陶瓷型铸造解析PPT课件

1、知识要点知识要点掌握程度掌握程度相关知识相关知识陶瓷型铸造的陶瓷型铸造的工艺实质工艺实质 了解陶瓷型铸造的工艺了解陶瓷型铸造的工艺流程、工艺特点及应用流程、工艺特点及应用 快速制模技术快速制模技术陶瓷型铸造的陶瓷型铸造的工艺设计工艺设计 熟悉陶瓷型铸造工艺设熟悉陶瓷型铸造工艺设计的过程，根据铸件的特计的过程，根据铸件的特点能够合理地编制陶瓷型点能够合理地编制陶瓷型铸造工艺铸造工艺 工程流体力学，铸造工工程流体力学，铸造工艺设计基础艺设计基础陶瓷型铸造陶瓷型铸造工艺工艺 了解陶瓷型铸造所用造了解陶瓷型铸造所用造型材料，熟悉陶瓷浆料的型材料，熟悉陶瓷浆料的配制工艺配制工艺 胶体化学，陶瓷材料学胶体

2、化学，陶瓷材料学第第4 4章章 陶瓷型铸造陶瓷型铸造本章教学要点第1页/共54页4.14.1概述概述 陶瓷型铸造（Ceramic Mold CastingCeramic Mold Casting）是在砂型铸造和熔模铸造基础上发展起来的一种铸造方法，又称Shaw ProcessShaw Process肖氏法，它是用高质量陶瓷浆料形成铸型型腔的方法。第2页/共54页工艺过程工艺过程陶瓷型铸造的工艺流程陶瓷型铸造的工艺流程催化剂结胶硬化起模硅酸乙酯硅酸乙酯水解液耐火材料配置浆料准备模型及砂套灌浆喷烧焙烧熏烟合箱浇注打箱清理铸件+ + +水解合金熔炼第3页/共54页 小型陶瓷型铸件，常采用全部以陶瓷浆

3、料制造的陶小型陶瓷型铸件，常采用全部以陶瓷浆料制造的陶瓷型。瓷型。陶瓷型的制造方法陶瓷型的制造方法- -全部由陶瓷浆料灌注而成陶瓷型- -又称带底套的陶瓷铸型底套整体陶瓷铸型复合陶瓷铸型砂套金属底套第4页/共54页 （1 1）整体陶瓷铸型的造型过程）整体陶瓷铸型的造型过程 首先将模型固定于模板上（首先将模型固定于模板上（a a）；）； 再套上砂箱（再套上砂箱（b b）；）； 然后将预先调好的陶瓷浆料倒入砂箱（然后将预先调好的陶瓷浆料倒入砂箱（c c）；）； 将表面刮平，等待结胶硬化（将表面刮平，等待结胶硬化（d d）；）； 待浆料一旦出现弹性即可进行起模（待浆料一旦出现弹性即可进行起模（e e

4、）；）； 随即点火喷烧（吹压缩空气助燃）（随即点火喷烧（吹压缩空气助燃）（f f）；）； 待火熄灭后，移入高温炉中焙烧即成所需的陶瓷待火熄灭后，移入高温炉中焙烧即成所需的陶瓷型。型。第5页/共54页 全部采用陶瓷浆料造型过程示意图全部采用陶瓷浆料造型过程示意图a-a-模型；模型；b-b-准备灌浆；准备灌浆；c-c-灌浆；灌浆；d-d-结胶；结胶；e-e-起模；起模；f-f-喷烧喷烧1-1-铸型；铸型；2-2-砂箱砂箱第6页/共54页整体陶瓷铸型特点陶瓷浆料多，成本高透气性差型壁厚，喷烧时产生较大变形用于制陶瓷芯或陶瓷镶块第7页/共54页 （2 2）复合陶瓷铸型的造型过程）复合陶瓷铸型的造型过程

