热加工工艺铸造

热加工工艺铸造第1页，共74页。石膏型铸造是20世纪70年代发展起来的一种精密铸造新技术。可分为两类：2.1概述熔模石膏型精密铸造拔(取)模石膏型精密铸造一第二章石膏型铸造第2页，共74页。熔模石膏型精密铸造——一种以石膏为胶凝材料的实体熔模铸造法。将熔模组装，并固定在专供灌浆用的砂箱平板上，在真空下把石膏浆料灌入，待浆料凝结后经干燥即可脱除熔模，再经烘干、焙烧成为石膏型，在真空下浇注获得铸件第3页，共74页。石膏型精密铸造工艺过程

第4页，共74页。工艺特点在真空下灌注成型，其充型性优良，复模性优异，型精确、光洁，可灌注大型复杂铸件用型铸件易形成气孔、浇不足等缺陷，应注意合理设置浇注及排气系统充型时合金液流动保持时间长，适宜生产薄壁复杂件。铸型激冷作用差，当铸件壁厚差异大时，厚大处容易出现缩松、缩孔等缺陷第5页，共74页。应用范围石膏型精密铸造适于生产尺寸精确、表面光洁的精密铸件，特别适宜生产大型复杂薄壁铝合金铸件也可用于锌、铜、金、银等合金铸件铸件最大尺寸达1000×2000mm、重量0.03～908kg，壁厚0.8～1.5mm（局部0.5mm）石膏型精密铸造己被广泛应用于航空、宇航、兵器、电子、船舶、仪器、计算机等行业的零件制造第6页，共74页。2.2石膏型精密铸件工艺设计3）收缩率

1）铸造斜度：同熔模铸造

2）加工余量

石膏型精密铸件的加工余量(mm)熔模收缩率0.4～0.6％，石膏型脱水收缩率0～0.5％金属收缩率1.1～1.3％时，综合线收缩率1.5～2.0％（1）石膏型精密铸造工艺参数选择第7页，共74页。（2）浇注系统设计3、合理设置冒口，保证补缩2、要保证合金液在型腔中流动平稳，顺利充满型腔，避免出现涡流、卷气现象4、脱模时浇注系统应先脱模，减小熔模对石膏型的膨胀力5、浇注系统在铸件凝固过程中应尽可能不阻碍铸件收缩，以防止铸件变形和开裂石膏型精密铸造浇冒系统要求1、有良好的排气能力，能顺利排出型腔中气体，在顶部和易憋气处要开设出气口第8页，共74页。浇注系统类型选择浇注系统顶注中间注对高度大的薄壁筒形、箱形件也可用阶梯式浇注系统底注第9页，共74页。12熔模模料水溶性模料2.3石膏型精铸工艺模料选择（1）第10页，共74页。熔模模料对一般中小型铸件可使用熔模铸造通用模料；大中型复杂铸件、尺寸精度高和表面粗糙度小的铸件应使用石膏型精铸专用模料水溶性模料制作复杂内腔、无法用金属芯形成时，应使用水溶芯或水溶石膏芯来形成内腔。常用的水溶性模料有尿素模料、无机盐模料等第11页，共74页。石膏型精铸专用模料配方（wt%）第12页，共74页。模样制作（2）熔模压制工艺与熔模铸造相同一般水溶尿素模料、无机盐模料及水溶石膏芯都是灌注成形水溶性陶瓷芯一般是将各组分先混制成可塑配料，再加压成型，经700℃左右烧结后待用第13页，共74页。石膏选择（3）1、石膏天然石膏为CaSO4•2H20，又称二水石膏。二水石膏有七种变体。α型半水石膏做石膏铸型更为合适。除石膏种类外，影响石膏强度的因素还有石膏的细度、水固比、水温、搅拌时间等第14页，共74页。

工业生产条件下二水石膏的相变第15页，共74页。2、填料为使石膏型具有良好的强度，减小其收缩和裂纹倾向，需要在石膏中加入填料。填料应有合适的熔点、耐火度、良好的化学稳定性、合适的线膨胀率、发气量少、吸湿性小等第16页，共74页。石膏型用填料及性能第17页，共74页。3、添加剂为提高石膏型焙烧后强度，改变石膏型凝结时间和清理性，改变其线膨胀率等，需在石膏浆料中加入添加剂——可作为增强剂、促凝剂、缓凝剂、减缩剂等第18页，共74页。

