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1、熔模精密铸造技术课件Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望熔模精密铸造的发展历史熔模精密铸造的发展历史n n熔模铸造又称为失蜡铸造，熔模铸造的历史可以熔模铸造又称为失蜡铸造，熔模铸造的历史可以追溯到追溯到40004000年以前，最早起源于埃及、中国和印年以前，最早起源于埃及、中国和印度，在我国的出土文物中发现在公元前度，在我国的出土文物中发现在公元前25002500年以年以前，我们的祖先就能用熔模铸造的方式生产各种前，我们的祖先就能用熔模铸造的方式生产各种铜器皿、钟鼎及艺术
2、品。铜器皿、钟鼎及艺术品。n n现代熔模铸造工艺是在现代熔模铸造工艺是在2020世纪初期开始形成，最世纪初期开始形成，最初用于制牙及珠宝饰业。第二次世界大战期间，初用于制牙及珠宝饰业。第二次世界大战期间，由于国防、航空工业发展的需要，英、美等国首由于国防、航空工业发展的需要，英、美等国首先采用熔模精密铸造方法，生产喷气涡轮发动机先采用熔模精密铸造方法，生产喷气涡轮发动机叶片等形状复杂、尺寸精确、表面质量要求很高叶片等形状复杂、尺寸精确、表面质量要求很高且不易机械加工的铸件。且不易机械加工的铸件。 镶宝石镶宝石“戒指树戒指树”熔模铸造工艺特点之一熔模铸造工艺特点之一n n、熔模铸件的尺寸精度高，
3、表面粗糙度小n n由于熔模铸造采用了尺寸精确、表面光滑的可溶性模，而获得了几乎无分型面的整体型壳，且无一般铸造方法中的起模、下芯、和型等工序所带来的尺寸误差。熔模铸件的棱角清晰、尺寸精度可达到0.005cm/cm，表面粗糙度可达Ra1.25um。因此采用熔模铸件可大量减少金属切削加工工作量或实现无余量铸造。熔模铸造工艺特点之二熔模铸造工艺特点之二n n、适合于铸造某些结构、形状复杂的铸件n n熔模铸造可以铸出结构、形状复杂，并难以用其它方法加工的铸件，如叶轮、空心叶片等，也能铸造壁厚仅为0.5mm、铸出孔最小直径达1mm以下，重量小至1g的薄壁铸件及小铸件，还可以将原来由许多零件组合、焊接的部
4、件进行整铸。熔模铸造工艺特点之三熔模铸造工艺特点之三n n合金材料不受限制n n各种合金材料，如碳钢、不锈钢、合金钢、铸铁、铜、铝合金、高温合金等，均可以应用熔模铸造方法加工为铸件，特别是对于难以切削加工或锻压加工的合金材料，则更适用于熔模铸造工艺。熔模铸造工艺特点之四熔模铸造工艺特点之四n n大批量生产或小批量生产均可适用n n熔模铸造工艺由于普遍采用金属压型来制造熔模，故适用于大批量生产；但若应用价格低廉的石膏压型或易熔合金制膜，则也可使用于小批量生产或试生产。制模制模制壳制壳脱蜡脱蜡焙烧焙烧浇注浇注熔炼熔炼清理清理主要工艺过程：主要工艺过程：熔模铸造的主要工艺过程熔模铸造的主要工艺过程制
5、制 模模典型的制模工艺典型的制模工艺制模用的压型制模用的压型精铸用蜡料精铸用蜡料蜡蜡 模模组组 树树制壳制壳 (涂料涂料+撒砂撒砂)浸涂料及脱蜡后的型壳浸涂料及脱蜡后的型壳水玻璃制壳水玻璃制壳水玻璃制壳的特点水玻璃制壳的特点n n水玻璃型壳的硬化主要是在硬化液中完成。常用的水玻璃型壳硬化剂有：氯化钱，结晶n n氯化铝，聚合氯化铝，氯化镁等。硅溶胶制壳硅溶胶制壳脱蜡脱蜡n n熔模熔失的过程称为脱蜡，型壳制成后一般要停放一段时间方可进行脱蜡。停放期间也是型壳中残留硬化剂对涂料层继续硬化的过程，随着停放时间的增加，型壳的湿强度增大，抗水性增强。n n型壳脱蜡的方法有多种，常用的有热水法，高压蒸汽法及
