量采用 1 1 的比例 先由型腔开始绘制 主视图与其它视图 同时画出 5 模具总装图应包括以下内容 1 模具成型部分结构 2 浇注系统 排气系统的结构形式 3 分型面及分模时取件方式 4 外形结构及所有连接件 定位 导向件的位置 5 标注型腔高度尺寸 不强求 根据需要 及模具总体尺寸 6 辅助工具 取件及卸模工具 校正工具等 17 7 按顺序将全部零件序号编出 并且填写明细表 8 标注技术要求和使用说明 6 绘制全部零件图 由模具总装图拆画零件图的顺序应为 先内后外 先复杂后简单 先成型 零件 后结构零件 1 图形要求 一定要按比例画 允许放大或缩小 2 标注尺寸要求统一 集中 有序 完整 3 表面粗糙度 4 其它内容 例如零件名称 模具图号 材料牌号 热处理和硬度要求 表面处理 图形比例 自由尺寸的加工精度 技术说明等都要正确填写 7 校对 审图 描图 送晒 自我校对的内容是 1 模具及其零件与塑件图纸的关系 模具及模具零件的材质 硬度 尺寸精度 结构等是否符合塑件图纸的要 求 2 塑料制件方面 塑料料流的流动 缩孔 熔接痕 裂口 脱模斜度等是否影响塑料制件的 使用性能 尺寸精度 表面质量等方面的要求 3 成型设备方面 注射量 注射压力 锁模力够不够 模具的安装 塑料制件的南芯 脱模 有无问题 注射机的喷嘴与浇口套是否正确地接触 4 模具结构方面 分型面位置及精加工精度是否满足需要 会不会发生溢料 开模后是否 能保证塑料制件留在有顶出装置的模具一边 脱模方式是否正确 推广杆 推管的大小 位置 数量是否合适 推板 会不会被型芯卡住 会不会造成擦伤成型零件 模具温度调节方面 加热器的功率 数量 冷却介质的流动线路位置 大小 数量是否合适 处理塑料制件制侧凹的方法 脱侧凹的机构是否恰当 例如斜导柱抽芯 机构中的滑块与推杆是否相互干扰 浇注 排气系统的位置 大小是否恰当 5 设计图纸 装配图上各模具零件安置部位要恰当 表示得要清楚 并且要无遗漏 零件图上的零件编号 名称 制作数量 零件内制还是外购的 是标准 18 件还是非标准件 零件配合处理精度 成型塑料制件高精度尺寸处的修正加工 及余量 模具零件的材料 热处理 表面处理 表面精加工程度的标记 都要 叙述清楚 零件主要零件 成型零件工作尺寸及配合尺寸 检查全部零件图及总装图的视图位置 投影是否正确 画法是否符合制 图国标 有无遗漏尺寸 6 校核加工性能 8 试模及修模 虽然是在选定成型材料 成型设备时 在预想的工艺条件下进行模具设计 但是人们的认识往往是不完善的 因此必须在模具加工完成以后 进行试模试 验 看成型的制件质量如何 发现错误以后 进行排除错误性的修模 塑件出现不良现象的种类居多 原因也很复杂 有模具方面的原因 也有 工艺条件方面的原因 二者往往交织在一起 在修模前 应当根据塑件出现的 不良现象的实际情况 进行细致地分析研究 找出造成塑件缺陷的原因后提出 补救方法 因为成型条件容易改变 所以一般的做法是先变更成型条件 当变 更成型条件不能解决问题时 才考虑修理模具 9 整理资料进行归档 模具经试验后 若暂不使用 则应该完全擦除脱模渣滓 灰尘 油污等 涂上黄油或其他防锈油或防锈剂 放到保管场所保管 把设计模具开始到模具加工成功 检验合格为止 