企業(yè)培訓(xùn)_熔模鑄造工藝知識(shí)培訓(xùn)

1熔模鑄造 定義 用熔模材料 通常為低熔點(diǎn)的材料如蠟料 制成熔模樣件并組成模組 然后在模組表面上涂料 耐火材料 待干燥固化后 將模組加熱熔出模料形成中空型殼 經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后澆注金屬液體 清理后得到鑄件 由于熔模材料通常為蠟基材料 因此又稱 失蠟鑄造 1 1概述 工藝流程 壓型制造 熔模樣件制造 組裝模組 型殼制造 脫蠟 焙燒 填砂 澆注 觀看影片 1 鑄件尺寸精度高 CT4 CT7 表面粗糙度低 Ra1 6 6 3 m 減少了鑄件的切削加工余量 甚至可實(shí)現(xiàn)近凈型鑄造 2 能生產(chǎn)形狀復(fù)雜的薄壁鑄件 如前機(jī)匣 由內(nèi) 外環(huán)和14件葉片組成 如發(fā)動(dòng)機(jī)葉片 葉型的最小壁厚可達(dá)0 7mm 熔模鑄造的特點(diǎn) 4 熔模鑄造存在一定局限性 工藝流程煩瑣 生產(chǎn)周期長(zhǎng) 鑄件尺寸不宜太大 3 合金材料不受限制 鋼鐵 銅 鋁 鈦 鎂等 熔點(diǎn)高的鎳基高溫合金 鋅 錫等低熔點(diǎn)金屬 熔模鑄造典型產(chǎn)品應(yīng)用實(shí)例 1 2熔模鑄件工藝設(shè)計(jì) 1 2 1鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 目的就是對(duì)于一些零件圖做必要修改 得到適合熔模鑄造特點(diǎn)的最合理的鑄件結(jié)構(gòu) 一 鑄件結(jié)構(gòu)的合理性鑄件結(jié)構(gòu)是否合理 對(duì)于鑄件質(zhì)量 生產(chǎn)工藝的可行性和簡(jiǎn)易性以及生產(chǎn)成本等影響很大 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際 總結(jié)出鑄件結(jié)構(gòu)合理性的幾條基本原則 不合理 合理 1 易于從壓型中取模 不合理 合理 2 易于抽芯 不合理 合理 不合理 合理 3 壁厚均勻 減少熱節(jié) 不合理 合理 4 避免大平面 不合理 合理 5 減少不通孔 不合理 合理 6 簡(jiǎn)化壓型加工 不合理 合理 7 設(shè)計(jì)必要的工藝筋 A 防止環(huán)形件 框型件變形設(shè)計(jì)的工藝筋 B 防止鑄件開(kāi)口部位變形而設(shè)計(jì)的工藝筋 C 減少大平面 防止殼形變形 8 設(shè)計(jì)必要的工藝孔 A 防止大平面型殼變形設(shè)計(jì)工藝孔 B 減少熱節(jié) 防止縮孔設(shè)計(jì)工藝孔 由于熔模鑄造的型殼內(nèi)表面光潔 并且一般為熱型殼澆注 因此熔模鑄件壁厚允許設(shè)計(jì)得較薄 最小壁厚與合金種類及鑄件輪廓尺寸有關(guān) 二 鑄件結(jié)構(gòu)要素及工藝參數(shù)選定 1 最小壁厚 熔模鑄件的最小壁厚 單位 mm r d kR r d 2r 轉(zhuǎn)角內(nèi)圓角mm R 轉(zhuǎn)角外圓角mmd 連接壁的壁厚 k 轉(zhuǎn)角的圓角系數(shù) 根據(jù)角度大小接圖選取 13590450 2 圓角 一般情況下鑄件上各轉(zhuǎn)角處都設(shè)計(jì)成圓角 否則容易產(chǎn)生裂紋 縮松 鑄件上內(nèi)圓角和外圓角按下式計(jì)算 為了便于取模 抽芯 在拔模面應(yīng)設(shè)有鑄造斜度 鑄造斜度的取值如下 熔模鑄件的鑄造斜度 3 鑄造斜度 最小鑄出孔的孔徑與深度 單位 mm 4 最小鑄出孔 