模料选择及熔模制备

1、课题名称模料选择及熔模制备课次授课日期授课班级授课地点教学目的与要求学习目标：1.了解所讲不同模料的特点。2.掌握模料配制方法。3.掌握蜡模压制技术要点和组焊方法。4.了解两种脱蜡形式的特点。5.掌握模料回收再生技术。能力目标：能根据铸件特点正确选择合适的模料和配制模料，能正确压制蜡模和组焊模组，能选择合理的方法对模料进行回收和再生。素质目标：使学生具备整体思维意识，培养学生大局观以及团队合作能力。重点难点及解决方法重点：1. 模料的配制2. 蜡模的压制难点：1. 模料回收与再生教学设计（方法、教具、手段、内容）方法：讲授教具：模料样品 模组手段：多媒体内容：一、模料选择二、模料的配制三、蜡模

2、压制四、熔模组装五、脱蜡六、模料回收与再生课外作业阅读相关章节，浏览精品课程网站模料选择及熔模制备模料选择及熔模制备授课内容 一、模料选择二、模料的配制三、蜡模压制四、熔模组装五、脱蜡六、模料回收与再生15min25min20min15min20min15min模料选择及熔模制备授课内容备注一、模料的选择1.蜡基模料 以石蜡硬脂酸，石蜡聚烯烃为代表。特点：此类模料一般成分比较简单，成本较低，便于脱蜡和回收，但制成蜡模的质量和尺寸稳定性较差，多用于铸件质量要求较低的民用产品。石蜡聚烯烃里面包括聚乙烯或者EVA，石蜡占95%以上，聚烯烃占5%以下。2. 树脂基模料（松香基模料） 以松香和改性松香基

3、为代表。 特点：此类模料一般成分比较复杂，成本较高，但制成蜡模的质量和尺寸稳定性较好，多用于铸件质量要求较高的军用或商用精密铸件。我们航空部的一些企业常用这些模料。3.填料模料在模料本体中均匀混入一定数量（20%40%）与之不相溶的填料（例如固体粉末或水等），其主要作用是减小蜡模收缩和缩陷。4 .水溶性模料由遇水溶解或溃散的材料制成的模料，主要用来成形蜡模的内腔和孔洞（主要是用来做型芯的，而不是做蜡模）。有尿素基和聚乙二醇基两种，前者价格便宜，但效果较差，后者较贵，但效果好。所谓效果好是说做出来的型芯表面质量好，生产效率比较高对比选择：蜡基模料为低温模料，熔点大概为6070，主要适用于小件和尺

4、寸精度、表面粗糙度要求不高的普通铸件。本情境选择的模料为石蜡：硬脂酸=1：1的蜡基模料。二、模料的配制1.模料配制目的 模料配制目的是将组成模料的原材料按规定的配比混成均匀的一体，并使模料的状态符合压注熔模的要求。工艺正确与否直接影响模料的性能，从而影响熔模和铸件的质量。2.模料配制工艺 配制蜡基模料和松香基模料时常用加热熔化和搅拌的方法，把模料熔成液态充分搅拌，滤去杂质，保温情况下静置，让液态模料中的气泡逸出。如模料的使用状态为液态，则可直接送入压蜡机中供压制熔模用。如模料的使用状态为糊状（固液态），则熔化后的模料需在过滤后，通过边冷却边搅拌的方法制成糊状供压制熔模使用。熔化蜡基模料的加热槽

5、1-绝热层 2-温度计 3-盖 4-模料 5-水 6-化蜡桶 7-电热器 5-水 6-化蜡桶 7-电热器蜡基模料的熔点都低于100，为防止模料在加热时温度过高而出现分解、碳化变质的现象，常通过热水槽、油槽、甘油槽或水蒸汽对模料加热。 图示就是一种用水槽加热熔化模料的装置。通过电热器7把水加热，以水为媒介，把热量通过化料桶传给模料4，将模料熔化。如将该装置中电热器和水除去，在水箱中通入压力蒸汽，便可将此装置改装成通汽熔化模料的装置。模料的搅拌大多采用旋转浆叶搅蜡机。搅拌过程中浆叶一边旋转，一边又可在蜡料中上下移动，以使模料中固液相分布均匀。固相颗料应尽可能小，以提高熔模的表面光洁程度。搅拌时应使

