熔模鑄造工藝設(shè)計(jì)舉例

1、課題名稱熔模鑄造工藝設(shè)計(jì)舉例課次授課日期授課班級(jí)授課地點(diǎn)教學(xué)目的與要求學(xué)習(xí)目標(biāo)：1. 掌握熔模鑄造工藝設(shè)計(jì)基本過程2. 掌握熔模鑄造工藝設(shè)計(jì)主要依據(jù)及內(nèi)容能力目標(biāo)：能夠根據(jù)組件特點(diǎn)進(jìn)行熔模鑄造工藝設(shè)計(jì)素質(zhì)目標(biāo)：1分析問題解決問題的能力2容忍、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神3科學(xué)思維、認(rèn)真敬業(yè)重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法重點(diǎn)：1. 了解熔模鑄造工藝設(shè)計(jì)基本過程2. 了解熔模鑄造工藝設(shè)計(jì)主要依據(jù)及內(nèi)容難點(diǎn)：熔模鑄造工藝設(shè)計(jì)基本過程教學(xué)設(shè)計(jì)（方法、教具、手段、內(nèi)容）方法：講授教具：無手段：多媒體內(nèi)容：1. 鑄件工藝設(shè)計(jì)2. 壓型設(shè)計(jì)3. 生產(chǎn)工藝制定課外作業(yè)熔模鑄造工藝設(shè)計(jì)舉例熔模鑄造工藝設(shè)計(jì)舉例授課內(nèi)容授課時(shí)間熔模鑄造工藝設(shè)

2、計(jì)舉例一鑄件工藝設(shè)計(jì)二壓型設(shè)計(jì)三生產(chǎn)工藝制定40min30min30min熔模鑄造工藝設(shè)計(jì)舉例授課內(nèi)容備注一 鑄件鑄造工藝設(shè)計(jì)1. 鑄件工藝性分析（1）鑄件壁厚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。表6-1銅合金的熔模鑄件的最小壁厚推薦值和可能鑄出的最小值。對(duì)于局部尖銳部位，可以鑄出比表中最小值小30%50%的壁厚。表6-1 熔模鑄件的最小壁厚（單位mm）本次設(shè)計(jì)為一管接頭，見圖6-2。由上表得銅合金熔模鑄造最小壁厚為2.5mm。從圖6-2可知管接頭鑄件的最小壁厚皆大于2.5mm，因而充型良好，但是由于其最大壁厚為21 mm，因而工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加大澆

3、注系統(tǒng)補(bǔ)縮的能力。（2）鑄孔熔模鑄件上細(xì)而長的孔，由于制殼時(shí)的內(nèi)部不易上涂料和撒砂，所以一般孔徑d2.53.0 mm、孔高與孔徑比h/d5的通孔和h/d2.53.0的盲孔不予鑄出。對(duì)于特殊要求的小而復(fù)雜的孔和內(nèi)腔，可采用陶瓷型芯或石英玻璃管型芯鑄出。本次設(shè)計(jì)的鑄孔：直徑為ø10mm，孔深為18mm的8個(gè)通孔，及管接頭中心圓錐孔（管徑約為ø60mm，高度156mm）皆可直接鑄出。（3）鑄件精度和表面粗糙度成批和大量生產(chǎn)鑄件的尺寸公差按表6-2進(jìn)行選用。表6-2 成批和大量生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級(jí)CT鑄造工藝方法鑄鋼灰鑄鐵銅合金鋅合金砂型手工造型111311131012砂型機(jī)器造

