铜合金铸件铸造技术 第2版 课件 情境7 铜合金铸件复合型壳熔模铸造

情境五、铜合金铸件复合型壳熔模铸造——硅酸乙酯型壳基本知识硅酸乙酯型壳基本知识一、情境介绍二、硅酸乙酯简介三、硅酸乙酯水解四、硅酸乙酯型壳制备工艺五、复合型壳工艺介绍一、情境介绍铜合金铸件铸造技术主情境3：熔模铸造主情境2：离心铸造主情境1：石膏型铸造子情境6：硅溶胶型壳熔模铸造子情境5：水玻璃型壳熔模铸造子情境4：铜合金卧式离心铸造子情境2：铜合金铸件石膏型铸造子情境3：铜合金铸件立式离心铸造子情境7：铜合金铸件复合型壳熔模铸造设计与制作

子情境1：铜合金铸件铸造方法选择硅酸乙酯有四氯化硅和乙醇作用而制成：此反应为放热反应，生成正硅酸乙酯外，还生成HCl，产品中有一定的HCl留存为合格，但HCl和乙醇会发生反应生成水：水能使硅酸乙酯水解形成各种聚硅酸乙酯，其中含SiO238~43%的称为硅酸乙酯40；硅酸乙酯能和乙醇、丙酮等有机溶剂互溶。不溶于水，但能与任意量的水起水解反应。二、硅酸乙酯简介1.硅酸乙酯的制备2.硅酸乙酯的水解C2H5OC2H5O—Si—OC2H5+C2H5OHOH=C2H5OC2H5O—Si—OH+C2H5OHC2H5O硅酸乙酯本身不是粘结剂，必须通过水解成为水解液才具有粘结能力。因此硅酸乙酯粘结剂指的是硅酸乙酯水解液。硅酸乙酯的水解反应实际上包括水解和缩聚两部分。水解液的制备就是根据工艺要求加入一定量的水。使硅酸乙酯发生水解、缩聚反应的过程。硅酸乙酯水解反应生成不稳定的乙氧基硅氧烷和乙醇。3.硅酸乙酯缩聚聚硅酸乙酯结构形式a-线型结构b-带支链的线型结构c-网状结构有机硅聚合物无机硅聚合物C2H5OC2H5O—Si—OH+C2H5OC2H5O—Si—O—Si—OC2H5C2H5OC2H5OC2H5OC2H5OC2H5O—Si—O—Si—OC2H5+H2OC2H5OC2H5OC2H5OC2H5OC2H5OHO—Si—OC2H5=C2H5O乙氧基硅氧烷不稳定，易于发生缩聚反应。生成二乙酯。直至所有的C2H5O发生反应，生成网状Si—O—Si键，形成凝胶。水解液胶凝过程有机硅聚合物吸取空气中的水分而不断进行水解反应，最终形成硅凝胶的过程。硅酸乙酯胶凝溶剂的挥发过程溶剂由内层向外层逐渐扩散，然后从表面挥发掉。4.硅酸乙酯胶凝5.粘结剂性能对比胶凝过程凝胶结构1.硅酸乙酯胶凝：水解过程，空气硬化，吸收空气中水分，要求湿度较高；可用化学法加速；速度较慢，强度高。2.硅溶胶胶凝：干燥硬化，脱水干燥过程，要求空气湿度较低；速度最慢，强度高。3.水玻璃胶凝：电解质作用下的化学硬化法，必须使用电介质溶液；速度最快，强度最低。1.硅酸乙酯：硅醚键结构；胶凝速度慢难于反应完全，易发生溶胀；乙氧基残留易发生白毛。2.硅溶胶：硅醚键结构。3.水玻璃：硅醚键结构；含有一定量的残余钠盐，大大降低了型壳的耐火度和高温强度。6.混合粘结剂混合粘结剂硅溶胶粘结剂涂料稳定性好，强度高，但难以用化学硬化的方法胶凝，干燥时间长硅酸乙酯粘结剂涂料涂挂性好，可以用氨气催化加速胶凝，但稳定性差，强度低稳定时间为两个月，可自然干燥，可氨气促凝铜合金铸件铸造技术课程组硅酸乙酯不溶于水，而又要将水解后的硅酸乙酯作为粘结剂，应该如何水解？加水量如何确定？采用何种水解工艺？

三、硅酸乙酯的水解铜合金铸件铸造技术课程组Ⅰ类水解Diagram2加少量水对硅酸乙酯进行水解时，所得水解液实质上就是线型有机硅酸乙酯的匀质溶液。

Ⅰ类和Ⅲ类混合物；水解液中既非全部都是硅酸溶胶，又非全部都是有机硅聚合物。加多量的水对硅酸乙酯进行水解时，最后所得的水解液实际上是硅酸溶胶。Diagram2Ⅲ类水解Ⅱ类水解1.硅酸乙酯水解铜合金铸件铸造技术课程组C2H5OC2H5O—Si—OH+C2H5OC2H5O—Si—O—Si—OC2H5+H2OC2H5OC2H5OC2H5OC2H5O

C2H5OC2H5OC2H5OC2H5OC2H5OHO—Si—OC2H5=C2H5OC2H5OC2H5O—Si—OC2H5+C2H5OHOH=C2H5OC2H5O—Si—OH+C2H5OHC2H5OI类水解聚硅酸乙酯结构形式a-线型结构b-带支链的线型结构①Ⅰ类水解这类水解液可长期密封保存而不变质。若此时反应终止，造型过程会发生溶胀反应，或焙烧过程中分解，降低型壳的强度。因此应使网状的有机硅聚合物继续水解，最终形成无机硅聚合物。用这种加少量水的水解液制备的型壳，干燥透了以后强度最高，透气性也好。铜合金铸件铸造技术课程组

Ⅲ类水解mSiO2•nH2O（硅酸溶胶）这种水解液制成的型壳在空气中干燥硬化较快。但属于无机溶胶，转变所得是脆性凝胶，此时因失水收缩容易在型壳中出现细小的网状裂纹。因此用这种水解液制成的型壳强度最差。