5、首先将底套模型固定于模板上（首先将底套模型固定于模板上（a a）；）；再套上砂箱（再套上砂箱（b b）；）；然后将预先调好的陶瓷浆料倒入砂箱（然后将预先调好的陶瓷浆料倒入砂箱（c c）；）；将表面刮平，等待结胶硬化（将表面刮平，等待结胶硬化（d d）；）；待浆料一旦出现弹性即可进行起模（待浆料一旦出现弹性即可进行起模（e e）；）；随即点火喷烧（吹压缩空气助燃）（随即点火喷烧（吹压缩空气助燃）（f f）；）；待火熄灭后，移入高温炉中焙烧即成所需的陶待火熄灭后，移入高温炉中焙烧即成所需的陶瓷型。瓷型。第8页/共54页（2 2）复合陶瓷型制造过程）复合陶瓷型制造过程 复合陶瓷铸型，即复合陶瓷铸型，

6、即与金属液直接接触的面层，灌注与金属液直接接触的面层，灌注陶瓷浆料，陶瓷浆料，而其余部分用砂套或金属套代替。而其余部分用砂套或金属套代替。 目前生产上应用最广的是目前生产上应用最广的是COCO2 2水玻璃砂底套水玻璃砂底套陶瓷型。陶瓷型。COCO2 2水玻璃砂套有强度高、透气性好、制作简便等优水玻璃砂套有强度高、透气性好、制作简便等优点。点。 其特殊之处，在于实现要准备两个模型，一个其特殊之处，在于实现要准备两个模型，一个用用于于灌陶瓷浆料的铸件模，灌陶瓷浆料的铸件模，另一个用于另一个用于制造底套，制造底套，其尺寸其尺寸较铸件模大。较铸件模大。第9页/共54页 复合陶瓷型制作工艺复合陶瓷型制作

7、工艺a a）底套用模样）底套用模样;b;b）砂底套）砂底套;c;c）涂层强化）涂层强化;d;d）铸件模准备）铸件模准备; ; e e）灌浆硬化）灌浆硬化;f;f）起模）起模;g;g）喷烧）喷烧底套模样底套模样铸件铸件模模第10页/共54页工艺过程特点工艺过程特点用陶瓷浆料形成铸型型腔，型腔表面光洁、尺 寸精确铸型的耐火度高，适用于各种不同合金，特别 是高熔点的合金钢不适合做孔深或多分型面的铸件存在灌浆过程，不适合浇注批量大的铸件，难 于机械化、自动化陶瓷型起模后产生缺陷，难于修补第11页/共54页应用应用 可生产较精密、复杂的各种大小铸件，合金不限，以单件小批为主 主要用于生产各种模具：玻璃制

8、品模具、塑料制品模具、橡胶制品模具、锻造用模具、铸造用模具等第12页/共54页4.24.2陶瓷型铸造工艺陶瓷型铸造工艺 母模与底套母模与底套 （1 1）母模）母模 可用木模、石膏模、金属模、快速成形样件 尺寸精度 母模公差比铸件公差高 表面粗糙度 比铸件低2 2级第13页/共54页（2 2）底套）底套 陶瓷型的底套一般都采用水玻璃砂水玻璃砂制作 水玻璃砂可采用COCO2 2硬化或有机酯硬化硅砂硅砂水玻璃水玻璃（M2.4M2.4）膨润土膨润土20204040目目12122020目目COCO2 2硬化硬化505050507 78 81 12 2有机酯硬化有机酯硬化505050504 45 5底套用

9、型砂配方（质量比）底套用型砂配方（质量比）第14页/共54页 对于批量小、尺寸大的零件，制作底套的模具可在原母模上贴黏土层或橡胶层形成。 黏土层或橡胶层的厚度即为陶瓷浆料层的厚度。 批量生产时，要制作专用的模型制造底套。第15页/共54页 中小件中小件大件大件铸铝铸铝5 57 78 81010铸铁、铸钢铸铁、铸钢6 68 88 81212铸钢铸钢8 8101010101515陶瓷灌浆厚度的选用（陶瓷灌浆厚度的选用（mmmm）第16页/共54页陶瓷浆料原材料陶瓷浆料原材料 （1 1）耐火材料）耐火材料 耐火材料及粒度级配耐火材料及粒度级配根据合金种类选择耐火材料种类 粒度级配 目的：为了达到高浆

10、料粉液比，铸件表 面更光洁 第17页/共54页常用耐火材料性能及应用常用耐火材料性能及应用耐火材料耐火材料化学性质化学性质熔点熔点 /密度密度/g/gcmcm-3-3热膨胀系数热膨胀系数/10/10-7-7-1-1价格价格（元（元/ /吨）吨）硅砂硅砂酸性酸性171317132.62.6125125100100120120白刚玉白刚玉两性两性205020503.993.994.024.02868695009500锆砂锆砂弱酸性弱酸性194819484.54.54.94.946461200012000莫来石莫来石弱酸性弱酸性181018103.033.03505035003500铝矾土铝矾土弱酸