4、型級(jí)殼型810810810金屬型797979低壓鑄造797979壓力鑄造6846熔模鑄造5746由于此次設(shè)計(jì)的鑄造方法為熔模鑄造，合金種類為銅合金，所以選用鑄件的公差等級(jí)為46，本鑄件的最大外廓尺寸為150mm，查鑄件尺寸公差值表可得公差尺寸為0.440.83mm。 （4）加工余量本鑄件的收縮率為1.03%，所以整體基本無需加工，只有一個(gè)端面有配合，加工余量為3mm及兩個(gè)凹臺(tái)需加工，見圖6-2中剖面線為×的部分。（5）鑄造圓角鑄件的鑄造圓角可根據(jù)公式：可取R為5mm，式中S、為鑄件連接處壁厚。（6）基準(zhǔn)面此管接頭為一回轉(zhuǎn)體零件，故需選擇兩個(gè)基準(zhǔn)面便可約束6個(gè)自由度，選擇法蘭盤的端面和

5、中心線，作為基準(zhǔn)面。（7）繪制鑄件圖根據(jù)分析結(jié)果，在零件圖的基礎(chǔ)上繪制鑄件圖，如圖6-36。圖6-36 銅合金管接頭鑄件圖2. 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們選用的是T型澆注系統(tǒng)（橫澆道內(nèi)澆道式的單一橫澆道），如圖6-37。根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)、重量及材質(zhì)特點(diǎn)，確定合金液從鑄件熱節(jié)處注入，采用澆口杯補(bǔ)縮鑄件的頂注法澆注系統(tǒng)。（2）澆注系統(tǒng)計(jì)算本鑄件質(zhì)量為7.5kg，熱節(jié)圓直徑為=21mm，熱節(jié)圓截面面積=314mm2。FC=r2=3.14×=3.14×100=314mm 2 (6-12)圖6-37 T型澆注系統(tǒng)1） 內(nèi)澆道的計(jì)算比例系數(shù)法是依據(jù)鑄件上熱節(jié)圓直

6、徑或熱節(jié)截面面積，由下式確定相應(yīng)內(nèi)澆道的直徑或截面面積。 (6-13)式中 、分別為內(nèi)澆道直徑和內(nèi)澆道截面積；圖6-38 內(nèi)澆道截面形狀圖、比例系數(shù)，般取0.61，一般取0.40.9。在上式中根據(jù)鑄件質(zhì)量取0.85，取0.7。圖6-39 內(nèi)澆道截面形狀圖經(jīng)計(jì)算得內(nèi)澆道直徑=17.85mm，內(nèi)澆道截面積=219.8mm?？紤]到組焊后內(nèi)澆道的強(qiáng)度問題，我們將內(nèi)澆道熱節(jié)圓直徑取為20mm,并且我們選擇易割長方形內(nèi)澆道，并且將其一邊設(shè)計(jì)為圓弧形，隨鑄件熱節(jié)圓處形狀，這樣可以提高內(nèi)澆道的強(qiáng)度。其橫截面形狀如圖6-38所示。2） 橫澆道尺寸的確定采用如圖6-39所示梯形截面橫澆道。橫澆道的熱節(jié)圓尺寸應(yīng)大于

7、內(nèi)澆道，并且兩端伸出部分一般取820mm，因此橫澆道參數(shù)為：a=30mm，b=24mm，R=4mm。圖6-40 澆注系統(tǒng)模具圖1-活塊 2- 鎖緊環(huán) 3-模體 4- 擋板 5-底座3）直澆道和澆口杯根據(jù)內(nèi)澆道尺寸選擇直澆道和澆口杯，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式直澆道的直徑一般取內(nèi)澆道的1.4倍，所以直澆道的直徑為30mm，澆口杯選用的尺寸為80mm。4） 澆注系統(tǒng)模具圖澆注系統(tǒng)模具如圖6-40。3.繪制鑄造工藝圖根據(jù)鑄件工藝設(shè)計(jì)結(jié)果繪制鑄件工藝圖。 圖6-41 鑄造工藝圖二 壓型設(shè)計(jì)1. 分型面選擇通過對(duì)閥體鑄件的結(jié)構(gòu)分析，觀察鑄件圖我們可以發(fā)現(xiàn)上下型體的內(nèi)腔是對(duì)稱的，而且為鑄件的最大截面；同時(shí)，由于鑄件表面

