型壳制备工艺课件

铜合金铸件铸造技术课程组情境六：铜合金铸件水玻璃型壳熔模铸造——型壳制备工艺铜合金铸件铸造技术课程组情境六：铜合金铸件水玻璃型壳熔模铸造造型工艺过程型壳制备工艺型壳造型材料选择耐火涂料配制123造型工艺过程型壳制备工艺型壳造型材料选择耐火涂料配制123铜合金铸件铸造技术课程组一、型壳选择1.常用型壳性能对比铜合金铸件铸造技术课程组一、型壳选择1.常用型壳性能对比铜合金铸件铸造技术课程组2.型壳选择依据

根据产品的精度和工艺要求来，在能够满足工艺要求的前提下，尽量选择成本低的型壳，

粘结剂和耐火材料的配比。选择依据：注意铜合金铸件铸造技术课程组2.型壳选择依据选择依据：注铜合金铸件铸造技术课程组二、耐火涂料配制粘度1.耐火涂料的工艺性能与控制

耐火涂料的粘度大小决定了流动性好坏、涂料层厚度及涂覆层的均匀程度。粘度大则流动性差，涂层厚，涂层不易均匀，即涂挂性差。但粘度过小的涂料，涂层过薄，撒砂时易被砂粒打穿或被气流吹走，熔模边角处涂料易流失而撒不上砂子，致使边角开裂。对于复杂熔模用的面层涂料其粘度应小一些。加固层涂料的作用是支承和加固型壳，使涂料层形成必要的厚度，以获得足够的强度，一般说加固层涂料的粘度可大些，但粘度过大表明粘结剂含量相对减少；同时导致涂层过厚不易硬化和干燥透，两者又都会使型壳强度降低。铜合金铸件铸造技术课程组二、耐火涂料配制粘度1.耐火涂料的铜合金铸件铸造技术课程组涂料配比涂料中粉状耐火材料与粘结剂用量应有适当比例，称为涂料配比，又称粉液比。决定其粘度的主要因素，涂料中粘结剂含量愈少，即耐火粉料量愈多，则涂料的粘度愈大。粉液比影响面层致密程度。水玻璃本身与硅溶胶相比非常粘稠，其粉液比很低。硅溶胶面层涂料10kg的硅溶胶配36～40kg的锆英，粉液比是3.6～4.1，因此硅溶胶型壳的表面致密，所做铸件表面质量高；水玻璃很黏，粉加不进去，粉液比只能加到1.1～1.3，从而使得水玻璃型壳的面层很不致密，所做铸件很粗糙。粉液比例如：铜合金铸件铸造技术课程组涂料配比涂料铜合金铸件铸造技术课程组分散性

涂料的分散性上升，涂料的粘结力上升。

涂料是一种胶体悬浮液，是一种宏观的多相不均匀分散体系。在这体系中，硅酸溶胶微粒相耐火材料粉粒都是分散相，如果它们的颗粒愈细，分布愈均匀，愈分散，则涂料的分散性愈好。分散性大的溶胶微粒在胶凝后，包覆在耐火材料粒子上的网状骨架支联细薄而致密，分布均匀，因而涂料呈现出高的粘结能力。铜合金铸件铸造技术课程组分散性铜合金铸件铸造技术课程组涂料在存放和使用期内，由于粘结剂内胶体SiO2粒子的自发聚集，以及涂料中溶剂和水分的蒸发，涂料的稳定性下降，表现为涂料的粘度逐渐增大。涂料的分散性提高，则稳定的时间延长，涂料使用有效期也延长。搅拌可以提高涂料的分散性。在涂料中加入某些阴离子或非离子型表面活性剂，既可提高涂料的分散性，改善涂挂性，又可提高涂料的稳定性。在水玻璃涂料中加入熟粘土可提高稳定性，改善流动性；若加入生粘土，则粘度迅速增大。存放性例如：铜合金铸件铸造技术课程组涂料在存放和使用铜合金铸件铸造技术课程组2.水玻璃粘结剂1）性质