在此期间所产生的技术 资料 例如任务书 制件图 技术说明书 模具总装图 模具零件图 底图 模具设计说明书 检验记录表 试模修模记录等 按规定加以系统整理 装订 编号进行归档 3 2 压蜡 3 2 1 压蜡 液体蜡被以高压射入金属模具以形成蜡模 制作蜡模使用的蜡一般是兰色的模型石蜡 其融化温度在 60 左右 注蜡 温度在 65 左右 还有一些其他颜色的石蜡 性质略有不同 蜡温及注射压力 是由注蜡机决定的 注蜡机的类别通常有风压式和真空式两种 这两种注蜡机 的注蜡原理基本相似 就是利用气压将熔融状态的蜡注入胶模 注蜡机中的加 热器和感温器能够使蜡液达到并保持一定的温度 通常注蜡机中蜡的温度应该 保持在 707 5 之间 这样的温度能够保证蜡液的流动性 如果温度过低 蜡 液不易注满蜡模 造成蜡模的残缺 反之蜡液温度过高 又会导致蜡液从胶模 缝隙处溢出或从注蜡口溢出 容易形成飞边或烫伤手指 19 注蜡机蜡筒内的压力是由外接气泵提供的 一般应该保持在 0 5 0 7at 也可以根据蜡模的体积和复杂程度进行适当的调整 注蜡之前 首先应该打开胶模 检查胶模的完好性和清洁性 如果是使用 过的胶模 就应该向胶模中尤其是形状比较细小复杂的位置喷洒脱蜡剂 也可 撒上少量滑石粉 以利于取出蜡模 其次应该预热注蜡机 打开气泵 调整好 压力和温度 注蜡时 应该用双手将夹板中的胶模夹紧 注意手指的分布应该使胶模受 压均匀 将胶模水口对准注蜡嘴平行推进 顶牢注蜡嘴后双手不动 用脚轻轻 踏注蜡开关并随即松开 双手停留 1 2 秒后 将胶模放置片刻 即可打开胶模 取出蜡模 蜡模取出后仔细检查 如果出现比较严重的缺边 断脚等问题 这 样的蜡模就属于废品 如果是一些比较细小的缺陷 则应该进行蜡模的修整 高 中温精密铸造粒 硬度高 线收缩率小 韧性好 稳定性好 可反复 使用 另有水溶性铸造蜡 修补蜡 粘接蜡等配套产品 模型蜡作为艺术品铸 造 精密机床加工用模料 化蜡温度 Melting temperature 105 110 保温温度 Keeping temperature 55 60 射蜡温度 Injection temperature 糊状 55 60 射蜡温度 Injection temperature 液状 63 68 射蜡压力 Injection pressure 20 30kg c 模具温度 Mold temperature 20 25 为了更好的使用蜡料 可采取如下的方法 1 有关流动性 1 提高射蜡压力可以消除蜡件表面的波纹和流线 2 气泡问题可能在射蜡时产生或当蜡在输送到蜡模中时流速太快而产 生湍流和气泡 这种现象可以通过降低输送速度和加大射蜡直径来解决 2 有关线收缩率往往取决于射蜡温度和压力 间歇以及模具温度 因此 降低线型收缩率 1 增加射蜡压力 2 确认模具是否达到要求温度 3 增加循环射蜡时间 4 增加模具射蜡口的直径 3 2 2 修蜡 射蜡之后需要对蜡模进行修正以达到质量要求 20 一般而言 注蜡后取出的蜡模都会或多或少地存在一些问题 如飞边 多 重边 断爪 肉眼可见的砂眼 部分或整体结构变形 小孔不通 花头线条不 清晰 花头搭边等等 对于飞边 多重边 花头不清晰 花头搭边等缺陷可以 用手术刀片修光 对于砂眼 