第二章-熔模铸造.ppt

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1、第二章 熔模铸造,概述,熔模铸造的发展史可以追溯到4000年前，埃及、中国和印度是最早起源的国家。,发 展 概 况,曾侯乙尊盘 (战国早期),概述,发 展 概 况,概述,发 展 概 况,概述,发 展 概 况,概述,所谓熔模精密铸造工艺，简单说就是用易熔材料（如蜡料或塑料）制成可熔性模型（简称熔模或模型），在其上涂覆若干层特制的耐火涂料，经过硬化形成整体型壳，熔掉模型，焙烧后浇入金属液而得到铸件。,定义,2.1 概述：熔模铸造的原理及特点 2.1.1 原理：熔模铸造就是在蜡模（也可用树脂模）表面涂覆多层耐火材料，待硬化干燥后，加热将蜡模熔化，而获得具有与蜡模形状相应形状的型壳，再经焙烧之后进行浇

2、注而获得铸件的一种方法，故又称为失蜡铸造（Lost Wax Casting）。 随着生产技术水平不断提高。新的蜡模工艺不断出现，以及可供制模材料的品种日益增多，现在去模的方法己不再限于熔化，而且也不限于蜡模，也可用塑料模，但因习惯的原因，仍沿用原来名称。由于用这种方法获得的铸件具有较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度值，故又称为熔模精密铸造（Investment Casting）。,概述,典型的熔模铸造产品 熔模铸造特别适合于生产尺寸精度要求高，表面粗糙度值低，形状复杂的铸件，合金材料不受限制。 典型的产品主要有：定向凝固和单晶铸件、整流器、汽轮机叶片、静叶片、热交换器等。,发 展 概 况,概述,

3、发 展 概 况,2.1.2 熔模铸造的基本特点: 制壳时采用可熔化的一次模，因无需起模，故型壳为整体而无分型面，且型壳是由高温性能优良的耐火材料制成。 2.1.3 熔模铸造的主要优点如下：(与其它铸造方法相比) （1）铸件尺寸精度较高和表面粗糙度较低，可以浇注形状复杂的铸件，一般精度可达CT57级，粗糙度可达Ra2.5-6.3m； （2）可以铸造薄壁铸件以及重量很小的铸件,熔模铸件的最小壁厚可达0.5mm，重量可以小到几克； （3）可以铸造花纹精细的图案、文字、带有细槽和弯曲细孔的铸件；,（4）熔模铸件的外形和内腔形状几乎不受限制，可以制造出用砂型铸造、锻压、切削加工等方法难以制造的形状复杂的

4、零件，而且可以使有些组合件、焊接件在稍进行结构改进后直接铸造成整体零件，从而减轻零件重量、降低生产成本。 （5）铸造合金的类型几乎没有限制，常用来铸造合金钢件、碳钢件和耐热合金铸件； （6）生产批量没有限制，可以从单件到成批大量生产。 2.1.4.熔模铸造方法的缺点是：工艺复杂，生产周期长，不适用于生产轮廓尺寸很大的铸件。,2.1.5 熔模铸造工艺过程 见图2-1。可用熔模铸造法生产的合金种类有：碳素钢、合金钢、耐热合金、不锈钢、精密合金、永磁合金、轴承合金、铜合金、铝合金、钛合金和球墨铸铁等。,2.2 熔模的制造 熔模是形成型腔的模型，它的尺寸精度直接影响到成形铸件的尺寸精度和表面质量。所以

5、为获得高质量的熔模，首先必须选择合适的熔模材料即模料。,2.2.1 模料 模料性能的基本要求 对熔模模料性能的基本要求概括为： 热物理性能：主要指有合适的熔化温度和凝固区间、较小的热膨胀和收缩、较高的耐热性（软化点）和模料在液态时应无析出物，固态时无相变； 力学性能：主要有强度、硬度、塑性、柔韧性等。 工艺性能：主要有粘度（或流动性）、灰分、涂挂性等。,1） 熔化温度和凝固温度区间 模料熔化温度控制在5080之间，凝固温度区间则以610为宜。 2）热膨胀率和收缩率 模料的收缩率是是模料的重要性能指标之一，模料的热胀冷缩小，不仅可以提高熔模的尺寸精度，也可减少脱蜡时胀裂型壳的可能性。模料的线收缩