实际生产中不使用这种水解液。铜合金铸件铸造技术课程组

Ⅱ类水解这种水解方法是国内比较常用的水解工艺。由于硅酸乙酯和水不可能混合的很均匀，所以水解液中既非全部都是硅酸溶胶，又非全部都是有机硅聚合物。这种水解液能溶于极性有机溶剂中，其粘度在数天内保持不变，以后逐渐增大。由于这种水解液中还存在着相当数量的不完全水解物，所以在型壳干燥硬化过程中还必须继续水解缩聚。这种水解液制成的涂料如果在氨气中硬化可能会因为速度过快而降低强度。因此目前普遍应用的是先在空气中干燥后再氨气中干燥。铜合金铸件铸造技术课程组小结：加入中量水，部分发生完全缩聚，产物为硅酸溶液和有机硅聚合物。加入少量水，发生部分缩聚反应，主要产物为线型聚硅酸乙酯。加入过量水，发生完全缩聚，生成硅酸溶液。Ⅰ类水解Ⅱ类水解Ⅲ类水解小加水量大铜合金铸件铸造技术课程组（1）水解液成分和水解用试剂水解液的主要成分是硅酸溶胶和有机硅聚合物，它们直接影响着型壳强度，统一用SiO2含量表示。一般水解液含SiO2

18~22%。

SiO2含量过高可能导致型壳强度下降。原因：较稀的溶液中有利于新校核的生成，使校核的生成速度大于胶粒的长大速度，故能得到细分散的胶粒；溶液较浓时有利于胶粒的长大，但其中部分胶粒尺寸会超出胶体范围形成沉淀，丧失粘结剂的作用。2.水解液成分的计算铜合金铸件铸造技术课程组水溶剂催化剂硅酸乙酯水解用试剂乙醇或者异丙醇异丙醇中水解速度较快，但提高不明显，同时考虑成本问题，选用乙醇。水必须用蒸馏水，因为水中的电解质会破坏水解液的稳定性，析出絮状物。催化剂酸碱都能加速水解。水解时常用催化剂是盐酸。有时也可加入醋酸或硫酸。铜合金铸件铸造技术课程组（2）水解液成分计算加水量方法一：根据摩尔数比值和化学方程式计算。例如：欲获得mSiO2·nH2O为n:m=1:4的硅酸溶胶：4×2089×181000g

x铜合金铸件铸造技术课程组硅酸乙酯中SiO2含量（%）化学反应式摩尔数相对分子质量水解1kg硅酸需水量（克）硅酸乙酯水硅酸乙酯水28.8(C2H5O)4Si+2H2O=SiO2+4C2H5OH1220836173.035.1(C2H5O)6SiO2+3H2O=2SiO2+6C2H5OH1334254157.937.8(C2H5O)8Si3O2+4H2O=3SiO2+8C2H5OH1447672150.139.3(C2H5O)10Si4O3+5H2O=4SiO2+10C2H5OH1561090145.940.3(C2H5O)12Si5O4+6H2O=5SiO2+12C2H5OH16744108145.1加水量按粘结剂中n/m=0的计算结果注：由于所加乙醇中也含有水，所以实际加水量应用计算结果减去乙醇中的含水量铜合金铸件铸造技术课程组方法二：水解1kg硅酸乙酯需加水量B的计算公式。式中：a—硅酸乙酯中C2H5O的含量（%）M—水解时取代1molC2H5O所需要的水摩尔数18—水的相对分子质量45—C2H5O的相对分子质量若配制Ⅰ类水解液，则M=0.25；Ⅱ类水解液，M=0.56~0.63，其中0.56相当于按照n/m=0.25的计算结果，0.63相当于n/m=0.50的计算结果。铜合金铸件铸造技术课程组生产中为了方便起见，常把计算结果画成线解图，或制成表格，直接查出。

注：查出或计算出的加水量包括乙醇中的含水量，应去除。铜合金铸件铸造技术课程组实际生产中硅酸乙酯水解是的加水与气候条件很有关系。当室温较高，空气相对湿度较大时，可用较小的加水量，此时水解液中不完全水解物较多。因此，在室温高、湿度大的条件下有利于型壳的干燥和硬化，其中的有机硅聚合物可较快的继续水解和收缩，最后变为无机硅聚合物，型壳强度高。反之室温较低，空气相对湿度小时，可用较大的加水量。铜合金铸件铸造技术课程组溶剂加入量溶剂加入量由原硅酸乙酯中以及水解液中SiO2的含量。式中A——需水解的硅酸乙酯重量B——水解时的加水量

a——原硅酸乙酯SiO2含量

a'——水解液中SiO2含量d——溶剂比重注：式中计算出的溶剂为无水溶剂，应注意扣除含水量；溶剂加入量也可以用线解图查出。铜合金铸件铸造技术课程组水解硅酸乙酯加溶剂量线解图乙醇水溶液的比重（15℃）乙醇水溶液的比重（20℃）铜合金铸件铸造技术课程组盐酸加入量水解液中HCl含量一般可取0.3%。夏季气温高时水解反应快，可少加些；冬季则多加些。式中G——水解液总重

b'——水解液中HCl含量

b——硅酸乙酯中HCl含量d——盐酸比重c——盐酸的浓度（%）A——需水解的硅酸乙酯重量铜合金铸件铸造技术课程组④其他附加物水解硅酸乙酯时，如需另加其他附加物，可参照以下比例加入：醋酸：每公斤硅酸乙酯加醋酸4ml硫酸：约占水解液重量的0.5~0.7%铜合金铸件铸造技术课程组3.硅酸乙酯的水解工艺硅酸乙酯水解工艺Ⅰ次水解法综合水解法Ⅱ次水解法

