熔模铸造工艺知识培训ppt课件

1熔模铸造,1,定义：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”。,1.1概述,2,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,3,观看影片,4,1）、铸件尺寸精度高（CT4-CT7）；表面粗糙度低（Ra1.6-6.3m）。减少了铸件的切削加工余量，甚至可实现近净型铸造。,2）、能生产形状复杂的薄壁铸件。如前机匣（由内、外环和14件叶片组成）。如发动机叶片，叶型的最小壁厚可达0.7mm。,熔模铸造的特点,5,4）、熔模铸造存在一定局限性。工艺流程烦琐，生产周期长、铸件尺寸不宜太大。,3）、合金材料不受限制.钢铁、铜、铝、钛、镁等。熔点高的镍基高温合金；锌、锡等低熔点金属。,6,熔模铸造典型产品应用实例,7,8,9,1.2熔模铸件工艺设计,1.2.1铸件结构设计,目的就是对于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。,一、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。,10,不合理,合理,1）易于从压型中取模,11,不合理,合理,12,2）易于抽芯,不合理,合理,13,不合理,合理,14,3）壁厚均匀，减少热节,不合理,合理,15,4）避免大平面,不合理,合理,16,5）减少不通孔,不合理,合理,17,6）简化压型加工,不合理,合理,18,7）设计必要的工艺筋,A）防止环形件、框型件变形设计的工艺筋,19,B）防止铸件开口部位变形而设计的工艺筋,20,C）减少大平面，防止壳形变形,21,8）设计必要的工艺孔,A）防止大平面型壳变形设计工艺孔,22,B）减少热节、防止缩孔设计工艺孔,23,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。,二铸件结构要素及工艺参数选定,1最小壁厚,24,熔模铸件的最小壁厚（单位：mm）,25,r=(d+)/kR=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，根据角度大小接图选取。,13590450,2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,26,为了便于取模，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,3铸造斜度,27,最小铸出孔的孔径与深度（单位：mm）,4最小铸出孔,28,熔模铸件单面加工余量（单位mm）,5加工余量,29,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。,6线收缩率,30,1.2.2熔模铸造浇注系统设计,一、浇注系统作用1把液体金属引入型腔注意充型平稳，避免金属液氧化和卷入气体，保证不产生冷隔和浇不足缺陷。2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。,31,3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。4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。,32,二、浇注系统结构,按浇注系统组成分为：1）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。,33,2）横浇道一内浇道结构形式：常用于顶注，有利于顺序凝固。,34,3）直浇道一横浇道一内浇道结构形式,35,按合金液注入铸件部位分为：1）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。,36,2）侧注式：合金液从型腔侧面注入，铸件补缩好，应用较广泛。,37,3）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。,38,三、浇注系统计算,步骤：1）确定浇注系统形式：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。,39,1）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,40,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。,41,优点：因为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。,S直S横S内,开放式浇注系统,42,此法依据铸件上热节圆直径或热节圆截面积，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，mmD节铸件上热节圆直径，mmS内内浇道截面积，mm2S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,43,热节圆直径的求法,44,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当量热节法,45,式中d内浇道尺寸，mmK重量系数Dc当量热节直径，mm当内浇道为圆截面时，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axb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,46,当量热节圆直径Dc的求法,47,重量系数K的求法,48,1）铸件热节部位截面axb：16mm30mm2）由图查当量热节直径Dc，用直尺连接a=30mm，b=16mm，两点交Dc线于一点，即得Dc=21mm。,当量热节法计算举例,制动凸轮铸件如图所示，铸件重230g,49,3）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=18.8mm5)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,50,1.3压型种类及制造方法,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。