11、性弱酸性180018003.13.13.53.550505858400400第18页/共54页粉液比粉液比 粉液比即耐火材料和黏结剂之间的比例。粉液比大，虽然强度会高些，但陶瓷浆料的流动性差，表面光洁度差。如果粉液比小，虽然流动性会好，表面光洁度较好，但容易产生裂纹。第19页/共54页粉液比对流动性的影响粉液比对流动性的影响粉液比粉液比陶瓷浆料流动性陶瓷浆料流动性3.0:13.0:1非常好非常好3.2:13.2:1好好3.4:13.4:1较好较好3.6:13.6:1差差第20页/共54页 铸型常温强度 铸型高温强度硅酸乙酯32 2.96MPa 3.88MPa32 2.96MPa 3.88MPa

12、硅酸乙酯40 3.46MPa 4.99MPa40 3.46MPa 4.99MPa（2 2）黏结剂黏结剂 硅酸乙酯4040比3232好，陶瓷型强度高，水解容易掌握第21页/共54页采用硅酸乙酯水解液作为黏结剂，水解液的原料及其作用如表所示。采用硅酸乙酯水解液作为黏结剂，水解液的原料及其作用如表所示。名称名称作用作用备注备注硅酸乙酯硅酸乙酯黏结剂黏结剂#40#40酒精酒精溶剂溶剂水水水解水解纯净水或蒸馏水纯净水或蒸馏水盐酸盐酸催化剂、稳定水解液催化剂、稳定水解液醋酸醋酸增强韧剂增强韧剂第22页/共54页 水解计算及水解方法同熔模铸造 加水量B B（g g） 乙醇加入量C C（g g） 实际加水量（

13、g g） 盐酸加入量D D（g g） %3 . 2CBB10001840045aMBMa110001SCBS乙1000GbbDw盐盐M M置换置换1mol-OC1mol-OC2 2H H5 5所需水的摩尔数所需水的摩尔数（2 2）黏结剂黏结剂第23页/共54页 硅酸乙酯 4040 M 0.35 M 0.35 SiO SiO2 2 16 1618%18% 陈化时间 202024h24h最佳水解参数最佳水解参数第24页/共54页 水解时，先在容器内放入纯净水，然后加入酒精，搅拌均匀，水解时，先在容器内放入纯净水，然后加入酒精，搅拌均匀，随随后量取盐酸及醋酸加入容器内，搅拌均匀。然后将搅拌器一直后量

14、取盐酸及醋酸加入容器内，搅拌均匀。然后将搅拌器一直处于处于搅拌状态，然后缓慢加入硅酸乙酯，其水解的反应方程式如下：搅拌状态，然后缓慢加入硅酸乙酯，其水解的反应方程式如下： 由于该反应为放热反应，水解的温度过高或过低都会影响水由于该反应为放热反应，水解的温度过高或过低都会影响水解液解液质量。温度最好控制在质量。温度最好控制在 40-5540-55范围之内。因此，在加入硅酸范围之内。因此，在加入硅酸乙酯乙酯的过程中，若温度过高，则需在水解容器外面加冷却水；若温的过程中，若温度过高，则需在水解容器外面加冷却水；若温度过度过低，则需加大硅酸乙酯的流量，整个水解过程都需在密闭容器低，则需加大硅酸乙酯的流

15、量，整个水解过程都需在密闭容器内进内进行，防止溶剂酒精的挥发。硅酸乙酯加入完毕后，需继续搅拌行，防止溶剂酒精的挥发。硅酸乙酯加入完毕后，需继续搅拌 2-3 2-3 小时，然后装入密闭容器内，待其陈化小时，然后装入密闭容器内，待其陈化 24 24 小时后方可使用。小时后方可使用。OHHCSiOOHSiOHC522245242)(盐酸催化硅酸乙酯水解液的配制过程硅酸乙酯水解液的配制过程第25页/共54页u作用：改变PHPH值，使黏结剂胶凝u种类：有机和无机两种，以有机催化剂 性能更好 （3 3）催化剂）催化剂第26页/共54页 使用无机使用无机催化剂的问题：陶瓷型强度偏低，起模化剂的问题：陶瓷型强