也称单相水解法，将水、酸倒入溶剂中，搅拌1~2min，然后在搅拌情况下逐渐加入硅酸乙酯。先加入为15%~30%的乙醇，边搅拌边交替加入硅酸乙酯和酸化水（盐酸加水），温度在38~52℃之间，加完继续搅拌30min，最后加入混有醋酸的剩余乙醇，继续搅拌30min。水解和涂料制备一起进行。硅酸乙酯和乙醇全部加入搅拌机中，搅拌时加耐火粉料的2/3，剧烈搅拌（1500~3000r/min）3~5min，加酸化水，搅拌40~60min，温度不超过60℃。然后冷却到34~36℃，再继续搅拌30min，除气30min。铜合金铸件铸造技术课程组Ⅰ次水解法Ⅱ次水解法Ⅰ次水解法综合水解法一次水解法工艺简单，操作方便，溶剂一次加入，硅酸乙酯得到最大程度的稀释，反应均匀而缓和，有利于生成线型聚和物。生成的硅酸溶胶胶粒分散性好，所得水解液稳定，制成型壳性能好。二次水解法溶剂加入较小，反应剧烈，SiO2浓度大，胶粒弥散度低，易于积聚长大，稳定性差。所以使用较少。一次水解法时，硅酸乙酯先水解，得到粘性水解液，后加入耐火材料制备成涂料。由于水解液内聚力大，故涂料均匀性和分散性都较差。综合水解法将水解与涂料配制同时进行，耐火材料分散时，粘结剂粘度很小，易于润湿粉料，分散度高，溶液能够非常均匀地包覆在粉料表面，在表面被水解，形成均匀地薄膜，故配成涂料分散度高，均匀性好。对比铜合金铸件铸造技术课程组耐火涂料是由耐火粉料和水解液配制而成的，国内常用耐火粉料为石英粉、刚玉粉和铝矾土。配制涂料时，应控制好涂料粘度的大小。形状简单的熔模，粘度可大些。形状复杂和大件熔模，粘度应小些。表面层粘度对铸件光洁度影响大，应比加固层大。四、硅酸乙酯型壳制备工艺1.涂料配制铜合金铸件铸造技术课程组涂料粘度大小取决于耐火粉料的性状（比重、粒度、多孔性、杂质含量等）及其与水解液的配比。粉料越多，粘度越大，比重也越大。因此可以用耐火涂料的比重作为控制粘度的标准之一。配比粉料种类表面层涂料加固层涂料水解液：粉料比重水解液：粉料比重石英粉（270目）1:(1.8~2.0)1.62~1.651:1.61.5~1.62刚玉粉（320目）1:(2.2~2.5)2.0~2.11:(2.0~2.2)1.9~2.0硅酸乙酯涂料的配比铜合金铸件铸造技术课程组涂料配制时应充分搅拌1小时，配好后停放半小时以上使用，使粉料颗粒被水解液充分润湿，同时方便卷入气泡逸出。耐火涂料的质量可以用涂料干燥速度实验来衡量。将一个较为复杂的有代表性的熔模表面擦净，浸入搅拌均匀的涂料中转动，取出后在空气中继续转动，使涂料分布均匀，并按动秒表计时，观察涂料在铸件表面的流动时间和冻凝时间。

质量好的涂料，流动终止时间为30~60秒，冻凝时间为60~120秒。撒砂时间应选流动末尾和冻凝开始进行。铜合金铸件铸造技术课程组2.型壳制备硅酸乙酯型壳制备工艺型壳焙烧熔失熔模型壳干燥和硬化上涂料、撒砂模组除油脱脂铜合金铸件铸造技术课程组必要性：硅酸乙酯水解液由于水解过程中加入有机溶剂，因此表面张力小，涂料涂挂性能比较好。为了进一步提高熔模表面和涂料的涂挂性能，清洗掉油污和蜡屑，便于在熔模表面良好的涂挂上一层完整而均匀的涂料，以提高型壳内表面的光洁度，仍需要除油和脱脂。方法：用乙醇擦洗或用肥皂水洗涤后再用清水清洗即可。（1）熔模除油脱脂铜合金铸件铸造技术课程组操作：溶剂挥发快，撒砂操作要仔细迅速。粒度：

表面层46~60目，加固层自36~46目逐渐过渡到20~24目。材质：铜、铝一般铸钢件撒砂材料为石英砂；对精度要求较高的铸钢件，撒砂材料为刚玉砂。改进：可采用最初几层采用刚玉砂，后几次用石英砂，涂料由30%的刚玉粉和石英粉做粉料，铸造耐热合金铸件，以降低成本。（2）上涂料、撒砂铜合金铸件铸造技术课程组

在模组上涂料并撒砂后，该涂料层必须进行充分干燥和硬化，才能涂挂下一层。溶剂及水分的蒸发干燥硬化粘结剂的水解缩聚（3）型壳的干燥和硬化铜合金铸件铸造技术课程组①溶剂的蒸发