1.石膏浆料的成分配比石膏型制备（4）生产中常用几种石膏浆料的成分配比第19页，共74页。

2.石膏浆料的制备石膏浆料的制备和操作要点第20页，共74页。3.真空灌浆为提高浆料的充填能力，应在真空条件下灌浆。先将有模组的箱框放入灌浆室中，将真空抽到0.06MPa。开启与搅拌室连接的二通阀使浆料平稳地注入箱框中，灌浆时间一般不超过1-1.5min。灌完后立刻破真空，取出石膏型，静置1-1.5h，使其有一定强度第21页，共74页。浆料制备设备简图1－真空阀2一真空计3一蜡模4－砂箱5－灌浆室6－灌浆阀7－混合料搅拌桶第22页，共74页。4.干燥与脱蜡将石膏型自干24h以上，使水分散逸，强度增加。然后用蒸汽或远红外脱蜡，脱蜡温度100℃左右，脱蜡时间1-2h。把脱蜡后的石膏在80-90℃流动空气中干燥10h以上，或在大气中干燥24h以上第23页，共74页。5.石膏型焙烧石膏型焙烧的主要目的是去除残留于石膏型中的模料、结晶水以及其它发气物，同时完成石膏型中一些组成物的相变过程，使其体积稳定。焙烧炉可用天然气炉、电阻炉第24页，共74页。

石膏型焙烧工艺第25页，共74页。合金熔炼及浇注（5）合金熔炼及浇注1.合金熔炼：石膏型精密铸造以铝合金为主，一般适用于砂型铸造的铝合金亦能用于石膏型精铸，其中以铝硅类合金用得最多。为获得优质的铝铸件，一定要采用最有效的精炼除气工艺和变质处理方法2.浇注工艺参数：金属液的浇注温度和石膏型温度两者应合理配合，以取得优良铸件质量。石膏型温度可控制在150～300℃之间；铝合金浇注温度一般在700℃左右；大型薄壁铸件浇注温度可适当提高3.铸件清整：对大型复杂薄壁铝精铸件必须进行细致的清理、修补和校正等工作第26页，共74页。陶瓷型铸造是在砂型熔模铸造的基础上发展起来的一种新工艺造型材料：利用质地较纯、热稳定性较高的耐火材料粘结剂：硅酸乙酯水解液。在催化剂的作用下，经灌浆、结胶、起模、焙烧等工序制成采用此法浇出的铸件，具有较高的尺寸精度和较细的表面粗糙度，故此法又称陶瓷型精密铸造3.1概述一第三章陶瓷型铸造第27页，共74页。表面再灌陶瓷浆料以制陶瓷型陶瓷型铸造方法a、全部用陶瓷浆料制造的陶瓷型b、带底套的陶瓷型砂底套金属底套（1）

陶瓷型铸造的实质第28页，共74页。a、全部用陶瓷浆料制造的陶瓷型待浆料一旦出现弹性即可进行起模—（e）小型陶瓷型铸件，常采用全部以陶瓷浆料制造的陶瓷型将模型固定于模板上—（a）套上砂箱—（b）将预先调好的陶瓷浆料倒入砂箱—（c）将上表面刮平并等待结胶硬化—（d）待火熄灭后，移入高温炉中焙烧即成所需的陶瓷型点火喷烧（吹压缩空气助燃）—（f）第29页，共74页。

全部采用陶瓷浆料造型过程示意图a)模型b)准备灌浆c)灌浆d)结胶e)起模f)喷烧1－模型2－砂箱第30页，共74页。b、带底套的陶瓷型陶瓷型用材料常为刚玉粉、硅酸乙脂等，其价格较贵，且粒度细透气性差，故生产中常采用带底套的复合铸型，即与液体金属直接接触的面层灌注陶瓷浆料，而其余部分用砂套或金属套代替第31页，共74页。生产上应用最广泛的是CO2水玻璃砂底套陶瓷型CO2水玻璃砂底套强度高、透气性好、制作简便特殊之处！：事先要准备两个模型第32页，共74页。一个用于灌陶瓷浆料的铸件模（A模）另一个用于制造底套（B模，其尺寸较A模大）第33页，共74页。采用水玻璃砂套的陶瓷型制作过程a)模型b)准备造型c)填充水玻璃砂d)水玻璃砂底套e)准备灌浆f)灌浆g)结胶h)起模I)喷烧

1-模型2-砂箱3-水玻璃砂4-排气孔5-灌浆孔6-陶瓷浆7-空气喷嘴第34页，共74页。（2）

陶瓷型铸造的优缺点熔模铸造受工艺限制，浇注的铸件重量最大只有几十公斤；陶瓷型铸件最大可达十几吨陶瓷型铸造的优点1．铸件表面光洁度高2．铸件的尺寸精度高陶瓷型采用热稳定性高、粒度细的耐火材料，表面粗糙度为Ra=1.6~12.5um，远高于砂型陶瓷型采用灌浆并在陶瓷层处于弹性状态下起模，陶瓷高温变形小，铸件尺寸精度可达CT6~CT83．可铸大型精密铸件4．投资少、投产快、周期短第35页，共74页。陶瓷型铸造的缺点1．原材料价格昂贵2．不适于浇注批量大、重量轻、形状复杂的铸件3．生产工艺过程难于实现机械化和自动化第36页，共74页。（3）

