特種成型-熔模鑄造工藝技術詳解課件

液態(tài)金屬特種成型

液態(tài)金屬特種成型

1第一章熔模鑄造概念：熔模鑄造又稱“失蠟鑄造”，通常是在蠟模表面涂上數(shù)層耐火材料，待其硬化干燥后，將其中的蠟模熔去而制成型殼，再經(jīng)過焙燒，然后進行澆注，而獲得鑄件的一種方法，由于獲得的鑄件具有較高的尺寸精度和表面光潔度，故又稱“熔模精密鑄造”。第一章熔模鑄造概念：2特種成型-熔模鑄造工藝技術詳解課件3金屬材料工程教研室金屬材料工程教研室4金屬材料工程教研室金屬材料工程教研室5金屬材料工程教研室金屬材料工程教研室6金屬材料工程教研室金屬材料工程教研室7金屬材料工程教研室金屬材料工程教研室8金屬材料工程教研室金屬材料工程教研室9工藝流程：熔模鑄造的工藝過程包括：蠟模制造、結殼、脫蠟、焙燒和澆注等，流程圖如下：工藝流程：10熔模鑄造過程示意圖熔模鑄造過程示意圖11特種成型-熔模鑄造工藝技術詳解課件12

熔模鑄造的特點：鑄件的精度和表面質量較高（精度可達CT4~7，Ra1.6~12.5）。合金種類不受限制，鋼鐵及有色金屬均可適用?？设T出形狀復雜的鑄件（壁厚最小0.5mm，最小孔徑0.5mm，最小重量1g）。生產批量不受限制。工藝過程較復雜，生產周期長，成本高，鑄件尺寸不能太大。鑄件冷卻速度慢，鑄件晶粒粗大。熔模鑄造的特點：13§1－1熔模的制造一、對模料的性能要求1、熱物理性能熔點：一般在60～100度范圍內。開始和終了熔化溫度范圍：以5～10℃為宜。軟化點：一般不低于35～40度。收縮率：一般要求小于1％。2、力學性能強度：不應低于2.0MPa。表面硬度：針入度以4～6度為佳。§1－1熔模的制造143、工藝性能可焊性：具有良好的焊接性能和焊接強度。流動性：獲得形狀準確和表面光潔的熔模。圖掛性：模料應能很好的為耐火材料所潤濕?；曳郑阂M可能少，應低于0.05％。4、其他性能還要求模料的密度小，回收方便，復用性好，無公害及來源豐富，價格低廉等。3、工藝性能15

二、模料的種類、組成和性能1、蠟基模料（低溫模料）（1）烷烴蠟

其分子式為CnH2n+2。烷烴蠟在室溫下是非常穩(wěn)定的，烷烴蠟在100℃以上會氧化，氧化反應的結果使碳-碳鏈斷裂，并生成低分子量的脂肪酸、醇、二元羥酸、水等產物。由此說明，烷烴蠟的使用溫度應不超過100℃。1）石蠟n=17～36，主要由正構烷烴組成，n越大，熔點越高，鑄造上常用58～64度石蠟。石蠟是晶體。石蠟的強度低，塑性好，硬度差（針入度為150）。二、模料的種類、組成和性能16

2）地蠟n=35～53，主要由異構烷烴組成，是微晶型蠟。熔點比石蠟高，熱穩(wěn)定性好，能與石蠟互溶。有提純地蠟和合成地蠟兩種，地蠟價高。（2）脂肪酸蠟分子式CnH2n+1COOH，為晶體。酸性：固態(tài)時酸性不明顯，熔融時隨溫度升高，酸性增強，能與Al、Fe起置換反應。反應：一是與堿性物質起中和反應—皂化反應。二是與醇發(fā)生脂化反應，生成脂肪酸脂和水。2）地蠟17

（3）酯蠟是高級脂肪酸和高級飽和一元醇進行脂化反應生成酯的混合物，其分子式為RCOOR′。主要包括川蠟C25H51COOC26H53和蜂蠟C15H31COOC30H61

。在實際生產中采用石蠟－硬脂酸各50％的配比。2、樹脂基模料（中溫模料）松香是一種天然樹脂，其化學成分主要是松香酸C19H29COOH，熔點70～75℃較高，但是軟化點較低<33℃，液態(tài)時粘度大，固態(tài)時硬度高，易被皂化。還有改性松香和聚合松香。（3）酯蠟183、其他模料（1）泡沫聚苯乙烯塑料是單體苯乙烯的聚合物，分子式為(C8H8CHCH2)n。（2）尿素模料是一種水溶性模料，分子式為CO(NH2)2，熔點130～140℃，用于做熔模的可溶性型芯。（3）充填模料在模料中加入固體、液體或氣體等作為充填物質組成的模料，固體充填料有聚乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇及合成樹脂等。3、其他模料19三、模料的配制與回收1、模料的配制按照模料的規(guī)定成分和配比，將各種原材料熔融成液態(tài)，混和并攪拌均勻，濾去雜質，澆制成錠塊或調制成糊狀模料，以待壓制熔模。三、模料的配制與回收20熔化蠟基模料的加熱槽1、絕熱層2、溫度計3、蓋4、模料5、水6、蠟桶7、加熱器旋轉槳葉攪拌蠟基模料熔化蠟基模料的加熱槽旋轉槳葉攪拌蠟基模料21