溶剂由内层向外层逐渐扩散、蒸发。蒸发速度：溶剂的蒸发速度应高于硅酸乙酯的水解胶凝速度。否则胶凝进度完成后，溶剂的继续蒸发会引起型壳的应力集中，造成裂纹。影响因素：型壳周围介质中溶剂蒸汽的浓度越小，则蒸发越快。空气湿度大小与溶剂蒸发速度无关。铜合金铸件铸造技术课程组②粘结剂继续水解—缩聚常用的Ⅱ类水解液是有机硅聚合物和硅酸溶胶的混合物，其中硅酸溶胶由于溶剂不断蒸发，SiO2含量愈来愈高，流动的液态溶胶渐渐转变为弹性冻胶，再转变为固态的凝胶。在酸性或碱性介质中，这种转变将加速进行。粘结剂中的有机硅聚合物则在空气中的水分作用下，不断水解—缩聚，由线型结构变为网状结构，由有机硅聚合物变为无机硅聚合物。因此，硅酸乙酯粘结剂型壳的干燥硬化应在潮湿的空气中进行。铜合金铸件铸造技术课程组涂料层在空气中干燥硬化一段时间后，再在氨气中干燥和硬化，可显著缩短周期而使粘结剂立即胶凝。用氨气干燥(氨干)时，将模组放进密闭的氨干箱内，由氨气瓶向氨干箱通以氮气，氨气流量约控制在3～5升／分，视氨干箱大小而定，或控制氨干箱内氨气浓度在5％左右。氨干结束时，由抽风机排除箱内氨气。氨干箱1-氨气瓶2-浮子流量计3-闸板4-模组搁架铜合金铸件铸造技术课程组氨气干燥的原理优缺点：1）氨气和其他碱性硬化剂相比，其优点是不会在型壳中留下任何有害的杂质，故不致影响型壳的高温性能。2）溶剂从凝胶中逸出时间长，这比每一层涂料在空气中干燥时的蒸发要困难些。3）氨气干燥会引起粘结剂激烈的胶凝作用，增加了型壳的内应力，故强度较低。铜合金铸件铸造技术课程组③缩聚及溶剂挥发速度水解大于挥发粘结剂已经固化，而其中的溶剂还在继续蒸发。随着溶剂的蒸发，胶膜体积收缩，因而在固化了的胶膜内产生应力，这就可能使型壳中出现许多微小裂纹而降低其强度。水解缩聚速度溶剂挥发速度对比水解小于挥发胶膜的收缩过程主要发生在粘结剂还处在流动状态或弹性状态的阶段，收缩的结果使分布在耐火粉料表面的胶膜变薄而不会产生内应力和裂纹，因而使型壳具有较高的强度。铜合金铸件铸造技术课程组注意事项：1）提高干燥地点的温度，能加速溶剂蒸发，也有利于硅酸溶胶凝固，但温度过高会使熔模变形。2）加强通风，使干燥地点溶剂的蒸气浓度降低，以加速型壳中的溶剂蒸发。3）提高干燥地点的空气相对湿度，可加速涂料层中有机硅聚合物的水解缩聚过程。4）必须在空气干燥以后才能使用氨气干燥。铜合金铸件铸造技术课程组举例中等水量水解液常用干燥规范：干燥环境温度：20~25℃干燥环境湿度：50~80%通风干燥时间（风干）1.5小时（表面层）2小时（加固层）（或自然干燥3~4小时）氨气干燥时间（氨干）20~30分钟氨气后吹风消味时间15~30分钟铜合金铸件铸造技术课程组强化剂可在每涂3~4层以后或者整个型壳涂层后浸以强化剂。强化剂也是硅酸乙酯水解液，常用成分如下：强化剂的配比硅酸乙酯32蒸馏水95.5%精馏酒精盐酸（d=1.19）1公升60~70毫升150毫升15~17毫升

