熔模铸造工艺知识培训

1熔模铸造定义：用熔模材料（通常为低熔点的材料如蜡料）制成熔模样件并组成模组，然后在模组表面上涂料（耐火材料），待干燥固化后，将模组加热熔出模料形成中空型壳，经高温烧结后浇注金属液体，清理后得到铸件。由于熔模材料通常为蜡基材料，因此又称“失蜡铸造”。1.1概述工艺流程：压型制造熔模样件制造组装模组型壳制造、脱蜡、焙烧填砂、浇注观看影片1）、铸件尺寸精度高（CT4-CT7）；表面粗糙度低（Ra1.6-6.3μm）。减少了铸件的切削加工余量，甚至可实现近净型铸造。2）、能生产形状复杂的薄壁铸件。如前机匣（由内、外环和14件叶片组成）。如发动机叶片，叶型的最小壁厚可达0.7mm。熔模铸造的特点4）、熔模铸造存在一定局限性。工艺流程烦琐，生产周期长、铸件尺寸不宜太大。3）、合金材料不受限制.钢铁、铜、铝、钛、镁等。熔点高的镍基高温合金；锌、锡等低熔点金属。熔模铸造典型产品应用实例1.2熔模铸件工艺设计1.2.1铸件结构设计目的就是对于一些零件图做必要修改，得到适合熔模铸造特点的最合理的铸件结构。一、铸件结构的合理性铸件结构是否合理，对于铸件质量、生产工艺的可行性和简易性以及生产成本等影响很大，根据生产实际，总结出铸件结构合理性的几条基本原则。不合理合理1）．易于从压型中取模不合理合理2）．易于抽芯不合理合理不合理合理3）．壁厚均匀，减少热节不合理合理4）．避免大平面不合理合理5）．减少不通孔不合理合理6）．简化压型加工不合理合理7）．设计必要的工艺筋A）．防止环形件、框型件变形设计的工艺筋B）．防止铸件开口部位变形而设计的工艺筋C）．减少大平面，防止壳形变形8）．设计必要的工艺孔A）．防止大平面型壳变形设计工艺孔B）．减少热节、防止缩孔设计工艺孔由于熔模铸造的型壳内表面光洁，并且一般为热型壳浇注，因此熔模铸件壁厚允许设计得较薄，最小壁厚与合金种类及铸件轮廓尺寸有关。二．铸件结构要素及工艺参数选定1．最小壁厚铸件材料铸件轮廓尺寸＞10~50＞50~100＞100~200＞200~500＞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铅锡合金1.0~1.50.71.5~2.01.02.0~3.01.52.5~3.52.03.0~4.02.5锌合金1.5~2.01.02.0~3.01.52.5~3.52.03.0~4.02.53.5~5.03.0铸铁1.5~2.01.02.0~3.51.52.5~4.02.03.0~4.52.54.0~5.03.5铜合金2.0~2.51.52.5~4.02.03.0~4.02.53.0~5.03.04.0~6.03.5镁合金2.0~2.51.52.5~4.02.03.0~4.02.53.5~5.03.04.0~6.03.5铝合金2.0~2.51.52.5~4.02.03.0~5.02.53.5~6.03.04.0~7.03.5碳钢2.0~2.51.52.5~4.02.03.0~5.02.53.5~6.03.04.0~7.04.0高温合金0.9~2.00.61.5~3.00.82.0~4.01.0————熔模铸件的最小壁厚（单位：mm）r=(d+δ)/kR=r+(d+δ)/2r——转角内圆角mm；R——转角外圆角mmd,δ——连接壁的壁厚；k——转角的圆角系数，根据角度大小接图选取。135904502．圆角一般情况下铸件上各转角处都设计成圆角，否则容易产生裂纹、缩松。铸件上内圆角和外圆角按下式计算为了便于取模，抽芯，在拔模面应设有铸造斜度，铸造斜度的取值如下。取值铸造斜度面高h/mm非加工面斜度外表面内表面≤200º20´1º20-500º15´0º30´50-1000º10´0º30´1000º10´0º15´熔模铸件的铸造斜度3．铸造斜度孔的直径最大孔深通孔不通孔3-55~10≈5＞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最小铸出孔的孔径与深度（单位：mm）4．