商业名称泡花碱，无色透明粘滞性液体，强碱弱酸盐PH值11～13之间，无限溶解于水，热水中加快溶解，水玻璃在低温时会冻结。铜合金铸件铸造技术课程组2.水玻璃粘结剂铜合金铸件铸造技术课程组2）组成水玻璃是可溶解硅酸盐，代表式Na2O·mSiO2nH2O，实际上水玻璃是多种化合物的混合物：2Na2O·SiO2、Na2O·SiO2、Na2O·2SiO2、SiO2最后的单独的SiO2就是我们所说的溶胶。一般二氧化硅含量为28%，实际上只有三分之一是以溶胶状态存在。2Na2OSiO2Na2OSiO2化合物2/3Na2O2SiO2

SiO2溶胶1/3水玻璃的并不全是以溶胶状态存在所以它的制壳过程就比硅溶胶复杂得多.注意铜合金铸件铸造技术课程组2）组成注意CompanyLogo①苏打与石英砂熔融②固体水玻璃的形成③水玻璃溶液2）水玻璃的制造A.苏打法（纯碱法）CompanyLogo①苏打与石英砂熔融②固体水玻璃的形铜合金铸件铸造技术课程组B.芒硝法将无水芒硝和石英砂混合加热反应，得到固体水玻璃通常在压力釜中进行水溶，获得水玻璃溶液。铜合金铸件铸造技术课程组B.芒硝法将无水芒硝和石英砂混合加模数M=SiO2摩尔数/Na2O摩尔数=(SiO2%/Na2O%)×1.032熔模铸造用水玻璃：M≥3.0密度ρ=145/(145-Be’)3）水玻璃的指标模数M=SiO2摩尔数/Na2O摩尔数模数相同：比重越高，粘度越大；比重相同：模数越高，粘度越大。A.模数、比重与粘度关系DescriptionofthecontentsDescriptionofthecontentsB.模数和比重的选择DescriptionofthecontentsDescriptionofthecontentsbyGuildDesignInc.模数：3.0～3.4范围凝结时间为2～3分钟比重：面层涂料1.28～1.31

背层涂料1.31～1.34模数相同：比重越高，粘度越大；A.模数、比重与粘度关系De4）水玻璃的处理A.处理目的当M=3.0～3.4：加水调整比重当M＜3.0：除了调整比重，还需提高模数当M＞3.6：降低模数提高模数：提高SiO2含量或降低Na2O含量。降低模数：增加Na2O含量。加入以10～30%水溶液形式加入工业氢氧化钠，并充分搅拌。B.水玻璃处理方法4）水玻璃的处理A.处理目的提高模数：B.水玻璃处理方法铜合金铸件铸造技术课程组C.加水量的计算M≥3.0的水玻璃粘度很大，为能提高涂料粉液比，使制壳时硬化反应能顺利进行，配涂料前应先加水调整其密度达到面层涂料及背层涂料用的水玻璃密度的要求。加水量可按下式计算：C=A(ρ-ρ′)/ρ（ρ′-1）(5-3)C——加水量（kg）；A——需稀释的水玻璃重量（kg）；Ρ——原水玻璃密度（g/cm3）；ρ′——稀释后水玻璃的密度（g/cm3）。式中铜合金铸件铸造技术课程组C.加水量的计算式中配制水玻璃涂料常用耐火粉料有石英粉、刚玉粉、耐火粘土和铝矾土。目前石英粉用量较大，选择时应满足耐火度和粒度的要求对于厚大钢件SiO2含量应大于98%，薄小件含量大于96%，保证其耐火度满足要求。面层粉料70%以上过270目筛，10%以下过200目，5%以下过140目，加固层用200~140目。对于合金钢件也可选用刚玉粉配置表面层涂料。刚玉粉耐火度高、热稳定性好，但比重大，已沉淀，需经常搅拌。制备高强度型壳时可选用耐火粘土等材料，选用时主要考虑Al2O3的形态和含量、胶质价、粒度等问题。3.耐火粉料的选择和应用配制水玻璃涂料常用耐火粉料有石英粉、刚玉粉、耐火粘土和铝矾土铜合金铸件铸造技术课程组4.表面活性剂A.表面活性剂的作用B.加入方法C.常用活性剂铜合金铸件铸造技术课程组4.表面活性剂A.表面活性剂的作用B铜合金铸件铸造技术课程组5.质量控制A.涂料粘度定义