熔模鑄件單面加工余量 單位mm 5 加工余量 影響熔模鑄件尺寸的收縮因素包括合金的收縮 模料的收縮 型殼的膨脹等 這幾方面綜合的影響稱為熔模鑄件的綜合線收縮率 6 線收縮率 1 2 2熔模鑄造澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一 澆注系統(tǒng)作用1 把液體金屬引入型腔注意充型平穩(wěn) 避免金屬液氧化和卷入氣體 保證不產(chǎn)生冷隔和澆不足缺陷 2 補(bǔ)充液體金屬凝固時(shí)體積收縮澆注系統(tǒng)應(yīng)能保證補(bǔ)縮時(shí)通道暢通 并保證能提供給鑄件必要的補(bǔ)縮金屬液 避免鑄件產(chǎn)生縮孔 疏松 3 在組焊與制殼時(shí)起支撐易熔模和型殼作用 要求有足夠強(qiáng)度 防止制殼過(guò)程中易熔模脫落 4 在熔化易熔模時(shí) 起液體模料流出的通道作用 澆注系統(tǒng)應(yīng)能保證排除模料通暢 二 澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 按澆注系統(tǒng)組成分為 1 直澆道一內(nèi)澆道結(jié)構(gòu)形式 直澆道兼起冒口作用 操作方便 但排渣不利 2 橫澆道一內(nèi)澆道結(jié)構(gòu)形式 常用于頂注 有利于順序凝固 3 直澆道一橫澆道一內(nèi)澆道結(jié)構(gòu)形式 按合金液注入鑄件部位分為 1 頂注式 合金液從型腔的頂部注入 鑄件自下而上凝固 合金液易飛濺 排氣不暢 適用于高度較低的鑄件 2 側(cè)注式 合金液從型腔側(cè)面注入 鑄件補(bǔ)縮好 應(yīng)用較廣泛 3 底注式 合金液型腔底部平穩(wěn)注入 不易產(chǎn)生夾渣 氣孔 不利于順序凝固 需增設(shè)冒口 三 澆注系統(tǒng)計(jì)算 步驟 1 確定澆注系統(tǒng)形式 封閉式或開(kāi)放式 2 計(jì)算內(nèi)澆道尺寸 3 根據(jù)澆注系統(tǒng)形式 計(jì)算直澆道 橫澆道的尺寸 1 澆注系統(tǒng)形式的確定 封閉式或開(kāi)放式澆注系統(tǒng)是按照直澆道 橫澆道 內(nèi)澆道的尺寸比例劃分的 S內(nèi) S橫 S直 封閉式澆注系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn) 1 金屬液完全充滿澆注系統(tǒng) 可防止金屬液卷入氣體 2 有較好擋渣能力缺點(diǎn) 進(jìn)入型腔流速高 產(chǎn)生噴濺和沖砂 氧化 優(yōu)點(diǎn) 因?yàn)榻饘僖翰荒艹錆M澆注系統(tǒng) 金屬液流動(dòng)平穩(wěn) 充型快 缺點(diǎn) 擋渣效果差 S直 S橫 S內(nèi) 開(kāi)放式澆注系統(tǒng) 此法依據(jù)鑄件上熱節(jié)圓直徑或熱節(jié)圓截面積 由下式確定內(nèi)澆道直徑或內(nèi)澆道截面積 D內(nèi) 0 6 1 0 D節(jié)S內(nèi) 0 4 0 9 S節(jié)式中 D內(nèi) 內(nèi)澆道直徑 mmD節(jié) 鑄件上熱節(jié)圓直徑 mmS內(nèi) 內(nèi)澆道截面積 mm2S節(jié) 鑄件上熱節(jié)圓截面積 mm2這種方法簡(jiǎn)單 但精度差 因?yàn)楸壤禂?shù)取值范圍較大 2 內(nèi)澆道尺寸的確定 a 比例系數(shù)法 熱節(jié)圓直徑的求法 該方法是根據(jù)補(bǔ)縮需要 把鑄件熱節(jié)換算成一個(gè)圓柱體單元 并令該單元與鑄件熱節(jié)具有相同凝固模數(shù)和重量 此單元圓柱體的直徑稱為當(dāng)量熱節(jié)直徑 