5消失模及鑄型制備(涂料)

1、2021-6-145 2021-6-142021-6-145.4 5.4 涂料涂料 消失模涂料在造型、金屬液充填與凝固過程中，始終與高溫金屬液、干砂及模樣接觸、相互作用，其性能好壞將直接影響消失模鑄件的質(zhì)量。涂料技術(shù)是消失模鑄造關(guān)鍵技術(shù)之一。 2021-6-142021-6-145.4.1 5.4.1 涂料的作用與性能要求涂料的作用與性能要求 1.1.涂料的作用涂料的作用 防止鑄件產(chǎn)生黏砂，降低鑄件表面粗糙度。 提高泡沫塑料模樣的剛度，保證鑄件尺寸精度。 有助于泡沫模樣熱解的氣體和液體產(chǎn)物順利地通過涂層并經(jīng)鑄型排到型外，防止鑄件產(chǎn)生氣孔、夾渣及炭黑等缺陷。 2021-6-142021-6-14

2、 消失模涂料的作用 1、干砂2、涂料3、氣化態(tài)4、泡沫塑料5、液態(tài)產(chǎn)物6、金屬液2021-6-142021-6-142.2.涂料的性能要求涂料的性能要求 有較高的耐火度和化學(xué)穩(wěn)定性； 涂層有較好的透氣性； 涂層有較好的強(qiáng)度和剛度； 有良好的工藝性能，如較好的潤濕性、黏附性和涂掛性、較快的低溫干燥速度等。2021-6-142021-6-145.4.2 5.4.2 涂料的組成、制備與使用涂料的組成、制備與使用 1.涂料的組成 消失模涂料一般由耐火材料、黏結(jié)劑、載體（溶劑）、表面活性劑、懸浮劑、觸變劑以及其他添加劑組成。 2021-6-142021-6-14 涂料的組成2021-6-142021-6

3、-14 特殊附加物 防潮劑 防腐劑 消泡劑 表面活性劑 其他附加材料2021-6-142021-6-14（1 1）耐火材料）耐火材料 耐火材料是涂料的主體，它決定涂料的耐火度、化學(xué)穩(wěn)定性和絕熱性。 粒度、粒形要求粒度、粒形要求 耐火粉料對(duì)氣化模裂解出的液相產(chǎn)物或耐火粉料對(duì)氣化模裂解出的液相產(chǎn)物或固體碳具有吸附能力；固體碳具有吸附能力； 2021-6-142021-6-14（2）黏結(jié)劑 黏結(jié)劑的作用是將耐火材料顆粒黏結(jié)在一起，使涂層具有一定強(qiáng)度，并使耐火材料顆粒黏附在泡沫塑料模樣上，防止涂層從泡塑料模表面脫落或開裂。常用的黏結(jié)劑可分為無機(jī)和有機(jī)兩類： 無機(jī)黏結(jié)劑可保證涂層常溫和高溫強(qiáng)度； 有機(jī)黏

4、結(jié)劑在常溫狀態(tài)可以提高涂層的強(qiáng)度，在澆注時(shí)被燒失，又能有效地提高涂層的透氣性。 粘土、水玻璃、糖漿、紙漿廢液以及白膠；粘土、水玻璃、糖漿、紙漿廢液以及白膠； 硅溶膠、聚丙烯酸樹脂、硅溶膠、聚丙烯酸樹脂、107107膠水以及水基酚醛樹膠水以及水基酚醛樹脂等。脂等。2021-6-142021-6-14（3)載體 液體載體的作用是使耐火材料顆粒懸浮起來，使涂料成為漿狀，以便涂敷。 水基涂料： 醇基涂料：2021-6-142021-6-14（4）懸浮劑 防止涂料中的固體耐火材料沉淀而加入的物質(zhì)稱懸浮劑。（懸浮性是指涂料抵抗固體耐火材料分層和沉淀的能力。）水基涂料常用的懸浮劑： 膨潤土、凹凸棒土、羧甲基

5、纖維素（CMC）、聚丙烯酰胺、海藻酸鈉等。醇基涂料常用的懸浮劑有： 有機(jī)膨潤土、鋰膨潤土、凹凸棒土、聚乙烯醇縮丁醛（PVB）等2021-6-142021-6-14（5）添加劑 添加劑是為了改善涂料的某些性能而添加的少量附加物。潤濕劑 消泡劑防腐劑2021-6-142021-6-142.涂料的制備及使用（1）涂料的制備 球磨、碾壓和攪拌。（2）涂料的涂掛及烘干 涂料的涂掛方式主要有刷涂法、浸涂法、淋涂法、噴涂法和流涂法等。 一般采用在55以下的氣氛中烘干210h。烘干時(shí)注意空氣的流動(dòng)，以降低濕度，提高烘干效率。 2021-6-142021-6-14 溫度控制：溫度控制：5050 5 5 熱源：遠(yuǎn)