,1.3.1压型的种类,51,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。各种压型的特点及应用范围如表所示。,52,常用压型类型,53,1.3.2压型组成,压型主要由型体、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。,54,1.4易熔模制造,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。,55,1熔化温度和凝固温度区间兼顾模料耐热性要求并考虑到工艺操作方便，熔化温度常选在5080之间，凝固温度区间以510为宜。,1.4.1模料,一、对模料的基本要求,概括为工作性能要求和工艺性能要求,56,3收缩率模料热胀冷缩小，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应小于1%。优质模料线收缩率仅为0.3%0.5%。,2耐热性模料耐热性是指温度升高时其抗软化变形的能力，它影响着熔模和铸件的精度。通常用热变形量来表示，要求35温度时模量热变形量H35-22mm。,57,4强度为保证生产过程中不损坏，熔模需要有一定强度，模料强度多以抗弯强度表示，一般模料抗弯强度应不低于2.0MPa，最好为5.08.0MPa。5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）,58,6粘度和流动性为便于脱模和模料回收，模料粘度不能太大，在90附近的粘度应为310-3310-2Pa.S。为得到清晰的熔模，模料应具有良好的流动性。7灰分模料灼烧后的残留物称灰分，它将影响铸件的质量，也是模料最重要的指标之一。一般模料灰分的质量分数应低于0.05%。,59,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。,二、模料的种类,1蜡基模料,60,硬脂酸的分子式为C17H35COOH，是以动植物油脂为原材料，经加压蒸馏和水解制得。由于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。,61,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。,2树脂基模料,62,一、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,1.4.2制模工艺,63,三、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。,1）压射蜡温和压型温度压注熔模时模料的温度为压射蜡温。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、收缩较小。,64,（2）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。,（3）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”。,65,一、型壳组成及结构熔模铸造有实体型壳和多层型壳两种铸型，除石膏型采用实体铸型外，一般都用多层型壳。型壳是由黏结剂、耐火粉料和撒砂材料等，经浸涂料、撒砂、干燥硬化、脱蜡和焙烧等工序制成。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。,1.5型壳制造,1.5.1型壳概述,66,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。,二、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、抗变形能力、透气性、线量变化、导热性、热震稳定性、热化学稳定性等。,67,常温强度又称湿强度，它是指制好型壳后型壳的强度。它取决于型壳黏结剂干燥和硬化的程度等。如果湿强度太低，脱蜡过程中型壳就会开裂或变形。高温强度是指焙烧或浇注时型壳的强度，取决于黏结剂中硅凝胶在高温下形成硅氧键，以及高温下黏结剂与耐火材料的反应产物。高温强度不足的型壳在焙烧和浇注时就会发生变形或破裂。残留强度是指浇注后型壳脱壳时的强度，它影响着铸件清理的难易程度。残留强度过高，清理困难，并易因清理使铸件变形或破坏。,型壳强度,68,一、石英是一种资源丰富、价格低廉的耐火材料。熔模精铸通常采用的是经机械加工粉碎的石英砂（粉）。石英中，SiO2量愈高，其他杂物含量愈低则耐火度愈高。SiO2溶点为1713。,1.5.2制壳用耐火材料,69,二、电熔刚玉电熔刚玉就是a-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、不锈钢及镁合金等精铸件的制壳材料。,70,三、锆砂（锆英石）锆砂又称硅酸锆或锆英石。分子式为ZrO2SiO2（或Zr-SiO2），理论组成（质量分数）为67.23%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。,71,三种黏结剂简述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、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。,1.6.3制壳用黏结剂,72,1.5.4硅溶胶型壳的制备,一制壳原理制壳过程是硅酸胶体胶凝的过程。涂料中的黏结剂把耐火粉料及撒砂黏结在模组外边，形成所需形状的型壳。硅溶胶型壳采用干燥硬化，即让型壳干燥，水分蒸发，使硅溶胶浓度增加，达到胶凝临界浓度时，硅溶胶则胶凝。每制一层型壳有三个工序：上涂料、撒砂、干燥，如此反复多次就可得到所需厚度的多层型壳。,73,二、各工序目的及注意事项,(1)上涂料涂料的浸涂是制壳的关键工序之一，各处都要均匀涂上涂料。浸涂面层涂料时，要根据熔模的结构特点在涂料桶中转动或上下移动，防止熔模上的凹角、沟槽和小孔集存气泡。,(2)撒砂撒砂是为了增强型壳