《特种铸造》课件.ppt

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1、特种铸造 最好的沉淀,本课程学习的主要目的和要求,本课程学习的主要目的: 以砂型铸造对铸件成型的规律为基础，运用所学过的基础课和技术基础课的知识，对各种特种铸造方法中由于铸型材料、浇注方法、金属充填铸型情况或铸件凝固条件的变化所引起的铸件成型特点进行系统的分析，并对每种铸造方法中的工艺原理进行详尽的阐述。本课程还对一些重要工艺装备的设计原则，主要设备的工作原理以及某些铸件的典型工艺作了必要的叙述。 本课程学习的主要要求: 学生通过本课程的学习，应基本掌握每种铸造方法的实质，了解每种铸造工艺的全过程和每一工序的作用；充分理解促使每种铸造方法之所以成为特种铸造工艺的起决定作用的工艺因素；并学会从它

2、起决定性作用的因素出发，分析和理解铸件的成型特点，对铸件成型过程中所出现的问题进行研究并提出合理的解决途径。能基本正确地对各种类型的铸件选择合理的铸造方法和制定出相应的工艺方案。,本课程教学内容,本课程的学习提示! 学时安排 总计 40 课堂教学38 实验教学2 学习方法 课堂教学与实验教学相结合，辅之以自学。 推荐参考教材 教材： 曾昭昭特 种 铸 造（第一版） 浙江大学出版社1990 教学参考书： 特种铸造工艺 机械工业出版社 林柏年特种铸造.浙江大学出版社.2004,绪论,一、特种铸造方法 铸造是指将液态材料注入与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，冷却凝固后获得毛坯或零件的方法。,砂型铸

3、造 ：就是将液态金属浇入砂型的铸造法 。,以型砂为材料制备铸型的铸造方法叫砂型铸造。砂型铸造是铸造生产中应用最广泛的一种方法，世界各国用砂型铸造生产的铸件约占铸件总产量的80-90%。,砂型铸造工艺特点,（1）适应性广。适应铸铁，碳钢，有色金属等材料；铸件大小，形状和重量几乎不受限制；壁厚1mm到1m ，质量零点几克到数百吨（三峡的水轮机叶轮重达430T）。 （2）可复杂成形。适合形状复杂，尤其是有复杂内腔的毛坯或零件。 （3）成本较低。可直接利用成本低廉的废机件和切屑，设备费用较低；在金属切削机床中，铸件占机床总重量75%以上，而生产成本仅占15-30% （4）但也存在一些不足，如组织缺陷，

4、力学性能偏低，质量不稳定，工作环境较差。因此，铸件多数做为毛坯用。组织疏松、晶粒粗大，铸件内部常有缩孔、缩松、气孔等缺陷产生，导致铸件力学性能，特别是冲击性能较低.（发展了铸锻联合工艺） 污染环境。铸造生产会产生粉尘、有害气体和噪声对环境的污染，比起其他机械制造工艺来更为严重，需要采取措施进行控制。（特种铸造工艺）,在铸型材料、制型方法、金属液充型形式和金属在型中凝固条件等方面与砂型铸造有显著差别的铸造方法，人们统称为特种铸造方法。即有别于砂型铸造的其他铸造方法，称为特种铸造。 常见的铸造方法有：,特种铸造,为获得高质量、高精度的铸件，提高生产率，人们在砂型铸造的基础上，创造了多种其它的铸造方

5、法；通常把这些有别于砂型铸造的其他铸造方法通称为特种铸造。,1、熔模铸造（Fusible Pattern Molding ）,熔模铸造:是用易熔材料制成模样，造型之后将模样熔化，排出型外，从而获得无分型面的型腔，又称“失蜡铸造” 。 其主要工艺过程：为制熔模用涂挂涂料、撒砂法在熔模组件表面上制造型壳加热，将包在型壳中的熔模熔解、流走对空心型壳进行高温焙烧往型壳中浇注金属液将铸件外面的型壳除去后，对铸件进行后处理。 此法的工艺特点为： （1）制型时用粉状耐火颗粒与耐高温粘结剂配成的涂料形成型腔表面，故铸件表面光洁，线条清晰； （2）制型时熔去模样，形成型腔，故型腔尺寸精确； （3）热型浇注，故金

6、属能较好复制型腔形状。,图1 熔模铸造流程图,图2 熔模铸造过程示意图,金属型铸造又称硬模铸造，是将液体金属浇入金属铸型，在重力作用下充填铸型，以获得铸件的铸方法。,2、金属型铸造（Permanent Mold Casting ）,压力铸造（简称压铸）的实质是在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填金属型型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。高压和高速充填压铸型是压铸的两大特点。它常用的压射比压是从几千至几万kPa，甚至高达2105kPa。充填速度约在1050ms，有些时候甚至 可达100ms以上。充填时间很短，一般在0.010.2s范围。 压铸过程主要由压铸机来实现。 压铸机分

