热加工工艺--铸造 (5)

1、四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering热加工工艺热加工工艺楊楊 剛剛复旦大学四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering 四川大学制造科学与工程学院热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛石膏型铸造石膏型铸造是是2020世纪世纪7070年代发展起来的一种精密铸年代发展起来的一种精密铸造新技术。可分为造新技术。可分为两类两类：2.1 概述熔模石膏型精密铸造拔(取)模石膏型精密铸造一第二章 石膏型铸造热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛熔模石膏型精密铸造熔模石膏

2、型精密铸造一种以石膏为胶凝材料的实体熔模铸造法。将熔模组装，并固定在专供灌浆用的砂箱平板上，在真空下把石膏浆料灌入，待浆料凝结后经干燥即可脱除熔模，再经烘干、焙烧成为石膏型，在真空下浇注获得铸件热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛石膏型精密铸造工艺过程 热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛工艺特点在真空下灌注成型，其充型性优良，复模性优异，型精确、光洁，可灌注大型复杂铸件用型铸件易形成气孔、浇不足等缺陷，应注意合理设置浇注及排气系统充型时合金液流动保持时间长，适宜生产薄壁复杂件。铸型激冷作用差，当铸件壁厚差异大时，厚大处容易出现缩松、缩孔等缺陷热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛 应用范围u 石膏型精密铸造适于生产尺

3、寸精确、表面光洁的精密铸石膏型精密铸造适于生产尺寸精确、表面光洁的精密铸件，特别适宜生产大型复杂薄壁铝合金铸件件，特别适宜生产大型复杂薄壁铝合金铸件u 也可用于锌、铜、金、银等合金铸件也可用于锌、铜、金、银等合金铸件u 铸件最大尺寸达铸件最大尺寸达10002000mm、重量、重量0.03908kg，壁厚壁厚0.81.5mm（局部（局部0.5mm）石膏型精密铸造己被广泛应用于航空、宇航、兵器、电子、船舶、仪器、计算机等行业的零件制造热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛2.2 石膏型精密铸件工艺设计3）收缩率 1）铸造斜度：同熔模铸造 2）加工余量 石膏型精密铸件的加工余量 (mm)熔模收缩率0.40.6

4、，石膏型脱水收缩率00.5金属收缩率1.11.3时，综合线收缩率1.52.0（1）石膏型精密铸造工艺参数选择热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛（2）浇注系统设计3、合理设置冒口，保证补缩2、要保证合金液在型腔中流动平稳，顺利充满型腔，避免出现涡流、卷气现象4、脱模时浇注系统应先脱模，减小熔模对石膏型的膨胀力5、浇注系统在铸件凝固过程中应尽可能不阻碍铸件收缩，以防止铸件变形和开裂石膏型精密铸造浇冒系统要求1、有良好的排气能力，能顺利排出型腔中气体，在顶部和易憋气处要开设出气口热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛浇注系统类型选择浇注系统顶 注 中间注对高度大的薄壁筒形、箱形件也可用阶梯式阶梯式浇注系统底 注 热

5、加工工艺热加工工艺楊剛楊剛12熔模模料水溶性模料2.3 石膏型精铸工艺模料选择（1）热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛熔模模料熔模模料对一般中小型铸件可使用熔模铸造通用模料；大中型复杂铸件、尺寸精度高和表面粗糙度小的铸件应使用石膏型精铸专用模料水溶性模料水溶性模料制作复杂内腔、无法用金属芯形成时，应使用水溶芯或水溶石膏芯来形成内腔。常用的水溶性模料有尿素模料、无机盐模料等热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛石膏型精铸专用模料配方（wt %）热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛模样制作（2）熔模压制工艺与熔模铸造相同一般水溶尿素模料、无机盐模料及水溶石膏芯都是灌注成形水溶性陶瓷芯一般是将各组分先混制成可塑配料，再加压