强化剂中SiO2含量在26％左右，HCI含量0.6％左右。强化剂配好之后应停放七天以上使用，否则效果不大。

强化剂应在前一层涂料充分干燥后使用。方法是将型壳浸入强化剂中2~5分钟，浸透之后，在空气中通风干燥3小时以上，再氨干40分钟。铜合金铸件铸造技术课程组④快速制壳工艺a.时间段选择重新挂涂料会重溶水解体积变化小缩聚开始吸收溶剂，溶胀溶剂挥发无机硅凝胶结构水解缩聚结束ABCD传统工艺下一层涂挂时间段快速制壳工艺下一层涂挂时间段铜合金铸件铸造技术课程组b.耐火材料煅烧铝矾土作为撤砂材料，加速了粘结剂的冻凝。因为经1400℃煅烧的铝矾土是具有大量毛细孔的疏松材料，对涂料中溶剂的吸收能力增强了，且加速了溶剂的扩散挥发，故加速了粘结剂的凝聚。煅烧铝矾土中还存在微量的CaO、MgO等碱性氧化物，使水解液的pH从4.1~4.4提高到4.8~5.1，也是促进水解液凝聚的因素。这样，湿法制壳时，每层只需要自然干燥30~40分钟。但各层并未干燥和硬化透，还需继续进行水解-缩聚反应，才能使型壳完全硬化而具备应有的强度，故需在最后一层涂完后停放八小时以上才可脱蜡。铜合金铸件铸造技术课程组制壳环境模料选择水解液配方力学性能1公升硅酸乙酯32，100-125毫升蒸馏水，740毫升工业乙醇(浓度95％)，10毫升盐酸(浓度36～38％)，4毫升醋酸(浓度99％)。Ⅰ类水解液。湿度70％。温度25~35℃。抗弯强度在焙烧前为52~59Mpa。950℃焙烧后为43~49Mpa。但湿态时的强度较低。强度较高的制模材料c.工艺要求铜合金铸件铸造技术课程组常用中温模料配合硅酸乙酯涂料制壳，以求得较好的尺寸精度和表面光洁度。中温模料的熔点在100℃以上，常用过热蒸汽来脱蜡。将制好壳的模组放进高压蒸汽罐中，通入过热蒸汽，在几分钟内即可将模料脱尽。蒸汽压力越大，则过热温度越高，其关系如表。过热蒸汽压力与蒸汽温度的关系水蒸气压力（MPa）123.64.86.2温度（℃）100120140150160（4）熔失熔模铜合金铸件铸造技术课程组型壳焙烧的作用：（1）使硅酸凝胶和无机硅聚合物脱水并完成体型结构。（2）烧掉残余模料。（3）加热型壳，实现热型浇注。（5）型壳焙烧铜合金铸件铸造技术课程组前面已经分别叙述了水玻璃、硅酸乙酯、硅溶胶三种粘结剂的性能及制壳工艺。可以看出，每一种粘结剂都有其一定的优点和缺点。为了充分发挥每一种材料的优点，以便提高型壳质量、缩短生产周期、节约原材料、降低成本，在生产实践中，人们创造了各种粘结剂复合使用的工艺。例如水玻璃与硅酸乙酯复合使用；硅酸乙酯与硅溶胶复合使用的工艺，我们将这样的型壳称为复合型壳。五、复合型壳工艺介绍铜合金铸件铸造技术课程组1.硅酸乙酯-水玻璃复合型壳提高铸件表面质量降低铸件成本2.硅溶胶-硅酸乙酯复合型壳克服硅酸乙酯型壳长毛的缺点提高制壳速度有利于表面细化工艺的进行硅溶胶型壳涂料稳定性好，可长时间存放制壳工艺简便，易于实现机械化型壳表面光洁型壳高温强度高润湿性不好，制壳时间长，生产效率低水玻璃型壳价廉型壳耐火度低铸件表面不够光洁，尺寸精度低脱蜡时型壳易酥烂NH4Cl硬化时污染环境一般在生产精度要求较低，表面粗糙度要求不高的铸件时大量使用硅酸乙酯型壳涂挂性好型壳强度高尺寸精度和表面质量好制壳速度快成本高容易“长毛”，影响铸件质量3.硅溶胶-水玻璃复合型壳克服水玻璃型壳强度低、面层质量差的缺点提高型壳制备速度铜合金铸件铸造技术课程组前后复合型壳前三层采用硅酸乙酯涂料，第四层以后的加固层采用水玻璃涂料制壳，采用此种工艺必须注意防止复合型壳变形、分层或破裂现象产生。交替复合型壳采用硅酸乙酯-水玻璃涂层交替制备的技术，确保硅酸乙酯型壳和水玻璃型壳之间的良好过渡。1.硅酸乙酯一水玻璃复合型壳铜合金铸件铸造技术课程组有的工厂前三层采用硅酸乙酯涂料，第四层以后的加固层采用水玻璃涂料制壳，采用此种工艺必须注意防止复合型壳变形、分层或破裂现象产生。由于水玻璃与硅酸乙酯型壳在加热及冷却过程中线量变化不同，强度变化亦不同)，因此易使型壳产生缺陷。（1）前后复合型壳铜合金铸件铸造技术课程组复合型壳缺陷形成图a-蒸汽脱蜡时表面发生鼓起b-型壳焙烧时加固层失去强度而压瘪1-硅酸乙酯面层2-水玻璃加固层3-填砂铜合金铸件铸造技术课程组为了防止型壳产生上述缺陷，硅酸乙酯涂料层应不少于三层，以建立一定的强度，避免内层开裂剥落等情况发生；水玻璃涂料层宜采用先自然干燥再硬化的工艺，减少脱水收缩；采用铝硅系耐火材料可减少烧结收缩，以免产生分层变形等情况。第一层涂料必须涂挂均匀，硅酸乙酯涂料层要干透后再浸水玻璃涂料层。复合型壳中硅酸乙酯涂料层干燥同一般工艺，即先自然干燥然后氨气促凝。水玻璃涂料层则可采用氯化铵或聚合氯化铝为硬化剂。铜合金铸件铸造技术课程组硅酸乙酯-水玻璃复合型壳实例铜合金铸件铸造技术课程组模组在硅酸乙酯涂料(酸性)中浸涂后撒砂，然后立即再浸涂水玻璃涂料(碱性)和撒砂，然后在温度为30～32℃、流速>240米／分的热风中烘干5～10分钟，如此循环涂挂后面的硅酸乙酯和水玻璃对层，最后一层的水玻璃在CO2介质中处理1~2分钟。减少烘干生产面积70~80%，逐渐成本降低12~15%,单位生产面积增加10%。（2）交替复合型壳铜合金铸件铸造技术课程组2.硅酸乙酯—硅溶胶复合型壳硅溶胶型壳强度高，型壳表面不会“长毛"，涂料保存性较好，而且可以涂制比较厚的涂料层，这对于含有表面细化剂的涂料尤为重要。硅溶胶一硅酸乙酯复合型壳需要防止硅酸乙酯水解液渗透到硅溶胶孕育细化涂层中去，以免型壳“长毛”而降低细化效果，为此，细化涂层应有足够的厚度，或在细化层之外再加涂1～2层普通硅溶胶涂料，然后再涂硅酸乙酯涂料。硅酸乙酯涂料和硅溶胶涂料制备工艺同单一型壳，这里不再重复。总之，从提高铸件质量，充分利用各种材料的优点，提高生产率，节约原材料等方面来看，复合型壳显示出很大的优越性。当然在材料管理上要麻烦些，工艺上要复杂些，但只要根据具体情况在垒三产中严格控制各个环节，是可以顺利生产的。铜合金铸件铸造技术课程组ThankYou!铜合金铸件铸造技术课程组铜合金铸件铸造技术课程组情境七：铜合金铸件复合型壳熔模铸造——熔模铸造工艺铜合金铸件铸造技术课程组

铸造工艺概述铸造生产是一个复杂的生产过程，为了保证安全生产、保证产品的质量、数量，为了达到一定的经济效益，必须根据生产技术、生产条件、生产任务、铸件要求等，对生产过程、生产方法、生产技术、生产设备、工装等有一个统一的要求，这个统一要求的技术文件，就是铸造工艺，用来指导、监督生产的整个过程，期望达到优质、高效、节约、文明生产的目的。情境七铜合金铸件复合型壳熔模铸造铜合金铸件铸造技术课程组熔模铸造生产工艺过程如下图所示：情境七铜合金铸件复合型壳熔模铸造铜合金铸件铸造技术课程组面对复杂的熔模铸造生产工艺过程，怎样才能保证产品质量、数量，成本合理？必须有一个生产指导文件——即铸造工艺。熔模铸造主要工艺过程示意图情境七铜合金铸件复合型壳熔模铸造铜合金铸件铸造技术课程组