2、模料的回收

蠟基模料在使用中經(jīng)常發(fā)生以下皂化反應而變質：2、模料的回收22（1）酸處理法（2）電解處理法陽極：陰極：（3）活性白土處理法主要是利用膨潤土具有大的吸附能力，將模料中經(jīng)酸處理后所形成的鹽類及其它雜質吸附在它的周圍并凝聚沉淀，使蠟料得到凈化。（1）酸處理法23

四、熔模的制造及組裝1、熔模的制造壓型主要有自由澆注和壓鑄兩種。壓制前在壓型表面涂薄層分型劑：

壓制蠟基模料時，分型劑為機油、松節(jié)油等；

壓制樹脂基模料時，蓖麻油和酒精混合液或硅油。壓制熔模的方法有三種：

氣壓法活塞加壓法柱塞法四、熔模的制造及組裝氣壓法24

2、熔模的組裝焊接法粘結法機械組裝法3、制模機械化（1）壓蠟機（2）壓鑄生產線2、熔模的組裝25特種成型-熔模鑄造工藝技術詳解課件26特種成型-熔模鑄造工藝技術詳解課件27第一章熔模鑄造§1－2制殼原材料一、耐火材料1、耐火材料的應用與對他性能的要求按照用途可分為三種：一是粉狀耐火材料，它與粘結劑配制成型殼面層用耐火材料：石英、電熔剛玉、鋯石和高鋁礬土等。二是粒狀耐火材料，作型殼加固層用耐火材料：硅石、耐火粘土、高嶺石類耐火材料和鋁礬土等。三是用作制造陶瓷型芯的原材料：石英玻璃、電熔剛玉、鋯石等。金屬材料工程教研室

第二節(jié)制殼原材料第一章熔模鑄造§1－2制殼原材料金屬材料工程教研室28

對制殼用耐火材料提出相應的性能要求：（1）耐火材料的耐火度及最低共熔點必須具有高于金屬澆注溫度的耐火度，耐火度和熔點這兩個概念的區(qū)別。（2）耐火材料的熱膨脹性各種耐火材料的熱膨脹性能主要取決于其化學礦物組成和所處的溫度。（3）耐火材料的化學穩(wěn)定性耐火材料對于粘結劑和熔融金屬應具有良好的化學穩(wěn)定性。對制殼用耐火材料提出相應的性能要求：29特種成型-熔模鑄造工藝技術詳解課件30

2、硅砂（1）二氧化硅的變體及其轉變主要晶型有三種：方石英、鱗石英和石英。2、硅砂31

變體：α石英、β石英、α鱗石英、β鱗石英、γ鱗石英、α方石英、β方石英及熔融石英。

自然界的硅砂(粉)為β石英。α表示高溫穩(wěn)定型變體；β、γ表示低溫穩(wěn)定型變體。

在不同溫度下，石英晶型的轉化分兩類：一類為主要晶型的高低溫轉變

變體：α石英、β石英、α鱗石英、β鱗石英、γ32

通過四面體的變位或旋轉來改變Si—O—Si的鍵角，轉化進行得很快，而且是可逆的。這類轉化稱為位移性轉變。另一類為高溫穩(wěn)定的α晶型轉化：

相變過程將發(fā)生鍵的斷裂和原子的重新組合，這類轉化很難進行，稱為重建性轉變。

通過四面體的變位或旋轉來改變Si—O—Si的鍵角，轉化33

由SiO2狀態(tài)圖可見：

在573℃以下，只有β石英是熱力學穩(wěn)定的變體。由SiO2狀態(tài)圖可見：34870℃，應轉變?yōu)棣流[石英，當加熱較快時，就會過熱至1600℃而熔化為熔體（NN‘）。α鱗石英應在1470℃時轉變?yōu)棣练绞ⅲ艨焖偌訜?，α鱗石英將過熱而在1670℃熔化為熔體(DD‘)。正常條件下，α鱗石英不變?yōu)棣潦ⅰＴ诟叩蜏剞D變中，方石英之間的體積變化最為劇烈，其次是石英，鱗石英變化最微弱。熔體(熔融石英)經(jīng)急冷后得到石英玻璃。

870℃，應轉變?yōu)棣流[石英，當加熱較快時，就會過熱至160035

（2）熔模鑄造用硅砂牌號：

硅砂適用于碳鋼、低合金鋼、鑄鐵及銅合余鑄件不適用于高錳鋼及高合金鋼鑄件。（2）熔模鑄造用硅砂牌號：硅砂適用于碳鋼、低合金36

（3）熔融石英：透明：純度高，用作陶瓷型心的基體材料。不透明：純度稍低，制殼用耐火材料。熔融石英耐酸不耐堿。3、剛玉主要有白色（含Al2O3>98.5%）和棕色（含Al2O3>93%）兩種。鑄造上主要用的是白剛玉。剛玉的熔點高(2050℃)、密度大、結構致密、導熱性好、熱膨脹小且均勻，抗酸堿能力強，主要用于耐熱高合金鋼、不銹鋼等鑄件的制殼材料，也可用于制作陶瓷型芯。（3）熔融石英：374、鋁硅系耐火材料（1）SiO2－Al2O3