6、成型，经700左右烧结后待用热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛石膏选择（3）1、石膏天然石膏为CaSO42H20，又称二水石膏。二水石膏有七种变体。型半水石膏做石膏铸型更为合适。除石膏种类外，影响石膏强度的因素还有石膏的细度、水固比、水温、搅拌时间等热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛 工业生产条件下二水石膏的相变热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛2、填料为使石膏型具有良好的强度，减小其收缩和裂纹倾向，需要在石膏中加入填料。填料应有合适的熔点、耐火度、良好的化学稳定性、合适的线膨胀率、发气量少、吸湿性小等热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛石膏型用填料及性能热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛3、添加剂为提高石膏型焙烧后强度，改

7、变石膏型凝结时间和清理性，改变其线膨胀率等，需在石膏浆料中加入添加剂可作为增强剂、促凝剂、缓凝剂、减缩剂等热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛 1. 石膏浆料的成分配比石膏型制备（4）生产中常用几种石膏浆料的成分配比热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛 2. 石膏浆料的制备石膏浆料的制备和操作要点热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛3. 真空灌浆为提高浆料的充填能力，应在真空条件下灌浆。先将有模组的箱框放入灌浆室中，将真空抽到0.06MPa。开启与搅拌室连接的二通阀使浆料平稳地注入箱框中，灌浆时间一般不超过1-1.5min。灌完后立刻破真空，取出石膏型，静置1-1.5h，使其有一定强度热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛浆料

8、制备设备简图1真空阀 2一真空计 3一蜡模 4砂箱 5灌浆室 6灌浆阀 7混合料搅拌桶热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛4. 干燥与脱蜡将石膏型自干24h以上，使水分散逸，强度增加。然后用蒸汽或远红外脱蜡，脱蜡温度100左右，脱蜡时间1-2h。把脱蜡后的石膏在80-90流动空气中干燥10h以上，或在大气中干燥24h以上热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛5. 石膏型焙烧石膏型焙烧的主要目的是去除残留于石膏型中的模料、结晶水以及其它发气物，同时完成石膏型中一些组成物的相变过程，使其体积稳定。焙烧炉可用天然气炉、电阻炉热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛 石膏型焙烧工艺热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛合金熔炼及浇注（5）合

9、金熔炼及浇注1.合金熔炼：石膏型精密铸造以铝合金为主，一般适用于砂型铸造的铝合金亦能用于石膏型精铸，其中以铝硅类合金用得最多。为获得优质的铝铸件，一定要采用最有效的精炼除气工艺和变质处理方法2.浇注工艺参数：金属液的浇注温度和石膏型温度两者应合理配合，以取得优良铸件质量。石膏型温度可控制在150300之间；铝合金浇注温度一般在700左右；大型薄壁铸件浇注温度可适当提高3.铸件清整：对大型复杂薄壁铝精铸件必须进行细致的清理、修补和校正等工作热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛陶瓷型铸造是在砂型熔模铸造的基础上发展起来的一种新工艺造型材料造型材料：利用质地较纯、热稳定性较高的耐火材料利用质地较纯、热稳定性

10、较高的耐火材料粘结剂：粘结剂：硅酸乙酯水解液。在催化剂的作用下，经灌硅酸乙酯水解液。在催化剂的作用下，经灌浆、结胶、起模、焙烧等工序制成浆、结胶、起模、焙烧等工序制成采用此法浇出的铸件，具有较高的尺寸精度和较细的表面采用此法浇出的铸件，具有较高的尺寸精度和较细的表面粗糙度，故此法又称粗糙度，故此法又称陶瓷型精密铸造陶瓷型精密铸造3.1 概述概述一第三章 陶瓷型铸造热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛表面再灌陶瓷浆料以制陶瓷型表面再灌陶瓷浆料以制陶瓷型陶瓷型铸造方法陶瓷型铸造方法a、全部用陶瓷浆料制造的陶瓷型b、带底套的陶瓷型砂底套金属底套（1） 陶瓷型铸造的实质热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛a、全部用陶