6、紅外電熱板，配有風(fēng)扇；熱源：遠(yuǎn)紅外電熱板，配有風(fēng)扇； 微波烘干工藝微波烘干工藝實(shí)體模樣表面涂覆涂料實(shí)體模樣表面涂覆涂料 一般均為涂刷和噴涂，涂料層厚為一般均為涂刷和噴涂，涂料層厚為0.50.52.5mm2.5mm。2021-6-142021-6-14 5.5 5.5 消失模鑄件成形理論基礎(chǔ)消失模鑄件成形理論基礎(chǔ)主要內(nèi)容 1、消失模的熱解產(chǎn)物及其對(duì)鑄件質(zhì)量的影響 2、金屬液的充填特性 3、金屬液的凝固特性2021-6-142021-6-14合金及澆注溫度小分子氣體 產(chǎn)物（%） 蒸汽態(tài)產(chǎn)物（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）CH4 C2H4 C2H2等 苯 甲苯 乙苯 苯乙烯 多聚體鑄鋁 750鑄鐵 1350鑄鋼 1

7、60011.4232.7938.576.5 10.38 0.78 69.31 1.4251.61 3.21 0.10 12.34 微量52.73 3.57 微量 5.13 微量注：微量代表質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于注：微量代表質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.100.105.5.1消失模的熱解產(chǎn)物及其對(duì)鑄件質(zhì)量的影響 1、EPS熱解產(chǎn)物成分分析 表1不同合金在澆注溫度下EPS熱解產(chǎn)物的成分。2021-6-142021-6-14 消失模鑄造中金屬液前沿流動(dòng)情況 a)鑄鋁 b)鑄鐵和鑄鋼2021-6-142021-6-142 影響EPS熱解產(chǎn)物的主要因素 1）溫度對(duì)EPS熱解產(chǎn)物的影響 當(dāng)泡沫塑料與金屬液接觸時(shí),它是按照： 收縮

8、 軟化 熔融 氣化 燃燒的過程進(jìn)行的。 泡沫塑料發(fā)生分解，液相、氣相和固相是同時(shí)形成的。 T EPS的發(fā)氣量2021-6-142021-6-14 表2 不同溫度下熱解產(chǎn)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%） 溫度 氣態(tài)產(chǎn)物液態(tài)產(chǎn)物小分子氣體產(chǎn)物(CH4 C2H4 C2H2等)苯 甲苯 乙苯 苯乙烯 多聚體 其它氣 態(tài)產(chǎn)物 45050055060065070075080085090095010000.11.01.02.12.22.616.030.248.149.756.056.90.3 0.4 微量 7.2 0.2 微量0.3 1.3 微量 47.7 0.5 0.10.9 1.5 微量 67.9 0.6 0.51.

9、1 1.7 0.3 73.5 1.7 0.11.6 2.0 0.5 77.6 2.4 0.62.5 2.1 0.6 80.7 2.6 1.03.8 2.4 1.2 62.3 4.4 2.45.3 3.3 1.0 45.9 3.5 3.46.2 2.0 0.5 30. 1.8 5.013.2 2.6 0.3 21.3 1.8 6.15.5 1.4 0.4 12.3 3.6 6.220.2 1.5 0.3 10.8 3.1 6.781.849.027.619.513.17.97.57.35.35.04.60.52021-6-142021-6-14 2）真空度和透氣性對(duì)EPS熱解產(chǎn)物的影響 真空度

10、型腔內(nèi)小分子氣體的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 涂層透氣性 型腔內(nèi)小分子氣體的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 從而使氣體間隙內(nèi)的背壓減小，金屬液前沿的流動(dòng)速度加快。2021-6-142021-6-14 3、熱解產(chǎn)物對(duì)鑄件質(zhì)量的影響 1）對(duì)鑄鋼件的影響 鑄鋼件的澆注溫度高（1550以上），熱解產(chǎn)物氣化和裂解充分，產(chǎn)生大量的碳粉，形成與鋼液成分的濃度梯度，高溫下碳原子和金屬晶格都很活潑，碳粉將向鑄件表面滲透引起表面增碳。鋼液的原始含碳量越低，增碳量越嚴(yán)重。2021-6-142021-6-14 2）對(duì)鑄鐵件的影響 鑄鐵件的澆注溫度一般都在1350以上，模樣迅速熱解為氣體和液體。在二次反應(yīng)后也會(huì)析出碳，但因鑄鐵本身含碳量很高，在鑄鐵件容易形成