二元系狀態(tài)圖按平衡圖中Al2O3和SiO2含量比值不同的幾種耐火材料：高嶺石：分子式為Al2O3·2SiO2·2H2O

4、鋁硅系耐火材料按平衡圖中Al2O3和SiO2含量38

硅線石：分子式為Al2O3·SiO2

。莫來石（也稱高鋁紅柱石）：分子式為3Al2O3·2SiO2

。按Al2O3含量不同可將硅酸鋁耐火材料分為：半硅質耐火材料（含Al2O315～30％）；主要有各種組成的軟質粘土，相組成為方石英和少量莫來石（3Al2O3·2SiO2）；粘土質耐火材料（Al2O330～45％）：主要組成為高嶺石耐火材料(Al2O3·2SiO2·2H2O)，這一類是硬質粘土，相組成為方石英和莫來石。高鋁質耐火材料（Al2O3>45％）：其中有硅線石類、莫來石和鋁礬土硅線石：分子式為Al2O3·SiO2。39

目前常用的鋁硅系耐火材料有以下幾種：1）粘土質耐火材料是指Al2O3的質量分數(shù)約30％一46％，礦物組成以高嶺石為主的耐火粘土，其分子式為Al2O3·2SiO2·2H2O。分為生料（軟質粘土）和熟料（硬質粘土）,主要用于加固層涂料。2）鋁礬土（Al2O3含量在45～80％）高嶺石及含水氧化鋁（水鋁石αAl2O3·H2O、波美石γAl2O3·H2O，三水鋁石Al2O3·3H2O等）。3）莫來石質耐火材料（Al2O3含量在67～72％）

Al2O3含量在67～72％。目前常用的鋁硅系耐火材料有以下幾種：40

5、鋯砂鋯砂分子式為ZrO2·SiO2（或ZrSiO4），理論組成(質量分數(shù))為ZrO223％、SiO232.77％。（主要用來配制面層涂料）當含有氧化物等雜質時，分解溫度會下降：含有Ca、Mg氧化物時，分解溫度降至1300℃左右；含有K、Na氧化物時，其開始分解溫度會降至900℃左右。

5、鋯砂41

6、鋁硅系耐火材料的存在的問題1）脫殼性差①由于雜質存在產生的液相燒結；②由于存在耐火顆粒間的SiO2凝膠――固相燒結。2）型殼透氣性差由于燒結不良造成的強度和硬度較低，在使用中易碎、粉塵增多所致。3）涂料的穩(wěn)定性堿性氧化雜質含量較多，影響硅酸乙酯涂料的穩(wěn)定性。6、鋁硅系耐火材料的存在的問題42特種成型-熔模鑄造工藝技術詳解課件43

二、制殼粘結劑1、對粘結劑性能的要求應能將粉狀和粒狀耐火材料牢固地粘結在一起。使型殼具有足夠高的強度；應具有良好的耐熱性，以保證型殼在高溫焙燒、澆注以及鑄件凝固過程中具有足夠的高溫強度，粘結劑最終生成的耐高溫氧化物，在高溫下應具有良好的化學穩(wěn)定性。應能很好潤濕熔模，與模料不起化學反應，保證準確復制出熔模輪廓，使型殼內表面光滑；具有適當?shù)恼扯龋ＷC制殼過程中有良好的涂掛性和滲透性。二、制殼粘結劑442、水玻璃粘結劑（1）水玻璃的分類與組成水玻璃是硅酸鈉的水溶液，水玻璃的主要化學成分是SiO2和Na2O。有鉀水玻璃和鈉水玻璃之分。作為熔模鑄造粘結劑用的水玻璃是鈉水玻璃。

其制造方法：2、水玻璃粘結劑45特種成型-熔模鑄造工藝技術詳解課件46

（2）水玻璃的幾個性能參數(shù)1）模數(shù)

Na2O·mSiO2表示水玻璃的組成，m稱之為模數(shù)。

M愈高表明SiO2的相對含量愈高；M愈小，表明Na2O的相對含量愈高。其模數(shù)通常為2.2～3.5。模數(shù)不能太高也不能太低。

（2）水玻璃的幾個性能參數(shù)472）濃度水玻璃的濃度實際指的是其中硅酸鈉的含量，一般用密度來間接表示。一般用密度表示：低密度：粘度低，可配制粉液比高的涂料，型殼工作表面的致密，但制的的型殼強度低，一般只用在制面層涂料，常取ρ＝1.25～1.27g/cm3。高密度：濃度高，濕強度和高溫強度高，一般取ρ＝1.29～1.32g/cm3。2）濃度483）粘度3）粘度49

（3）水玻璃模數(shù)和比重的調整

1）調整的目的熔模鑄造生產中，通常把水玻璃的模數(shù)控制在2.5～3.4的范圍。而其比重應小于1.34。

降低密度加水；

提高模數(shù)加氯化銨或鹽酸。

（3）水玻璃模數(shù)和比重的調整50

2）調整的配料計算①所需的水量②需的氯化銨或鹽酸溶液的重量2）調整的配料計算②需的氯化銨或鹽酸溶液的重量51③水玻璃處理的方法不能使用固體氯化銨或濃鹽酸直接加入。③水玻璃處理的方法52

3、硅酸乙酯粘結劑（1）硅酸乙酯及其性能其化學通式為(C2H5O)2n＋2SinOn－1，是由正硅酸乙酯與各種聚乙氧基硅氧烷所組成的混合物，其中n成為聚合度。

3、硅酸乙酯粘結劑53

名義SiO2含量：我國：硅酸乙酯32和硅酸乙酯40國外：硅酸乙酯50

名義SiO2含量：54

（2）硅酸乙酯水解過程原理

1)水解過程中的水解和縮聚反應（2）硅酸乙酯水解過程原理552)加水量對水解過程的影響

M＝水的分子數(shù)/RO的分子數(shù)