最小铸出孔铸件最大尺寸≤50＞50~120＞120~250＞250~400＞400~630单面加工余量0.50.5~0.11.0~1.51.5~2.02.0~3.0浇口面加工余量2.0~4.0熔模铸件单面加工余量（单位mm）5．加工余量影响熔模铸件尺寸的收缩因素包括合金的收缩；模料的收缩；型壳的膨胀等，这几方面综合的影响称为熔模铸件的综合线收缩率。6．线收缩率1.2.2熔模铸造浇注系统设计一、浇注系统作用1．把液体金属引入型腔注意充型平稳，避免金属液氧化和卷入气体，保证不产生冷隔和浇不足缺陷。2．补充液体金属凝固时体积收缩浇注系统应能保证补缩时通道畅通，并保证能提供给铸件必要的补缩金属液，避免铸件产生缩孔、疏松。3．在组焊与制壳时起支撑易熔模和型壳作用。要求有足够强度，防止制壳过程中易熔模脱落。4．在熔化易熔模时，起液体模料流出的通道作用，浇注系统应能保证排除模料通畅。二、浇注系统结构按浇注系统组成分为：1）直浇道一内浇道结构形式：直浇道兼起冒口作用，操作方便，但排渣不利。2）横浇道一内浇道结构形式：常用于顶注，有利于顺序凝固。3）直浇道一横浇道一内浇道结构形式按合金液注入铸件部位分为：1）顶注式：合金液从型腔的顶部注入，铸件自下而上凝固，合金液易飞溅，排气不畅，适用于高度较低的铸件。2）侧注式：合金液从型腔侧面注入，铸件补缩好，应用较广泛。3）底注式：合金液型腔底部平稳注入，不易产生夹渣。气孔。不利于顺序凝固，需增设冒口。三、浇注系统计算步骤：1）确定浇注系统形式：封闭式或开放式。2）计算内浇道尺寸。3）根据浇注系统形式，计算直浇道、横浇道的尺寸。1）浇注系统形式的确定封闭式或开放式浇注系统是按照直浇道、横浇道、内浇道的尺寸比例划分的。S内≤S横≤S直封闭式浇注系统优点：1）金属液完全充满浇注系统，可防止金属液卷入气体。2）有较好挡渣能力缺点：进入型腔流速高、产生喷溅和冲砂、氧化。优点：因为金属液不能充满浇注系统，金属液流动平稳，充型快；缺点：挡渣效果差。S直≤S横≤S内开放式浇注系统此法依据铸件上热节圆直径或热节圆截面积，由下式确定内浇道直径或内浇道截面积。D内=（0.6~1.0）D节S内=（0.4~0.9）S节式中：D内—内浇道直径，mmD节—铸件上热节圆直径，mmS内—内浇道截面积，mm2S节—铸件上热节圆截面积，mm2这种方法简单，但精度差，因为比例系数取值范围较大。2）、内浇道尺寸的确定a．比例系数法热节圆直径的求法该方法是根据补缩需要，把铸件热节换算成一个圆柱体单元，并令该单元与铸件热节具有相同凝固模数和重量，此单元圆柱体的直径称为当量热节直径，那么，内浇道尺寸的大小就以此当量直径为基础，推导出一个计算公式：b．当量热节法式中d—内浇道尺寸，mmK—重量系数Dc—当量热节直径，mm当内浇道为圆截面时，则d即为内浇道直径，当铸件热节部位的截面形状为长方形断面axb时，可由图求得当量热节圆直径Dc，K为重量系数，根据铸件重量W和Dc，由图查出。d=k×Dc当量热节圆直径Dc的求法重量系数K的求法1）铸件热节部位截面axb：16mm×30mm2）由图查当量热节直径Dc，用直尺连接a=30mm，b=16mm，两点交Dc线于一点，即得Dc=21mm。当量热节法计算举例制动凸轮铸件如图所示，铸件重230g3）根据铸件重量W=230g，Dc=21mm。查图求重量系数K，用直尺连接W，Dc两点交K线于一点，该点为K=0.89。4）根据d=K×Dc，可求得d=0.89×21=18.8mm5)当采用矩形内浇道时，先定矩形某一边尺寸a=16mm，然后返过来应用图，由a=16，d=18.8查得b=23mm，于是内浇道截面尺寸定为16×23mm1.3压型种类及制造方法压型:用来制造易熔模的模具。压型腔的尺寸精度、表面粗糙度和压型结构，直接影响易熔模的生产效率和压型制造成本。