11、波紋狀或滴瘤狀的皺皮缺陷。 2021-6-142021-6-143)對(duì)鋁合金鑄件的影響 鋁合金的澆注溫度較低，一般在750左右，模樣的熱解產(chǎn)物以液相為主，熱解產(chǎn)物積聚在金屬液面或被壓向型壁，會(huì)形成冷隔、針孔等缺陷。因此，適當(dāng)提高澆注溫度和澆注速度對(duì)獲得優(yōu)質(zhì)鋁合金鑄件是重要的。 2021-6-142021-6-14 總之，從減少熱解產(chǎn)物對(duì)各類鑄件質(zhì)量的影響出發(fā)，希望熱解的殘留液、固體產(chǎn)物越少越好，模樣應(yīng)盡量氣化并完全排出型腔之外，因此，要求模樣密度小，氣化充分；同時(shí)，涂層和鑄型透氣性好，使金屬液流動(dòng)前沿間隙中的壓力和熱解產(chǎn)物濃度盡可能低。2021-6-142021-6-145.5.25.5.2金

12、屬液的充填特性金屬液的充填特性 1、金屬液充型前沿形態(tài)的一般規(guī)律 砂型鑄造中，無論哪種澆注方式，金屬液從內(nèi)澆口進(jìn)入鑄型后，總是先填滿型腔的底部形成金屬液面，然后液面逐漸上升，直至充滿最高處。2021-6-142021-6-14 而在消失模鑄造中，金屬液從內(nèi)澆口進(jìn)入后，呈放射弧形逐層向前推進(jìn)，最后充滿離澆口最遠(yuǎn)處。 消失模鑄造的充填過程就是金屬液的充填和泡沫塑料模樣同時(shí)氣化消失的過程。 2021-6-142021-6-142 2、金屬液的充型速度及其影響因素、金屬液的充型速度及其影響因素 由于泡沫塑料模是一種絕熱材料，當(dāng)金屬液流入時(shí)模樣材料并非立即消失，而是緊貼金屬液部分的泡沫塑料發(fā)生分解，并產(chǎn)

13、生大量的氣體和高溫分解產(chǎn)物，同時(shí)在金屬液和模樣之間形成氣相間隙氣相間隙。由于氣體壓力和。由于氣體壓力和未氣化模樣對(duì)金屬液有明顯的阻力未氣化模樣對(duì)金屬液有明顯的阻力，減低了它的充填減低了它的充填速度。速度。2021-6-142021-6-14 液態(tài)金屬推進(jìn)速度過慢，將造成模樣與金屬液前沿間隙過大，容易引起塌箱缺陷； 液態(tài)金屬推進(jìn)速度過快，模樣熱解產(chǎn)物來不及氣化和排出型腔外，容易引起鑄件氣孔、表面增碳缺陷等。2021-6-142021-6-14 影響充型速度的因素很多，各種工藝因素對(duì)金屬液充型速度的影響由大到小依次為： 真空度、模樣材料、金屬液靜壓頭、涂料層透真空度、模樣材料、金屬液靜壓頭、涂料層

14、透氣性、澆注溫度、內(nèi)澆口面積、澆注位置等氣性、澆注溫度、內(nèi)澆口面積、澆注位置等。2021-6-142021-6-145.5.35.5.3金屬液的凝固特性金屬液的凝固特性 1 1、消失模鑄造的凝固特性、消失模鑄造的凝固特性 1）消失模鑄造的冷卻凝固速度比普通的砂型鑄造慢消失模鑄造的冷卻凝固速度比普通的砂型鑄造慢，真空度對(duì)鑄件的冷卻凝固速度影響不大。 2021-6-142021-6-142、真空消失模鑄造鑄型剛度好，澆注鑄鐵件時(shí)，鑄型不發(fā)生體積膨脹，使鑄件的自補(bǔ)縮能力強(qiáng)，因而大大減因而大大減少了鑄件縮孔、縮松傾向。少了鑄件縮孔、縮松傾向。3、真空消失模鑄件冷卻慢，鑄型阻力比粘土砂型小，所真空消失模