8、粗糙度要求嚴(yán)格，同時(shí)中心孔為一型芯，因而在保證其上、下型定位準(zhǔn)確的前提下，選擇如圖6-42所示的通過中心孔的平面作為分型面，不僅可以確保鑄件的技術(shù)要求，而且可以大大地提高制造熔模的效率，因此選擇中心線處為分型面。2. 型體設(shè)計(jì)圖6-42分型面選擇圖（1）型腔尺寸計(jì)算壓型的型腔工作尺寸要兼顧到鑄件的綜合收縮率、鑄件的尺寸精度等因素。1）綜合線收縮率K的確定：在熔模鑄造中影響鑄件總收縮率的因素有三個(gè)方面，即合金收縮率、模料收縮、型殼的膨脹和變形。曾有人將這三方面的影響分別考慮，然后疊加并用下式表示： (6-14)式中K總收縮率；K1合金的收縮率；K2模料的收縮率； K3型殼的膨脹和變形。但是，實(shí)踐

9、證明這種計(jì)算方法不全面。因?yàn)檫@三方面的因素都首先與鑄件結(jié)構(gòu)有關(guān)，同時(shí)它們之間也相互制約，而且每個(gè)因素都受具體的工藝操作過程的影響，當(dāng)壓型和模料確定后，他們還取決于壓注工藝參數(shù)以及取模后的環(huán)境和處置情況等。在本閥體設(shè)計(jì)中，采用低溫模料，涂料為硅溶膠硅石粉，多層型殼。對(duì)于本鑄件，由于其最小壁厚為10mm，而其它大部分的壁厚都要大于10mm，故選用鑄件壁厚大于1020mm的線收縮率，選定蠟?zāi)Ｊ湛s為1%，錫青銅的收縮為1.8%。在設(shè)計(jì)中，型體內(nèi)腔所有尺寸都要進(jìn)行收縮補(bǔ)償，其補(bǔ)償量為： （6-15）式中 a補(bǔ)償量；l內(nèi)腔尺寸。在設(shè)計(jì)過程中，為求計(jì)算簡便，將補(bǔ)償量進(jìn)行簡化計(jì)算：，其結(jié)果與上式結(jié)構(gòu)并沒有多大

10、區(qū)別。2）壓型的精度和表面粗糙度壓型的精度和表面粗糙度視鑄件的技術(shù)要求而定。一般型腔尺寸的制造公差為鑄件公差的1/41/6。型腔的表面粗糙度應(yīng)比鑄件表面粗糙度細(xì)34級(jí)。壓型的加工精度和表面粗糙度見表6-17和6-18取。表6-17 壓型加工精度壓型部位尺寸精度型腔及型芯的成形部位IT6IT10活塊、鑲塊頂干等的配合部位IT6IT9影響鑄件尺寸的自有尺寸12IT14表6-18 壓型各部分的表面粗糙度壓型部位表面粗糙度R(µm)型腔表面0.20.8芯銷、活塊、鑲塊的配合面、定位面0.83.2分型面0.81.6澆注系統(tǒng)表面1.66.3非工作部分表面6.312.5（2）壓型厚度在保證強(qiáng)度和剛

11、度的前提下，為了減輕重量，便于操作，壓型型體壁厚盡可能小，如圖6-43、圖6-44所示。3. 其他機(jī)構(gòu)圖6-45 型體定位部件裝配圖（1）型體定位圖4 下型體剖面圖上下型體之間的定位面一般需要設(shè)置兩個(gè)以上定位銷才能限制其自由度，但過多的定位銷會(huì)引起過定位。定位銷之間的間距越大，定位精度越高。在本設(shè)計(jì)中，采用M8的定位銷，如圖6-43、圖6-44，其一在壓型左上方，另一個(gè)在其的右下方，采用對(duì)角線布置距離兩側(cè)邊緣分別為25mm和20mm。具體的請(qǐng)見設(shè)計(jì)圖壓型裝備配。兩型體與圓柱銷的配合原則是，上型體與圓柱銷采用間隙配合，下型體與圓柱銷采用過盈配合。本設(shè)計(jì)中上型體與圓柱銷采用H8/f7的配合，下型體