7、热压室式和冷压室式两类。,3、压力铸造（Pressure Die Casting ）,4、低压铸造（Low Pressure Die Casting）,低压铸造是介于重力铸造（如砂型铸造,金属型铸造）和压力铸造之间的一种铸造方法.在低的压力驱赶下，金属液从型腔下部顺序向上充填铸型，并在下部压力和周围大气条件下进行铸件凝固的。,5、离心铸造（Centrifugal Casting）,离心铸造是将熔融金属浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力作用下填充铸型并结晶，从而获得铸件的方法。,离心铸造工艺过程：,续上页,6、陶瓷型铸造（Ceramic Mold Casting）,陶瓷型铸造是以陶瓷作为铸型材料

8、的一种铸造方法. 1,基本工艺过程 (1) 砂套造型 (2) 灌浆与胶结 (3) 起模与喷烧 (4) 烘烧与合箱 (5) 浇注,7、真空吸铸(Vacuum Suction),在结晶器或铸型内建立真空，把金属液由下而上地吸入型腔进行凝固的铸造法。,8、连续铸造(Continuous Casting),在水冷薄壁金属型（结晶器）的一端连续地注入金属液，在结晶器的另一端连续地拉出铸件的铸造方法。,9、挤压铸造(Squeeze Casting),把液态（或液! 固态）金属注入开启的铸型中，当两个半型相合时，对型内金属液施加较高的压力充填型腔，使铸件凝固成形的铸造方法。,挤压铸造,10、石膏型铸造(Pl

9、aster Mold Casting),用以石膏成分为主的浆料替代陶瓷型所用涂料造型，造型过程与陶瓷型铸造相似。有时用熔模造石膏型，此种方法称石膏型熔模铸造。,11、消失模铸造(Evaporative Pattern Casting -EPC),用聚苯乙烯泡沫塑料制成模样，模样外面涂覆耐火涂料层，将涂覆好的模样埋入砂中后，往模样上浇注金属液，模样受热气化逸走，留下空间由金属液充填，最后凝固成形。如把涂覆好的模样埋入铁（钢）丸中，并用磁场固定铁（钢）丸，进行浇注，则称磁型铸造。也可将泡沫塑料模埋入砂型中造型浇注，又称实型铸造。故又可把凡用泡沫塑料模造型，不起模直接浇注的方法统称消失模铸造。,19

10、58年,美国的H.F.shroyer发明了用可发性泡沫塑料模样制造金属铸件的专利技术并取得了专利(专利号USP2830343)。最初所用的模样是采用聚苯乙烯(EPS)板材加工制成的.采用粘土砂造型,用来生产艺术品铸件。采用这种方法,造型后泡沫塑料模样不必起出,而是在浇入液态金属后聚苯乙烯在高温下分子裂解而让出空间充满金属液,凝固后形成铸件。 1961年德国的Grunzweig和Harrtmann公司购买了这一专利技术加以开发,并在1962年在工业上得到应用。采用无粘结剂干砂生产铸件的技术由德国的H.Nellen和美国的T.R.Smith于1964年申请了专利。由于无粘结剂的干砂在浇注过程中经常

11、发生坍塌的现象,所以1967年德国的A.Wittemoser采用了可以被磁化的铁丸来代替硅砂作为造型材料,用磁力场作为“粘结剂”。这就是所谓“磁型铸造”。 1971年,日本的Nagano发明了V法(真空铸造法),受此启发,今天的消失模铸造在很多地方也采用抽真空的办法来固定型砂。在1980年以前使用无粘结剂的干砂工艺必须得到美国实型铸造工艺公司(Full Mold Process,Inc)的批准。在此以后,该专利就无效了。因此,近20年来消失模铸造技术在全世界范围内得到了迅速的发展。,6.实型(磁性)铸造,聚笨乙烯泡沫塑料模,12、石墨型铸造(Graphite Mold Casting),用石墨

12、作为铸型材料，在单纯重力作用下进行浇注和铸件静态凝固的铸造方法。,13、流变铸造(Rheocasting),半固态的金属经搅拌破碎枝晶后用压力铸造成形的铸造方法。,14、触变铸造(Thixomolding),半固态的金属经搅拌破碎枝晶后浇成小的铸锭，然后将铸锭加热至固、液相线间温度，进行压力铸造的方法。,常用铸造方法的比较,表,采用上述特种铸造方法成形的铸件与砂型铸造比较，具有如下优点： 1.普遍具有较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度。 2.铸件的机械性能、内部质量较好。 3.降低了金属消耗和铸件的废品率。 4.在生产一些结构特殊的铸件时，具有较好的技术经济效果。 5.制型时不用砂或少用砂，降低

13、了材料消耗，简化工艺，便于实现生产过程的机械化、自动化。 6.改善劳动条件，提高劳动生产率。 铸造界常把熔模铸造称为精密铸造，近年来不少文献又把压力铸造、陶瓷型铸造、金属型铸造、石膏型铸造也归入精密铸造法。,存在的缺点：,每种铸造方法都有自身的特点，如：压铸生产有色铸件效果好，而在生产黑色金属时，压铸型寿命很低，困难较大；连续铸造法只适于生产断面形状简单，且断面形状在铸件长度方向不变化的铸件，如铸锭、管子等。 生产准备工作量大，需要做复杂的工艺装备，需采用专用的机械设备。 只适于成批或大量生产。,二、铸造方法的发展特点,铸造方法发展的共同性规律： 1.每种铸造方法都是在原有铸造方法的基础上，通