本次课程学习内容熔模铸造工艺设计要求一、熔模铸造工艺设计内容熔模铸件结构工艺性分析铸造工艺方案的确定二、三、四、情境七铜合金铸件复合型壳熔模铸造铜合金铸件铸造技术课程组一、熔模铸造工艺设计要求铸造工艺设计要保证铸件质量，铸件质量一般包括两方面：1）一是铸件外在质量，如铸件尺寸精度、几何精度、表面粗糙度、铸件重量误差、表面缺陷等。2）二是铸件内在质量，如铸件力学性能、化学成分、金相组织，切削加工性等方面质量要求。1.保证铸件质量的可靠性铜合金铸件铸造技术课程组熔模铸造具有少切削、无切削的特点，铸件精度等级要求高。铸造工艺设计必须把握这个设计要求，保证产品质量，这是工艺设计首先要注意的问题。其二，熔模铸造的铸件由于热型浇注等原因，易造成铸件晶粒粗大、表面氧化脱碳、内部缩松等缺陷，铸件力学性能可能存在缺陷。工艺设计要注意其浇注、凝固特点。其三，对于受力大和气密性要求高的铸件，改用熔模铸造生产时，要考虑原合金能否满足零件的质量要求。1.保证铸件质量的可靠性一、熔模铸造工艺设计要求铜合金铸件铸造技术课程组熔模铸造虽然可以生产形状十分复杂、加工量很少甚至不加工的零件，但零件的材料、结构、形状、尺寸大小、重量等必须符合熔模铸造工艺本身的要求。例如铸件的最小壁厚、最大重量、大平面面积、最小孔槽以及精度和粗糙度要求等，都要考虑符合熔模铸造工艺的可能性。工艺设计要符合工艺的可行性。什么孔要铸、什么孔槽不铸造要，要依据工艺的可行性而确定。一、熔模铸造工艺设计要求铜合金铸件铸造技术课程组1.铸件质量的可靠性2.生产工艺的可能性3.生产工艺的简易性4.生产成本的合理性

采用熔模铸造在经济上是否合理，要从材料、铸造生产过程、机械加工等多方面考虑综合成本。在满足铸件质量的前提下，铸造生产成本要低，这点也是铸造工艺设计的要求。一、熔模铸造工艺设计要求铜合金铸件铸造技术课程组一、熔模铸造工艺设计要求1.铸件质量的可靠性2.生产工艺的可能性3.生产工艺的简易性4.生产成本的合理性5.生产工艺结合生产实际条件

另外，铸造工艺设计要兼顾工艺理论和生产经验。必须结合生产任务、企业生产条件，如原材料、设备、工装、工人的技术水平等做工艺，脱离实际条件的工艺设计可能是无意义的，不能实现的工艺。总之，熔模铸造工艺设计，要从其工艺特点出发，以铸件质量为中心，力求工艺简便、生产成本低廉。1.分析铸件结构工艺性2.确定工艺方案和工艺参数3.设计浇冒口系统4.绘制铸造工艺图、铸件图铜合金铸件铸造技术课程组二、熔模铸造工艺设计内容熔模铸造工艺设计内容，主要有下列几项：铜合金铸件铸造技术课程组三、铸件结构工艺性分析1.铸件结构工艺性分析的意义2.铸件结构分析的要点

1）最小壁厚

2）最小孔和槽

3）壁厚的均匀性和壁的连接

4）平面大小

5）顺序凝固的要求铜合金铸件铸造技术课程组三、铸件结构工艺性分析1.铸件结构工艺性分析的意义

做铸造工艺设计时，首先要审查零件图。审查的目的有二方面，一是审查零件结构设计是否符合熔模铸造的生产特点，对于那些设计不合理的部分应进行修改。因为结构工艺性不好的铸件，往往孕育着产生缺陷和废品的可能性，也会增加制造成本。其二是根据已定的零件结构和技术要求，分析应采取什么相应工艺措施，以保证铸件质量。铜合金铸件铸造技术课程组三、铸件结构工艺性分析

1.铸件结构工艺性分析的意义

正确的铸件外形设计(a)有利于熔模自压型取出(b)可使分型面简化(c)熔模在一个型腔内形成铜合金铸件铸造技术课程组三、铸件结构工艺性分析2.铸件结构分析的要点根据熔模铸造生产特点，零件结构工艺性主要考虑以下方面。1）最小壁厚

可铸出的最小壁厚与合金种类、浇注工艺方法、铸件轮廓尺寸等因素有关。铜合金熔模铸件的最小壁厚推荐值和可能铸出的最小值如右表所示。对于局部尖锐部位，可以铸出比表中最小值小30%~50%的壁厚。铸件材料铸件轮廓尺寸＞10—50＞50—100＞100—200＞200—350＞350铸件最小壁厚推荐值最小值推荐值最小值推荐值最小值推荐值最小值推荐值最小值铜合金2.0～2.51.52.5～4.02.03.0～4.02.53.0～5.03.04.0～6.03.5铜合金铸件铸造技术课程组三、铸件结构工艺性分析2.铸件结构分析的要点

1）最小壁厚2）最小孔和槽

熔模铸造可铸出比其他铸造法都复杂的孔槽和内腔，节约加工工时和金属材料，减轻零件重量。但是，孔和内腔的存在，往往也使工艺复杂化，增加生产成本。从工艺角度考虑，孔腔形状不宜过于复杂，数量要少。有内腔的铸件要有两个或多个通孔，便于上涂料和撒砂，零件上要力求避免盲孔。最小铸出孔的孔径和深度（单位mm）如右表格所示。孔的直径最大深度通孔盲孔3～55～105＞5～10＞10～30＞5～15＞10～20＞30～60＞15～25＞20～40＞60～120＞25～50＞40～60＞120～200＞50～80＞60～100＞200～300＞80～100＞100＞300～350＞100～120铜合金铸件铸造技术课程组三、铸件结构工艺性分析例如右图工件两个通孔，直径为6的孔不铸出，并将内浇口开在此处，加强补缩，8的孔铸出以减小热节。铜合金铸件铸造技术课程组三、铸件结构工艺性分析

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，不同壁厚间要均匀过渡，这是防止熔模和铸件产生变形和裂纹的重要条件。2.铸件结构工艺分析的要点

