熔模铸造学习.pptx

第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第1页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第2页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第3页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第4页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第5页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第6页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第7页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第8页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第一节 熔模的制造工艺流程：熔模铸造的工艺过程包括：蜡模制造、结壳、脱蜡、焙烧和浇注等，流程图如下：第9页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第一节 熔模的制造熔模铸造过程示意图第10页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第一节 熔模的制造第11页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第一节 熔模的制造 熔模铸造的特点：铸件的精度和表面质量较高（精度可达CT47，Ra1.612.5）。合金种类不受限制，钢铁及有色金属均可适用。可铸出形状复杂的铸件（壁厚最小0.5mm，最小孔径0.5mm，最小重量1g）。生产批量不受限制。工艺过程较复杂，生产周期长，成本高，铸件尺寸不能太大。铸件冷却速度慢，铸件晶粒粗大。第12页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第一节 熔模的制造11 熔模的制造一、对模料的性能要求1、热物理性能熔点：一般在60 100度范围内。开始和终了熔化温度范围：以510为宜。软化点：一般不低于35 40度。收缩率：一般要求小于1。2、力学性能强度：不应低于2.0MPa。表面硬度：针入度以4 6度为佳。第13页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第一节 熔模的制造3、工艺性能可焊性：具有良好的焊接性能和焊接强度。流动性：获得形状准确和表面光洁的熔模。图挂性：模料应能很好的为耐火材料所润湿。灰分：要尽可能少，应低于0.05。4、其他性能 还要求模料的密度小，回收方便，复用性好，无公害及来源丰富，价格低廉等。第14页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第一节 熔模的制造 二、模料的种类、组成和性能1、蜡基模料（低温模料）（1）烷烃蜡 其分子式为CnH2n+2。烷烃蜡在室温下是非常稳定的，烷烃蜡在100 以上会氧化，氧化反应的结果使碳-碳链断裂，并生成低分子量的脂肪酸、醇、二元羟酸、水等产物。由此说明，烷烃蜡的使用温度应不超过100。1）石蜡n=1736，主要由正构烷烃组成，n越大，熔点越高，铸造上常用58 64度石蜡。石蜡是晶体。石蜡的强度低，塑性好，硬度差（针入度为150）。第15页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第一节 熔模的制造 2）地蜡n=3553，主要由异构烷烃组成，是微晶型蜡。熔点比石蜡高，热稳定性好，能与石蜡互溶。有提纯地蜡和合成地蜡两种，地蜡价高。（2）脂肪酸蜡分子式CnH2n+1COOH，为晶体。酸性：固态时酸性不明显，熔融时随温度升高，酸性增强，能与Al、Fe起置换反应。反应：一是与碱性物质起中和反应皂化反应。二是与醇发生脂化反应，生成脂肪酸脂和 水。第16页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第一节 熔模的制造 （3）酯蜡 是高级脂肪酸和高级饱和一元醇进行脂化反应生成酯的混合物，其分子式为RCOOR。主要包括川蜡C25H51COOC26H53和蜂蜡C15H31COOC30H61。在实际生产中采用石蜡硬脂酸各50的配比。2、树脂基模料（中温模料）松香是一种天然树脂，其化学成分主要是松香酸C19H29COOH，熔点70 75 较高，但是软化点较低98.5%）和棕色（含Al2O393%）两种。铸造上主要用的是白刚玉。刚玉的熔点高(2050)、密度大、结构致密、导热性好、热膨胀小且均匀，抗酸碱能力强，主要用于耐热高合金钢、不锈钢等铸件的制壳材料，也可用于制作陶瓷型芯。第36页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料 4、铝硅系耐火材料（1）SiO2Al2O3 二元系状态图按平衡图中Al2O3和SiO2含量比值不同的几种耐火材料：高岭石：分子式为Al2O32SiO22H2O 第37页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料 硅线石：分子式为Al2O3SiO2。莫来石（也称高铝红柱石）：分子式为3Al2O32SiO2。按Al2O3含量不同可将硅酸铝耐火材料分为：半硅质耐火材料（含Al2O31530）；主要有各种组成的软质粘土，相组成为方石英和少量莫来石（3 Al2O32SiO2）；粘土质耐火材料（Al2O33045）：主要组成为高岭石耐火材料(Al2O32SiO22H2O)，这一类是硬质粘土，相组成为方石英和莫来石。高铝质耐火材料（Al2O345）：其中有硅线石类、莫来石和铝矾土第38页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料 目前常用的铝硅系耐火材料有以下几种：1）粘土质耐火材料 是指Al2O3的质量分数约30一46，矿物组成以高岭石为主的耐火粘土，其分子式为Al2O32SiO22H2O。分为生料（软质粘土）和熟料（硬质粘土）,主要用于加固层涂料。2）铝矾土（Al2O3含量在4580）高岭石及含水氧化铝（水铝石Al2O3H2O、波美石Al2O3H2O，三水铝石Al2O33H2O等）。3）莫来石质耐火材料（Al2O3含量在6772）Al2O3含量在6772。