14、过改变某一工艺因素或突出某一工艺因素的作用下而形成的。 2.每种新铸造方法的发展也是应用其它学科技术的新成就的结果。 3.每种新铸造方法都只有适应工业生产和社会建设的需要的情况下才能获得发展。,概述,第一章 熔模铸造,1.1熔模的制造 1.2型壳的制造 1.3熔模铸件的浇注和清理 1.4熔模铸件的工艺设计 1.5压型的结构与制造,概述：,1.定义 熔模铸造又称失蜡铸造，用易熔材料如蜡料制成模样，在模样上包覆若干层耐火涂料，制成型壳，熔出模样后经高温焙烧即可浇注的铸造方法。,材料与人类文明,人类的文明进程是依据什么而划分的？,材料应用的发展是人类发展的里程碑： 石器时代、铜器时代、铁器时代。 发

15、展得越来越快。,中国古代三大铸造技术,在我国古代金属加工工艺中，铸造占着突出的地位，具有广泛的社会影响，像“模范”、“陶冶”、“熔铸”、“就范”等习语，就是沿用了铸造业的术语。劳动人民通过世代相传的长期生产实践，创造了具有我国民族特色的传统铸造工艺。其中特别是泥范、铁范和熔模铸造最重要，称古代三大铸造技术。 泥范铸造我国自新石器晚期，就进入铜石并用时代。河北唐山等地出土的早期铜器，有锻打成形的，也有熔铸成形的，说明范铸技术在我国源远流长，很早就发展起来。 熔模铸造传统的熔模铸造一般称失蜡、出蜡或捏蜡、拨蜡。它和用来制造汽轮机叶片、铣刀等精密铸件的现代熔模铸造，无论在所用蜡料、制模、造型材料、工

16、艺方法等方面，都有很大不同。但是，它们的工艺原理是一致的，并且现代的熔模铸造是从传统的熔模铸造发展而来的。,4,500 BC1,000 BC青铜时代（Bronze Age）,从矿石中提炼铜冶金业的黎明,这张埃及古墓壁画是人类冶金业的最早纪录之一,to ti,司母戊鼎,湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑,现代熔模铸造的应用,2.特点： 1.铸件的精度高，表面粗糙度低（IT1210、Ra12.51.6m） 2.可铸出形状复杂的薄壁铸件，如铸件上的凹槽（宽0.3mm），小孔（ 0.5mm）均可直接铸出。 3.铸件合金种类不受限制，钢、铸铁和有色合金均可。 4.生产工序复杂，生产周期长。 5.原材料价格贵，

17、铸件成本高。 6.铸件不能太大、太长，否则蜡模易变形。,熔模铸造是一种少无切削的先进的精密铸造工艺。它最适合25kg以下的高熔点、难以切削加工合金铸件的成批大量生产，广泛应用于航天、飞机、汽轮机、燃汽轮机叶片、泵轮、复杂刀具、汽车、拖拉机和机床上的小型铸件生产。已成为少或无切削加工中最重要的工艺方法。,3. 应用,4.熔模铸造的工艺过程,脱模,制造母模,制造压型,压制蜡模,焙烧,结壳,组成蜡模组,铸件清理,浇注,1.1熔模的制造,熔模是用来形成耐火型壳中型腔的模型，它的尺寸精度和表面光洁度直接影响铸件的尺寸精度和表面光洁度。因此，必须制得高质量的熔模，这就设计到选择合适的模料、好的压型、合理的

18、制模工艺。,一、模料,1.对模料性能的要求 （1）熔点要适中，一般60100。 （2）流动性要好。 （3）软化点要高。 （4）收缩率小且稳定。 （5）强度和表面硬度要高。 （6）可焊性好且焊接强度高。 （7）涂挂性要好。 （8）灼烧后灰分小。 此外，还要求模料的密度小，回收方便，复用性好，无公害，来源丰富，价格低廉。,二、模料的种类、组成和性能,根据模料的熔点分为： 高温模料 熔点120 中温模料 60熔点120 低温模料 熔点60 根据模料主要组成分为： 蜡基模料 松香基模料 其它模料,一.模料原材料的分类,通常按化学结构分为： 石蜡：n1736 烷烃：CnH2n2 地蜡：n3753 硬脂酸

19、（C17H35COOH) 脂肪族化合物 脂肪酸：RCOOH 精制褐煤蜡 川蜡：C25H51COOC26H53 酯：RCOOR蜂蜡：C15H31COOC30H61 棕榈蜡：C25H31COOC30H61 松香：C20H30O 脂环族化合物 聚合松香 改性松香 424树脂 聚乙烯: -CH2CH2-n低分子聚乙烯n=3000-5000 高分子聚乙烯n600000 热塑性高聚物 EVA乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 聚苯乙烯（CH2CHC6H5)n 本体聚合 乳液聚合,松香：C20H30O的结构式为,EVA乙烯-醋酸乙烯酯共聚物,二.模料原材料的化学结构与性能,蜡的组成 蜡的物态变化及其膨胀和收缩的特点 原