12、與圓柱銷采用H8/s7的配合，如圖6-45 所示。（2）型體鎖緊圖6-46形體鎖緊部件裝配圖本設(shè)計(jì)中采用碟形螺母活節(jié)螺栓鎖緊，選擇M10的活節(jié)螺栓和碟形螺母，活節(jié)螺栓的長度為218mm，螺紋長度為26mm。圖6-46為設(shè)計(jì)圖中的活節(jié)螺栓鎖緊圖，在整個(gè)模具中共有2副此鎖緊機(jī)構(gòu)。采用直徑為8mm的圓柱銷，將活節(jié)螺栓固定在型體上，其中圓柱銷與凸耳的配合采用過盈配合H7/s6。（3）型芯設(shè)計(jì)本情境采用型芯結(jié)構(gòu)為兩端支承的型芯，每端定位段的長度可以小至10mm。冷卻過程中收縮時(shí)，會(huì)把型芯緊緊的抱住，因此開型前要首先將型芯拔出。為了拔芯方便，型芯上作出手柄部分。本設(shè)計(jì)采用金屬型芯。如圖6-47、6-48所

13、示，型芯1為型腔主芯，芯2為鑄造通孔芯。圖6-47 型芯1結(jié)構(gòu)尺寸圖圖6-48 型芯2結(jié)構(gòu)尺寸圖1）型芯的定位固定金屬型芯的方法很多，在本設(shè)計(jì)中采用芯銷定位，芯銷結(jié)構(gòu)如圖6-49所示。（4）壓型排氣圖6-49 芯銷模料注入壓型時(shí)如果型腔內(nèi)的氣體來不及排除或者在型腔深處形成氣袋，往往會(huì)造成易熔模成形不良，因此壓型應(yīng)該具有良好的排氣條件。設(shè)計(jì)中我們采用型芯間隙排氣，排氣部位在型芯與型體的相配處，如圖6-50。（5）壓型冷卻本熔模尺寸較小，因此壓型設(shè)計(jì)時(shí)不考慮冷卻水系統(tǒng)，采用兩個(gè)壓型輪流操作，淋水冷卻。（6）注蠟孔設(shè)計(jì)圖6-51 注模料口圖6-50 型芯間隙排氣熔模鑄造中，注蠟孔的位置對(duì)蠟?zāi)Ｙ|(zhì)量有極

14、大影響。在本設(shè)計(jì)中，將孔放置在110110方體的外側(cè)面的中間部分。圖6-51是注蠟孔的示意圖。 （7）組合件的配合壓型由許多部件組合而成，這些組合件相互間的配合，應(yīng)根據(jù)易模的動(dòng)作要求確定。（8）材料選擇表6-19所示為壓型常用材料及熱處理要求表6-19 壓型常用材料零件名稱材料熱處理型體、型芯45鋼定位銷、芯銷45鋼淬火3540HRC澆注系統(tǒng)模具45鋼4.繪制壓型裝配圖根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果繪制壓型裝配圖。三 生產(chǎn)工藝制定1. 模組壓制及組裝（1）模料配制松香基模料的熔點(diǎn)較高，一般都用不銹鋼制的電熱鍋熔化，電加熱鍋可轉(zhuǎn)動(dòng)，以便傾倒液態(tài)模料，可以用溫度控制器控溫，防止模料溫度太高氧化、分解變質(zhì)。熔化后的模