第39页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料 5、锆砂 锆砂分子式为ZrO2SiO2（或ZrSiO4），理论组成(质量分数)为ZrO223、SiO232.77。（主要用来配制面层涂料）当含有氧化物等杂质时，分解温度会下降：含有Ca、Mg氧化物时，分解温度降至1300左右；含有K、Na氧化物时，其开始分解温度会降至900左右。第40页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料 6、铝硅系耐火材料的存在的问题1）脱壳性差由于杂质存在产生的液相烧结；由于存在耐火颗粒间的SiO2凝胶固相烧结。2）型壳透气性差 由于烧结不良造成的强度和硬度较低，在使用中易碎、粉尘增多所致。3）涂料的稳定性 碱性氧化杂质含量较多，影响硅酸乙酯涂料的稳定性。第41页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料第42页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料 二、制壳粘结剂1、对粘结剂性能的要求应能将粉状和粒状耐火材料牢固地粘结在一起。使型壳具有足够高的强度；应具有良好的耐热性，以保证型壳在高温焙烧、浇注以及铸件凝固过程中具有足够的高温强度，粘结剂最终生成的耐高温氧化物，在高温下应具有良好的化学稳定性。应能很好润湿熔模，与模料不起化学反应，保证准确复制出熔模轮廓，使型壳内表面光滑；具有适当的粘度，保证制壳过程中有良好的涂挂性和渗透性。第43页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料 2、水玻璃粘结剂（1）水玻璃的分类与组成 水玻璃是硅酸钠的水溶液，水玻璃的主要化学成分是SiO2和Na2O。有钾水玻璃和钠水玻璃之分。作为熔模铸造粘结剂用的水玻璃是钠水玻璃。其制造方法：第44页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料第45页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料（2）水玻璃的几个性能参数1）模数 Na2OmSiO2表示水玻璃的组成，m称之为模数。M愈高表明SiO2的相对含量愈高；M愈小，表明Na2O的相对含量愈高。其模数通常为2.23.5。模数不能太高也不能太低。第46页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料 2）浓度水玻璃的浓度实际指的是其中硅酸钠的含量，一般用密度来间接表示。一般用密度表示：低密度：粘度低，可配制粉液比高的涂料，型壳工作表面的致密，但制的的型壳强度低，一般只用在制面层涂料，常取1.251.27g/cm3。高密度：浓度高，湿强度和高温强度高，一般取1.291.32g/cm3。第47页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料 3）粘度第48页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料 （3）水玻璃模数和比重的调整 1）调整的目的 熔模铸造生产中，通常把水玻璃的模数控制在2.53.4的范围。而其比重应小于1.34。降低密度加水；提高模数加氯化铵或盐酸。第49页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料 2）调整的配料计算所需的水量需的氯化铵或盐酸溶液的重量第50页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料 水玻璃处理的方法不能使用固体氯化铵或浓盐酸直接加入。第51页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料 3、硅酸乙酯粘结剂（1）硅酸乙酯及其性能 其化学通式为(C2H5O)2n2SinOn1，是由正硅酸乙酯与各种聚乙氧基硅氧烷所组成的混合物，其中n成为聚合度。第52页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料 名义SiO2含量：我国：硅酸乙酯32和硅酸乙酯40国外：硅酸乙酯50 第53页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料 （2）硅酸乙酯水解过程原理 1)水解过程中的水解和缩聚反应第54页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料 2)加水量对水解过程的影响 M水的分子数/RO的分子数 M0.25的水解 其水解反应式如下：水解液中主要为二聚体分子，基本上不存在游离水。0.25M0.5的水解 水解液中产物为线型低聚物(低聚乙氧基硅氧烷)，出现游离水，乙氧基含量降低。M0.5的水解 其水解反应式如下：第55页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料 水解液中产物为线状高聚物，水解液中游离水量增加，乙氧基含量更降低。0.5M0.75的水解 0.5O/Si1，水解液中产物为局部交联及枝化的聚乙氧基硅氧烷；游离水量更增加；乙氧基含量进一步降低。第56页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料 M0.75的水解 其水解反应式如下：水解液中产物为三维交联网络的聚乙氧基硅氧烷。水解液中游离水量进一步增加，乙氧基含量进一步降低。第57页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料 M1的水解 其水解反应式如下：水解液中产物为正硅酸Si(0H)4，缩聚成硅酸多聚体，形成硅酸溶胶。3)加水量对水解液性能的影响 一般应该选择M0.250.4。（3）水解过程中各组元作用及其数量计算1）加水量的确定 硅酸乙酯的加水量按照下式确定：第58页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料的值根据SiO2的含量按照下表确定：第59页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料 2)乙醇的作用及其加入量的确定3）盐酸的作用及其加入量的确定第60页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第二节 制壳原材料 为提高水解反应的速度，通常用盐酸溶液作催化剂。