粘度是指涂料流动时悬浮液内部质点之间的内摩擦。年度不但决定了流动性，也决定了涂料层的厚度和涂覆的均匀度，所以粘度是涂料质量的主要指标。测量方法

粘度的测量一般用流杯粘度计。如右图所示。测量时堵住下端出口，将涂料装满粘度计后松开使其自由流出，同时计时至涂料流第一次断流为止，这段时间就表达了涂料的粘度。铜合金铸件铸造技术课程组5.质量控制CompanyLogo型壳和铸件表面质量考虑适应铸件的复杂程度加固层涂料的粘度主要从型壳强度和硬化层渗透性考虑。B、粘度的选择CompanyLogo型壳和铸件表面质量考虑适应铸件的复杂铜合金铸件铸造技术课程组C.原材料的性质、配比和粘度的关系

涂料配比由原材料的性质决定，涂料的粘度主要由涂料的配比决定，而粘度又会放过来影响涂料的配比。石英粉与水玻璃制表面层涂料石英粉含量不易过高，过高涂料粘度太大，料层堆集过厚，同时由于水玻璃含量减少，面层强度降低。生产中选择水玻璃模数为3.0～3.4时，水玻璃：石英粉=1：1.2。例1：铜合金铸件铸造技术课程组C.原材料的性质、配比和粘度的关系铜合金铸件铸造技术课程组水玻璃与石英粉制备加固层涂料采用与面层涂料相反的配比，即水玻璃：石英粉=1.05～1.1：1.0，同时采用比重较大的水玻璃，涂料中粘结剂成分增大，型壳强度提高。

高岭土熟料或铝矾土与水玻璃制备加固层涂料由于涂料的渗透性好，硬化速度较快，吸水膨胀性小，涂料粘度稳定，流动性好，因此配料可以多加。水玻璃：粉料＜1例2：例3：铜合金铸件铸造技术课程组水玻璃与石英粉制备加铜合金铸件铸造技术课程组6.耐火涂料配制不断搅拌粉料慢慢加入水玻璃中并进行强力搅拌搅拌器转速达2000转/分以上，搅拌时间须大于30min，以使粘结剂与粉料混合均匀，充分润湿，防止结块。搅拌后静置4小时以上促进水玻璃和粉料进一步润湿，使气泡逸出。

或者

利用稀释水玻璃用水加入石英粉中，将潮湿后的粉料加入到水玻璃中。铜合金铸件铸造技术课程组6.耐火涂料配制

模组的除油和脱脂

在采用蜡基模料制熔模时，为了提高涂料润湿模组表面的能力，需将模组表面油污去除掉，故在涂挂涂料之前，先要将模组浸泡在中性肥皂片或表面活性剂（如烷基磺酸钠、洗衣粉）的水溶液中，中性肥皂片在水溶液中的含量约为（0.2～0.3）%，而表面活性剂的含量约为0.5%。表面活性剂的极性端（亲水基）易吸附涂料，它的非极性端（憎水基）易吸附在蜡模上，故通过表面活性剂，涂料就易覆盖在蜡模表面。1.准备工作三、水玻璃型壳造型工艺模组的除油和脱脂1.准备工作三、水玻璃型壳造型工艺2.工序铜合金铸件铸造技术课程组水玻璃中SiO2很少一部分以溶胶状态存在，大部分以化合物状态存在，为了使化合物状态的起粘结作用，就必须通过化学反应使化合物中的SiO2单独以溶胶状态析出起粘结作用。因此水玻璃型壳制壳工序要比硅溶胶复杂。上涂料撒砂硬化前干燥硬化后晾干2.工序铜合金铸件铸造技术课程组水玻璃中S铜合金铸件铸造技术课程组3.涂挂涂料