15、料需經(jīng)SBSll號(hào)（270目）篩過濾去除雜質(zhì)，濾過的模料保溫靜置。如模料為液態(tài)使用，則在規(guī)定溫度保溫靜置后即可用來制模；如模料為糊狀使用，則需自然冷卻成糊狀或在邊冷卻邊攪拌情況下制成糊狀備用。由于松香基模料原材料組成復(fù)雜，它們之間有的不能互溶，需借助第三組成使之溶合；有的組分之間只能部分溶解，因此配制熔化松香基模料時(shí)，必須注意加料次序，以便得到成分均勻的模料，常見的松香基模料配制工藝如圖6-53。稱料稱料保溫靜置熔化料錠破碎澆成料錠備用攪拌成糊備用圖6-53 松香基模料配制工藝圖今舉幾種配比的模料熔化加料次序如下：對(duì)含有松香、聚乙烯和石蠟、川蠟、地蠟的松香基模料而言，先熔化蠟料，升溫至約140

16、，在攪拌情況下逐漸加入聚乙烯，再升溫至約220，加入松香熔化之。最后的熔化溫度不超過210。對(duì)由松香、EVA、改性松香和石蠟、地蠟組成的松香基模料言，先將石蠟和EVA放進(jìn)化料鍋內(nèi)熔化，溫度不超過120。而后在攪拌情況下加入松香和改性松香，最后加入地蠟，攪拌均勻，熔化溫度不超過180。對(duì)由改性松香、硬脂酸、地蠟和尿干粉的填料模料而言，先熔化硬脂酸和地蠟，然后加入改性松香，升溫至200，用SBSl1號(hào)篩過濾。待過濾物冷卻至120135時(shí)，在不斷攪拌情況下，徐徐加入尿干粉，繼續(xù)攪拌2030min，直至模料混合均勻，無氣泡為止（模料溫度保持在8090）。本任務(wù)選用的模料配制工藝為： 按比例稱取松香、川

17、蠟、地蠟和聚乙烯；將稱取的川蠟和地蠟各半放入干凈的電熱水浴式不銹鋼或者鋁制坩堝內(nèi)通電熔化；當(dāng)川蠟、地蠟化清后，徐徐加入聚乙烯并仔細(xì)攪拌，使聚乙烯全部熔解并混合均勻后加入松香，攪拌至全部熔化，最后加入剩余的川蠟和地蠟，攪拌混合均勻,熔化溫度不超過200；熔化好的模料冷卻至180，用11號(hào)（270目）篩過濾去除模料中的雜質(zhì)；最后澆成料錠或攪拌成糊狀，或自然冷卻至糊狀后使用。（2）制備熔模及組焊對(duì)于松香基糊狀模料使用的熔模壓注參數(shù)如表6-20。表6-20 壓注熔模主要工藝參數(shù)模料類型壓注溫度/壓型溫度/壓注壓力/MPa保壓時(shí)間/s松香基糊狀模料708520250.31.50.53分型劑為分型劑成分為

18、蓖麻油50%、酒精50%。澆口棒制備方法采用直接澆注法。熔模組焊方法為焊接法。（3）模料回收松香基模料在使用時(shí)，其中某些組分會(huì)因受熱而揮發(fā)、分解、樹脂化、碳化，還可能混入各種雜質(zhì)，如砂粒、粉塵、水分等。處理時(shí)將液態(tài)模料先置于水分蒸發(fā)槽中，在120下，使模料中水分蒸發(fā)干凈，然后用離心分離器從模料中排除雜質(zhì)，經(jīng)檢查模料的灰分、針入度、強(qiáng)度和熔點(diǎn)（或滴點(diǎn)）合格后，即可回用。如用來制造澆道的熔模，處理后模料可直接回用；如需制造鑄件的熔模，則需在模料中加入20%30%質(zhì)量的新料。2. 型殼制造本任務(wù)選用的涂料見表6-21.表6-21 制殼用硅溶膠涂料配料表硅溶膠（ml）粉料種類潤濕劑消泡劑涂料密度用途1