11、瓷浆料制造的陶瓷型待浆料一旦出现弹性即可进行起模（e）小型陶瓷型铸件，常采用全部以陶瓷浆料制造的陶瓷型将模型固定于模板上（a）套上砂箱（b）将预先调好的陶瓷浆料倒入砂箱（c）将上表面刮平并等待结胶硬化（d）待火熄灭后，移入高温炉中焙烧 即成所需的陶瓷型点火喷烧（吹压缩空气助燃）（f）热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛 全部采用陶瓷浆料造型过程示意图 a) 模型 b)准备灌浆 c)灌浆 d)结胶 e)起模 f)喷烧 1模型 2砂箱热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛b、带底套的陶瓷型陶瓷型用材料常为刚玉粉、硅酸乙脂等，其价格较贵，且粒度细透气性差，故生产中常采用带底套的复合铸型，即与液体金属直接接触的面层灌注

12、陶瓷浆料，而其余部分用砂套或金属套代替热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛生产上应用最广泛的是CO2水玻璃砂底套陶瓷型CO2水玻璃砂底套强度高、透气性好、制作简便特殊之处！：事先要准备两个模型热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛一个用于灌陶瓷浆料的铸件模（A模）另一个用于制造底套（B模，其尺寸较A模大）热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛采用水玻璃砂套的陶瓷型制作过程a)模型 b)准备造型 c)填充水玻璃砂 d)水玻璃砂底套 e)准备灌浆 f)灌浆 g)结胶 h)起模 I)喷烧1-模型 2-砂箱 3-水玻璃砂4-排气孔 5-灌浆孔 6-陶瓷浆 7-空气喷嘴热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛（2） 陶瓷型铸造的优缺点熔模铸造

13、受工艺限制，浇注的铸件重量最大只有几十公斤；陶瓷型铸件最大可达十几吨陶瓷型铸造的优点1铸件表面光洁度高铸件表面光洁度高2铸件的尺寸精度高铸件的尺寸精度高陶瓷型采用热稳定性高、粒度细的耐火材料，表面粗糙度为Ra=1.612.5um，远高于砂型陶瓷型采用灌浆并在陶瓷层处于弹性状态下起模，陶瓷高温变形小，铸件尺寸精度可达CT6CT83可铸大型精密铸件可铸大型精密铸件4投资少、投产快、周期短投资少、投产快、周期短热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛陶瓷型铸造的缺点1原材料价格昂贵2不适于浇注批量大、重量轻、形状复杂的铸件3生产工艺过程难于实现机械化和自动化热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛（3） 陶瓷型铸造的使用范

14、围陶瓷型铸造已成为大型厚壁精密铸件生陶瓷型铸造已成为大型厚壁精密铸件生产的重要方法，广泛用于铸造冲模、玻产的重要方法，广泛用于铸造冲模、玻璃器皿模、压铸模、锻压模、金属型、璃器皿模、压铸模、锻压模、金属型、热芯盒、工艺品等表面形状不易加工的热芯盒、工艺品等表面形状不易加工的铸件的生产铸件的生产热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛。3.2 陶瓷型铸造工艺陶瓷型铸造工艺 （1）陶瓷型铸造工艺流程 陶瓷型铸造的工艺流程热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛（2）陶瓷型所用造型材料 陶瓷型所用造型材料包括耐火材料、粘结剂、催化剂、脱模剂、透气剂耐火材料、粘结剂、催化剂、脱模剂、透气剂等耐火材料耐火材料粘结剂粘结剂催化剂