15、鑄件冷卻慢，鑄型阻力比粘土砂型小，所以鑄件成形應(yīng)力和熱裂傾向比其它方法小。以鑄件成形應(yīng)力和熱裂傾向比其它方法小。 2021-6-142021-6-142、消除冷卻速度慢帶來影響的措施 1）采用激冷造型材料可以加快鑄件冷卻速度幾種型砂冷卻效果從大到小依次為： 石墨砂 鋼丸 鉻鐵礦砂 鋯砂 2）通過調(diào)整鑄件化學(xué)成分和優(yōu)化變質(zhì)處理可以抵消冷卻凝固速度慢帶來的不利影響。2021-6-142021-6-145.6 消失模鑄造工藝 主要內(nèi)容 1、工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn) 2、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3、冒口設(shè)計(jì) 4、其他工藝參數(shù)2021-6-142021-6-145.6.1 消失模鑄造工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn) 進(jìn)行消失模鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)，除

16、了一般鑄造過程應(yīng)遵循的原則外，尤其要注意泡沫塑料模樣的受熱、分解對(duì)金注意泡沫塑料模樣的受熱、分解對(duì)金屬液充型及凝固的影響，注意減少或消除由此造成的消失屬液充型及凝固的影響，注意減少或消除由此造成的消失模鑄件內(nèi)部或表面缺陷。模鑄件內(nèi)部或表面缺陷。 在澆注金屬液體過程中，在澆注金屬液體過程中，模樣液化、氣化，形成實(shí)模樣液化、氣化，形成實(shí)型鑄造獨(dú)有的特殊性型鑄造獨(dú)有的特殊性。處理好聚苯乙烯泡沫塑料模樣的液。處理好聚苯乙烯泡沫塑料模樣的液化、氣化及其排放是實(shí)型鑄造工藝的關(guān)鍵。化、氣化及其排放是實(shí)型鑄造工藝的關(guān)鍵。 造型工藝嚴(yán)格，實(shí)型鑄造用型砂要求透氣性高，填砂造型工藝嚴(yán)格，實(shí)型鑄造用型砂要求透氣性高，

17、填砂時(shí)應(yīng)防止模樣變形，緊實(shí)均勻。時(shí)應(yīng)防止模樣變形，緊實(shí)均勻。2021-6-142021-6-145.6.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 1）保證澆注時(shí)金屬液能充滿型腔； 澆注過程中各澆注過程中各種壓力的平衡種壓力的平衡2021-6-142021-6-142）澆注系統(tǒng)的安排要考慮到模樣束在砂箱中的位置，便于填砂緊實(shí)；3）澆注系統(tǒng)的設(shè)置要保證模樣束的整體強(qiáng)度；4）內(nèi)澆道的個(gè)數(shù)、位置對(duì)金屬液充型方向的影響； 金屬液充型流動(dòng)2021-6-142021-6-145）澆注系統(tǒng)多采用簡(jiǎn)單形式；6）金屬液壓頭應(yīng)超過金屬前沿的界面氣體壓力，以防嗆火（反噴）。2021-6-142021-6-14 鑄件合金

18、種類 鑄鋁 鑄鐵 鑄鋼可鑄最小壁厚/mm 23 45 56可鑄最小孔徑/mm 46 810 1012最小壁厚和最小鑄出孔最小壁厚和最小鑄出孔2021-6-142021-6-14 2） 鑄造收縮率 包括合金收縮和模樣材料收縮。合金收縮可參考砂型工藝的數(shù)據(jù)。3）機(jī)械加工余量 消失模鑄造的鑄件尺寸精度高，尺寸重復(fù)性好，因此機(jī)械加工余量小于砂型鑄造，略高于熔模鑄造。2021-6-142021-6-145.6.3 5.6.3 造型與澆注主要內(nèi)容 1、干砂振動(dòng)造型 2、樹脂自硬砂造型 3、澆注工藝2021-6-142021-6-14消失模鑄造的造型方法有： 干砂振動(dòng)造型-多用于中、小鑄件； 自硬砂造型-多

19、用于大、中型鑄件。 2021-6-142021-6-141 1、干砂振動(dòng)造型、干砂振動(dòng)造型1 1）原砂的選擇）原砂的選擇 對(duì)原砂的性能要求包括： 化學(xué)成分 粒度、粒形 含泥量 含水量 灼燒減量 砂溫2021-6-142021-6-14硅砂：用于灰鑄鐵、非鐵合金、普通鑄鋼件， 要求SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9095%。特種砂：有鉻鐵礦砂、橄欖石砂、棕剛玉砂 和鋯砂等，用于壁厚50mm的鑄鋼 件。 2021-6-142021-6-14u粒形：要求原砂為圓形或多角形。u粒度：一般采用20目，要求粒度分布主要集中于12個(gè)篩號(hào)上。u原砂的含水量：應(yīng)小于1%。u含泥量：應(yīng)小于1%3%，一般采用水洗砂。u原砂的燒