6、模料自由表面平稳，防止卷入过多空气，在模料中形成大的气泡，造成熔模表面因气泡外露而出现的孔洞。搅蜡机1-电动机 2-弹簧联轴器 3-轴承座 4-轴 5-叶轮 6-模料 7-支座 8-升降电动机 9-支座 10滑板 8-升降电动机 9-支座 10滑板4-轴 5-叶轮 6-模料 7-支座 8-升降电动机 9-支座 10滑板图示为活塞搅拌蜡基模料的方法。活塞上有小孔，活塞上下移动，迫使模料通过孔洞在活塞缸内窜来窜去。活塞缸浸泡在恒温的水槽中，在缸内凝结的模料，被活塞刮下，混入模料之中，并被挤在活塞孔中粉碎成小质点，形成糊状模料。在活塞搅拌时，还可在活塞缸内预留一定体积的空间，空间中的空气在搅拌情况下

7、以微细气泡形式均匀分布在模料之中。这样可进一步减小模料的收缩率。活塞搅拌蜡基模料1-活塞 2-模料为减小模料在压型中的收缩，防止形成熔模的收缩性缺陷，提高制模效率，常用糊状蜡基模料压制熔模。糊状模料可在液态模料连续冷却或保温的情况下，通过搅拌直接制成糊状，对石蜡-硬脂酸模料而言，糊状模料的温度为4248。也可用在液态模料搅拌过程中加入小块状、屑状或粉状模料的方法制备糊状蜡基模料。料 锭破 碎加入固体模料碎末称 料熔 化搅 拌成糊状蜡料备用过 滤石蜡基模料配制工艺 按比例称取石蜡及硬脂酸； 将石蜡、硬脂酸放入干净的电热水浴式不锈钢或者铝制坩埚内通电熔化，熔化温度不超过90；待模料全部熔化后，搅拌

8、均匀；用11号（270目）筛过滤去除模料中的杂质将过滤过的模料加入固体模料片或者碎末，搅拌成均匀的糊状（模料温度保持在4248）3、 蜡模的压制1. 熔模压制工艺 生产中制造熔模有自由浇注成型及压制成型两种方法。自由浇注成型常用于制造可溶性尿素模和要求不高的浇注系统熔模。自由浇注时使用液态模料，浇道的熔模和可溶尿素质型芯都用自由浇注法制造。压注时模料可为液态、半液态（糊状）、半固态（膏状）和固态。半固态和固态（粉状、粒状或块状）挤压成形是利用低温时模料的可塑性，用高的压力使之在压型中形成一定的形状，具有生产效率高、收缩小、熔模尺寸精度高的优点。但只适用于制造厚大截面、形状简单的熔模，且要有专门

9、的压力机。目前生产中主要采用糊状模料和液态模料压注形成铸件的熔模。压注熔模前，需在清洁的压型型腔表面涂抹薄层分型剂，以便自压型中取出熔模和细化熔模的表面粗糙度。在压注糊状蜡基模料时，常用的分型剂有变压器油和松节油；在压注糊状松香基模料时可用蓖麻油和酒精各半的溶液，含硅油质量浓度为2%的溶液可用于松香基模料的液态和糊状压注。用的较为普遍的模料压注方法有以下三种。柱塞加压法，如图1-8所示。其中a，b两图示出了将模料装入压料筒的方法，c图是手工压注熔模的示意图。此法易行，所需装备简单。小规模生产压注糊状蜡基模料时，常用此法。也常把装好模料和柱塞的压料桶和压型放在手工台钻的工作台上，用台钻上部的主轴