20、材料的熔点、热稳定性、强度、收缩率、粘度 原材料的结晶性 原材料的互溶性 原材料的化学性能,蜡的组成,蜡：是一种由直链碳氢化合物和含氧碳氢化合物组成的复杂混合物。 一般来说，蜡由十几个至七十个碳氢单元的分子链组成,蜡的物态变化及其膨胀和收缩的特点,原材料的熔点、热稳定性、强度、收缩率、粘度,原材料的物理性能主要与分子链的长短、形式及分子极性有关。 1.分子链越长，分子间的引力愈大。 原材料的熔点、软化点、强度、硬度、粘度、收缩率增高。 2.直链分子中有支链时，降低分子间的作用力。 原材料的熔点、软化点、强度、硬度、收缩率降低，粘度增大 。 环链结构分子间作用力比直链的强 。 原材料的熔点、强度

21、高，收缩率较小，粘度大，性硬脆。 3.分子中存在极性基团时，增强分子间作用力。 原材料的熔点、软化点、强度、硬度、粘度增大、收缩率减小。,原材料的结晶性,定义：指它在凝固时是否呈晶形排列，是否有晶粒长大的可能性。 蜡的结晶能力取决于其分子结构和化学组成 1）分子结构越简单、越规则，蜡越易结晶。 2）具有极性基团的分子易于结晶。 3）分子链链节的柔顺性越好，蜡酸结晶能力越强。 4）蜡的化学组成愈纯，其结晶性越强，晶粒较粗大。,原材料的互溶性,定义：指熔融状态的两种或两种以上组元之间，固体组元在熔体中能互相溶解的性质。 有相似相溶的原则，互溶性与分子结构有关 1.分子结构相似的材料之间互溶性良好。

22、 2.分子结构相似而分子量差别大的两种材料可一定程度互溶。 3.分子结构和分子量差异大的物质不互相溶解 4.具有支链的高聚物比无支链的高聚物与其它物质间的互溶性好。,原材料的化学性能,直链饱和碳氢化合物，化学性质稳定。 具有极性基团和双键的有机化合物的化学活性大。 1.烷烃蜡化学性质稳定。 2.酸蜡液态时有明显的酸性，易发生置换反应、中和反应。 3.酯蜡的分子极性较小，其化学性质在常温下较稳定。 4.松香分子结构中存在双键，可进行氧化、加成和聚合反应 模料的老化或变质（树脂化）：模料在长时间过热条件下，都会不同程度的发生氧化或热解，即分子中的碳链发生分裂，生成分子量较小的烃类化合物和分子链较长

23、的不饱和化合物，这种化合物不稳定，能互相聚合成更大的分子，大分子又能分裂和聚合，最后形成含碳量很高的化合物。,三.模料中主要原材料的性能特点,1.蜡类的性能特点： 烷烃蜡：熔点较低，化学稳定性好，流动性好，具有良好的塑性；热稳定性不高，强度和硬度较低，收缩率较大，涂挂性较差，容易结晶。 酸蜡：热稳定性，强度和硬度都比烷烃蜡高，收缩率较小。由于酸蜡分子中带有极性基，故对涂料的润湿性好，而化学稳定性差，比烷烃蜡更易结晶。模料中添加酸蜡可提高模料的热稳定性、强度和硬度，改善涂挂性。 酯蜡：热稳定性、强度和硬度较高，收缩率较小。由于酯蜡分子带有极性基，故对涂料的润湿性较好，而化学稳定性差，比酸蜡更易裂

24、解。另一方面，分子链的柔顺性使酯蜡具有较强的结晶能力以及良好的熔融流动性。在蜡基模料中添加一定量的酯蜡能显著改善模料的性能。,2.松香类的性能特点： 普通松香、聚合松香和改性松香的 共同优点：是它们都是非晶型物质，收缩率极小，强度和硬度高，涂挂性好。 共同缺点：是粘度大，流动性很差，性脆。普通松香热稳定性和化学稳定性差，而聚合松香和改性松香在这两方面都较好，但改性松香和蜡的互溶性不好。添加这三种松香可降低模料的收缩率，增高强度和硬度。,3.热塑性高聚物的性能特点： 高分子聚乙烯用作模料时强度极高，热稳定性很好，韧性也好，但其熔点太高，流动性极差，收缩率很大。在较高温度下可溶于石蜡及地蜡，但与松

25、香、硬脂酸的互溶性不好。模料中添加高分子聚乙烯可提高模料的强度和硬度，也可提高模料的韧性。 低分子聚乙烯的熔点较低，强度较高，收缩率较小，流动性较好，与烷烃蜡的互溶性良好，但其热稳定性和硬度都比高分子聚乙烯低。在石蜡，硬脂酸模料中，低分子聚乙烯可替代硬脂酸，降低成本，提高强度和韧性。 EVA的结晶度较小，收缩率也较小，熔点较低，但弹性和韧性较高，在烷烃中的溶解度较大，表面光泽。作为改善模料性能的添加成分，EVA胜过高分子聚乙烯。 聚苯乙烯的性能取决于其聚合程度。它的熔点高(160 170)，强度高，热稳定性好，收缩率较小，宜作制模材料，也可用作添加成分。,四.典型模料的组成和性能,1.蜡基模料