断爪可以用焊蜡器进行焊补 小孔不通的可以用 焊针穿透 对于蜡模的变形可以在 40 50 的热水中进行校正 3 2 3 组树 蜡模经过修整后 需要种蜡树 才能进行进一步的操作 种蜡树就是将制作好的蜡模按照一定的顺序 用焊蜡器沿圆周方向依次分 层地焊接在一根蜡棒上 使最终得到一棵形状酷似大树的蜡树 再将蜡树进行 灌石膏等工序 种蜡树的基本要求是 蜡模要排列有序 关键是蜡模之间不能 接触 既能够保持一定的间隙 又能够尽量多地将蜡模焊在蜡树上 也就是说 一棵蜡树上要尽量 种 上最多数量的蜡模 已满足批量生产的需 种蜡树必须 种 在一个圆形橡胶底盘上 这个橡胶底盘的直径是与不锈 钢筒的内径配套的 一般橡胶底盘的直径有 3 寸 3 寸半和 4 寸 底盘的正中 心有一个突起的圆形凹孔 凹孔的直径与蜡树的蜡棒直径相当 种蜡树 的 第一步 就是将蜡棒头部蘸一些融化的蜡液 趁热插入底盘的凹孔中 使蜡棒 与凹孔结合牢固 第二步 逐层将蜡模焊接在蜡棒上 可以从蜡棒底部开始 由下向上 也可以从蜡棒头部开始 由上向下 如果 种树 的技术比 较熟练 两种方法操作起来的差别不大 但是一般使用从蜡棒头部开始 从上 向下 的方法比较多 因为这种方法的最大优点是可以防止融化的蜡液滴落到 焊好的蜡模上 能够避因蜡液滴落造成的不必要的返工 种蜡树的操作过程应该注意以下一些问题 1 种蜡树的蜡模水道与蜡棒之间一般有 45 的夹角 也就是说 蜡模的 方向是倾斜向上的 只有这样才能便于金水顺利注入石膏模 这个夹角可以根 据蜡模的大小和复杂程度进行适当的调整 小而复杂的蜡模可以减小夹角 反 之 比较大的蜡模可以增大夹角 2 在种蜡树之前 应该首先对橡胶底盘进行称重 种蜡树完毕 再进行一 次称重 将这两次称重的结果相减 可以得出蜡树的重量 将蜡树的重量按石 蜡与铸造金属的密度比例换算成金属的重量 就可以估算出大概需要多少金属 进行浇铸 3 种蜡树完毕 必须检查蜡模是否都已焊牢 如果没有焊牢 在灌石膏时 就容易造成蜡模脱落 影响浇铸的进行 最后 应该再检查蜡模之间是否有足 够的间隙 蜡模若贴在一起 应该分开 如果蜡树上有滴落的蜡滴 应该用刀 片修去 21 3 3 制壳 制壳是将单个蜡模组成模组进入涂料中 取出后在其表面撒上石英砂等制 壳材料 使蜡模组表面形成 5 10 mm 的硬壳 在熔模制造过程中 制壳是熔 模制造的的一个关键工序 是技术细活 铸件的成败和质量好坏与制壳工序的 关系非常密切熔模技术的发展很多时候体现在制壳的材料和工艺上 最初采用制壳工艺是将组合的蜡模浸入水玻璃和石英粉配置的涂料中 取 出后 向其表面撒上一层石英砂 然后 将粘附石英砂的蜡模组浸入氯化铵溶 液中 使其产生化学反应而硬化 这种制壳工艺复杂 涂料稳定性不好 型壳 高温性能不好 高温抗变形能力差 现在熔模铸造中常用的是用硅溶胶作为粘 粘剂 来调配涂料 制造型壳 这种硅溶胶不需化学硬化 工艺简单 所以型 壳高温性能好 湿强度较低的硅溶胶型壳质量好 表面致密 平整光洁 表面 粗糙值小 缺点是对蜡模组润湿性差 型壳的干燥速度慢 3 3 1 硅溶胶涂料 在硅溶胶涂料的配制中 我们通常在硅溶胶中加入耐火粉料 润湿剂 消 泡剂 晶粒细化剂及一些附加物 让涂料中各组分均匀分散 充分相互混合和 湿润 