6、微波脱蜡法等，水玻璃型壳由于普遍应用熔点较低的石蜡硬脂酸模料，故较多应用热水法。脱蜡工艺脱蜡工艺n n1.1.清理浇口脱蜡前要将浇口杯顶部的浮砂及涂料清除刮净，以免在脱蜡清理浇口脱蜡前要将浇口杯顶部的浮砂及涂料清除刮净，以免在脱蜡过程中落入型腔内。过程中落入型腔内。n n2.2.加人补充硬化剂在脱蜡水中加人加人补充硬化剂在脱蜡水中加人w w（氯化按）（氯化按）= 3% 8%= 3% 8%或加入或加入w w（结（结晶氯化铝）晶氯化铝）=4%-6=4%-6或或w w（工业盐酸）（工业盐酸）1 1，使型壳脱蜡时得到补充硬化。，使型壳脱蜡时得到补充硬化。加人加人w w（盐酸）（盐酸）1 1的热水脱蜡效
7、果很好。它不仅能使型壳得到补充硬化，的热水脱蜡效果很好。它不仅能使型壳得到补充硬化，并可防止模料在脱蜡时皂化，有利于旧蜡的再生回用，但需采用耐酸脱蜡槽。并可防止模料在脱蜡时皂化，有利于旧蜡的再生回用，但需采用耐酸脱蜡槽。n n3.3.水温控制热水脱蜡的水温宜控制在水温控制热水脱蜡的水温宜控制在95-9895-98之间，但应避免沸腾，以免之间，但应避免沸腾，以免将槽底的砂粒及脏物翻起而进入型腔。型壳的脱蜡时间应控制在将槽底的砂粒及脏物翻起而进入型腔。型壳的脱蜡时间应控制在15 l- 20min15 l- 20min，以不超过，以不超过34min34min为宜。为宜。n n4.4.型壳冲洗型壳经脱
8、蜡后，内腔可能存有残余蜡料并粘附有皂化物，所型壳冲洗型壳经脱蜡后，内腔可能存有残余蜡料并粘附有皂化物，所以宜用热水冲洗以宜用热水冲洗热水中可加约热水中可加约w w（HC1HC1）0.5%0.5%。脱蜡后的型壳可倒置。脱蜡后的型壳可倒置存放。存放。n n5.5.槽液换新及清理型壳在脱蜡时会有较多盐分和脏物进人脱蜡水中，故槽液换新及清理型壳在脱蜡时会有较多盐分和脏物进人脱蜡水中，故应定期更换脱蜡水，并同时清理槽底砂粒及脏物。应定期更换脱蜡水，并同时清理槽底砂粒及脏物。蜡料回收蜡料回收型壳焙烧型壳焙烧n n型壳焙烧是熔模铸造的重要工序之一。水玻璃型型壳焙烧是熔模铸造的重要工序之一。水玻璃型壳脱蜡后，
9、型腔内含有水分、残余蜡料、皂化物、盐类等，壳脱蜡后，型腔内含有水分、残余蜡料、皂化物、盐类等，这些物质若未去除，则在浇注时会逸出大量气体，使铸件这些物质若未去除，则在浇注时会逸出大量气体，使铸件产生气孔，这些残留物也会影响铸件的表面质量，因而，产生气孔，这些残留物也会影响铸件的表面质量，因而，在型壳浇注前须进行高温焙烧，以使型壳具有低的发气量在型壳浇注前须进行高温焙烧，以使型壳具有低的发气量和良好的透气性，并可使型壳中残留的和良好的透气性，并可使型壳中残留的Na2ONa2O进一步降低。进一步降低。此外，焙烧还可使型壳在工艺要求的温度下浇注，以减少此外，焙烧还可使型壳在工艺要求的温度下浇注，以减