10、给柱塞加压，进行压注。图1-8 柱塞压注熔模示意图（a） 抽柱塞将模料抽入压料筒 （b）从压料筒上口装模料 （c）手工压注1-柱塞 2-压料筒 3-模料 4-保温槽 5-压型活塞加压法，示于图1-9中。其中a图所示为利用活塞压注模料的过程，b图所示为使用的台式压力机，用压缩空气作动力，把气缸中活塞下压，压杆施力于压注活塞上，把模料注入压型。此法常用来小规模地把松香基糊状模料压注成熔模。图1-9 活塞加压法压注熔模和使用的压力机（a）活塞加压法示意 （b）加压用台式压力机1-压注活塞 2-压型 3-气缸活塞 4-压杆 5-气阀气压法，示于图1-10中。模料置于密闭的保温罐中，向罐内通入压力为（0

11、.20.3）MPa的压缩空气，将模料经保温导管压向注料头。制熔模时，只需将注料头的嘴压在压型的注料口上，注料头内通道打开，模料自动进入压型。此法只适用于压注蜡基模料。装备简单、操作容易、效率高，故得到广泛应用。除上述三法外，还可用齿轮泵、螺旋给料装置等驱使模料注入压型。压制熔模时，除采用手动压蜡枪、杠杆式或齿条式手动压蜡机以及气动压蜡机之外，近年来，出现了不少自动压蜡机和制模联动线装置，极大地提高了生产效率及熔模的质量。2）制模主要工艺参数在熔模铸造生产中，必须根据模料的性能和产品的要求，合理制定制模工艺，在制备熔模时，应按照工艺规范，准确控制模料温度、压型温度、压注压力、保压时间及分型剂的使

12、用等因素。图1-10 气压法压注熔模1-密闭保温模料罐 2-导管 3-注料头 4-压型温度规范。模料的使用温度和压型工作温度主要取决于模料的性能和其它制模工艺因素，例如模料的熔点、流动性、收缩率、压注压力等。使用液态模料或糊状模料制模时，在保证充填良好的情况下，尽量采用最低的模料温度，因为常用模料的导热性差，凝固温度间隔大，所以使用温度低的模料能减少收缩，提高熔模尺寸精度。压型工作温度将影响熔模的质量和生产率。一般压型的工作温度不宜过高或过低。过高时使熔模在压型中不易冷却，不但使生产率降低，而且还会产生“变形”、“缩陷”等缺陷。过低时使熔模冷却太快，易形成“裂纹”。石蜡、硬脂酸各50%的低温模

13、料，其压注温度为4548，压型工作温度为2025，松香-川蜡基模料的压注温度为7085，压型工作温度为2030；尿干粉充填模料的压注温度为8590，压型工作温度为2030。压力和保压时间规范。压制熔模的压力和保压时间主要由模料的性能、温度和压型的工作温度以及熔模的形状，大小等因素所决定。制造任何形状及大小的熔模都需要适当的压力和保压时间。如果压力不足往往会产生 “缩陷”、“表面粗糙”、“注不足”等现象。当保压时间不足时，从压型中取出的熔模会产生“鼓泡”，但保压时间过长，则会降低生产率。在制备薄壁及形状复杂的熔模时，例如整铸涡轮熔模，常常使用液态模料。为减少熔模的收缩及变形，必须采用较高的压力和

14、长时间保压。制备形状简单的熔模，可使用糊状或固态模料。使用固态模料制模，需要高压力强制压射成型，但保压时间缩短，制模速度较快。常用模料的压力和保压时间规范是，石蜡、硬脂酸糊状模料的压注压力为0.53大气压，保压时间约0.53分钟；松香-川蜡基糊状模料的压注压力为35大气压，保压时间0.53分钟；尿干粉充填模料压注压力为22.5大气压，保压时间约1分钟左右。3）分型剂图1-11 用冷蜡块制模1-压型 2-定位凸台 3-冷蜡块分型剂的作用是防止模料粘附压型，便于起模以及提高熔模的表面光洁度。在制模时，先在压型的型腔表面涂抹或喷涂一层分型剂，但应做到稀薄而均匀，不能过稠或局部堆积，以防产生“油纹”、