以保证涂料性能 涂料配制时 加料的次序 搅拌时间等均会影响涂料 质量 一般涂料配制安以下次序进行 1 检查设备工作状态 2 按比例将硅 溶胶倒入沾浆桶中 3 开动沾浆机 使其旋转 4 按每千克硅溶胶应加入润 湿剂的比例加入润湿剂 混合均匀 5 按比例将耐火粉缓慢加入沾浆桶中 注 意防止粉料结块 6 按每千克硅溶胶应加入的比例加入消泡剂 混合均匀 7 等涂料基本混匀后 用流杯测定涂料粘度 8 将涂料粘度调整好后 盖上 浆桶以免溶剂蒸发 继续搅拌到工艺时间后 再次检查涂料性能 达到工艺要 求性能后方可使用 配制涂料操作时 为保证涂料质量 面层涂料全部为新料 时 搅拌时间应大于 24 小时才能使用 对于过渡层及背层涂料搅拌时间大于 10 小时 3 3 2 模组清洗 涂料配好后 接下来是进行模组清洗 蜡模表面光滑 浸润性差 配好的 涂料较难涂挂上去 易使型壳表面粗糙 不平度过大 甚至型壳面鼓裂现象 为保证硅溶胶涂料很好的涂挂在模组上 除在面层硅溶胶涂料中 加入润湿剂 外 应将模组清洗 先将模组浸入蚀刻液中 3 秒左右 提起 再用酒精清洗 吹干或晾干模组 在一批模组清洗后 应抽检模组的润湿效果 3 3 3 制壳 清洗好的模组放入不同层面的涂料中 然后干燥成型是制壳的最后工艺 制壳车间的环境 干燥时间把握相当讲究 一般硅溶胶的型壳制成四层半 及 22 面层 二层 背层 共 2 层 封浆 涂料分为面层涂料和背层涂料 一般除 面层外 其余用背层涂料 背层涂料与面层涂料相比较 背层涂料少了润湿剂 消泡剂和晶粒细化剂 另外硅溶胶的粒径和耐火材料也不同 撒砂所用材料 面层用 100 120 号铣砂 背层用 16 30 号煤研石 撒砂应均匀附于蜡模表面 厚度合适 不要过厚 型壳的干燥 干燥时型壳中一个很重要的环节 对温度和湿度要求较高 一般制壳车间 的温度控制在 22 25 湿度控制在 50 70 干燥的时间 面层为 4 6 小 时 背层为 8 小时以上 图 3 1 环境相对湿度与型壳干燥速度的关系 型壳干燥不好容易引起型壳表面出现不规则的裂纹或极细小的龟状裂纹和 面层鼓裂 影响型壳干燥的主要因素有环境湿度 风速 空气流速 环境温 度和耐火材料的种类等 据实验测试 环境湿度对干燥速度的影响很大 如图 随着环境相对湿度的上升 型壳的干燥速度降低 时间加长 当湿度超过 80 时 型壳的干燥时间将大大加长 为了缩短干燥时间 减少型壳的生产周期 通常采用旋转风对型壳干燥 风速增加 干燥时间某些缩短 一般采用的风速 为 6 8m s 提高环境温度 健康了水分的挥发 业缩短了型壳干燥时间 但 环境温度会影响模组模料的热膨胀和热稳定性 从而影响铸件尺寸精度甚至变 型 合适的干燥温度一般为 22 25 3 4 浇注 3 4 1 脱蜡 所谓脱蜡就是用加热排出压坯中的有机添加剂 粘结剂或润滑剂 23 脱蜡的工艺过程就是将模放在较低的温度下烘焙 使模具里面的是石 蜡慢慢的熔化 然后以液体的形式的流出 然后收集流出的石蜡液体 可以 作为下次制模的原材料 3 4 2 焙烧 模的烘焙是保证浇铸正常进行的重要工序 一般而言 18K 金的铸模烘焙 时间为 6 12 小时 铂金的铸模烘焙时间为 12 20 小时 烘焙的作用主要有 干燥和浇铸保温 以 18K 