10、少液态合金与型壳的温差，提高充型能力。液态合金与型壳的温差，提高充型能力。n n型壳焙烧宜采用油炉、煤气炉或电阻炉。而燃煤反射型壳焙烧宜采用油炉、煤气炉或电阻炉。而燃煤反射炉由于温度分布不均匀，灰尘较多炉由于温度分布不均匀，灰尘较多, ,而且污染环境故不宜采而且污染环境故不宜采用。用。n n型壳焙烧温度，主要是根据型壳中各种挥发物及有害型壳焙烧温度，主要是根据型壳中各种挥发物及有害物质基本挥发除净的温度而定。氯化馁硬化的型壳适宜的物质基本挥发除净的温度而定。氯化馁硬化的型壳适宜的焙烧温度应为焙烧温度应为850850，保温，保温0.5-2h0.5-2h。浇注和清理浇注和清理目的目的工工艺方法方法
11、目的目的工工艺方法方法脱除型壳振动脱壳磨除铸件上的浇冒口余根砂轮机磨削电液压清砂砂带磨床磨削 高压水力清砂清除铸件表面/内腔的粘砂和氧化皮抛丸清理 切除浇冒口和工艺肋砂轮切割喷砂清理压力切割或手工敲击化学清砂 气割电化学清砂锯床切割清除铸件表面毛刺铸瘤风动磨头磨光碳弧气刨切割风动异形旋转锉切削阳极切割等离子切割熔模精密铸造的应用范围熔模精密铸造的应用范围n n从产品类别来看，熔模精密铸件主要分为两大类：从产品类别来看，熔模精密铸件主要分为两大类：军工、航空类产品与商品类产品。前者质量要求军工、航空类产品与商品类产品。前者质量要求高，后者质量不如前者。随着冷战时代的结束，高，后者质量不如前者。随
12、着冷战时代的结束，各国军工产品大幅度减少，但民航、大型电站及各国军工产品大幅度减少，但民航、大型电站及工业涡轮发动机的发展，使得军工、航空类产品工业涡轮发动机的发展，使得军工、航空类产品所占比例变化不大。现在熔模铸造除用于航空、所占比例变化不大。现在熔模铸造除用于航空、军工部门外，几乎应用于所有工业部门，如电子、军工部门外，几乎应用于所有工业部门，如电子、石油、化工、能源、交通运输、轻功、纺织、制石油、化工、能源、交通运输、轻功、纺织、制药、医疗器械等领域。药、医疗器械等领域。熔熔 模模 铸铸 造造 典典 型型 零零 件件定向凝固叶片定向凝固叶片( (中中):): 飞机发动机用叶片，利用定向凝
13、固飞机发动机用叶片，利用定向凝固技术，使叶片结晶为定向柱晶技术，使叶片结晶为定向柱晶; 单晶叶片单晶叶片( (右右):): 飞机飞机发动机用叶片，利用单晶技术铸造，使叶片为单晶发动机用叶片，利用单晶技术铸造，使叶片为单晶 摩托车车架换向接头摩托车车架换向接头: : 用整体熔模铸件代替用整体熔模铸件代替13个组装成的摩托车车架换向接个组装成的摩托车车架换向接头，大大减少了焊接、矫直工作，使铸件尺寸更为精确头，大大减少了焊接、矫直工作，使铸件尺寸更为精确猎枪零件猎枪零件显示器框架显示器框架 铝合金熔模铝合金熔模铸件，用于铸件，用于MIA2MIA2坦克上，坦克上，该整体熔模铸该整体熔模铸件代替了两个
14、件代替了两个砂型铸件，减砂型铸件，减少机加工量，少机加工量，并增加了零件并增加了零件的可靠性和性的可靠性和性能，该件需测能，该件需测定定11911191个尺个尺寸，并要求寸，并要求X X射线探伤射线探伤件成本节约件成本节约2500025000美元美元前机匣前机匣 钛合金熔模铸钛合金熔模铸件，用于件，用于A310, A310, A300,A300,波音波音747,747,波音波音767767等等飞机发动机上，飞机发动机上，它支撑涡轮风扇它支撑涡轮风扇部件并将之连接部件并将之连接到压缩机部分。到压缩机部分。轮廓最大尺寸为轮廓最大尺寸为1320.8mm1320.8mm。它代替由它代替由8888个个较