15、“粘模”等现象。使用石蜡-硬脂酸模料时，分型剂可采用100%的变压器油或1：1的酒精、蓖麻油的混合液。松香基模料的压注温度高，粘性大，通常采用低粘度的硅油或乳化硅油（钾皂液和磷油的混合液）作为分型剂。4）冷蜡块的应用采用冷蜡块制模，即预先压制出一个比实际的蜡模轮廓单边厚度小23毫米的冷蜡块（亦称假芯），然后将预制冷蜡块放入压型作为蜡芯，再注入模料压制成熔模。图1-11所示的冷蜡块在压型内依靠小球面凸台定位，凸台高度等于注入模料的厚度。使用冷蜡块制模，适用于制备较厚实的熔模，可消除熔模表面凹陷，减少收缩及变形，从而提高熔模精度并提高生产率。（2）浇口棒制作制做浇口棒的方法有下列几种：自由浇注法。

16、一般低温模料是将6070的模料注入铸铝的芯棒型中。模料将凝固时，插入芯棒。为加速凝固，可在水中冷却芯棒型。用此法制成的浇口棒强度高，但表面不够平整并需用芯棒型。图1-12 浸挂模料的直浇口棒1-直浇口棒芯 2-模料层沾蜡法。将空心铝棒浸入5055的模料中，停留12秒钟，共沾56次。蜡层厚度约为35毫米。也可以一次沾成，停留时间应长些（约1分钟），蜡层可达34毫米厚，如图1-12所示。此法勿需专用芯棒型，强度也较高，操作简便，但天气冷时，蜡层易开裂，多次浸沾时，容易出现分层，剥落而使熔模脱落，脱蜡时膨胀率较大。这种方法适用于低温模料且可用来制作钻头类零件的蜡模。压注法。在专用压型中将糊状模料压入

17、。此法生产率高，不易开裂，表面平整，涂挂性好，但需用专用压型。四 熔模的组装熔模的组装是把形成铸件和浇冒口系统的熔模组合成整体模组，模组的组合方法有：焊接法。用低压电烙铁或不锈钢制成的加热刀片，将熔模连接部位熔化，使熔模与浇注系统焊接在一起，此法受到普遍应用。粘接法。把两个拟组合的熔模的接合处做出卯卯楔结构，即在一个熔模上做出凹下的卯眼，在另一熔模的相对应处做出凸起的楔头，在卯眼、楔头表面上涂上黏结剂，把楔样头插入卯眼，把两个熔模粘接在一起。机械组装法。在大量生产小型熔模铸件时，国外已广泛采用机械组装法组合模组，采用此种模组可使模组组合和效率大大提高，工作条件也得到了改善。五 脱 模型壳完全硬

18、化后，需从型壳中熔去模组，因模组常用蜡基模料制成，所以也把此工序称为脱蜡，根据加热方法的不同，有很多脱蜡方法，用得较多的是热水法和高压蒸汽法。热水法。把带有模组的型壳放在8090的热水中加热，使模料熔化，并经由向上的浇口溢出。此法普遍地用于熔失蜡基模料模组。采用水玻璃型壳时，可在热水中加少许HCl或NH4Cl，使型壳在脱模时进一步硬化，此时型壳上的部分NaCl和Na2O也可溶于热水之中。此法较简便，但因型壳浇口向上浸在水中，脏物易进入型腔中。如型壳硬化不够，会发生型壳被“煮烂”的现象。又因为模组在热水中被均匀加热，熔模厚度较薄的部位会先熔化，而处于模料出口处的浇口杯，熔模厚度却较大，熔化较慢，

19、因此型壳内已熔化的模料便不易外流，它的体积随本身温度的升高而膨胀，模料便会挤压型壳，使型壳开裂。模料在热水中也易皂化。高压蒸汽法。将模组浇口朝下放在高压釜中，向釜内通入25大气压的高压蒸汽，模料受热熔化，可用于脱蜡基模料和松香基模料。此法效率高，可提高型壳强度。由于模组上厚度最大的浇口直接受高压蒸汽的加热，故浇口处模料熔失较快，型壳内部的模料便易外流，型壳被胀裂的可能性减小。故此法正在得到广泛的应用。除上述方法外，国外已研制成功用微波加热模组脱模的方法，国内也正在研究之中。为减小型壳被模料胀裂的可能性，国外还提出了高温闪烧法和预熔法等工艺。前者系将型壳放进温度为10001100的炉中，使模组没