（4）硅酸乙酯的水解工艺 硅酸乙酯的水解加料顺序既可采用两步法，也可采用综合法。第61页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第三节 型壳的制造工艺 13 型壳的制造工艺一、型壳的制备1、涂挂和撒砂2、型壳的干燥和硬化(1)硅溶胶粘结剂型壳的干燥 主要任务是排除型壳中的水分。(2)水玻璃粘结剂型壳的干燥及硬化1）型壳的干燥 2）化学硬化的实质及作用第62页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第三节 型壳的制造工艺3）硬化过程及其影响因素 硬化实际上存在着表面硬化和渗透硬化两种不同的情况(3)硅酸乙酯粘结剂型壳的干燥溶剂的蒸发过程 硅酸乙酯继续水解和缩聚 第63页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第三节 型壳的制造工艺 二、脱模和焙烧1、脱模热水脱模法 蒸汽脱模法闪烧(热冲击)脱模法 2、型壳的焙烧第64页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第四节 熔模铸件的浇铸和清理 14 熔模铸件的浇注和清理一、浇注1、热型重力浇注第65页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第四节 熔模铸件的浇铸和清理 2、真空吸铸第66页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第四节 熔模铸件的浇铸和清理 3、离心浇注第67页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第四节 熔模铸件的浇铸和清理 4、定向凝固第68页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第四节 熔模铸件的浇铸和清理 二、清理1、从铸件上清理型壳第69页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第四节 熔模铸件的浇铸和清理 2、切割浇冒口第70页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第四节 熔模铸件的浇铸和清理第71页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第四节 熔模铸件的浇铸和清理 3、铸件表面的清理（1）碱溶液清洗法 (2)碱爆清理（见下页）（3）电化学清理 第72页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第四节 熔模铸件的浇铸和清理第73页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第五节 熔模铸件的工艺设计15 熔模铸件的工艺设计熔模铸造工艺设计的任务如下：分析铸件结构的工艺性。选择合理的工艺方案，确定有关的铸造工艺参数，在此基础上绘制铸件图。设计浇冒口系统，确定模组结构。一、铸件结构工艺性分析铸件的结构应尽能满足下述两方面的要求：铸造工艺越简单越好；铸造工艺越简单越好；铸件在成形过程中应不易形成缺陷。铸件在成形过程中应不易形成缺陷。第74页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第五节 熔模铸件的工艺设计 1、为简化工艺对熔模铸件结构的要求（1）铸件的孔、槽孔的直径大于2mm，槽的宽度应大于2mm。（2）铸件的内腔铸件的内腔应尽可能的平直。（3）铸件的壁通常壁厚为28mm，不小于1.5mm。2、对熔模铸件结构的要求（1）应尽可能避免有大的平面。第75页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第五节 熔模铸件的工艺设计（2）铸件壁的交叉相接处要做出圆角；薄、厚断面要逐步过渡。第76页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第五节 熔模铸件的工艺设计 （3）为防止浇不足的缺陷，铸件壁厚不要太薄，一般为28mm。二、浇冒口系统的设计1、浇冒口系统的类型（1）由直浇道和内浇道组成的浇冒系统（2）使用横浇道的浇冒口系统第77页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第五节 熔模铸件的工艺设计第78页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第五节 熔模铸件的工艺设计 （3）专用冒口补缩第79页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第五节 熔模铸件的工艺设计 2、浇冒口系统的设计（1）由直浇道和内浇道组成的浇冒口系统的设计 常用的圆柱形直浇道直径为2060mm。（2）带有横浇道的浇铸系统中横浇道的设计（3）冒口的设计第80页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第五节 熔模铸件的工艺设计第81页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第六节 压型的设计与制造16 压型的设计与制造一、低熔点合金、石膏、塑料压型的制造第82页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第六节 压型的设计与制造 二、压型的主要结构1、成型部分 第83页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第六节 压型的设计与制造 2、锁紧机构 常用的有螺栓锁紧机构、偏心锁紧机构、插销锁紧机构等。3、定位机构 常见的有销钉定位、插销定位、凸台定位等。4、起模装置 起模装置又称顶出器，它是把熔模从型中起出的机构。常用的有顶杆或顶板起模机构。第84页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第六节 压型的设计与制造第85页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第六节 压型的设计与制造 5、排气道第86页/共88页第一章 熔模铸造金属材料工程教研室第六节 压型的设计与制造第87页/共88页感谢您的观看！第88页/共88页