26、 A.石蜡硬脂酸模料：,优点：模料熔点低，配制容易，互溶性良好，制备方便，制模和脱模简易，模料回收处理简单，复用性好。 缺点：模料的强度和热稳定性低，收缩率稍大，硬脂酸价格高且易于和碱性涂料发生皂化反应生成皂化物，影响模料和铸件质量。 适用范围：精度要求不高的小型铸件的熔模。,B.石蜡硬脂酸模料的改进,在模料中添加某些能与之互溶、熔点高的大分子有机物代替部分硬脂酸。在模料中起强化作用，提高模料的强度和热稳定性。 常用的方法： 1）采用度数高的石蜡，可提高模料软化点，强度和热稳定性。 2）在模料中加入聚乙烯、乙基纤维素、蜂蜡。,C.不含硬脂酸的蜡基模料,1.）使用低分子聚乙烯和褐煤蜡取代硬脂酸

27、石蜡低分子聚乙烯 955 2.）以松香、聚合松香、地蜡、取代硬脂酸 石蜡松香地蜡 404020 3.）模料中添加聚乙烯和EVA 4.）褐煤蜡基模料,2.松香基模料的组成和性能,选择松香作为模料的基体材料，主要是因为它具有比蜡高的强度和表面硬度、比蜡小得多的线收缩率、比热塑性高聚物低的熔点以及良好的涂挂性。但松香本身性脆易碎、粘性大、热稳定性不好以及在制模温度下流动性和成型性差。因此，需要对模料基体的性能加以改善。由于蜡类具有良好的流动性、成型性和塑性，并能与松香良好互溶，因而松香基模料中均加入适当比例的蜡，与松香组成复合基体。,3.其它模料,（1）塑料模料 聚苯乙烯，分子式（C6H5CHCH2

28、）n （2）尿素模料 分子式CO(NH2)2 熔点130134 （3）充填模料,二、模料的配制和回收,（一）.模料的配制 配制中注意的问题： 1.熔融时的加料顺序应根据各组元的分子间互溶关系来确定。 2.应严格控制温度升限和高温停留时间以及采用合适的熔化装置，防止模料的烧损和变质。,（二）模料的回收 模料回收的原因：硬脂酸变质导致模料性质逐渐恶化。如灰分增多，脆性增大，强度降低，流动性变差，收缩率增大，涂挂性变差，颜色由白变褐色等等。 回收的方法：1.盐酸（硫酸）处理法 2.活性白土处理法 3.电解处理法,三、熔模的制造和组装,（一）熔模的制造 熔模的好坏与压制设备和制模工艺有关。 1.制模工

29、艺 将模料注入压型的方法有： 自由浇注：使用液体模料，在重力下浇注。 可用于制造浇冒口系统熔模和尿素型芯 压注：在一定压力下，将液态、半液态、半 固态、固态模料压入压型的制模方法。 用于制造铸件的熔模,压注成型：以液态或半液态模料在 压注法分为： 低压力下压制成型。 挤压成型：以固态或半固态模料在 高压力下压制成型。 A.压注成型 常用模料的导热性差，凝固温度间隔大，因此，使用液态或半液态(糊状)模料压注成型时，在保证良好充填情况下，应尽量采用最低的模料温度和压型工作温度，以减小模料在凝固过程中的收缩，提高熔模的尺寸精度。通常，液态或半液态模料的压注温度为该模料液相线温度的0.8倍 例如：石蜡

30、和硬脂酸各50的低温模料的压注温度为4548； 松香基中温模料的压注温度为7085 压型的工作温度保持在1525 的温度范围。,压注压力的大小主要由模料性能、熔模结构特点以及模料压注温度和压型工作温度而定。如果模料的粘度大、流动性不好，则需要较高的压注压力；反之，压注压力可低些。 对于压制带有可溶型芯或陶瓷型芯的熔模，宜采用低粘度的液态或半液态模料在低压下压注，减小型芯周围的压力，以减少型芯的弯曲或断裂缺陷。 例如：蜡基模料压注压力为0.10.3MPa 保压时间 0.53min 松香基模料压注压力为0.71.2MPa 保压时间 0.53min,此方法的优点： 1）可生产形状复杂薄壁件熔模 2）

31、生产带有可溶型芯或陶瓷型芯的熔模 缺点： 1）熔模凝固时间长，生产率低 2）收缩较大，易变形,B.挤压成型 模料在凝固阶段产生的收缩直接影响熔模的尺寸精度。为了减少模料凝固时的收缩，采用低温高压法，即采用半固态或固态模料以高的压力强制挤压成型。 半固态或固态模料在正常条件下比较，但在高压下它像液体一样能流动，其特点是粘度大。因此，挤压成型时压力的大小取决于模料的粘度以及阻碍模料在注料孔和型腔中流动的摩擦阻力。 国外采用挤压比压可达10MPa以上，保压的比压为750MPa的范围，把模料在低温塑性状态下挤压入型腔，在高压下成型，以减小和防止熔模的收缩。,此方法的特点,优点： 1）熔模凝固时间短，生