20、灼減量：小于0.1%為佳。u砂溫：應(yīng)低于50。2021-6-142021-6-14 2） 振動(dòng)緊實(shí) （1）振動(dòng)方式 機(jī)械振動(dòng)有三種模式，即 一維振動(dòng) 二維振動(dòng) 三維振動(dòng) 其中以三維振動(dòng)的充填效果和緊實(shí)效果最好。2021-6-142021-6-14（2）振動(dòng)參數(shù) 振動(dòng)加速度： 12g（g為重力加速度）范圍內(nèi)效果最好； 振幅和頻率： 頻率在5060Hz、振幅為0.51mm； 振動(dòng)時(shí)間： 3060s。2021-6-142021-6-14 （3） 砂箱 根據(jù)抽氣室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為以下三種： 底抽式砂箱 側(cè)抽式砂箱 雙層砂箱 2021-6-142021-6-14（4 4） 造型造型 先在砂箱底部放入底砂

21、，形成放置泡沫塑料模樣的砂床。砂床厚度一般約為100mm。然后在砂床上放置模組（涂好涂料的模樣簇），邊填砂，邊振動(dòng)。 加砂的方法有柔性管加砂法和雨淋加砂法兩種，其中雨淋加砂法應(yīng)用較為普遍。 振動(dòng)緊實(shí) 振動(dòng)臺(tái)的作用是使干砂產(chǎn)生無定向共振，從而充滿泡沫模組內(nèi)外，并達(dá)到一定的緊實(shí)度，且不會(huì)損壞泡沫模樣。 2021-6-142021-6-14 在壓差的作用下固定干砂、防止沖砂和鑄型崩散、型壁移動(dòng)； 將泡沫模樣熱解過程中產(chǎn)生的熱解產(chǎn)物吸出，加快金屬液前沿的推進(jìn)速度，提高充型能力； 在密封下澆注，改善工作環(huán)境。 2021-6-142021-6-142、樹脂自硬砂造型 對(duì)于中大型消失模鑄件，常采用樹脂自硬砂

22、造型。鑄鐵件一般采用酸催化呋喃樹脂自硬砂，而鑄鋼件可采用酚醛尿烷樹脂自硬砂或酯催化堿性酚醛樹脂自硬砂。2021-6-142021-6-143、澆注工藝 澆注過程中金屬液泡沫塑料模樣鑄型三者相互作用，使它的澆注工藝比普通砂型鑄造復(fù)雜得多。 2021-6-142021-6-14 1）澆注溫度 消失模鑄造的澆注溫度要高于普通鑄造法的澆注溫度。 推薦： 鑄鐵件澆注溫度比普通鑄造法提高2080； 鑄鋼件要提高1040； 鑄鋁件要高5080。2021-6-142021-6-14 2）澆注速度 為防止消失模鑄造時(shí)產(chǎn)生塌箱、澆不足和冷隔等缺陷，消失模鑄件的澆注速度要比普通鑄件的快些。 消失模鑄造澆注過程一般采

23、用慢-快-慢的澆注方式。 在整個(gè)澆注過程中應(yīng)始終保持澆注系統(tǒng)被金屬液充滿。 澆注速度要視模樣氣化、排氣的情況。澆注速度要視模樣氣化、排氣的情況。 2021-6-142021-6-14 3）澆注方法 在澆注消失模鑄件（特別是鑄鐵件）時(shí)，應(yīng)遵循下列澆注原則： （1）慢一快一慢； （2）澆注過程不可中斷。2021-6-142021-6-14 4）負(fù)壓（真空度）負(fù)壓（真空度）的作用：l固定干砂、防止沖砂和鑄型崩散、型壁移動(dòng)；l加快排氣速度和排氣量，加快金屬前沿的推進(jìn)速度，提高充型能力；l在密封下澆注，改善工作環(huán)境。 根據(jù)鑄造合金種類、鑄件大小、澆注工藝等來選定負(fù)壓。 2021-6-142021-6-14表5 使用各種鑄造合金的真空度 Mpa合金種類鑄鋼鑄鐵鑄鋁真空度-0.03-0.05-0.02-0.040-0.022021-6-142021-6-