6、率一般应小于1.0%，好的模料线收缩率可达0.30.5%。 3）软化点：模料开始软化变形的温度。40。 耐热性是指温度升高时模料的抗软化变形的能力。模料的耐热性高，抗软化变形的能力强，模样的尺寸精度越高。 4）强度 熔模要有一定的强度，以保证在生产过程中不致损坏。模料的强度多用抗弯强度表示，其值一般不得低于2.0MPa，最好为5.08.0MPa。,5）硬度 为保持熔模的表面质量，模料应有足够得硬度，以防摩擦损伤。模料硬度通常以针入度表示。模料的针入度多在46度（1度0.1mm）。 6）流动性 为了完满充填压型型腔并清晰复制出棱角及精细部位，要求模料在压注时具有良好的流动性，但模料流动性过高，注

7、入型腔时容易形成紊流、飞溅，使熔模表面产生流线、气泡等缺陷，所以压注时模料的流动性要适当，不宜过高或过低。模料的流动性可通过温度和粘度控制，在90附近，模料粘度应为3.0X10-23.0X10-1Pa s。 7）涂挂性 模料的涂挂性直接影响型壳的表面质量，可以用熔模与粘结剂之间的接触角来衡量。 8）灰分 灰分是指模料经高温焙烧后的残灰。模料灰分含量高，经高温焙烧后残留于型壳中的灰分多，势必对铸件内部和表面质量产生不良影响。所以灰分也是模料重要的性能指标之一，应尽量降低模料的灰分含量。一般而言，模料的灰分应低于0.05%。,2.2.2 模料的分类,随着熔模铸造工艺的发展，模料的种类日益繁多，组成

8、各不相同。 1. 按组成模料的基体材料和性能的不同进行分类：可分为蜡基模料、树脂基模料、填料模料及水溶性模料等4类。 2. 按模料熔点的高低将其分为高温、中温和低温模料。3类。,2.2.2.1 蜡基模料,A .石蜡：饱和的固体碳氢化合物，含有20个以上碳原子烷烃的混合物。 分子通式：CnH2n+2,式中n=20-30。 晶态物质，冷却曲线有明显而确定的平台。耐热性较差，收缩率约为0.61.5%。针入度15度，硬度较低，因此配以硬脂酸。化学性质稳定，140以上分解碳化。 牌号：50，52,70.(熔模铸造用58-64)，对应其熔点。 N =30,熔点70，即70度石蜡。,B .硬脂酸：固体的饱和

9、羧酸（脂肪酸），分子式：C17H35COOH，提高熔模的表面强度和涂料的涂挂性（润湿能力） 与石蜡互溶，强度高，熔点高（2069），热稳定性好（工业用常含杂质油酸易氧化，降低稳定性），硬度大 石蜡与硬脂酸配合使用调整其比例来控制性能（软化点 强度等）（1:1） 石蜡含量增加，强度增高，热稳定性下降 硬脂酸含量增加，软化点、流动性、涂挂性提高，硬度提高，强度下降，凝固温度区间变窄,表2-2 石蜡硬脂酸（1：1）模料的主要性能,2.2.2.2 树脂基模料,松香：软化点7090 用途 常与蜡料、聚合物等混合蜡基模料 蜡基模料 优点：易于配制（熔点较低），复用性好。 不足：软化点过低，收缩率略大，硬脂

10、酸价格过高。 松香基模料 优点： 兼顾蜡基的长处，表面光亮、针入度小，常用于精度要求很高的铸件生产中。,2.2.2.3 填料模料,国外模料分类：填料模料和无填料模料 国外占模料市场50%以上份额。 作用：减少收缩，防止熔模变形和表面缺陷。 常用四种：枝链型聚苯乙烯；XLPS 冰烯醋酯；XLA 对苯二酸； 水。,2.2.3 熔模的配制及回收 2.2.3.1 模料的配制 配制工艺：是指按照模料的规定成分和配比，将各种原料熔融成液态， 混合并搅拌均匀，滤去杂质浇制成合乎要求的糊状模料直接使用，或浇注成锭块待用。,1. 蜡基模料的配制,因熔点低于100度，大多采用蒸汽加热或热水槽加热。 对熔化后的模料

11、要搅拌均匀，并用100号或140号筛过滤除去杂质。然后放入容器中，在冷却过程中将蜡料制成糊状。搅拌法二种。,熔化方法 水浴加热,旋转桨叶搅拌法,活塞搅拌法: 带孔活塞往复运动,2. 松香基模料的配制,B 注意：加料次序 聚合物、蜡料、松香,A 熔化设备：不锈钢电热锅（熔点高）,3. 模料配制工艺要点：,模料配制过程中应该注意的三点：,A 严格控制温度的升限和在高温下停留的时间。避免模料的烧损和变质。（防止局部过热）,B 合理安排各组元的加热顺序 原则：溶剂优先，互溶在前。,C 充分搅拌（互溶），滤去杂质（回收），保温静置（排气）,2.2.3.2 模料的回收,概念 去除模料中的杂质，恢复其性能的