32、产率高。 2）收缩小，熔模尺寸精度高，特别适于生产厚大截面铸件的熔模。,缺点： 要求专用油压式挤压机,在制模过程中，为了避免模料粘附压型，提高熔模表面光度应使用分型剂，特别是对松香基模料，其使用温度较高，松香的粘性大，更应重视分型剂的使用。 一般压制蜡基模料用变压器油或松节油；压制松香基模料用酒精和蓖麻油的混合液或钾皂液和有机硅油的混合液(乳化硅油) 。 在压型上涂抹分型剂时，要力求稀薄而均匀，否则，适得其反，会恶化熔模表面质量。,2.压制设备,A.柱塞式压蜡器 特点：方法简单，压力较小，生产率低。适于压蜡基模料小型熔模。,B.气压式压蜡器 特点：操作简单，适用于压蜡基模料。,液压活塞式压蜡器

33、 特点：压力较大，常用于压制松香基模料。,二、熔模的组装,1.焊接法 2.机械组装法,1.2型壳的制造,对型壳的性能要求： 强度 强度是型壳最重要，最根本的性能。型壳应具有足够的常温强度和高温强度。此外，型壳还应具有一定的表面强度，以免因浇注时液体金属的冲刷作用，内表面层酥松、剥落。 热稳定性 热稳定性亦称抗急冷急热性或抗热冲击性，它是指型壳抵抗因温度急剧变化而不开裂的能力。型壳应有良好的热稳定性，以经受焙烧、尤其是浇注时剧烈的热冲击作用。 高温下化学稳定性 高温下化学稳定性是型壳与高温液体金属接触时不发生相互化学作用的性能。 透气性 透气性是指气体通过型壁的能力。型壳应有一定的透气性，以便当

34、浇注时型腔内的气体能顺利通过排出，避免铸件产生浇不足、气孔等缺陷。 型壳的这些性能都与制壳时所用的耐火材料，粘结剂及 制壳工艺等有着密切的关系。,一.制壳用耐火材料,耐火材料三种用途：1.粉状耐火材料，它与粘结剂配制成耐火涂料；2.粒状耐火材料，供制壳时撒砂用；3.用作制造陶瓷型芯的原材料。 常用的耐火材料有：石英、石英玻璃、刚玉、铝硅酸盐、锆英石等。,对耐火材料的基本要求： 1.耐火材料必须具有高于金属浇注温度的耐火度，以及高的最低共熔点。 2.耐火材料的热膨胀性要小。 3.常温和高温下，耐火材料对粘结剂和熔融金属应具有良好的化学稳定性。,1.石英石英晶型转变,2.电熔刚玉,3.锆石 又称硅

35、酸锆。理论组成（质量分数)ZrO267.2%、SiO232.8%。通常含有杂质及微量稀土氧化物，熔点高达2430。它传热系数大、热膨胀系数小、热化学稳定性好，是一种性能优良的耐火材料，用于面层涂料。用于浇注不锈钢件的锆石，ZrO2质量分数应大于等于65%。,4.铝硅系耐火材料,耐火粘土。粘土的种类很多，归纳起来有：高岭类、蒙脱石类及伊利石类等三种。耐火粘土通常是指耐火度大于1580的高岭石。高岭石是高岭土的主要成分，其分子式为Al2O32SiO22H2O，理论组成（质量分数）是Al2O339.48%，SiO246.6%，H2O13.92。煅烧后是Al2O345.87%，SiO254.13%，。

36、纯高岭石为白色，密度2.6g/cm3，熔融温度17501787。 常用的耐火粘土主要有软质粘土和硬质土两种。软质粘土中的Al2O3质量分数一般为2532，结构疏松，胶质价高、粘结性好，可用于加固层涂料，但涂料粘度不稳定。软质粘土经800900煅烧，通常称轻烧熟料，涂料稳定性得以改善。,莫来石和莫来石化反应 (一)莫来石及其性能 莫来石(3Al2O32SiO2) 是SiO2Al2O3系中唯一稳定的化合物，其理论成分为Al2O371.8、SiO228.2。莫来石的熔点高（1870），熔点以下稳定存在，耐火度高；高温下化学稳定性好；线膨胀系数较电熔刚玉为小，抗激冷激热能力较高；高温抗变形能力强。因此

37、，莫来石是一种优良的制壳用耐火材料，可惜其天然产物很少。 由状态图可知， SiO2Al2O3系耐火材料在高温下均能向莫来石转化，即铝硅酸盐经过锻烧过和化学变化，最后都有可能变为以莫来石为主体的耐火材料。因此，要获得莫来石相，可通过锻烧高岭石或高岭石和铝矾土的混合料的方法，使之发生莫来石化反应。,高岭石的锻烧及其莫来石化反应,影响莫来石化反应的因素： 随着Al2O3含量的增加、煅烧温度的提高、保温时间的延长，莫来石的含量增多。 杂质Fe2O3和TiO2可促进莫来石化 CaO和Na2O可抑制莫来石化 煅烧温度一般在15501600,铝矾土,铝矾土的主要矿物组成是水铝石和高岭石,1.对粘结剂性能的基