①M＝0.25的水解其水解反應式如下：

水解液中主要為二聚體分子，基本上不存在游離水。②0.25<M<0.5的水解

水解液中產物為線型低聚物(低聚乙氧基硅氧烷)，出現(xiàn)游離水，乙氧基含量降低。③M＝0.5的水解其水解反應式如下：2)加水量對水解過程的影響56

水解液中產物為線狀高聚物，水解液中游離水量增加，乙氧基含量更降低。④0.5＜M＜0.75的水解

0.5＜O/Si＜1，水解液中產物為局部交聯(lián)及枝化的聚乙氧基硅氧烷；游離水量更增加；乙氧基含量進一步降低。

水解液中產物為線狀高聚物，水解液中游離水量增加，乙氧基57⑤M＝0.75的水解其水解反應式如下：水解液中產物為三維交聯(lián)網(wǎng)絡的聚乙氧基硅氧烷。水解液中游離水量進一步增加，乙氧基含量進一步降低。⑤M＝0.75的水解其水解反應式如下：水解液中58⑥M＝1的水解其水解反應式如下：水解液中產物為正硅酸Si(0H)4，縮聚成硅酸多聚體，形成硅酸溶膠。3)加水量對水解液性能的影響一般應該選擇M＝0.25～0.4。（3）水解過程中各組元作用及其數(shù)量計算1）加水量的確定硅酸乙酯的加水量按照下式確定：⑥M＝1的水解其水解反應式如下：59α的值根據(jù)SiO2的含量按照下表確定：α的值根據(jù)SiO2的含量按照下表確定：602)乙醇的作用及其加入量的確定3）鹽酸的作用及其加入量的確定2)乙醇的作用及其加入量的確定61

為提高水解反應的速度，通常用鹽酸溶液作催化劑。（4）硅酸乙酯的水解工藝硅酸乙酯的水解加料順序既可采用兩步法，也可采用綜合法。

為提高水解反應的速度，通常用鹽酸溶液作催化劑。（4）62第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第三節(jié)型殼的制造工藝

§1－3型殼的制造工藝一、型殼的制備1、涂掛和撒砂2、型殼的干燥和硬化(1)硅溶膠粘結劑型殼的干燥

主要任務是排除型殼中的水分。(2)水玻璃粘結劑型殼的干燥及硬化1）型殼的干燥2）化學硬化的實質及作用第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第三節(jié)型殼的制造工藝§63第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第三節(jié)型殼的制造工藝3）硬化過程及其影響因素硬化實際上存在著表面硬化和滲透硬化兩種不同的情況(3)硅酸乙酯粘結劑型殼的干燥溶劑的蒸發(fā)過程硅酸乙酯繼續(xù)水解和縮聚

第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第三節(jié)型殼的制造工藝3）64第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第三節(jié)型殼的制造工藝

二、脫模和焙燒1、脫模熱水脫模法蒸汽脫模法閃燒(熱沖擊)脫模法

2、型殼的焙燒第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第三節(jié)型殼的制造工藝65第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清理

§1－4熔模鑄件的澆注和清理一、澆注1、熱型重力澆注第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清66第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清理2、真空吸鑄第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清67第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清理3、離心澆注第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清68第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清理4、定向凝固第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清69第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清理

二、清理1、從鑄件上清理型殼第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清70第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清理2、切割澆冒口第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清71第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清理第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清72第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清理3、鑄件表面的清理（1）堿溶液清洗法

(2)堿爆清理（見下頁）（3）電化學清理第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清73第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清理第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清74第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第五節(jié)熔模鑄件的工藝設計§1－5熔模鑄件的工藝設計熔模鑄造工藝設計的任務如下：分析鑄件結構的工藝性。選擇合理的工藝方案，確定有關的鑄造工藝參數(shù)，在此基礎上繪制鑄件圖。設計澆冒口系統(tǒng)，確定模組結構。一、鑄件結構工藝性分析鑄件的結構應盡能滿足下述兩方面的要求：鑄造工藝越簡單越好；鑄件在成形過程中應不易形成缺陷。第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第五節(jié)熔模鑄件的工藝設計75第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第五節(jié)熔模鑄件的工藝設計1、為簡化工藝對熔模鑄件結構的要求（1）鑄件的孔、槽孔的直徑大于2mm，槽的寬度應大于2mm。（2）鑄件的內腔鑄件的內腔應盡可能的平直。（3）鑄件的壁通常壁厚為2～8mm，不小于1.5mm。2、對熔模鑄件結構的要求（1）應盡可能避免有大的平面。第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第五節(jié)熔模鑄件的工藝設計76第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第五節(jié)熔模鑄件的工藝設計（2）鑄件壁的交叉相接處要做出圓角；薄、厚斷面要逐步過渡。第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第五節(jié)熔模鑄件的工藝設計77第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第五節(jié)熔模鑄件的工藝設計