16、度偏低，起模时间时间要求严格要求严格加入量加入量结胶时间结胶时间minmin大件大件Ca(OH)Ca(OH)2 2 0.1 0.10.2g0.2gMgO 1MgO 12g2g8 81010中小件中小件Ca(OH)Ca(OH)2 2 0.35 0.350.4g0.4g4 45 5无机催化剂无机催化剂氢氧化钙、氧化镁加入量（每100ml100ml水解液）第27页/共54页各种催化剂对陶瓷型强度的影响各种催化剂对陶瓷型强度的影响有机催化剂有机催化剂各种有机胺如醇胺、环己胺、甲基胺第28页/共54页 用有机催化剂的陶瓷型强度高，同时取模时间范围大（半小时），使操作方便，用量可按图右中A A量有机催化剂

17、有机催化剂第29页/共54页燃烧升华的物质：酚醛树脂、淀粉、萘发气物质：碳酸钡、双氧水 可用双氧水H H2 2O O2 229%29%（分析纯）作透气 剂，加入量为耐火材料重量的0.2%0.2%左右透气剂会使陶瓷型强度下降，一般不加（4 4）透气剂）透气剂第30页/共54页 为提高陶瓷型的某些性能，有时需加附加物 如防止喷烧时产生大裂纹，可在水解液中加入0.5%0.5%左右的甘油或醋酸（提高陶瓷型的韧性）。（5 5）附加物）附加物第31页/共54页4.34.3陶瓷型制作陶瓷型制作陶瓷浆料配制陶瓷浆料配制国内的一些陶瓷浆料配方国内的一些陶瓷浆料配方序序号号浆料名称浆料名称耐火材料耐火材料/g/g

18、硅酸乙酯硅酸乙酯水解液水解液/ml/ml催化剂催化剂/g/g100ml100ml-1-1应用范围应用范围1 1硅石浆料硅石浆料筛号筛号270270筛号筛号50-10050-100筛号筛号30-5030-504040Ca(OH)Ca(OH)2 20.2-0.40.2-0.4用于中大件用于中大件5555303015152 2锆砂浆料锆砂浆料筛号筛号270270筛号筛号100-200100-200筛号筛号20-4020-4025-3525-35Ca(OH)Ca(OH)2 20.350.35用于中大件用于中大件6565252510103 3煤矸石浆料煤矸石浆料筛号筛号270270筛号筛号200200筛

19、号筛号70-10070-100筛号筛号30-6030-6031-3531-35Ca(OH)Ca(OH)2 20.1-0.20.1-0.2MgO1-2MgO1-2用于中大件用于中大件3030303030-4030-4010-510-5有机催化剂有机催化剂2-10ml2-10ml用于中大件用于中大件4 4铝矾土浆料铝矾土浆料筛号筛号270270筛号筛号200200筛号筛号70-10070-100筛号筛号30-6030-6031-3531-35Ca(OH)Ca(OH)2 20.1-0.20.1-0.2MgO1-2MgO1-2用于大件用于大件3030303030-4030-4010-510-5Ca(O

20、H)Ca(OH)2 20.4-0.60.4-0.6用于中小件用于中小件5 5刚玉浆料刚玉浆料W28W28筛号筛号320320筛号筛号180180筛号筛号606037-4037-40Ca(OH)Ca(OH)2 20.450.45用于中小件用于中小件505030302020252525253030202037-4037-40Ca(OH)Ca(OH)2 20.400.40用于中小件用于中小件5050303020204040Ca(OH)Ca(OH)2 20.350.35用于大件用于大件第32页/共54页为提高陶瓷浆料的透气性，可在为提高陶瓷浆料的透气性，可在100g100g耐火材料中加耐火材料中加 0