38、本要求 (1)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。 (2)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。 (3)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，它不应与耐火材料氧化物相互作用而生成低熔点共熔物，以免降低型壳的高温强度，恶化铸件表面质量。 (4)应能很好润湿熔模，与模料不起化学反应，也不互相溶解，保证准确复制出熔模轮廓，使型壳内表面光滑。 (5)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。,二.制壳用粘结剂,粘结剂的分类,按其最后生成的氧化物的性质，可将熔模铸造的粘结剂分为三类： (一)酸

39、性粘结剂 广泛使用的硅酸钠(水玻璃)、硅溶胶和硅酸乙酯粘结剂都属于这一类。它们在高温下最后生成酸性氧化物SiO2,(二）中性粘结剂 这一类粘结剂主要指铝、铬、锆等金属盐类，例如，碱式硝酸铝、碱式硝酸铬、碱式氯化铝等。高温下转变为中性氧化物，如A12O3、Cr2O3、Zr2O3等。 (三)碱性粘结剂 属于这类粘结剂的主要有镁、钙等金属盐类，例如，硝酸钙、磷酸钙，磷酸镁等，它们在高温下生成碱性氧化物， MgO、CaO等。,熔模铸造生产中最常用的粘结剂是酸性粘结剂，即硅溶胶、水玻璃溶液和硅酸乙酯水解液。硅溶胶是SiO2胶体溶液；水玻璃是含有少量胶体SiO2的离子溶液；硅酸乙酯水解液是有机硅聚合物的大

40、分子溶液。,2.几种常用的粘结剂,1.硅酸乙酯 硅酸乙酯又称正硅酸乙酯，其分子式为 (C2H5O)4Si，是无水乙醇和四氯化硅作用而 成，化学反应式为： SiCl44C2H5OH= (C2H5O)4Si+4HCl 正硅酸乙酯局部水解反应，生成乙氧基硅醇，再发生自缩聚反应，形成聚乙氧基硅氧烷。故硅酸乙酯化学通式为： (C2H5O)2n2Sin1,硅酸乙酯32 单乙酯 5070 硅酸乙酯40 单乙酯 815,硅酸乙酯的水解和缩聚反应,硅酸乙酯本身并不是粘结剂，它必须经过水解成为水解液，才具有粘结能力。所谓水解反应就是硅酸乙酯中乙氧基(C2H5O)逐步被水中的烃基(OH)所取代，而取代产物又不断缩聚

41、的过程。,合格的硅酸乙酯粘结剂应是一种不完全水解和有限度缩聚反应的水解液,硅酸乙酯成分及其计算： 加入溶剂乙醇，催化剂盐酸,由于水解反应是放热反应，要防止温度过高，通常对硅酸乙酯32，T4252 硅酸乙酯40，T3242 温度过高，反应剧烈，有利于硅醇间缩聚反应，分子构型复杂，水解液粘度增高降低了水解液的稳定性。常采用的措施: a.温升快时，减慢硅酸乙酯的加入速度。 b.用水冷却水解容器的外壁。 c.强烈搅拌。 使用前需测定水解液中SiO2、HCl的含量及粘度 粘度 一般为 （46）106m2/s 8 106m2/s 不能用于面层涂料 10 106m2/s 不能用作强化剂,2.水玻璃,水玻璃（

42、Na2OmSiO2nH2O）的商业名称又叫泡化碱。是一种无色透明的粘滞性液，由于各种杂质，市售水玻璃外观呈青灰色或微红色。水玻璃（硅酸钠水溶液）,PH值为11.5 左右，冰点214，冻结了的水玻璃化冻后性质不变。 反应原理： Na2CO3mSiO2 1200 Na2OmSiO2 CO2,水玻璃的胶凝原理,1.硅酸钠的水解和单硅酸的缩聚 Na2SiO33H2O2NaOH+Si(OH)4Q Si(OH)4的电离平衡：,2.水玻璃的胶凝及其影响因素,盐类金属阳离子具有架桥缩聚的作用,水玻璃的工艺性能,1.模数 水玻璃模数是SiO2物质的量与Na2O物质的量之比值，即,2.比重,水玻璃密度表示溶液中硅

43、酸钠的浓度。水玻璃制造厂习惯用波美（*Be）来表示，二者可用下式换算：,粘度,粘度与模数、密度、温度有关，,水玻璃处理的目的,模数过低，水玻璃溶液中SiO2的含量和硅酸的浓度低，用这样的粘结剂制造的型壳经硬化后，由于没有足够数量的硅酸凝胶，不能保证型壳的粘结强度，对水敏感，型壳脱模时难以承受热水（汽）的作用。 模数过高，易使型壳产生裂纹、恶化涂料层渗透硬化的条件以及降低涂料的稳定性。 当模数一定时，比重大表明水玻璃中SiO2 的绝对含量高，用此粘结剂所制型壳的强度高。 水玻璃的比重过大，所配制的涂料粘度也过高，影响型壳内表面的质量，并降低渗透硬化的能力。,水玻璃处理工艺：先将称量好的水玻璃放在