15、小零件组成的较小零件组成的组装件，强度提组装件，强度提高，重量减轻，高，重量减轻，尺寸控制得更好尺寸控制得更好主屏蔽罩 铝合金主屏铝合金主屏蔽罩，轮廓蔽罩，轮廓尺寸尺寸381mm3381mm355.6mm155.6mm190.5mm90.5mm，大量使用薄大量使用薄壁结构，最壁结构，最薄壁厚薄壁厚1. 1. 02mm02mm，用，用它代替组装它代替组装件，重量从件，重量从2.16kg2.16kg减为减为1 121kg21kg工业涡轮叶片工业涡轮叶片: : GE发电机的发电机的MS9001 FA工工业涡轮一级叶片业涡轮一级叶片（左边）和二级（左边）和二级叶片（右边），叶片（右边），尺寸分别为尺寸
16、分别为431 8mm x 2165mm,558 8mm x 203 2mm，重量分，重量分别为别为13kg和和12 6kg高尔夫球杆头高尔夫球杆头 钛合金熔模铸件，空心杆头壁厚可达钛合金熔模铸件，空心杆头壁厚可达09mm汽轮机叶片汽轮机叶片: : 汽轮机四级导流器扇汽轮机四级导流器扇段，尺寸为段，尺寸为609.6mm X 584.2rnm,重量重量63kg激光器底座 用铝合金用铝合金整体熔模铸整体熔模铸件代替原用件代替原用锻造合金经锻造合金经机加工等工机加工等工序制成的激序制成的激光器底座，光器底座，使每个零件使每个零件成本节约成本节约2500025000美元美元圆盘零件圆盘零件: 陶瓷陶瓷增
17、强铝基复合材增强铝基复合材料的熔模铸件料的熔模铸件机匣: 钛熔模铸件，钛熔模铸件，V-22直升飞机直升飞机传动机匣传动机匣喷嘴 不锈钢熔模不锈钢熔模铸件，重量铸件，重量0.30kg0.30kg，原，原为为5 5个零件焊个零件焊成，用整体成，用整体熔模铸件代熔模铸件代替后，节省替后，节省成本成本80%80%，尺寸公差保尺寸公差保持在持在0 0 .127mm.127mm内内熔模精密铸造工艺发展趋势熔模精密铸造工艺发展趋势n n1 1、更大更薄：目前，熔模铸造生产的精密铸件，最大、更大更薄：目前，熔模铸造生产的精密铸件，最大轮廓尺寸可达轮廓尺寸可达1.8m1.8m，而最小壁厚却不到，而最小壁厚却不到
18、2mm2mm，最大铸，最大铸件重量接近件重量接近1000kg1000kg。n n2 2、更精：熔模铸件已经越来越精确，在、更精：熔模铸件已经越来越精确，在ISOISO标准中的标准中的一般线性尺寸公差是一般线性尺寸公差是CT4CT46 6级，特殊线性尺寸公差高级，特殊线性尺寸公差高的可大的可大CT3CT3级，而熔模铸件表面粗糙度值也越来越小，级，而熔模铸件表面粗糙度值也越来越小，可达到可达到Ra0.8umRa0.8um。n n3 3、更强：由于材质的改进和工艺技术的进步使得铸件、更强：由于材质的改进和工艺技术的进步使得铸件的性能越来越好。如飞机发动机用的涡轮叶片工作温度的性能越来越好。如飞机发动
