铸件尺寸超差的原因及防止

1、职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库铜合金铸件铸造技术课程教案铸件尺寸超差的原因及防止制作人：杨兵兵陕西工业职业技术学院铸件尺寸超差的原因及防止一、铸件尺寸超差缺陷1.铸件缺陷分类铸件缺陷种类繁多。根据缺陷的形貌特征、国家标准GB/T5611-1998，将铸造缺陷分为八类，具体如下图1所示。图1 铸造缺陷分类2.铸造尺寸超差及影响因素铸件尺寸超过规定公差范围称铸件尺寸超差，这是熔模铸件的重要缺陷之一。影响铸件尺寸变化的因素主要有五个方面，见图2。图2 铸造尺寸超差影响因素3.铸件尺寸超差主要考虑因素铸件结构、形状影响铸件收缩是否受阻，从而影响铸件尺寸精度，但铸件特点一般是不能改变的。压型分

2、型方案、工艺参数、加工精度也影响尺寸精度，应认真选择。其中工艺参数的综合收缩率选择不当属系统误差，在压型调试中可以消除。因此在正常生产条件下图2所示的铸件特点、压型两因素可以不予考虑。应重点分析和讨论制模、制壳及浇注、清理的影响。 二、制模对铸件尺寸的影响1.熔模尺寸控制必要性熔模尺寸精度对铸件尺寸精度影响较大。有资料介绍，对25mm长的铸件，其熔模偏差占铸件总偏差的50%以上；当铸件尺寸增大时，熔模影响相对有所减小，对长250mm铸件，熔模偏差占铸件总偏差的40%左右。对铸件内孔，熔模偏差更占铸件总偏差的2/33/4。因此，要做精密的铸件，首先要控制好熔模尺寸精度。2.引起熔模尺寸偏差的主要

3、因素熔模尺寸的偏差主要是制模工艺不稳定而造成的，如合型力、压蜡温度、压注压力、保压时间、压型温度、开型时间、冷却方式、室温等因素波动而造成的。压铸熔模时的膜料温度就是压射温度。它对熔模尺寸的影响如图3所示。随着压型温度的上升，熔模的线收缩率也在增加，如图4所示。压射蜡温和压型温度偏高，熔模的收缩较大，反之收缩较小。因此需要严格控制压射蜡温和压型温度处于一个合理的范围之内。为压制出尺寸精确、表面质量高的熔模，压射压力也是一个重要的制模工艺参数。模料的收缩与压射压力有关，压射压力越大，线收缩率就越小，见图5所示。适当的提高模料的压射压力，有利于减小熔模收缩率，提高熔模的尺寸精度。模料充满型腔后，保

4、压的时间越长，则熔模的收缩率越小，对厚壁熔模的尺寸影响更为明显。如图6所示。保压时间过短，熔模厚壁及平面收缩过大。保压时间的长短取决于压射蜡温、熔模大小和壁厚，以及冷却条件等，不同铸件应分别加以选择。 图3 压射温度对熔模尺寸的影响 图4 压型温度和线收缩率的关系 图5 压铸压力对线收缩率的影响 图6 保压时间和线收缩率的关系2.熔模尺寸偏差的主要因素(1)手工压型时出现偏差的主要原因分析在手工压型时，上述工艺参数会在相当大的范围内波动从而造成较大的熔模尺寸偏差。如用螺钉锁紧压型时，操作人员用力不同，加之注射压力不一致，会使通过分型面的偏差达到0.3mm左右。压注温度、压注压力、保压时间、压型

5、温度对熔模线收缩都有较大的影响。手工压蜡情况见图7。图7 手工压蜡（2）使用压蜡机制模时出现偏差的主要原因分析使用压蜡机制造熔模，由于压制工艺参数由机器控制，从而使得工艺因素稳定，熔模尺寸精度有所改善。另外，采用线收缩率小的模料也有利于减少工艺因素对熔模尺寸偏差的影响。使用压蜡机压蜡如图8所示。图8 使用压蜡机压蜡3.经验分享实际生产中为提高生产效率，熔模在压型中停留时间不能太长，因此，取模后熔模仍会继续收缩。 图9是两种模料取模后停留时间对线收缩率的影响。多数模料压制的熔模24小时后尺寸才能够稳定。为保证熔模尺寸必须注意取模后熔模的收缩和防止变形。为此制模和存放处应保持恒温，对易变形或高精度