那么 內(nèi)澆道尺寸的大小就以此當(dāng)量直徑為基礎(chǔ) 推導(dǎo)出一個(gè)計(jì)算公式 b 當(dāng)量熱節(jié)法 式中d 內(nèi)澆道尺寸 mmK 重量系數(shù)Dc 當(dāng)量熱節(jié)直徑 mm當(dāng)內(nèi)澆道為圓截面時(shí) 則d即為內(nèi)澆道直徑 當(dāng)鑄件熱節(jié)部位的截面形狀為長(zhǎng)方形斷面axb時(shí) 可由圖求得當(dāng)量熱節(jié)圓直徑Dc K為重量系數(shù) 根據(jù)鑄件重量W和Dc 由圖查出 d k Dc 當(dāng)量熱節(jié)圓直徑Dc的求法 重量系數(shù)K的求法 1 鑄件熱節(jié)部位截面axb 16mm 30mm2 由圖查當(dāng)量熱節(jié)直徑Dc 用直尺連接a 30mm b 16mm 兩點(diǎn)交Dc線于一點(diǎn) 即得Dc 21mm 當(dāng)量熱節(jié)法計(jì)算舉例 制動(dòng)凸輪鑄件如圖所示 鑄件重230g 3 根據(jù)鑄件重量W 230g Dc 21mm 查圖求重量系數(shù)K 用直尺連接W Dc兩點(diǎn)交K線于一點(diǎn) 該點(diǎn)為K 0 89 4 根據(jù)d K Dc 可求得d 0 89 21 18 8mm5 當(dāng)采用矩形內(nèi)澆道時(shí) 先定矩形某一邊尺寸a 16mm 然后返過(guò)來(lái)應(yīng)用圖 由a 16 d 18 8查得b 23mm 于是內(nèi)澆道截面尺寸定為16 23mm 1 3壓型種類及制造方法 壓型 用來(lái)制造易熔模的模具 壓型腔的尺寸精度 表面粗糙度和壓型結(jié)構(gòu) 直接影響易熔模的生產(chǎn)效率和壓型制造成本 1 3 1壓型的種類 按壓型材料分為 金屬壓型和非金屬壓型 金屬壓型又分為 鋼模 鋁合金模 易熔合金模壓型 非金屬壓型分為石膏壓型 硅橡膠壓型 環(huán)氧樹(shù)脂壓型等 各種壓型的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍如表所示 常用壓型類型 1 3 2壓型組成 壓型主要由型體 型芯 定位元件 鎖緊機(jī)構(gòu) 抽芯機(jī)構(gòu) 起模機(jī)構(gòu)組成 手工壓蠟的壓型結(jié)構(gòu)圖 由底座14 右半型1 左半型3 和蓋板8四塊組成內(nèi)腔由型芯2形成 1 4易熔模制造 易熔模簡(jiǎn)稱熔模 熔模的質(zhì)量影響鑄件的尺寸精度及表面粗糙度 易熔模制造工藝流程如圖所示 1 熔化溫度和凝固溫度區(qū)間兼顧模料耐熱性要求并考慮到工藝操作方便 熔化溫度常選在50 80 之間 凝固溫度區(qū)間以5 10 為宜 1 4 1模料 一 對(duì)模料的基本要求 概括為工作性能要求和工藝性能要求 3 收縮率模料熱脹冷縮小 才能提高熔模尺寸精度 也才能減少脫臘時(shí)因模料膨脹引起的型殼脹裂現(xiàn)象 因此模料的線收縮率是模料重要的性能指標(biāo)之一 一般應(yīng)小于1 優(yōu)質(zhì)模料線收縮率僅為0 3 0 5 2 耐熱性模料耐熱性是指溫度升高時(shí)其抗軟化變形的能力 它影響著熔模和鑄件的精度 通常用熱變形量來(lái)表示 要求35 溫度時(shí)模量熱變形量 H35 2 2mm 4 強(qiáng)度為保證生產(chǎn)過(guò)程中不損壞 熔模需要有一定強(qiáng)度 模料強(qiáng)度多以抗彎強(qiáng)度表示 一般模料抗彎強(qiáng)度應(yīng)不低于2 0MPa 最好為5 0 8 0MPa 