12、工艺过程称之为模料的回收或复生。 2) 模料变质的原因（皂化反应）： 置换反应（Al、Fe） 中和反应（氧化钠、氨水） 复分解反应（Ca、Mg盐） 皂化物不溶于水-不易去除，影响模料性能，进一步降低铸件质量,使用松香基模料时，回收的模料用来制作浇冒口熔模 使用蜡基模料，脱模后所获模料可回收，再用来制造新的熔模 蜡基旧模料的性能变化 在循环使用时，模料的性能会变坏：脆性增大，灰尘增多，流动性下降，收缩率增大，颜色由白变褐，这些主要与模料中硬脂酸变质有关，也有其它原因。,蜡基模料变质的原因 （1） 蜡基模料中硬脂酸变质(发生皂化反应) l 硬脂酸呈酸性，它能和化学活性比氢强的金属反应，如熔制熔模时

13、，与一些铝、铁工具接触便发生以下置换反应： 2Fe +6C17H35COOH = 2Fe（C17H35COO）3 + 3H2 2Al +6C17H35COOH = 2Al（C17H35COO）3 + 3H2 l 用水玻璃作型壳黏结剂时，硬脂酸会与NaOH发生中和反应： NaOH + C17H35COOH = C17H35COONa + H2O l 在熔失熔模时，硬脂酸会和硬水中的Ca、Mg盐类起复分解反应： Ca（HCO3）2 + 2 C17H35COOH = Ca（C17H35COO）2 + CO2 + 2H2O 以上反应统称为皂化反应，所产生的硬脂酸盐称为皂盐或皂化物，大都不溶于水，但却能

14、与模料均匀混合使模料性能变坏。,（2）砂和涂料的污染 熔模制好后，上面要涂挂涂料、撒砂以制出型壳，在制造熔模、制壳以及与蜡的熔失过程中，有时会受到砂和涂料等异物的污染。所以，制模车间一定要注意工作场地的卫生。防止模料污染（一般要白大衣、拖鞋、瓷地面、工作台洁净） （3）熔失熔模时过热，石蜡烧坏、氧化变质。,3) 皂化物的去除方法：酸处理法 电解处理法 活性白土处理法 A 酸处理法 Me（C17H35COO）2 +H2SO4=2(C17H35COOH)+MeSO4 不足：可逆，不能完全处理干净 B 电解处理法 FeCl3 FeCl2 Cl2 （有毒） 不足：设备要求高，污染环境 C 活性白土处理

15、法 吸附能力+Al3+与胶体杂质反应沉淀 补充使用,回收蜡基模料的处理方法 （1） 盐酸（硫酸）处理法 具体方法为将水和旧模料放在不生锈的容器中（水占模料的25-35%）加热至80-90，然后加入模料重3-5%的工业盐酸（或2-3%的浓硫酸）继续加热，使酸与模料充分反应，经30-40分钟后，静置使水与模料分离，然后过滤，浇成锭，由于硬脂酸铁与盐酸反应是可逆的且很快达到平衡，因此模料中的硬脂酸铁难以去除干净。 盐酸和硫酸都可使除硬脂酸铁以外的硬脂酸盐还原为硬脂酸： Me（C17H35COO）+ HCl = C17H35COOH + MeCl,80-90 模料 + 25-35%水（占模料比重） 加

16、3-5%盐酸（或2-5%硫酸） 加热 搅后 保温 静置，使模料充分反应 30-40分,（2） 活性白土处理法 活性白土是有一种经酸处理后的黏土，它的晶格由硅氧四面体和铝氧八面体交叉成层构成，各层间有大量的孔隙。好的白土，其孔隙率可达60-70%，有很大的比表面积。因而具有较高的吸附能力，能吸附模料中硬脂酸盐。此外，活性白土中的阳离子（特别是三价铝离子）还能和模料中的带负电荷的的胶状杂质结集成中性质点，变成凝胶下沉。所以可用活性白土去除模料中的硬脂酸盐。 生产中一般用此法作为盐酸处理的补充工序，即每隔一段时间将用盐酸处理过的模料加热到120 左右，向模料中加入烘干的活性白土（为模料重的10-15%）进行搅拌，半小时后，在120下保温静置4-5小时，待活性白土与液态模料充分分离后即可处理好模料。,模料 120 +白土（10-15%） 搅拌半小时 120下静置4-