涂挂涂料以前，应先把涂料搅拌均匀，尽可能减少涂料桶中耐火材料的沉淀，调整好涂料的粘度或比重。如熔模上有小的孔、槽，则面层涂料（涂第一、二层型壳用）的粘度或比重应较小，以使涂料能很好地充填和润湿这些孔槽。铜合金铸件铸造技术课程组3.涂挂涂料CompanyLogo注意事项

挂涂料时，把模组浸泡在涂料中，左右上下晃动，使涂料能很好润湿熔模，并均匀覆盖模组表面。模组上不应有涂料局部堆集和缺料的现象，且不包裹气泡。为改善涂料的涂覆质量，可用毛笔涂刷模组表面，涂料涂好后，即可进行撒砂。CompanyLogo注意事项挂涂料时，把模组浸泡在铜合金铸件铸造技术课程组4.撒砂

撒砂是指在涂料层外面粘上一层粒状耐火材料，迅速增厚型壳，分撒型壳在以后工序中可能产生的应力，并使下一层涂料能与前一层很好粘合在一起。。

雨淋式撒砂法是粒状耐火材料如雨点似地掉在涂有涂料并且缓慢旋转着的模组上，使砂粒能均匀地在涂料层上面粘上一层。沸腾床撒砂法是粒状耐火材料放在容器中，向容器下部送入压缩空气或鼓风，空气经过毛毯把上部的砂层均匀吹起，砂层呈轻微沸腾状态。撒砂时只需将涂有涂料的模组往流态化的砂层中一“浸”，耐火材料便能均匀地粘在涂料表面。目的常用方法雨淋式撒砂法沸腾床撒砂法解读铜合金铸件铸造技术课程组4.撒砂目的常用方法雨淋式撒砂法沸腾铜合金铸件铸造技术课程组

如果没有撒砂就可能在蜡模的尖角、转弯、应力集中的地方产生穿透性裂纹。均匀的撒上砂后就使得胶凝收缩分散，避免产生穿透性裂纹，而是在各处产生微小裂纹。撒砂的作用注意

使涂料固定住，另一个作用，在胶凝的过程中由于水分的大量的挥发会造成很大的胶凝收缩铜合金铸件铸造技术课程组生产小型铸件时，这种涂料撒砂层为5~6层，而大型铸件的型壳层数可为6~9层。

第一、二层型壳撒砂所用的砂的粒度较细，一般为40~100目，而以后各层（加固层）所用砂的粒度则较粗，一般为6~40目。生产小型铸件时，这种涂料撒砂层为5~6层，而大型铸铜合金铸件铸造技术课程组图1-17风动雨淋式撒砂机1-吸尘器2-上挡板3-振动筛4-砂管5-砂筒6-夹板7-风管①雨淋式撒砂铜合金铸件铸造技术课程组图1-17风动雨淋式撒砂机①雨淋铜合金铸件铸造技术课程组②流态化（沸腾床）撒砂操作方便，生产效率高，装置简单，但撒砂质量稍差，生产精密度要求较高铸件时，一般不用来撒表面。图1-18流态化撒砂机1-抽尘罩2-流态化槽3-放砂口4-上、下垫板5-毛毯特点铜合金铸件铸造技术课程组②流态化（沸腾床）撒砂铜合金铸件铸造技术课程组