1.3.1压型的种类按压型材料分为：金属压型和非金属压型。金属压型又分为：钢模，铝合金模，易熔合金模压型；非金属压型分为石膏压型，硅橡胶压型，环氧树脂压型等。各种压型的特点及应用范围如表所示。类型特点应用范围机械加工压型1．材料通常为钢，也有使用铜合金、铝合金2．尺寸精度可以充分满足设计要求，型腔表面粗糙度Ra=1.6~0.4цm3．使用寿命可达10万次以上4．制造成本高1．生产批量大的铸件2．要求尺寸精度高、表面粗糙度值低的铸件低熔点合金铸造压型1．材料：低熔点合金（通常熔点不超过300℃）2．尺寸精度比机械加工压型低，型腔表面粗糙度Ra=3.2~0.8цm3．使用寿命可达几千次以上4．制造成本较低1．生产批量较大（几千件）的铸件2．机械加工困难的、型腔复杂的压型3．试生产铸件石膏压型1．材料：石膏2．尺寸精度低，型腔表面粗糙度Ra=6.3~1.6цm3．母模可用木模，生产周期短，成本低1．单件小批生产2．精度要求较低铸件3．试生产铸件硅橡胶压型1．材料：硅橡胶2．填充性好，复制性强、周期短3．精度低，抗拉强度低、寿命短4．质地较软，使用时外形需要硬质材料衬托1．复制工艺制品2．尺寸精度不高的试验铸件环氧树脂压型1．材料：塑料、金属母模（钢、铝、铜的机械加工件）2．尺寸精度比铸造压型略低3．生产周期短、成本低4．散热性差，制造易熔模时取模困难，生产率低1．生产批量较小时2．要求尺寸精度较低的铸件3．机械加工困难的型腔复杂压型4．试生产铸件常用压型类型1.3.2压型组成压型主要由型体、型芯，定位元件、锁紧机构，抽芯机构，起模机构组成手工压蜡的压型结构图由底座14，右半型1，左半型3，和盖板8四块组成内腔由型芯2形成。原材料定量热机械混合均匀化浇注成料锭重熔模料模料压注压型准备模组检验标号模组组焊蜡模及浇注系统除油蜡模修补蜡模检验料锭破碎蜡模校型1.4易熔模制造易熔模简称熔模，熔模的质量影响铸件的尺寸精度及表面粗糙度，易熔模制造工艺流程如图所示。1．熔化温度和凝固温度区间兼顾模料耐热性要求并考虑到工艺操作方便，熔化温度常选在50~80℃之间，凝固温度区间以5~10℃为宜。1.4.1模料一、对模料的基本要求概括为工作性能要求和工艺性能要求3．收缩率模料热胀冷缩小，才能提高熔模尺寸精度，也才能减少脱腊时因模料膨胀引起的型壳胀裂现象。因此模料的线收缩率是模料重要的性能指标之一，一般应小于1%。优质模料线收缩率仅为0.3%~0.5%。2．耐热性模料耐热性是指温度升高时其抗软化变形的能力，它影响着熔模和铸件的精度。通常用热变形量来表示，要求35℃温度时模量热变形量△H35-2≤2mm。4．强度为保证生产过程中不损坏，熔模需要有一定强度，模料强度多以抗弯强度表示，一般模料抗弯强度应不低于2.0MPa，最好为5.0~8.0MPa。5．硬度为保持熔模表面质量，模料应有足够的硬度，以防表面损伤。模料硬度常以针入度表示，常为4~6度（1度=10-1mm）6．粘度和流动性为便于脱模和模料回收，模料粘度不能太大，在90℃附近的粘度应为3×10-3~3×10-2Pa.S。为得到清晰的熔模，模料应具有良好的流动性。7．灰分模料灼烧后的残留物称灰分，它将影响铸件的质量，也是模料最重要的指标之一。一般模料灰分的质量分数应低于0.05%。蜡基模料由石蜡和硬脂酸两种材料组成。石蜡属烃蜡。为饱和固体碳氢化合物的混合物，分子式通式为CnH2n+2.n为17—36。n越大，石蜡熔点越高，硬度越高，热稳定性越好，收缩也越小，按熔点石蜡可分为56，58，60，62，64，66，70等牌号。熔模铸造多使用58~64石蜡。二、模料的种类1．蜡基模料硬脂酸的分子式为C17H35COOH，是以动植物油脂为原材料，经加压蒸馏和水解制得。由于硬脂酸比碳原子数相同的石蜡熔点高，故其热稳定性好，收缩性较小。此外硬脂酸，是极性分子，有利改善模料的涂挂性。树脂基模料的基体组成是树脂，与蜡基模料相比具有强度和热稳定性高，