1）最小壁厚2）最小孔和槽3）壁厚的均匀性和壁的连接

举例：铜合金铸件铸造技术课程组三、铸件结构工艺性分析

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，不同壁厚间要均匀过渡，这是防止熔模和铸件产生变形和裂纹的重要条件。图b为较好的设计。2.铸件结构分析的要点1）最小壁厚

2）最小孔和槽3）壁厚的均匀性和壁的连接

要点：铜合金铸件铸造技术课程组2.铸件结构分析的要点1）最小壁厚2）最小孔和槽3）壁厚的均匀性和壁的连接4）平面大小

铸件大平面上的工艺孔和工艺筋(a)工艺孔(b)工艺筋

熔模铸造要尽可能避免大的平面。大平面一方面极易产生夹砂、凹陷等缺陷。另外，由于熔模铸造型壳本身的工艺问题，大平面型壳在焙烧是更容易产生变形缺陷，并且强度也不容易保证，因此要尽量避免大平面的出现，最好设计成曲面或在平面上设计工艺孔、工艺筋等工艺结构。如右图所示。三、铸件结构工艺性分析2.铸件结构分析的要点1）最小壁厚2）最小孔和槽3）壁厚的均匀性和壁的连接4）平面大小铜合金铸件铸造技术课程组三、铸件结构工艺性分析

熔模铸造要尽可能避免大的平面。右图所示零件，在A、B、C处均有大平面，C处有盲孔。后将平面A改成凸面作为熔模预变形（2mm），并增设圆环形工艺筋2；B平面做出工艺槽l，C平面做出二个工艺孔3，变盲孔为通孔，铸件废品率低，能稳定地进行生产。2.铸件结构分析的要点1）最小壁厚2）最小孔和槽3）壁厚的均匀性和壁的连接4）平面大小5）顺序凝固的要求铜合金铸件铸造技术课程组三、铸件结构工艺性分析使用横浇道的浇冒口系统

铸件结构设计要力求避免分散的和孤立的热节，便于实现顺序凝固，以防止产生缩孔和缩松。铜合金铸件铸造技术课程组三、铸件结构工艺性分析2.铸件结构分析的要点1）最小壁厚2）最小孔和槽3）壁厚的均匀性和壁的连接4）平面大小5）顺序凝固的要求

需要指出的是，铸件结构主要是零件设计人员根据零件的使用要求及生产、加工等方面要求设计决定的，对某些工艺结构不很合理的铸件，铸造技术人员应和设计、加工等方面技术人员协商解决。同时，铸件结构工艺性并不是一个一成不变的概念。随着生产技术、新材料、新工艺的创新和应用，铸件结构的工艺性问题也会发生变化，原来难以铸造的铸件变得简易可行了。注意事项★★第一节课到此结束铜合金铸件铸造技术课程组四、工艺方案的确定

1.确定分型面1）确定分型面的意义手工操作压型结构图1-活接螺栓2-蝶形螺母3-上半压型4-注模料口5-型芯销6-定位销7-型腔8-型芯9-内浇道10-下半压型

为使熔模能从压型中顺利地取出而将封闭的压型分成若干个型块，这些型块的结合面，称为分型面。铜合金铸件铸造技术课程组四、工艺方案的确定

1.确定分型面1）确定分型面的意义

正确地择分型面，是保証制模工艺正常进行和获得优质熔模的先决条件；也是决定压型结构是否经济、合理的基本条件。必须综合考虑各方面的要求和影响因素，分析在铸件上不同部位分型，对熔模质量的影响，以及压型结构的经济性和合理性。在保証熔模质量的前提下，只有结构简单的压型才被认为是经济合理的。只有合理的分型面，才能设计出合理的压型。铜合金铸件铸造技术课程组四、工艺方案的确定

1.确定分型面1）确定分型面的意义2）确定分型面的原则

。确定分型面，应该遵循下列几个原则：（1）分型面应尽可能的在同一平面上，如果曲线分型面不可避免存在时，也应作成有规则的曲线分型。这样不但减少了压型加工工时；而且便于分型面的吻合和压型的清理。（2）尽可能减少压型可拆件（活块）的数量。过多的可拆件，不仅使压型结构复杂，而且还会影响铸件精度，缩短压型寿命，并且降低生产率。铜合金铸件铸造技术课程组四、工艺方案的确定

1.确定分型面1）确定分型面的意义2）确定分型面的原则

（3）分型面应尽量不通过熔模的某一完整表面，特别是基准面。因为分型面不可避免地要在熔模上留下分型痕迹和铸造斜度。（4）应确定上型、下型各构成熔模的那些部分。确定开型过程中应使熔模保持在设计者预先确定的位置上。设有起模装置的压型，开型后，熔模务必留在设有起模装置的一压型内。（5）上压型内型腔体积应尽量小，以减小上压型的体积和重量，从而便于操作。一个分型面要同时满足上述要求是困难的，但至少应保証熔模能从压型内顺利取出和满足铸件的基本要求。铜合金铸件铸造技术课程组四、工艺方案的确定

1.确定分型面2.基准面的选择1）基准面选择的意义

熔模铸造可获得精度和粗糙度低的铸件，有些尺寸虽然要由机械加工来保证，但一般加工余量不大，所以基准面选择比较重要。特别是利用高效自动机床加工时，对基准面的要求较为严格。因此在铸造工艺上要重视基准面的选择，要保证基准面的几何形状和尺寸精度。铸件上的外圆、平面、内孔和端面等都可以做为基准面。从零件的精度要求出发，最适宜的定位基准一般由设计、机加工和铸造三方面技术人员共同商定。要点：铜合金铸件铸造技术课程组四、工艺方案的确定

1.确定分型面2.基准面的选择1）基准面选择的意义2）基准面选择的原则在确定基准面时，要考虑下述各点原则：（1）基准面应是尺寸比較稳定的表面。尽可能不用由顶杆和可拆垫嵌块形成的表面。非采用这些表面不可时，也应当选择当頂杆、活块移动时，不导致精度降低的表面。（2）应当尽可能具有一个基面，既是划线基面，同时又是压型型腔尺寸基准和机械加工用基准面。铜合金铸件铸造技术课程组四、工艺方案的确定