5.干燥使涂料中的粘结剂由溶胶向冻胶、凝胶转变，把耐火材料颗粒连在一起。

扩散作用干燥可使涂层内粘结剂组分由浓凄高处向低处进行扩散、渗透和均，以分散型壳层内Na2O和水分的聚集，从而使型壳在硬化时能均匀硬透。

脱水作用。表层涂料在硬化前约含水15%～20%，在干燥过程中，水玻璃脱水浓缩而形成固体硅酸薄膜和许多毛细孔隙。在硬化时有助于硬化剂的深入渗透，达到均匀快速硬化，以提高型壳的表面强度和硬度，并不易起皮、粉化和脱落，因而型壳内型腔表面质量好。目的作用铜合金铸件铸造技术课程组5.干燥目的作用铜合金铸件铸造技术课程组

撒砂后的型壳须挂在干燥池中干燥，让水分蒸发，使得硅溶胶浓度增加，增加到一定程度就成为冻胶和凝胶。铜合金铸件铸造技术课程组撒砂后的型壳须挂铜合金铸件铸造技术课程组铜合金铸件铸造技术课程组铜合金铸件铸造技术课程组水玻璃非常粘稠，而其含有大量水分为了使这些水分在胶凝之前蒸发出去一部分，减少胶凝的收缩，同时水分蒸发后的通道空气提高硬化速度因此采用硬化前干燥。

去除水分；使涂料有时间渗到撒砂中。目的注意铜合金铸件铸造技术课程组水玻璃非常粘稠铜合金铸件铸造技术课程组

希望含水量降低30～60%左右，在20℃、40～60%湿度条件下需2h以上。

因此做六层就至少需要6小时以上，生产效率低，因此虽然好处很多，但工厂里只有面层保留硬化前干燥工序。铜合金铸件铸造技术课程组希望含水量降低30～铜合金铸件铸造技术课程组6.硬化

干燥并不能使型壳充分硬化，还必须在硬化剂中进一步硬化。目前用得最多的硬化剂是氯化铵、聚合氯化铝和结晶氯化铝。

把涂挂好涂料和撒砂后的模组型壳，浸在浓度为18%～20%，温度为25～30℃的NH4Cl水溶液中，浸的时间为几分钟到半小时。要制造高强度型壳时，NH4Cl溶液的浓度一般为20%～25%。加固层的硬化条件比较好，其外面受硬化剂作用。里面受前层所残留的氯化铵溶液的作用，故加固层的硬化时间可比面层短一些，通常为20～30min。NH4Cl溶液硬化铜合金铸件铸造技术课程组6.硬化NH4Cl溶液硬化铜合金铸件铸造技术课程组

当涂有涂料的模组浸入NH4Cl溶液中后，在涂料层外表面上很快形成一层坚硬的胶膜，阻止了NH4Cl溶液向涂挂层内部渗透，所以水玻璃型壳在NH4Cl溶液中的硬化时间较长。高温度高浓度NH4Cl溶液快速硬化，用浓度为25%～30%、温度为30～65℃的NH4Cl水溶液，硬化时间可缩短至10～20s。高温度是高浓度的前提，重点控制温度，而浓度只要达到该温度下的饱和状态即可；在常温常浓度NH4Cl溶液中加入少量（一般为0.05%）阴离子或非离子型表面活性剂，如农乳130等，可显著降低NH4Cl溶液的表面张力，改善其间的润湿性，从而提高硬化剂向涂层深处的渗透硬化能力，硬化时间可缩短至2～3min。两种快速硬化工艺第一种第二种铜合金铸件铸造技术课程组两种快速硬化工艺第一种第铜合金铸件铸造技术课程组聚合氯化铝硬化由于NH4Cl溶液在硬化时会放出NH3，恶化劳动条件，因此近年来国内一些单位开始采用用聚合氯化铝替代NH4Cl。聚合氯化铝是一种无机聚合物，有时称为碱式氯化铝，它的分子通式为【Al2(OH)nCl6-n】m。式中m≤10，表示聚合度；n=1，2，…，5，表示（OH）基数目，故聚氯化铝的碱化度B=（n/6）×100%。作为硬化剂用的聚氯化铝中含A12O37%～17%，碱化度为B=30%～50%。其硬化工艺为：自然干燥（0～20min）→硬化（2～4min）→风干（20～504min）。型壳再放置24h后脱模。铜合金铸件铸造技术课程组聚合氯化铝硬化铜合金铸件铸造技术课程组结晶氯化铝硬化它的分子式为AlCl3•6H2O，实质上是碱化度很低的聚合氯化铝，所以它的性质与聚合氯化铝相似。作硬化剂时，溶液的浓度为30%～33%。结晶氯化铝为白色粉状物质，货源多，价格便宜，使用时比聚氯化铝方便，故正被逐渐推广使用。铜合金铸件铸造技术课程组结晶氯化铝硬化铜合金铸件铸造技术课程组常见硬化剂作用及特点铜合金铸件铸造技术课程组常见硬化剂作用及特点铜合金铸件铸造技术课程组硬化方法：水玻璃PH值与胶凝时间关系曲线结论PH值降至7时胶凝时间最短铜合金铸件铸造技术课程组硬化方法：铜合金铸件铸造技术课程组用酸或酸性盐水溶液做硬化剂。现生产用酸性盐做硬化剂。铜合金铸件铸造技术课程组用酸或酸性盐水溶液做硬化剂。CompanyLogo硬化过程：