5 硬度為保持熔模表面質(zhì)量 模料應(yīng)有足夠的硬度 以防表面損傷 模料硬度常以針入度表示 常為4 6度 1度 10 1mm 6 粘度和流動(dòng)性為便于脫模和模料回收 模料粘度不能太大 在90 附近的粘度應(yīng)為3 10 3 3 10 2Pa S 為得到清晰的熔模 模料應(yīng)具有良好的流動(dòng)性 7 灰分模料灼燒后的殘留物稱灰分 它將影響鑄件的質(zhì)量 也是模料最重要的指標(biāo)之一 一般模料灰分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)低于0 05 蠟基模料由石蠟和硬脂酸兩種材料組成 石蠟屬烴蠟 為飽和固體碳?xì)浠衔锏幕旌衔?分子式通式為CnH2n 2 n為17 36 n越大 石蠟熔點(diǎn)越高 硬度越高 熱穩(wěn)定性越好 收縮也越小 按熔點(diǎn)石蠟可分為56 58 60 62 64 66 70等牌號(hào) 熔模鑄造多使用58 64石蠟 二 模料的種類 1 蠟基模料 硬脂酸的分子式為C17H35COOH 是以動(dòng)植物油脂為原材料 經(jīng)加壓蒸餾和水解制得 由于硬脂酸比碳原子數(shù)相同的石蠟熔點(diǎn)高 故其熱穩(wěn)定性好 收縮性較小 此外硬脂酸 是極性分子 有利改善模料的涂掛性 樹(shù)脂基模料的基體組成是樹(shù)脂 與蠟基模料相比具有強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性高 收縮小的優(yōu)點(diǎn) 可用于生產(chǎn)高精度鑄件 用于渦輪葉片等航空件及高精度機(jī)械零件生產(chǎn) 2 樹(shù)脂基模料 一 制模時(shí)模料狀態(tài)采用壓力制模工藝時(shí) 模料有三種狀態(tài) 液態(tài) 糊狀 膏狀 前者稱液態(tài)壓注 后兩者稱為膏態(tài)壓注 蠟膏制備方法 1 4 2制模工藝 三 制模工藝參數(shù)將已配制好的蠟膏 在壓力下注入壓型 冷凝后從壓型中取出熔模 影響著熔模質(zhì)量的工藝參數(shù)有壓射蠟溫 壓型溫度 壓射壓力 保壓時(shí)間和起模時(shí)間 1 壓射蠟溫和壓型溫度壓注熔模時(shí)模料的溫度為壓射蠟溫 壓射蠟溫和壓型溫度的變化對(duì)制出的熔模表面粗糙度和尺寸變化明顯 壓射蠟溫和壓型溫度偏高 熔模表面粗糙度較低 但收縮較大 反之 熔模表面粗糙 收縮較小 2 壓射壓力適當(dāng)提高模料的壓射壓力 有利于減小熔模收縮率 提高熔模尺寸精度 3 保壓時(shí)間和起模時(shí)間模料充滿壓型型腔后 保壓的時(shí)間愈長(zhǎng)則熔模的線收縮率愈小 熔模在壓型中停留冷卻的時(shí)間稱起模時(shí)間 取模時(shí)間過(guò)短 熔模易變形 表面會(huì)出現(xiàn) 鼓泡 一 型殼組成及結(jié)構(gòu)熔模鑄造有實(shí)體型殼和多層型殼兩種鑄型 除石膏型采用實(shí)體鑄型外 一般都用多層型殼 型殼是由黏結(jié)劑 耐火粉料和撒砂材料等 經(jīng)浸涂料 撒砂 干燥硬化 脫蠟和焙燒等工序制成 從宏觀上看 型殼除硅凝膠和耐火粉 砂這些固相外 還存在氣孔和裂隙 它是一種多相的非均質(zhì)體系 1 5型殼制造 1 5 1型殼概述 型殼的組成與耐火制品和陶瓷有相似之處 但型殼焙燒溫度不高 保溫時(shí)間不長(zhǎng) 澆注溫度雖高 作用時(shí)間很短 所以型殼的燒結(jié)程度達(dá)不到陶瓷和耐火制品 二 型殼主要性能為保證生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鑄件 對(duì)型殼有一系列性能要求 