陶瓷型铸造的使用范围陶瓷型铸造已成为大型厚壁精密铸件生产的重要方法，广泛用于铸造冲模、玻璃器皿模、压铸模、锻压模、金属型、热芯盒、工艺品等表面形状不易加工的铸件的生产第37页，共74页。。3.2陶瓷型铸造工艺

（1）陶瓷型铸造工艺流程陶瓷型铸造的工艺流程第38页，共74页。（2）陶瓷型所用造型材料陶瓷型所用造型材料包括耐火材料、粘结剂、催化剂、脱模剂、透气剂等耐火材料粘结剂催化剂陶瓷型所用耐火材料要求杂质少、熔点高、高温热膨胀系数小。可作陶瓷型的耐火材料有刚玉粉、铝矾土、碳化硅及锆砂粉等陶瓷型常用的粘结剂是硅酸乙酯水解液。为防止陶瓷型在喷烧及焙烧阶段产生大的裂纹，在水解时常加入0.5%左右的醋酸或甘油陶瓷浆料所用的催化剂有氢氧化钙、氧化镁、氢氧化钠以及氧化钙等第39页，共74页。脱模剂透气剂常用的脱模剂有上光蜡、变压器油、机油、有机硅油及白凡士林等。使用时用软布蘸上光蜡，均匀涂抹模型表面，然后用机油涂擦均匀常用透气剂为双氧水，加入量为耐火粉料重量的0.2～0.3％。加入后双氧水迅速分解放出氧气并形成细微气泡，提高透气性第40页，共74页。

（3）陶瓷浆料配制及灌浆铸造尺寸和光洁度要求高的合金钢锻模、压铸型、玻璃器皿模具

1．耐火材料的选择采用价格较便宜的铝矾土或石英粉作为耐火材料采用耐高温的、热稳定性好的刚玉粉、锆砂粉或碳化硅作为陶瓷型浆料的耐火材料铸铁件或铝铸件第41页，共74页。正确选择耐火材料粒度组成提高陶瓷型表面光洁度、尺寸精度和强度防止铸型裂纹选择原则小件、光洁度要求高的铸件，粒度细的耐火材料多用一些；反之，则用一些粒度粗的耐火材料第42页，共74页。

2．浆料的配制与灌浆耐火材料与硅酸乙酯水解液的配比要适当粉料过多水解液少，则浆料太稠，流动性太差而无法灌浆。即使勉强成型，铸型上也会产生大的裂纹粉料过少而水解液多则浆料太稀，灌浆后容易出现分层，浆料硬化时收缩大强度低，且浪费水解液耐火材料与水解液的配比第43页，共74页。配陶瓷浆料时，先用量杯量好水解液，然后缓慢倒入称好并混有催化剂的耐火粉料，边倒边搅，使耐火粉料和水解液混合均匀，当混合料出现结胶迹象时，立即灌浆第44页，共74页。注1.开始结胶的时间与灌浆的时间对陶瓷型质量有很大影响2.催化剂含量和室温对结胶时间也有影响3.灌浆过迟过早都不好。过迟，浆料可能在容器里结胶；过早，浆料易在型腔内分层，影响质量4.开始结胶的时间可通过预配小样测定第45页，共74页。

3．灌浆灌浆时，浆料倒入速度不应过快，以防卷入空气，应边灌浆边振动，以排除浆料中的气体配料时陶浆的用量计算：Q—所需陶瓷浆料的重量（kg）F—铸件模型的表面面积（m2）h—灌浆层的厚度（m）𝛾—浆料的重度（N/m3)，通常取2第46页，共74页。

4．起模第47页，共74页。从陶瓷型中取出模样有时需要较大的力量，而手工起模困难，常需螺栓起模工具

螺栓起模工具1-角铁2-垫块3-螺母4-起模螺栓5-垫块6-模样7-陶瓷型8-砂套第48页，共74页。5．喷烧起模后应立刻点火并吹压缩空气进行喷烧，使陶瓷型的表面有一定的强度和硬度。喷烧的结果使型腔的表面形成无数网状的显微裂纹，有利于提高陶瓷型的透气性和型腔尺寸的稳定性第49页，共74页。

6．焙烧焙烧的目的是使陶瓷型内残存的乙醇、水分和少量的有机物烧去，使陶瓷层的强度增加全部由陶瓷浆料灌制的陶瓷型，焙烧温度可达800℃，焙烧时间2-3h，出炉温度应在250℃以下，以防产生裂纹带有水玻璃套的陶瓷型，焙烧温度（烘干）在350-550℃第50页，共74页。