（3）為防止?jié)膊蛔愕娜毕?，鑄件壁厚不要太薄，一般為2～8mm。二、澆冒口系統(tǒng)的設計1、澆冒口系統(tǒng)的類型（1）由直澆道和內澆道組成的澆冒系統(tǒng)（2）使用橫澆道的澆冒口系統(tǒng)第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第五節(jié)熔模鑄件的工藝設計78第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第五節(jié)熔模鑄件的工藝設計第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第五節(jié)熔模鑄件的工藝設計79第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第五節(jié)熔模鑄件的工藝設計

（3）專用冒口補縮第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第五節(jié)熔模鑄件的工藝設計80第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第五節(jié)熔模鑄件的工藝設計2、澆冒口系統(tǒng)的設計（1）由直澆道和內澆道組成的澆冒口系統(tǒng)的設計

常用的圓柱形直澆道直徑為20～60mm。（2）帶有橫澆道的澆鑄系統(tǒng)中橫澆道的設計（3）冒口的設計第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第五節(jié)熔模鑄件的工藝設計81第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第五節(jié)熔模鑄件的工藝設計第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第五節(jié)熔模鑄件的工藝設計82第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第六節(jié)壓型的設計與制造§1－6壓型的設計與制造一、低熔點合金、石膏、塑料壓型的制造第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第六節(jié)壓型的設計與制造§83第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第六節(jié)壓型的設計與制造

二、壓型的主要結構1、成型部分

第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第六節(jié)壓型的設計與制造84第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第六節(jié)壓型的設計與制造2、鎖緊機構常用的有螺栓鎖緊機構、偏心鎖緊機構、插銷鎖緊機構等。3、定位機構常見的有銷釘定位、插銷定位、凸臺定位等。4、起模裝置 起模裝置又稱頂出器，它是把熔模從型中起出的機構。常用的有頂桿或頂板起模機構。第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第六節(jié)壓型的設計與制造85第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第六節(jié)壓型的設計與制造第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第六節(jié)壓型的設計與制造86第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第六節(jié)壓型的設計與制造5、排氣道第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第六節(jié)壓型的設計與制造87液態(tài)金屬特種成型

液態(tài)金屬特種成型

88第一章熔模鑄造概念：熔模鑄造又稱“失蠟鑄造”，通常是在蠟模表面涂上數(shù)層耐火材料，待其硬化干燥后，將其中的蠟模熔去而制成型殼，再經(jīng)過焙燒，然后進行澆注，而獲得鑄件的一種方法，由于獲得的鑄件具有較高的尺寸精度和表面光潔度，故又稱“熔模精密鑄造”。第一章熔模鑄造概念：89特種成型-熔模鑄造工藝技術詳解課件90金屬材料工程教研室金屬材料工程教研室91金屬材料工程教研室金屬材料工程教研室92金屬材料工程教研室金屬材料工程教研室93金屬材料工程教研室金屬材料工程教研室94金屬材料工程教研室金屬材料工程教研室95金屬材料工程教研室金屬材料工程教研室96工藝流程：熔模鑄造的工藝過程包括：蠟模制造、結殼、脫蠟、焙燒和澆注等，流程圖如下：工藝流程：97熔模鑄造過程示意圖熔模鑄造過程示意圖98特種成型-熔模鑄造工藝技術詳解課件99

熔模鑄造的特點：鑄件的精度和表面質量較高（精度可達CT4~7，Ra1.6~12.5）。合金種類不受限制，鋼鐵及有色金屬均可適用?？设T出形狀復雜的鑄件（壁厚最小0.5mm，最小孔徑0.5mm，最小重量1g）。生產批量不受限制。工藝過程較復雜，生產周期長，成本高，鑄件尺寸不能太大。鑄件冷卻速度慢，鑄件晶粒粗大。熔模鑄造的特點：100§1－1熔模的制造一、對模料的性能要求1、熱物理性能熔點：一般在60～100度范圍內。開始和終了熔化溫度范圍：以5～10℃為宜。軟化點：一般不低于35～40度。收縮率：一般要求小于1％。2、力學性能強度：不應低于2.0MPa。表面硬度：針入度以4～6度為佳。§1－1熔模的制造1013、工藝性能可焊性：具有良好的焊接性能和焊接強度。流動性：獲得形狀準確和表面光潔的熔模。圖掛性：模料應能很好的為耐火材料所潤濕。灰分：要盡可能少，應低于0.05％。4、其他性能還要求模料的密度小，回收方便，復用性好，無公害及來源豐富，價格低廉等。3、工藝性能102

二、模料的種類、組成和性能1、蠟基模料（低溫模料）（1）烷烴蠟

其分子式為CnH2n+2。烷烴蠟在室溫下是非常穩(wěn)定的，烷烴蠟在100℃以上會氧化，氧化反應的結果使碳-碳鏈斷裂，并生成低分子量的脂肪酸、醇、二元羥酸、水等產物。由此說明，烷烴蠟的使用溫度應不超過100℃。1）石蠟n=17～36，主要由正構烷烴組成，n越大，熔點越高，鑄造上常用58～64度石蠟。石蠟是晶體。石蠟的強度低，塑性好，硬度差（針入度為150）。二、模料的種類、組成和性能103

2）地蠟n=35～53，主要由異構烷烴組成，是微晶型蠟。熔點比石蠟高，熱穩(wěn)定性好，能與石蠟互溶。有提純地蠟和合成地蠟兩種，地蠟價高。（2）脂肪酸蠟分子式CnH2n+1COOH，為晶體。酸性：固態(tài)時酸性不明顯，熔融時隨溫度升高，酸性增強，能與Al、Fe起置換反應。反應：一是與堿性物質起中和反應—皂化反應。二是與醇發(fā)生脂化反應，生成脂肪酸脂和水。2）地蠟104