44、搅拌器中，将氯化铵(或盐酸)和水配成的溶液逐渐加入不断搅拌的水玻璃中，此时会析出白色的胶凝物，它是硅酸胶体和氯化钠的混合物。加完溶液后，继续搅拌半小时左右，白色胶凝物迅速溶解。处理后的水玻璃静置一段时间，即可用来配制涂料。为提高涂料的涂挂性，可向涂料中加入约005非离子型或阳离子型表面活性剂；如农乳130,3.硅溶胶,硅溶胶是二氧化硅的溶胶，由无定形二氧化硅的微小颗粒分散在水中而形成的稳定胶体。 制备方法：离子交换法 硅溶胶是一种淡青色或乳白色的溶胶，其中的浓度一般为2050，胶体粒子基本为球形。,硅酸的缩聚过程,硅溶胶的Si02含量、Na20含量、密度、pH值、粘度及胶粒直径几个参数是其主要

45、物化参数，影响其性能,硅溶胶中Si02含量及密度都反映其胶体含量的多少，即粘结力的强弱。,而硅溶胶中Na20含量和pH值则反应了硅溶胶及其涂料的稳定性,硅溶胶的粘度反应其粘稠程度，将影响所配涂料的粉液比，粘度低的硅溶胶可配成高粉液比涂料，所制型壳表面粗糙度值低、强度较好,硅溶胶的另一参数是胶体粒子直径，它影响硅溶胶稳定性和型壳强度。粒子越大，溶胶稳定性越好，但凝胶结构中胶粒接触点越少，凝胶不致密，型壳强度低。,硅溶胶的胶凝,影响溶胶稳定性的因素主要有：电解质、pH值、溶胶的浓度、温度 1.加入电解质，调节其PH，降低溶胶的稳定性，增加粒子相互碰撞的机会，导致胶凝的发生。 优点：胶凝速度快 缺点

46、：胶凝的强度低，且因混入电解质，可能会降低型壳的耐火度和高温强度。,2.干燥法 利用硅溶胶稳定性随浓度的增加而降低，使水分不断减少，SiO2浓度逐渐增加。,硅溶胶杂质含量少，粘度很低，性能稳定，可直接使用，配制的涂料稳定性好，制壳时只需干燥而不需氨干，操作简便，环境卫生，型壳高温强度更好。 但水基硅溶胶涂料对蜡模润湿性差，需加入润湿剂等改善涂料涂挂性；干燥速度慢、湿强度低，制壳周期长影响了生产效率。但硅溶胶仍是优质粘结剂，与硅酸乙酯水解液一样是熔模铸造制壳用主要粘结剂。,三.制壳工艺,1.模组的除油和脱脂 2.上涂料和撒砂 3.干燥和硬化 4.脱模和焙烧,模料大多是憎水性的，因此，为了提高涂料

47、润湿模组表面的能力，需将模组表面油污去除。 常用方法： 先将模组浸泡在中性肥皂片或表面活性剂的水溶液中洗涤，模组自浸泡液中取出，用水清洗干净，晾干即可。,2.上涂料和撒砂,上涂料 涂料搅匀，减少耐火材料的沉淀调节好粘度或密度。 采用浸涂法 模组上多余涂料不再流淌时即可。,撒砂 目的:用砂粒固定涂料层，增加型壳厚度，获得必要的强度；分散型壳在后续工序中可能产生的应力；造成粗糙的背面使后续的涂料层能很好的粘附；提高型壳的透气性。 常用方法：雨淋式、流态化撒砂,3.干燥和硬化,1）硅酸乙酯水解液型壳的干燥和硬化 硅酸乙酯粘结剂涂料层的干燥，实质上是粘结剂中的乙氧基组在潮湿空气或碱性介质中的反应以及溶

48、剂的蒸发过程。涂料层干燥过程中发生如下的物理和化学变化： (1)溶剂的蒸发过程：硅酸乙酯粘结剂通常以乙醇或丙酮作溶剂，由于它们比水更易挥发，涂料层的表面干燥较快。随着型壳在空气中存放时间的推移，涂料层内部所包含的溶剂逐渐由内层向外层扩散，而后再从涂料层表面蒸发掉。型壳周围介质即空气中溶剂蒸汽的浓度愈小，则溶剂的蒸发越快。需要指出，溶剂的蒸发速度与空气相对湿度大小无关，但与其本身特性有关，例如，丙酮比乙醇蒸发快。,（2）硅酸乙酯继续水解和缩聚 硅酸乙酯在水解过程所进行的缩聚反应是有限度的，得到的产物是线型聚乙氧基硅氧烷。在型壳干燥阶段，由于水分和催化剂(潮湿的空气和氨气)的作用，这种线型聚乙氧基硅氧烷将发生继续水解和缩聚反应，转变为体型缩聚物，这一过程称为体型缩聚。,溶剂蒸发速度与继续水解和缩聚速度的关系 型壳在干燥期间，溶剂的蒸发过程与粘结剂中线型高聚物的继续水解和缩聚过程，都在一定条件下以一定的速度进行，并且彼此有联系。 A.当溶剂的蒸发速度小于粘结剂继续水解和缩聚速度时，粘结剂已固化，而其中的溶剂还要继续蒸发。随着溶剂的蒸发，胶膜体积发生收缩，在固化了的胶膜内产生应力，这就可能使型壳层产生许多微小裂纹而降低其强度。,B.反之，溶剂的蒸发超前于粘结剂的继续水解和缩聚，在此