21、.3g0.3g双氧水。双氧水。为防止陶瓷型开裂可加入质量分数为为防止陶瓷型开裂可加入质量分数为10%10%甘油硼酸甘油硼酸溶溶 液液，如每，如每100ml100ml水解液加入质量分数水解液加入质量分数3%3%5%5%的甘油的甘油硼硼 酸溶液。酸溶液。序号序号3 3、4 4使用的为硅酸乙酯使用的为硅酸乙酯4040水解液。水解液。W28W28是模料行业粒度标准。是模料行业粒度标准。 催化剂加入量是指催化剂加入量是指100ml100ml硅酸乙酯水解液加入中硅酸乙酯水解液加入中加加 入的克数。入的克数。第33页/共54页浆料配制流程浆料配制流程 先将耐火材料、催化剂等混合均匀附加物加入到水解液中混合均

22、匀第34页/共54页灌浆灌浆 搅拌时间不能过长，由下图ABAB为搅拌时间（结胶时间），BCBC就应灌浆过早：过早： 易黏模，陶瓷层耐火材料容易沉淀过迟：过迟： 浆料流动性差，轮廓不清晰浆料黏度随搅拌时间的变化浆料黏度随搅拌时间的变化第35页/共54页结胶时间 大件控制在8 815min15min 小件控制在4 46min6min；灌浆要慢，避免卷气边灌边震动，改善流动性，使气泡上浮灌浆灌浆第36页/共54页起模起模起模应在陶瓷型处于弹性状态时起模用无机催化剂时，起模时间= =2 2倍结胶时间过早起模，铸型未结胶而破坏过迟起模，铸型无弹性而破坏用有机催化剂起模时间长，操作方便第37页/共54页硅

23、酸乙酯水解液的黏附能力强使用分型剂，提高铸型表面质量常用分型剂：上光蜡、石蜡、变压器油、凡士 林、硅油、树脂漆和聚苯乙烯液，以聚苯乙烯 液和树脂漆为佳 为容易起模，涂分型剂为容易起模，涂分型剂第38页/共54页喷烧喷烧陶瓷型喷烧工艺与尺寸陶瓷型喷烧工艺与尺寸变化率的关系变化率的关系 陶瓷型喷烧工艺与强度的关系陶瓷型喷烧工艺与强度的关系 起模后立即喷烧，防止挥发不均匀，收缩不均匀，铸起模后立即喷烧，防止挥发不均匀，收缩不均匀，铸型开裂型开裂第39页/共54页 喷烧后的陶瓷型喷烧后的陶瓷型（a a）瓶盖模具）瓶盖模具（b b）平板轮胎模具）平板轮胎模具第40页/共54页焙烧焙烧 焙烧的目的是去除陶

24、瓷型中残余的乙醇、水乙醇、水分和少量的有机物分和少量的有机物，并使硅酸胶体脱水使硅酸胶体脱水，最后形成体型结构，并进一步提高陶瓷层的强度。 第41页/共54页 不同合金对铸型强度要求不同，陶瓷型焙烧温度也可不同。 铸钢件 600600铸铁件 500500铸铝、铸铜件 350350450450焙烧焙烧第42页/共54页浇注浇注l浇注方法可采用重力浇注、低压浇注等。l陶瓷型采用热型浇注，浇注时陶瓷型的温度保持在200200左右。l浇注后铸件最好在型内冷却至室温才开箱，以防铸件产生裂纹或变形。第43页/共54页低压浇注时所采用的一模两腔低压浇注时所采用的一模两腔(c)(c)底箱底箱（d d）上箱）上

25、箱第44页/共54页 低压浇注图低压浇注图（a a）合箱）合箱（b b）浇注）浇注第45页/共54页4.44.4陶瓷型铸造的发展趋势陶瓷型铸造的发展趋势 （1 1）CADCAD和和 RPRP技术制造母模技术制造母模 根据零件CADCAD模型，快速自动完成复杂的三维实体( (模型) )制造RPRP技术可直接或间接用于模具制造，具有技术先进、成本较低、设计制造周期短和精度适中等特点。从模具的概念设计到制造完成，仅为传统加工方法所需时间的1/31/3和成本的1/41/4左右。第46页/共54页（2 2）陶瓷型制备新工艺的多样性）陶瓷型制备新工艺的多样性 目前，陶瓷型制备新工艺中应用最广泛的应属薄壁陶瓷型，其次涂敷浆砂制备陶瓷型也得到了较好的推广，还有喷涂法制备陶瓷型和复合陶瓷型等。第47页/共54页(3) (3) 采用研磨抛光技术，提高模具表面品质采用研磨抛光技