20、来得及熔化膨胀便燃烧掉了，但此法要造成空气污染；后者系在脱模前，先在型壳上浇液体燃料（汽油、酒精等），点燃之，使模组表面先熔失一层，然后再进行正常的脱模。六 模料的回收在脱模之后，自型壳中脱出的模料经回收处理后，可再重复使用。1. 蜡基模料的回收蜡基模料每使用一次，其性能就恶化一些，经多次反复使用，模料的强度会降低，脆性增大，收缩率增大，流动性和涂挂性变差，颜色由白变褐红。这主要是由于蜡料中的硬脂酸变质所引起。硬脂酸呈弱酸性，且随着温度升高而酸性增强，硬脂酸能与比氢强的金属元素，如Al，Fe等起置换反应。生产中模料常与铝器（如化料锅、浇口棒等）、铁器（如压型、盛料桶等）接触，此时可能出现如下反

21、应：2Al+6C17H35COOH=2Al(C17H35COO)3+3H2 （1-1）2Fe+6C17H35COOH=2Fe(C17H35COO)3+3H2 （1-2）硬脂酸可与碱起中和作用，如型壳用水玻璃作黏结剂，则其中的Na2O会与硬脂酸起如下反应：Na2O+2C17H35COOH=2C17H35COONa+H2O （1-3）硬脂酸会和水玻璃型壳硬化液中的NH4OH反应生成硬脂酸铵：NH4OH+C17H35COOH=C17H35COONH4+H2O （1-4）硬脂酸还会在脱模时与硬水中的钙、镁金属盐起复分解反应，如Ca(HCO3)2+2C17H35COOH=Ca(C17H35COO)2+2

22、CO2+2H2O （1-5）上述反应统称为皂化反应，所生成的硬脂酸盐称为皂盐或皂化物，大多不溶于水，混在模料中，使模料性能变坏。因此需要对回收的、性能已变得很不好的模料进行处理，除去其中皂盐。处理的方法如下所述。酸处理法。盐酸和硫酸都可以使除硬脂酸以外的硬脂酸盐还原为硬脂酸，即Me(C17H35COO)+HC1=C17H35COOH+MeCl （1-6）Me(C17H35COO)2+H2SO4=2C17H35COOH+MeSO4 （1-7）式中Me为金属离子。上面反应中生成的盐可溶于水中，与模料分离。处理时将水中旧模料放在不会生锈的容器（如搪瓷容器、不锈钢容器等）中，加热至8090，然后在容器

23、中加入占模料质量的（45）%盐酸（或2%4%浓硫酸），在保温情况下搅拌，直至模料白点消失，静置一段时间，待模料与水分离。过滤取出液态模料，再倒入7585热水中，搅拌去除模料中残酸，可重复除酸，调至水不黄，模料液清为止。如模料混浊不清，应多加盐酸。在用硫酸处理时，在洁净模料中需加入水玻璃，直至模料呈中性为止。模料的酸碱度可用甲基橙和酚酞检查。硬脂酸铁与酸的反应是可逆反应，故模料中的硬脂酸铁不能去除干净。活性白土处理法。活性白土又称漂白土，有天然和黏土经酸处理后所得的两种，其晶格由硅氧四面体和铝氧八面体交叉成层构成，层间有大量孔隙，好的白土，其孔隙率达60%70%，有很大比表面积，故白土具有较高吸附能力，能吸附模料中的硬脂酸盐（包括硬脂酸铁）。此外活性白土中的阳离子，特别是Al3+，还能和模料中带负电荷的胶状杂质结成中性质点凝聚下沉，从而使模料净化。处理时，将经酸处理的模料加热到120左右，向模料加入经烘干、过SBSl0号（200目）筛的活性白土，其量为模料质量的10%15%。边加边搅拌，加完后继续搅拌半小时，在120下保温静置45h，待活性白土与液态模料充分分离