（3）酯蠟是高級脂肪酸和高級飽和一元醇進行脂化反應生成酯的混合物，其分子式為RCOOR′。主要包括川蠟C25H51COOC26H53和蜂蠟C15H31COOC30H61

。在實際生產中采用石蠟－硬脂酸各50％的配比。2、樹脂基模料（中溫模料）松香是一種天然樹脂，其化學成分主要是松香酸C19H29COOH，熔點70～75℃較高，但是軟化點較低<33℃，液態(tài)時粘度大，固態(tài)時硬度高，易被皂化。還有改性松香和聚合松香。（3）酯蠟1053、其他模料（1）泡沫聚苯乙烯塑料是單體苯乙烯的聚合物，分子式為(C8H8CHCH2)n。（2）尿素模料是一種水溶性模料，分子式為CO(NH2)2，熔點130～140℃，用于做熔模的可溶性型芯。（3）充填模料在模料中加入固體、液體或氣體等作為充填物質組成的模料，固體充填料有聚乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇及合成樹脂等。3、其他模料106三、模料的配制與回收1、模料的配制按照模料的規(guī)定成分和配比，將各種原材料熔融成液態(tài)，混和并攪拌均勻，濾去雜質，澆制成錠塊或調制成糊狀模料，以待壓制熔模。三、模料的配制與回收107熔化蠟基模料的加熱槽1、絕熱層2、溫度計3、蓋4、模料5、水6、蠟桶7、加熱器旋轉槳葉攪拌蠟基模料熔化蠟基模料的加熱槽旋轉槳葉攪拌蠟基模料108

2、模料的回收

蠟基模料在使用中經(jīng)常發(fā)生以下皂化反應而變質：2、模料的回收109（1）酸處理法（2）電解處理法陽極：陰極：（3）活性白土處理法主要是利用膨潤土具有大的吸附能力，將模料中經(jīng)酸處理后所形成的鹽類及其它雜質吸附在它的周圍并凝聚沉淀，使蠟料得到凈化。（1）酸處理法110

四、熔模的制造及組裝1、熔模的制造壓型主要有自由澆注和壓鑄兩種。壓制前在壓型表面涂薄層分型劑：

壓制蠟基模料時，分型劑為機油、松節(jié)油等；

壓制樹脂基模料時，蓖麻油和酒精混合液或硅油。壓制熔模的方法有三種：

氣壓法活塞加壓法柱塞法四、熔模的制造及組裝氣壓法111

2、熔模的組裝焊接法粘結法機械組裝法3、制模機械化（1）壓蠟機（2）壓鑄生產線2、熔模的組裝112特種成型-熔模鑄造工藝技術詳解課件113特種成型-熔模鑄造工藝技術詳解課件114第一章熔模鑄造§1－2制殼原材料一、耐火材料1、耐火材料的應用與對他性能的要求按照用途可分為三種：一是粉狀耐火材料，它與粘結劑配制成型殼面層用耐火材料：石英、電熔剛玉、鋯石和高鋁礬土等。二是粒狀耐火材料，作型殼加固層用耐火材料：硅石、耐火粘土、高嶺石類耐火材料和鋁礬土等。三是用作制造陶瓷型芯的原材料：石英玻璃、電熔剛玉、鋯石等。金屬材料工程教研室

第二節(jié)制殼原材料第一章熔模鑄造§1－2制殼原材料金屬材料工程教研室115

對制殼用耐火材料提出相應的性能要求：（1）耐火材料的耐火度及最低共熔點必須具有高于金屬澆注溫度的耐火度，耐火度和熔點這兩個概念的區(qū)別。（2）耐火材料的熱膨脹性各種耐火材料的熱膨脹性能主要取決于其化學礦物組成和所處的溫度。（3）耐火材料的化學穩(wěn)定性耐火材料對于粘結劑和熔融金屬應具有良好的化學穩(wěn)定性。對制殼用耐火材料提出相應的性能要求：116特種成型-熔模鑄造工藝技術詳解課件117

2、硅砂（1）二氧化硅的變體及其轉變主要晶型有三種：方石英、鱗石英和石英。2、硅砂118

變體：α石英、β石英、α鱗石英、β鱗石英、γ鱗石英、α方石英、β方石英及熔融石英。

自然界的硅砂(粉)為β石英。α表示高溫穩(wěn)定型變體；β、γ表示低溫穩(wěn)定型變體。

在不同溫度下，石英晶型的轉化分兩類：一類為主要晶型的高低溫轉變

變體：α石英、β石英、α鱗石英、β鱗石英、γ119

通過四面體的變位或旋轉來改變Si—O—Si的鍵角，轉化進行得很快，而且是可逆的。這類轉化稱為位移性轉變。另一類為高溫穩(wěn)定的α晶型轉化：

相變過程將發(fā)生鍵的斷裂和原子的重新組合，這類轉化很難進行，稱為重建性轉變。

通過四面體的變位或旋轉來改變Si—O—Si的鍵角，轉化120

由SiO2狀態(tài)圖可見：

在573℃以下，只有β石英是熱力學穩(wěn)定的變體。由SiO2狀態(tài)圖可見：121870℃，應轉變?yōu)棣流[石英，當加熱較快時，就會過熱至1600℃而熔化為熔體（NN‘）。α鱗石英應在1470℃時轉變?yōu)棣练绞?，但若快速加熱，α鱗石英將過熱而在1670℃熔化為熔體(DD‘)。正常條件下，α鱗石英不變?yōu)棣潦?。在高低溫轉變中，方石英之間的體積變化最為劇烈，其次是石英，鱗石英變化最微弱。熔體(熔融石英)經(jīng)急冷后得到石英玻璃。