6、要求的熔模，取模后应置于胎膜中，停放一定时间，待尺寸稳定后再取出。图10为不同蜡模存放现场图。图9 取模后停放时间对线收缩率的影响图10 蜡模存放现场图三、制壳对铸件尺寸的影响1.水玻璃制壳对铸件尺寸影响型壳是由黏结剂、耐火粉料和撒砂材料等，经配涂料、浸涂料、撒砂、干燥硬化、脱蜡和焙烧等工序制成的。型壳质量影响着铸件的尺寸精度、表面粗糙度以及铸件的内在质量。根据黏结剂的不同将壳分为三种，分别是硅酸乙酯水解液、硅溶胶和水玻璃粘结剂。硅酸乙酯水解液是优质的黏结剂，因为具有：（1）所配涂料与熔模涂挂性好； （2）硅酸乙酯的型壳室温、高温强度均较高、抗变形能力强，生产的铸件尺寸稳定和硅酸乙酯水解液相比

7、，虽然水玻璃黏结剂与熔模湿润性差，导致生产的铸件表面粗糙，但是我国在使用水玻璃黏结剂方面已经有50多年的历史，技术成熟，而且形成了许多固有的产品领域。图11是三种水玻璃线量变化和温度的关系。图11 三种水玻璃型壳线量变化和温度变化1.低强度型壳 2-撒硅砂的粘土高强度型壳 3-撒高岭石砂的粘土高强度型壳曲线1是全部使用硅砂粉、撒硅砂的低强度水玻璃型壳，在整个加热过程中膨胀1%左右，收缩4%左右，尺寸绝对变化5%。 曲线2为加固层用硅砂粉粘土涂料、撒硅砂的水玻璃型壳，尺寸绝对变化仅1.6%左右。 曲线3为加固层硅砂粉粘土涂料、撒高岭石砂的水玻璃型壳，其尺寸变化更小，为0.8%左右。图12为水玻璃

8、生产线制备型壳时的场景。图12 水玻璃生产线制备型壳图2.硅酸乙酯制壳对铸件尺寸影响图13是硅酸乙酯型壳热膨胀曲线，曲线1为使用硅砂粉为耐火材料的型壳，热膨胀最大；曲线2、曲线3为电熔刚玉和高岭石的型壳，热膨胀较小；曲线4是用熔融石英制的型壳，热膨胀最小。图14是用相同的铝矾土硅酸乙酯涂料，撒不同砂制型壳生产汽轮机叶片厚度尺寸分布图。各测15个铸件，由于铝矾土热膨胀率小，所制铸件绝对尺寸较小，分布较集中；电熔刚玉生产的铸件尺寸稍大；而硅砂型壳所制铸件尺寸明显很大，且尺寸分布分散。总之型壳的粘结剂种类和撒砂材料种类直接影响着铸件尺寸大小。图13 硅酸乙酯热膨胀系数图14 汽轮机叶片厚度尺寸分布图

9、15硅酸乙酯制壳（涂料、硬化、干燥）3.制壳工艺参数对铸件尺寸影响制壳工艺参数的变化对熔模铸件尺寸也有影响。如制壳间温度不同，所制型壳尺寸也不同，因此，为生产高精度铸件，制壳间应恒温。又如涂料粘度应与撒砂配合，型壳硬化干燥工艺等也都影响型壳尺寸的变化，需加以控制。四、浇注、清理对铸件尺寸的影响1.浇注时各因素对铸件质量的影响浇注时型壳温度、合金液浇注温度、铸件在型壳中位置等均会影响铸件尺寸。（1）型壳温度影响据统计，型壳温度在20900之间变化时，所浇铸件尺寸变化将达1.5%之多。图16为焙烧后型壳待浇注时的场景。图16 为焙烧后型壳待浇注时的场景。（2）合金液浇注温度的影响合金液浇注温度的变化也将影响铸件尺寸变化。通常情况下，随着浇注温度的增大，对铸件尺寸的影响也将会随之增大。 图17 浇注温度正常时的状况3.浇注位置对铸件尺寸的影响另外，相同铸件处于不同浇注位置时，因所受压力不同，合金液实际浇注温度也不同，也易引起尺寸波动。图18 侧注工艺 图19 顶注工艺2.清理对铸件尺寸的影响有时清理会引起铸件变形，也会影响铸件尺寸。必须严格控制铸件变形的因素，防止铸件变形。图20图22