金的烘焙为例 干燥温度为 350 700 保温时间 2 3 小时 浇铸保温温度为 500 600 保温时间 1 2 小时 一般的烘焙过程是 首先将电阻炉预热到起始温度 在起始温区恒温 1 小 时后 再以 1 2 小时的间隔逐步升 降温和恒温 注意升温 或降温 速度应 该保持在 100 200 小时 否则升温过快容易形成模的裂纹 严重的可能造 成模损坏或报废 升温过慢又容易造成遗蜡或模干燥不彻底 影响铸件的质量 模的烘焙时间主要取决于金树的大小和复杂程度 可以根据具体情况进行调整 3 4 3 熔炼和化性分析 熔炼和化性分析是保证浇铸正常进行的重要工序 熔炼和化性分析是指指 将固体金属用加热炉熔化成液体并调质 如 调节合金元素含量 调碳 脱氧 脱气 脱掉非金属夹杂 焙烧与熔炼的过程是同步的 工艺过程为 先将固体的金属用加热炉熔化成液体 并根据需要加入少 量的微量元素 熔化后要隔固定的时间检验铁水中微量的元素的量 并根据 需要选择加固体金属或者是微量元素 直到制出的铁水符合工艺的要求 3 4 4 熔模铸件浇注 熔模铸造时常用的浇注方法有 1 热型重力浇注 这是用的最广泛的一种浇注形式 即型壳从焙烧炉中取出后 在高温下进 行浇注 此时金属在型壳中冷却较慢 能在流动性较高的情况下充填铸型 故 铸件能很好复制型腔的形状 提高了铸件的精度 但铸件在热型中的缓慢冷却 会使晶粒粗大 这就降低了铸件的机械性能 在浇注碳钢铸件时 冷却较慢的 铸件表面还易氧化和脱碳 从而降低了铸件的硬度 光洁度和尺寸精度 2 真空吸气浇注 将型壳放在真空浇注箱中 通过型壳中的微小孔隙吸走型腔中的气体 是 液态金属能更好地充满型腔 复制型腔的形状 提高铸件精度 防止气孔 浇 不足的缺陷 该法已在国外应用 3 压力下结晶 24 将型壳放在压力罐内进行浇注 结束后 立即密封压力罐 向压力罐内通 入高压气体或惰性气体 使铸件在压力下凝固 以增大铸件的致密度 在国外 最大压力已达 150atm 4 定向结晶 定向凝固 一些熔模铸件入涡轮机叶片 磁钢等 如果它们的结晶组织是按一定方向 排列的柱状晶 它们的工作性能便可提高很多 所以熔模铸造定向结晶技术正 在迅速的得到发展 3 4 5 熔模铸件的清理 浇铸后 金属件凝固成型 将其外包裹的泥浆移除以获得需要的工件 并 磨掉不需要的飞边 熔模铸件清理的内容主要为 1 从铸件上清除型壳 2 自浇冒系统上取 下铸件 3 去除铸件上所粘附的型壳耐火材料 4 铸件热处理后的清理 如 除氧化皮 飞边和切割浇口残余等 3 5 后处理 3 5 1 抛丸 抛丸是一种机械方面的表面处理工艺的名称 类似的工艺还有喷砂和喷丸 抛丸的原理是用电动机带动叶轮体旋转 直接带动或用 V 型皮带传动 靠离心 力的作用 将直径约在 0 2 3 0 的弹丸 有铸钢丸 钢丝切丸 不锈钢丸等不 同类型 抛向工件的表面 使工件的表面达到一定的粗造度 使工件变得美观 或者改变工件的焊接拉应力为压应力 提高工件的使用寿命 通过提高工件表 面的粗糙度 也提高了工件后续喷漆的漆膜附着力 抛丸是靠叶轮高速旋转 将在叶轮中心的磨料 经过调流块 Regulator 及 叶轮推动器 Impeller 预加速 送入叶片区再将磨料高速抛出 速度可超过 100m s 由于