870℃，應轉變?yōu)棣流[石英，當加熱較快時，就會過熱至1600122

（2）熔模鑄造用硅砂牌號：

硅砂適用于碳鋼、低合金鋼、鑄鐵及銅合余鑄件不適用于高錳鋼及高合金鋼鑄件。（2）熔模鑄造用硅砂牌號：硅砂適用于碳鋼、低合金123

（3）熔融石英：透明：純度高，用作陶瓷型心的基體材料。不透明：純度稍低，制殼用耐火材料。熔融石英耐酸不耐堿。3、剛玉主要有白色（含Al2O3>98.5%）和棕色（含Al2O3>93%）兩種。鑄造上主要用的是白剛玉。剛玉的熔點高(2050℃)、密度大、結構致密、導熱性好、熱膨脹小且均勻，抗酸堿能力強，主要用于耐熱高合金鋼、不銹鋼等鑄件的制殼材料，也可用于制作陶瓷型芯。（3）熔融石英：1244、鋁硅系耐火材料（1）SiO2－Al2O3

二元系狀態(tài)圖按平衡圖中Al2O3和SiO2含量比值不同的幾種耐火材料：高嶺石：分子式為Al2O3·2SiO2·2H2O

4、鋁硅系耐火材料按平衡圖中Al2O3和SiO2含量125

硅線石：分子式為Al2O3·SiO2

。莫來石（也稱高鋁紅柱石）：分子式為3Al2O3·2SiO2

。按Al2O3含量不同可將硅酸鋁耐火材料分為：半硅質耐火材料（含Al2O315～30％）；主要有各種組成的軟質粘土，相組成為方石英和少量莫來石（3Al2O3·2SiO2）；粘土質耐火材料（Al2O330～45％）：主要組成為高嶺石耐火材料(Al2O3·2SiO2·2H2O)，這一類是硬質粘土，相組成為方石英和莫來石。高鋁質耐火材料（Al2O3>45％）：其中有硅線石類、莫來石和鋁礬土硅線石：分子式為Al2O3·SiO2。126

目前常用的鋁硅系耐火材料有以下幾種：1）粘土質耐火材料是指Al2O3的質量分數(shù)約30％一46％，礦物組成以高嶺石為主的耐火粘土，其分子式為Al2O3·2SiO2·2H2O。分為生料（軟質粘土）和熟料（硬質粘土）,主要用于加固層涂料。2）鋁礬土（Al2O3含量在45～80％）高嶺石及含水氧化鋁（水鋁石αAl2O3·H2O、波美石γAl2O3·H2O，三水鋁石Al2O3·3H2O等）。3）莫來石質耐火材料（Al2O3含量在67～72％）

Al2O3含量在67～72％。目前常用的鋁硅系耐火材料有以下幾種：127

5、鋯砂鋯砂分子式為ZrO2·SiO2（或ZrSiO4），理論組成(質量分數(shù))為ZrO223％、SiO232.77％。（主要用來配制面層涂料）當含有氧化物等雜質時，分解溫度會下降：含有Ca、Mg氧化物時，分解溫度降至1300℃左右；含有K、Na氧化物時，其開始分解溫度會降至900℃左右。

5、鋯砂128

6、鋁硅系耐火材料的存在的問題1）脫殼性差①由于雜質存在產生的液相燒結；②由于存在耐火顆粒間的SiO2凝膠――固相燒結。2）型殼透氣性差由于燒結不良造成的強度和硬度較低，在使用中易碎、粉塵增多所致。3）涂料的穩(wěn)定性堿性氧化雜質含量較多，影響硅酸乙酯涂料的穩(wěn)定性。6、鋁硅系耐火材料的存在的問題129特種成型-熔模鑄造工藝技術詳解課件130

二、制殼粘結劑1、對粘結劑性能的要求應能將粉狀和粒狀耐火材料牢固地粘結在一起。使型殼具有足夠高的強度；應具有良好的耐熱性，以保證型殼在高溫焙燒、澆注以及鑄件凝固過程中具有足夠的高溫強度，粘結劑最終生成的耐高溫氧化物，在高溫下應具有良好的化學穩(wěn)定性。應能很好潤濕熔模，與模料不起化學反應，保證準確復制出熔模輪廓，使型殼內表面光滑；具有適當?shù)恼扯龋ＷC制殼過程中有良好的涂掛性和滲透性。二、制殼粘結劑1312、水玻璃粘結劑（1）水玻璃的分類與組成水玻璃是硅酸鈉的水溶液，水玻璃的主要化學成分是SiO2和Na2O。有鉀水玻璃和鈉水玻璃之分。作為熔模鑄造粘結劑用的水玻璃是鈉水玻璃。

其制造方法：2、水玻璃粘結劑132特種成型-熔模鑄造工藝技術詳解課件133

（2）水玻璃的幾個性能參數(shù)1）模數(shù)