15、催化剂陶瓷型所用耐火材料要求杂质少、熔点高、高温热膨胀系数小。可作陶瓷型的耐火材料有刚玉粉、铝矾土、碳化硅及锆砂粉等陶瓷型常用的粘结剂是硅酸乙酯水解液。为防止陶瓷型在喷烧及焙烧阶段产生大的裂纹，在水解时常加入0.5%左右的醋酸或甘油陶瓷浆料所用的催化剂有氢氧化钙、氧化镁、氢氧化钠以及氧化钙等热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛脱模剂脱模剂透气剂透气剂常用的脱模剂有上光蜡、变压器油、机油、有机硅油及白凡士林等。使用时用软布蘸上光蜡，均匀涂抹模型表面，然后用机油涂擦均匀常用透气剂为双氧水，加入量为耐火粉料重量的0.20.3。加入后双氧水迅速分解放出氧气并形成细微气泡，提高透气性热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛

16、 （3）陶瓷浆料配制及灌浆铸造尺寸和光洁度要求高的合金钢锻模、压铸型、玻璃器皿模具 1耐火材料的选择采用价格较便宜的铝矾土或石英粉作为耐火材料采用耐高温的、热稳定性好的刚玉粉、锆砂粉或碳化硅作为陶瓷型浆料的耐火材料铸铁件或铝铸件热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛正确选择耐火材料粒度组成提高陶瓷型表面光洁度、尺寸精度和强度防止铸型裂纹选择选择原则原则小件、光洁度要求高的铸件，粒度细的耐火材料多用一些；反之，则用一些粒度粗的耐火材料热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛 2浆料的配制与灌浆耐火材料与硅酸乙酯水解液的配比要适当粉料过多水解液少，则浆料太稠，流动性太差而无法灌浆。即使勉强成型，铸型上也会产生大的裂纹粉

17、料过少而水解液多则浆料太稀，灌浆后容易出现分层，浆料硬化时收缩大强度低，且浪费水解液耐火材料与水解液的配比热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛配陶瓷浆料时，先用量杯量好水解液，然后缓慢倒入称好并混有催化剂的耐火粉料，边倒边搅，使耐火粉料和水解液混合均匀，当混合料出现结胶迹象时，立即灌浆热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛注1.开始结胶的时间与灌浆的时间对陶瓷型质量有很大影响2.催化剂含量和室温对结胶时间也有影响3.灌浆过迟过早都不好。过迟，浆料可能在容器里结胶；过早，浆料易在型腔内分层，影响质量4.开始结胶的时间可通过预配小样测定热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛 3灌浆灌浆时，浆料倒入速度不应过快，以防卷入空气，

18、应边灌浆边振动，以排除浆料中的气体配料时陶浆的用量计算：Q所需陶瓷浆料的重量（kg）F铸件模型的表面面积（m2）h 灌浆层的厚度（m） 浆料的重度（N/m3)，通常取2热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛 4起模热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛从陶瓷型中取出模样有时需要较大的力量，而手工起模困难，常需螺栓起模工具 螺栓起模工具1-角铁 2-垫块 3-螺母 4-起模螺栓 5-垫块 6-模样 7-陶瓷型 8-砂套热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛5喷烧起模后应立刻点火并吹压缩空气进行喷烧，使陶瓷型的表面有一定的强度和硬度。喷烧的结果使型腔的表面形成无数网状的显微裂纹，有利于提高陶瓷型的透气性和型腔尺寸的稳定性热加工

19、工艺热加工工艺楊剛楊剛 6焙烧焙烧的目的是使陶瓷型内残存的乙醇、水分和少量的有机物烧去，使陶瓷层的强度增加全部由陶瓷浆料灌制的陶瓷型，焙烧温度可达800，焙烧时间2-3h，出炉温度应在250以下，以防产生裂纹带有水玻璃套的陶瓷型，焙烧温度（烘干）在350-550热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛 7浇注与清理陶瓷型浇注时应注意挡渣。浇注温度和浇注速度可比同类型的砂型铸件稍高。陶瓷型铸件最好待冷却至室温时再打箱，以防止铸件产生裂纹与变形热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛4.1 概述（1）V法造型的实质V法造型即V法(VProcess)，是一种真空密封造型铸造方法，又称负压造型(Vacuum Sealed M