強(qiáng)度 抗變形能力 透氣性 線量變化 導(dǎo)熱性 熱震穩(wěn)定性 熱化學(xué)穩(wěn)定性等 常溫強(qiáng)度又稱濕強(qiáng)度 它是指制好型殼后型殼的強(qiáng)度 它取決于型殼黏結(jié)劑干燥和硬化的程度等 如果濕強(qiáng)度太低 脫蠟過(guò)程中型殼就會(huì)開(kāi)裂或變形 高溫強(qiáng)度是指焙燒或澆注時(shí)型殼的強(qiáng)度 取決于黏結(jié)劑中硅凝膠在高溫下形成硅氧鍵 以及高溫下黏結(jié)劑與耐火材料的反應(yīng)產(chǎn)物 高溫強(qiáng)度不足的型殼在焙燒和澆注時(shí)就會(huì)發(fā)生變形或破裂 殘留強(qiáng)度是指澆注后型殼脫殼時(shí)的強(qiáng)度 它影響著鑄件清理的難易程度 殘留強(qiáng)度過(guò)高 清理困難 并易因清理使鑄件變形或破壞 型殼強(qiáng)度 一 石英是一種資源豐富 價(jià)格低廉的耐火材料 熔模精鑄通常采用的是經(jīng)機(jī)械加工粉碎的石英砂 粉 石英中 SiO2量愈高 其他雜物含量愈低則耐火度愈高 SiO2溶點(diǎn)為1713 1 5 2制殼用耐火材料 二 電熔剛玉電熔剛玉就是a A12O3 熔點(diǎn)高 2050 密度大 結(jié)構(gòu)致密 導(dǎo)熱性好 熱膨脹小 是熔模鑄造的良好耐火材料 但由于資源短缺 價(jià)格昂貴 目前僅應(yīng)用于耐火高合金鋼 不銹鋼及鎂合金等精鑄件的制殼材料 三 鋯砂 鋯英石 鋯砂又稱硅酸鋯或鋯英石 分子式為ZrO2 SiO2 或Zr SiO2 理論組成 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為67 23 ZrO2 32 77 SiO2 熱膨脹性小 蓄熱能力大 耐火度高 作為面層材料具有細(xì)化晶粒的作用 故常用做表面層涂料及撒砂材料 多用于不銹鋼精鑄件的生產(chǎn) 三種黏結(jié)劑簡(jiǎn)述黏結(jié)劑是熔模鑄造制殼用的主要原材料 它直接影響著型殼及鑄件質(zhì)量 生產(chǎn)周期和成本 1939年熔模鑄造工業(yè)在美國(guó)產(chǎn)生時(shí)就采用醇基硅酸乙酯水解液做黏結(jié)劑 1960年又引入水基硅溶膠黏結(jié)劑 長(zhǎng)期以來(lái) 美 英 法 德 日等國(guó)熔模鑄造均采用這兩種黏結(jié)劑 20世紀(jì)50年代 前蘇聯(lián)在生產(chǎn)精度要求不高的汽車 拖拉機(jī)零件時(shí) 為降低生產(chǎn)成本采用水玻璃作為黏結(jié)劑 并將此工藝推廣到中國(guó) 波蘭 捷克等國(guó) 以上三種黏結(jié)劑在中國(guó)現(xiàn)均有使用 1 6 3制殼用黏結(jié)劑 1 5 4硅溶膠型殼的制備 一 制殼原理制殼過(guò)程是硅酸膠體膠凝的過(guò)程 涂料中的黏結(jié)劑把耐火粉料及撒砂黏結(jié)在模組外邊 形成所需形狀的型殼 硅溶膠型殼采用干燥硬化 即讓型殼干燥 水分蒸發(fā) 使硅溶膠濃度增加 達(dá)到膠凝臨界濃度時(shí) 硅溶膠則膠凝 每制一層型殼有三個(gè)工序 上涂料 撒砂 干燥 如此反復(fù)多次就可得到所需厚度的多層型殼 二 各工序目的及注意事項(xiàng) 1 上涂料涂料的浸涂是制殼的關(guān)鍵工序之一 各處都要均勻涂上涂料 浸涂面層涂料時(shí) 要根據(jù)熔模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在涂料桶中轉(zhuǎn)動(dòng)或上下移動(dòng) 防止熔模