Na2O·mSiO2表示水玻璃的組成，m稱之為模數(shù)。

M愈高表明SiO2的相對含量愈高；M愈小，表明Na2O的相對含量愈高。其模數(shù)通常為2.2～3.5。模數(shù)不能太高也不能太低。

（2）水玻璃的幾個性能參數(shù)1342）濃度水玻璃的濃度實際指的是其中硅酸鈉的含量，一般用密度來間接表示。一般用密度表示：低密度：粘度低，可配制粉液比高的涂料，型殼工作表面的致密，但制的的型殼強度低，一般只用在制面層涂料，常取ρ＝1.25～1.27g/cm3。高密度：濃度高，濕強度和高溫強度高，一般取ρ＝1.29～1.32g/cm3。2）濃度1353）粘度3）粘度136

（3）水玻璃模數(shù)和比重的調整

1）調整的目的熔模鑄造生產中，通常把水玻璃的模數(shù)控制在2.5～3.4的范圍。而其比重應小于1.34。

降低密度加水；

提高模數(shù)加氯化銨或鹽酸。

（3）水玻璃模數(shù)和比重的調整137

2）調整的配料計算①所需的水量②需的氯化銨或鹽酸溶液的重量2）調整的配料計算②需的氯化銨或鹽酸溶液的重量138③水玻璃處理的方法不能使用固體氯化銨或濃鹽酸直接加入。③水玻璃處理的方法139

3、硅酸乙酯粘結劑（1）硅酸乙酯及其性能其化學通式為(C2H5O)2n＋2SinOn－1，是由正硅酸乙酯與各種聚乙氧基硅氧烷所組成的混合物，其中n成為聚合度。

3、硅酸乙酯粘結劑140

名義SiO2含量：我國：硅酸乙酯32和硅酸乙酯40國外：硅酸乙酯50

名義SiO2含量：141

（2）硅酸乙酯水解過程原理

1)水解過程中的水解和縮聚反應（2）硅酸乙酯水解過程原理1422)加水量對水解過程的影響

M＝水的分子數(shù)/RO的分子數(shù)

①M＝0.25的水解其水解反應式如下：

水解液中主要為二聚體分子，基本上不存在游離水。②0.25<M<0.5的水解

水解液中產物為線型低聚物(低聚乙氧基硅氧烷)，出現(xiàn)游離水，乙氧基含量降低。③M＝0.5的水解其水解反應式如下：2)加水量對水解過程的影響143

水解液中產物為線狀高聚物，水解液中游離水量增加，乙氧基含量更降低。④0.5＜M＜0.75的水解

0.5＜O/Si＜1，水解液中產物為局部交聯(lián)及枝化的聚乙氧基硅氧烷；游離水量更增加；乙氧基含量進一步降低。

水解液中產物為線狀高聚物，水解液中游離水量增加，乙氧基144⑤M＝0.75的水解其水解反應式如下：水解液中產物為三維交聯(lián)網(wǎng)絡的聚乙氧基硅氧烷。水解液中游離水量進一步增加，乙氧基含量進一步降低。⑤M＝0.75的水解其水解反應式如下：水解液中145⑥M＝1的水解其水解反應式如下：水解液中產物為正硅酸Si(0H)4，縮聚成硅酸多聚體，形成硅酸溶膠。3)加水量對水解液性能的影響一般應該選擇M＝0.25～0.4。（3）水解過程中各組元作用及其數(shù)量計算1）加水量的確定硅酸乙酯的加水量按照下式確定：⑥M＝1的水解其水解反應式如下：146α的值根據(jù)SiO2的含量按照下表確定：α的值根據(jù)SiO2的含量按照下表確定：1472)乙醇的作用及其加入量的確定3）鹽酸的作用及其加入量的確定2)乙醇的作用及其加入量的確定148

為提高水解反應的速度，通常用鹽酸溶液作催化劑。（4）硅酸乙酯的水解工藝硅酸乙酯的水解加料順序既可采用兩步法，也可采用綜合法。

為提高水解反應的速度，通常用鹽酸溶液作催化劑。（4）149第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第三節(jié)型殼的制造工藝

§1－3型殼的制造工藝一、型殼的制備1、涂掛和撒砂2、型殼的干燥和硬化(1)硅溶膠粘結劑型殼的干燥

主要任務是排除型殼中的水分。(2)水玻璃粘結劑型殼的干燥及硬化1）型殼的干燥2）化學硬化的實質及作用第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第三節(jié)型殼的制造工藝§150第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第三節(jié)型殼的制造工藝3）硬化過程及其影響因素硬化實際上存在著表面硬化和滲透硬化兩種不同的情況(3)硅酸乙酯粘結劑型殼的干燥溶劑的蒸發(fā)過程硅酸乙酯繼續(xù)水解和縮聚

第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第三節(jié)型殼的制造工藝3）151第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第三節(jié)型殼的制造工藝

二、脫模和焙燒1、脫模熱水脫模法蒸汽脫模法閃燒(熱沖擊)脫模法

2、型殼的焙燒第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第三節(jié)型殼的制造工藝152第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清理

§1－4熔模鑄件的澆注和清理一、澆注1、熱型重力澆注第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清153第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清理2、真空吸鑄第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清154第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清理3、離心澆注第一章熔模鑄造金屬材料工程教研室第四節(jié)熔模鑄件的澆鑄和清155第一章熔模鑄造金屬材料工