7．浇注与清理陶瓷型浇注时应注意挡渣。浇注温度和浇注速度可比同类型的砂型铸件稍高。陶瓷型铸件最好待冷却至室温时再打箱，以防止铸件产生裂纹与变形第51页，共74页。4.1概述（1）V法造型的实质V法造型即V法(V—Process)，是一种真空密封造型铸造方法，又称负压造型(VacuumSealedMolding)，是依靠铸型内部大气压差将干散的沙粒紧固在一起，保持一定形状，得到具有一定强度铸型的物理造型法一第四章V法造型第52页，共74页。将带有抽气室的砂箱放上

a将预先加热好的塑料薄膜在负压作用下，吸贴到模样、模板的整个表面上，然后在薄膜上均匀地喷上快干涂料充填不加粘结剂、水分及附加物的干沙，边加砂边微振，以保证干沙填满砂箱。然后刮平，并在砂箱顶部再覆盖塑料膜，通过砂箱箱壁抽真空bc

V法造型工艺过程第53页，共74页。翻箱、起模。由于大气压力的作用，塑料薄膜均匀地贴在砂型上，使型砂处于紧实状态，取出模样de合型。铸型的负压状态一直维持到浇注、铸件凝固完成后。负压解除后，铸型自行溃散，从铸型干砂中取出铸件第54页，共74页。V法造型工艺过程示意图a)覆盖塑料薄膜b)套砂箱c)加砂、造型d)起膜e)合箱

1-吸气箱2-模样3-砂箱4-砂5-型腔第55页，共74页。优点：（1）干砂造型，简化了砂处理，旧砂回收率达95%以上（2）在模样表面覆盖薄膜，模样不与砂型直接接触，便于起模，模样起模斜度很小或没有，提高了铸件尺寸精度，减少了对模样的磨损（3）在负压下浇注，金属液流动性好，可浇出2--3mm的薄壁铸件（4）不必采用振动落砂等设备，改善了车间环境（2）V法造型的特点第56页，共74页。◎造型操作复杂，小铸件造型生产率不高◎需对铸型保持负压，对机械化流水线生产带来一定困难◎塑料薄膜的伸长率和成形性的限制，影响了该法应用范围的扩大缺点

第57页，共74页。（3）应用范围用于生产中等大小铸件形状简单较精密的铸件可用于铸铁、铸钢和非铁合金各种批量生产第58页，共74页。4.2工艺装备V法造型工艺装备示意图1—电动机2—水环式真空泵3、5—真空表4—滤气罐6—分配罐7—抽气支管8—薄膜烘烤器9—模样10—模板11—微震台12—砂箱第59页，共74页。（1）型板及模样模样和型板上均开设了通气孔与抽气箱相通，通气孔直径0.2~2mm，孔距20~50mm模样做成空心，为增加模样强度和刚度，内部应设加强筋一般情况下，模样不留或少留起模斜度，斜度一般为1/100~1/80模样装在型板上，模样底部装在抽气箱上第60页，共74页。模样结构对吸模成型有重要影响模样结构局部强化抽真空吸膜成型辅助成型局部预成型第61页，共74页。辅助成型：对模样深凹槽处，覆面膜时人工用一块木板或泡沫塑料的压块将面膜压向深凹处，再接通真空吸覆面膜，可使模腔成形深度增加1-2倍局部预成型：对于浇冒口等，可预先包裹塑料薄膜，再用胶带缠绕固定第62页，共74页。局部强化抽真空吸膜成形：对某些难以吸膜成形的凹腔部位，可在模样上采用强化抽真空结构，在难成形的型腔背后单独设置一抽气室，并设一专用通气道，覆薄膜时该处先抽气，以强化其吸膜，便于成形局部强化抽真空示意图1—抽气箱2—模样3—局部强化抽真空部分4—局部抽真空气道第63页，共74页。（2）微振振实台——可用可调式电磁振动器（3）薄膜烘烤器——可使用远红外板作加热元件，效率高；也可用火焰或电阻元件加热烘烤第64页，共74页。◎V型用干砂应具有良好的流动性，以便各处充填紧实，保证铸型各处有良好的强度◎整个浇注成型过程在负压下进行，铸型不存在透气性不足的问题◎一般多采用较圆整的硅砂，70/140筛号，砂粒集中度>80%，水的质量分数<0.5%

4.3V法造型工艺（1）干砂第65页，共74页。（2）塑料薄膜塑料薄膜=铸型内表面用面膜+铸型背面用背膜◎V法造型的塑料薄膜应有足够强度和伸长率，特别是面膜伸长率要好，方向性要小，对加热温度不敏感，能满足较复杂形状成型的要求