界面硬化很快，硬化水和涂料一接触时发生界面硬化，瞬间完成。渗透硬化很慢，涂层具有一定厚度，里面的涂料要硬化只能等硬化剂通过已经界面硬化的固体层渗进去才能进行，就是渗透硬化，大约4～6小时CompanyLogo硬化过程：界面硬化很快，硬铜合金铸件铸造技术课程组渗透硬化效率低下，因此生产中在完成界面硬化后，渗透硬化只完成一小部分时就进行下一层工序，没有完成的渗透硬化在之后的制壳过程以及制壳后的停放中继续进行。

该参数与硬化剂种类有关。硬化剂浓度硬化剂温度硬化时间硬化参数注意铜合金铸件铸造技术课程组渗透硬化效率低下铜合金铸件铸造技术课程组硬化后的干燥（晾干）滴除残留硬化剂；继续完成渗透硬化。晾干时间、温度与硬化剂种类有关，与硬化时间有关，一般说硬化时间越长晾干时间也越长。目的铜合金铸件铸造技术课程组硬化后的干燥（晾干）目的铜合金铸件铸造技术课程组硬化剂A.种类氯化铵氯化铝氯化镁铜合金铸件铸造技术课程组硬化剂A.种类氯化铵氯化铝氯化镁氯化铵NH4Cl：氯化铝AlCl36H2O氯化镁MgCl26H2O浓度31%～33%

硬化时间5～10min优点：无气味，制壳间环境好。缺点：硬化速度较慢。

浓度28～34%

硬化时间30s～3min特点：无味环境较好。浓度22%～25%

硬化时间3min左右优点：硬化速度快、稳定。缺点：有气味，对环境不好氯化铵NH4Cl：氯化铝AlCl36H2O氯化镁MgCl26铜合金铸件铸造技术课程组C.不同硬化剂比较铜合金铸件铸造技术课程组C.不同硬化剂比较铜合金铸件铸造技术课程组7.脱模

型壳完全硬化后，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。铜合金铸件铸造技术课程组7.脱模型壳完全硬化后，需铜合金铸件铸造技术课程组热水法把带有模组的型壳放在80～90℃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。

铜合金铸件铸造技术课程组热水法铜合金铸件铸造技术课程组

注意要点此法较简便，但型壳浇口向上易进入脏物型腔中。型壳硬化不够时发生型壳“煮烂”的现象。模组在热水中均匀加热，熔模厚度较薄的部位先熔化，模料出口处的浇口杯熔模厚度较大，熔化较慢，因此已熔化模料不易外流，它的体积随温度的升高而膨胀，挤压型壳，使型壳开裂。模料在热水中也易皂化。铜合金铸件铸造技术课程组注意要点此法较简便，但型壳铜合金铸件铸造技术课程组

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1000～1100℃的炉中，使模组没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），点燃之后使模组表面先