19、机用的涡轮叶片工作温度由由980980提高到提高到12001200；热等静压技术的应用使得熔模；热等静压技术的应用使得熔模铸造生产的镍基高温合金、钛合金和铝合金的高温低周铸造生产的镍基高温合金、钛合金和铝合金的高温低周波疲劳性能提高波疲劳性能提高3 31010倍。倍。我公司常见的熔模铸造缺陷分析我公司常见的熔模铸造缺陷分析铸件缩裂铸件缩裂n n特征：铸件热结部位有不规则的裂纹，端面常有树枝状结晶。n n原因：铸件结构不合理或浇注系统设置不当。型壳温度偏低，浇注温度偏高。型壳退让性差，铸件收缩受阻。铸件缩陷铸件缩陷n n特征：铸件热结部位的表面呈现不规则的凹陷。n n原因：铸件局部散热条件差。铸
20、件的结构不合理。内浇道开设的位置不当。浇注温度与型壳温度过高，浇注速度过快。铸件内缩孔铸件内缩孔n n特征：在铸件的内部形成不规则的空穴，严重时会露出表面来。n n原因：浇注系统设计不合理，铸件的结构不合理，浇注条件不当，压头设置不够。铸件疏松铸件疏松n n特征：铸件内部存在显微孔洞。n n原因：铸件冷却速度过于缓慢，枝晶粗大妨碍补缩，铸件冷却速度过快，来不及补缩。铸件浇不足铸件浇不足n n特征：铸件局部缺肉，其边缘呈圆弧形。n n原因：浇注温度过低，金属液体的流动性差。型壳焙烧不良或透气性差浇注系统设置不合理浇注时超作不当。铸件冷隔铸件冷隔n n特征：铸件上有未完全融合的接缝，其交接边缘呈圆
21、弧形。n n原因：浇注温度和型壳温度低，浇注系统不合理，浇注时，金属液断流金属液氧化严重，流动性差。铸件桔皮铸件桔皮n n特征：铸件表面有桔皮状凸起。n n原因：涂挂时面层涂料堆积。导致的硬化不良，风干滞后。铸件蛤蟆皮铸件蛤蟆皮n n特征：铸件表面有大小不等的块状凸起。n n原因：型壳局部硬化、风干不透，水分、盐类富集。铸件散热条件不良，浇注后，型壳面层被烧蚀。铸件毛翅铸件毛翅n n特征：铸件表面有不规则的条状多余金属。n n原因：对水玻璃型壳来说，主要是焙烧时型壳出现裂纹，或浇注工艺不当。对硅溶胶型壳来说，主要是制壳工艺不当，面层风干过快。铸件毛刺铸件毛刺n n特征：铸件表面有分散或密集的毛
22、刺。n n原因：面层涂料中的粉料比太低，面层砂的粒度太大，面层料的粘度低，涂料对蜡模的浸润性差，涂挂面层时，操作不当。铸件金属珠铸件金属珠n n特征：铸件表面有突出的金属颗粒（常出现在铸件的拐角或凹槽处）n n原因：涂挂操作不当，面层涂料含气量大，面层涂料对蜡模的浸润性差，蜡模有内尖角。铸件鼓包铸件鼓包n n特征：铸件局部凸起n n原因：型壳抗高温变形能力低，压头太高，浇注温度太高。铸件夹砂结疤与凹陷铸件夹砂结疤与凹陷n n特征：铸件表面有翘起的金属片，并夹有型壳材料，有的铸件是不规则凹陷。n n原因：铸件结构不合理，有大平面，型壳在脱蜡或焙烧过程中向内鼓胀，由于型壳分层，在焙烧和浇注过程中，其内表面局部破裂翘起，金属液钻进裂缝，形成结疤。 铸件外炮火铸件外炮火n n特征：金属穿透型壳，在铸件表面上形成不规则的多余金属。n n原因：型壳强度低、压头太高、浇注工艺不当、型壳局部损伤。铸件内腔炮火铸件内腔炮火n n特征：在铸件的深孔或凹槽处有不规则的多余金属。n n原因：铸件结构不合理、制壳工艺不合理或操作不当、型壳局部硬化风干不良。铸件化学粘砂铸件化学粘砂n n特征：铸件表面粘附着一层难以清除的化合物。n n原因：型壳材料选用不当、浇注条件不当、局部散热条件差、结构不合理。铸件麻点铸件麻点n n特征：铸件表面有许多点状凹坑n n原因：浇注和凝固过程种，金属被氧化。