19、000石英玻璃粉1.71.8kg0.3%1.71.8 g/cm3表面涂料層1000鋁礬土粉2.12.2 kg0.10.3%2.02.1 g/cm3加固層（1）涂料配制涂料的配制也是保證涂料質(zhì)量的重要一環(huán)，配制時(shí)應(yīng)讓各組分均勻分散，相互充分混合和潤濕。硅溶膠涂料常采用低速連續(xù)式沾漿機(jī)攪拌配制涂料，一般先加硅溶膠，再加潤濕劑混勻，在攪拌中緩慢加入耐火粉料，注意防止粉料結(jié)塊，最后加入消泡劑。為保證涂料質(zhì)量，面層全部為新配料時(shí)，攪拌時(shí)間應(yīng)大于24h，如部分為新配料時(shí)，攪拌時(shí)間可縮短為12h。過渡層、背層涂料，全部為新配料時(shí)攪拌l0h，部分為新配料時(shí)可攪拌5h。為控制硅溶膠涂料的性能，需做多項(xiàng)性能測定:

20、粘度、密度、溫度、pH值、耐火材料含量、涂料中固體總含量、粘結(jié)劑中w(SiO2)、膠凝情況等。其中涂料粘度是主要控制性能?？梢杂昧鞅扯葋頊y定涂料粘度。（2）除油脫脂為了提高涂料潤濕模組表面的能力，需把模組表面油脂除去。一般模組的除油和脫脂是通過將模組浸泡在表面活性劑的水溶液中完成的，JFC（聚氧乙烯烷基醇醚）潤濕劑可以有效的在熔模表面形成親水膜，改善涂料對(duì)熔模的涂掛性。（3）制殼 在對(duì)熔模清洗后，即可進(jìn)行制殼，硅溶膠制殼過程主要是掛涂料、撒砂、干燥三個(gè)工序。在掛涂料之前應(yīng)先將涂料攪拌均勻并測量其流杯粘度和密度，對(duì)不合格的涂料進(jìn)行相應(yīng)的工藝調(diào)整。掛涂料一般采用浸漬法，上面層涂料時(shí)應(yīng)根據(jù)熔模結(jié)構(gòu)

21、特點(diǎn)在涂料桶中轉(zhuǎn)動(dòng)和上下移動(dòng)，防止熔模上的凹角、溝槽和小孔、集氣泡、涂不上涂料。涂掛表層涂料時(shí)應(yīng)仔細(xì)檢查涂料層分布是否均勻，涂料有無堆積，涂料層中有無氣泡，必要時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的處理。撒砂是通過在所掛涂料層外面粘上一層耐火砂粒，迅速增厚型殼，使砂粒層稱為型殼的骨架，分散型殼在隨后工序中可能產(chǎn)生的應(yīng)力。撒砂后的粗糙表面也利于后續(xù)涂料的粘附。撒砂粒度上來說是表層最細(xì)，約為40100目，而后逐步增加，加固層的粒度可達(dá)640目。撒砂后應(yīng)對(duì)硅溶膠型殼進(jìn)行干燥，使硅溶膠形成凝膠，將耐火材料固定在一起。 影響型殼干燥的因素有制殼間的溫度、濕度和風(fēng)力等因素。硅溶膠型殼的制備工藝如表6-22。表6-22 硅溶膠型殼制備工藝涂料層次涂料密度(g/cm3)撒砂粒度干燥溫度（）風(fēng)速（m/min）相對(duì)濕度(%)時(shí)間(h)1層，2層1.71.8211827風(fēng)扇吹風(fēng)502337層2.12.230222424030040602（4）脫蠟 制備好的型殼完全硬化以后，即可進(jìn)行脫蠟，以脫去熔模獲取型殼。本情境采用的是水蒸氣脫蠟法，其操作要點(diǎn)如下。 清理澆口杯涂料與浮砂； 檢查脫蠟裝置的壓力表及安全閥和其他部件是否正常； 將模組放入裝置內(nèi)，關(guān)閉爐門，通入水蒸氣，保壓壓力為0.2940.490MPa，保壓時(shí)間815min。（5）焙燒 硅