1.确定分型面2.基准面的选择1）基准面选择的意义2）基准面选择的原则

在确定基准面时，要考虑下述各点原则：（3）取不需加工与待加工面距离变动最小的面作为基面。（4）基准面的数目应能约束六个自由度，故一般均选择三个基面（回转体零件则选择二个基面），并力求划线与加工为同一基面。（5）基准面应当是平整、粗糙度小和尺寸稳定的表面，表面没有浇口残余、斜度和毛刺（压型分型痕迹）。不用或少用顶杆和活块形成的面，以保证定位精度。对于回转体零件用三爪或四爪卡盘定位时，基准面一般选外圆和某一端面。（如下图所示零件）铜合金铸件铸造技术课程组四、工艺方案的确定

右图所示为前支架零件。基准面A与B用工艺符号标注于图中。这样的基准面可使工艺基准与设计基准重合，先加工余量大的面，后加工余量小的面，可保证最后加工面的余量足够，且A、B面平整、粗糙度小。（端面、外圆为基准）1.确定分型面2.基准面的选择1）基准面选择的意义2）基准面选择的原则3）基准面选择实例铜合金铸件铸造技术课程组四、工艺方案的确定

1.确定分型面2.基准面的选择3.浇注系统的选择

采用底注式浇冒口系统1-冒口2-排气道3-铸件4-集渣包5-直浇道

专设冒口的浇注系统铸件热节D=115mmD1=1.6D=184mmD2=0.9D=110mmD3=1.3D=143mmH=1.6D=184mmh=15mm

熔模铸造生产，铸件浇注系统形式多样，各有其应用特点，必须合理选用。1.确定分型面2.基准面的选择3.浇注系统的选择铜合金铸件铸造技术课程组四、工艺方案的确定

浇注系统的选择是根据铸件的结构、重量、壁厚、轮廓尺寸、合金牌号及其铸造性能，并结合不同类型浇注系统的特点，本着最大限度的满足对浇注系统的各项要求进行选择。选择内容主要是确定内浇口在铸件上的位置、数量及其形状；铸件在型内的浇注位置；浇注系统的类型；补缩方法；撇渣及出气措施等。

有关浇注系统的选择等内容，在熔模铸造浇注系统设计课程中详细讲解，本次课程暂不涉及。五、工艺参数的确定

熔模铸造和其他铸造方法一样，常用铸造工艺参数有如下几个：1.铸件精度等级确定2.机械加工余量工艺参数3.铸造斜度4.铸造圆角5.铸造收缩率1.铸件精度等级确定1）铸件精度等级的概念

在铸造生产中，无论采取哪种铸造方法，铸件的实际尺寸和图纸上的尺寸相比，总会有偏差。偏差越小，铸件的精度就越高。铸件尺寸公差的代号为CT(机械零件精度等级代号为IT，分20级），我国的铸件公差标准GB/T6414-1999规定的铸件公差等级由精到粗分为16级，即CTI～CT16，其数值可查相关手册。

铸件精度除铸件尺寸精度外，换包括铸件几何形状精度和铸件表面粗糙度的要求。五、工艺参数的确定1.铸件精度等级确定1）铸件精度等级的概念一般情况下，在铸件设计技术要求中，规定了铸件的精度等级，它是设计铸造工艺和和检验铸件的依据之一，国家标准中具体规定了砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造等方法生产的各种铸造合金的铸件尺寸公差等级和极限偏差。如右表所示。铸造工艺方法铸钢灰铸铁铜合金锌合金砂型手工造型11~1311~1310~12—砂型机器造型级壳型8~108~108~10—金属型—7~97~97~9低压铸造—7~97~97~9压力铸造——6~84~6熔模铸造5~7—4~6—成批和大量生产铸件的尺寸公差等级CT五、工艺参数的确定1.铸件精度等级确定1）铸件精度等级的概念

熔模铸造生产中，影响铸件精度的因素很多，主要有熔模、型壳和铸件三方面的尺寸变化（收缩和膨胀）。这些变化中，有些因素较为固定，有些则是多变的，这就使得铸件精度在一定范围内波动，波动范围愈小，精度等级愈高。

铸造工艺方法铸钢灰铸铁铜合金锌合金砂型手工造型11~1311~1310~12—砂型机器造型级壳型8~108~108~10—金属型—7~97~97~9低压铸造—7~97~97~9压力铸造——6~84~6熔模铸造5~7—4~6—成批和大量生产铸件的尺寸公差等级CT五、工艺参数的确定

1.铸件精度等级确定1）铸件精度等级的概念2）确定铸件精度等级的方法铸件铸造精度等级，一般由零件设计人员，根据零件的使用要求，结合制造工艺提出来的。在确定铸件尺寸精度时，既要考虑熔模铸造可能达到的尺寸精度，又要考虑生产的稳定性，不能用牺牲成本的方法，提高铸件尺寸精度，也不要只为生产的稳定性，而降低铸件精度。注意事项五、工艺参数的确定铜合金铸件铸造技术课程组五、工艺参数的确定1.铸件精度等级确定1）铸件精度等级的概念2）确定铸件精度等级的方法

即选择铸件精度等级时，也要考虑到质量、工艺和经济三原则的统一。过高地提高验收铸件的精度标准，必然增加废品率，提高铸件成本；要求过低时，会增加加工工时费用，失去熔模铸造的优越性，使零件最终成本提高，也是不适宜的。对不适宜的铸造精度等级，铸造技术人员、零件设计人员应协商解决。铜合金铸件铸造技术课程组五、工艺参数的确定1.铸件精度等级确定1）铸件精度等级的概念2）确定铸件精度等级方法3）铸件表面粗糙度

熔模铸件的表面粗糙度与压型的粗