20、olding)，是依靠铸型内部大气压差将干散的沙粒紧固在一起，保持一定形状，得到具有一定强度铸型的物理造型法一第四章 V法造型热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛将带有抽气室的砂箱放上 a 将预先加热好的塑料薄膜在负压作用下，吸贴到模样、模板的整个表面上，然后在薄膜上均匀地喷上快干涂料 充填不加粘结剂、水分及附加物的干沙，边加砂边微振，以保证干沙填满砂箱。然后刮平，并在砂箱顶部再覆盖塑料膜，通过砂箱箱壁抽真空b c V法造型工艺过程热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛翻箱、起模。由于大气压力的作用，塑料薄膜均匀地贴在砂型上，使型砂处于紧实状态，取出模样d e 合型。铸型的负压状态一直维持到浇注、铸件凝固完成后

21、。负压解除后，铸型自行溃散，从铸型干砂中取出铸件 热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛V法造型工艺过程示意图a)覆盖塑料薄膜 b)套砂箱 c)加砂、造型 d)起膜 e)合箱1-吸气箱 2-模样 3-砂箱 4-砂 5-型腔热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛优点：（1）干砂造型，简化了砂处理，旧砂回收率达95%以上（2）在模样表面覆盖薄膜，模样不与砂型直接接触，便于起模，模样起模斜度很小或没有，提高了铸件尺寸精度，减少了对模样的磨损（3）在负压下浇注，金属液流动性好，可浇出2-3mm的薄壁铸件（4）不必采用振动落砂等设备，改善了车间环境 （2）V法造型的特点热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛造型操作复杂，小铸件造型生

22、产率不高需对铸型保持负压，对机械化流水线生产带来一定困难塑料薄膜的伸长率和成形性的限制，影响了该法应用范围的扩大 缺点缺点 热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛（3）应用范围 用于生产中等大小铸件 形状简单较精密的铸件 可用于铸铁、铸钢和非铁合金 各种批量生产热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛4.2 工艺装备V法造型工艺装备示意图1电动机 2水环式真空泵 3、5真空表 4滤气罐 6分配罐 7抽气支管 8薄膜烘烤器 9模样 10模板 11微震台 12砂箱热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛（1）型板及模样 模样和型板上均开设了通气孔与抽气箱相通，通气孔直径0.22mm，孔距2050mm模样做成空心，为增加模样强度和刚

23、度，内部应设加强筋一般情况下，模样不留或少留起模斜度，斜度一般为1/1001/80模样装在型板上，模样底部装在抽气箱上热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛l 模样结构对吸模成型有重要影响模样结构模样结构局部强化抽真空吸膜成型辅助成型局部预成型热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛辅助成型：对模样深凹槽处，覆面膜时人工用一块木板或泡沫塑料的压块将面膜压向深凹处，再接通真空吸覆面膜，可使模腔成形深度增加1-2倍局部预成型：对于浇冒口等，可预先包裹塑料薄膜，再用胶带缠绕固定热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛局部强化抽真空吸膜成形：对某些难以吸膜成形的凹腔部位，可在模样上采用强化抽真空结构，在难成形的型腔背后单独设置一抽气室

24、，并设一专用通气道，覆薄膜时该处先抽气，以强化其吸膜，便于成形局部强化抽真空示意图1抽气箱 2模样 3局部强化抽真空部分 4局部抽真空气道热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛（2）微振振实台可用可调式电磁振动器（3）薄膜烘烤器可使用远红外板作加热元件，效率高；也可用火焰或电阻元件加热烘烤热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛 V型用干砂应具有良好的流动性，以便各处充填紧实，保证铸型各处有良好的强度整个浇注成型过程在负压下进行，铸型不存在透气性不足的问题一般多采用较圆整的硅砂，70/140筛号，砂粒集中度80%，水的质量分数0.5%4.3 V法造型工艺（1）干砂热加工工艺热加工工艺楊剛楊剛（2）塑料薄膜 塑料薄膜=铸型内表面用面膜+铸型背面用背膜 V法造型的塑料薄