第一節(jié)熔模鑄造

1、特種鑄造篇特種鑄造篇1.本課題性質(zhì)：本課題性質(zhì)： 內(nèi)容:實(shí)踐性和經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)，真正掌握須經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的摸索和實(shí)踐 2 . 教材：教材：浙江大學(xué)出版社 曾昭昭主編的特種鑄造 3 .3 .學(xué)習(xí)方法：學(xué)習(xí)方法：不要求具體數(shù)據(jù)。只要求掌握每種特種鑄造方法的原理、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)等。 緒論緒論 一、一、 特種鑄造的概念特種鑄造的概念 特種鑄造是相對(duì)于一般砂型鑄造而言的。把在造型材料、液體金屬充填和凝固過(guò)程等方面與普通砂型鑄造有所不同的鑄造方法稱為“特種鑄造方法” 二、二、 特種鑄造方法的分類特種鑄造方法的分類 特種鑄造以砂為成型材料 金屬為成型材料 熔模鑄造 陶瓷型鑄造： 金屬型鑄造壓力鑄造低壓鑄造

2、離心鑄造 真空吸鑄 連續(xù)鑄造擠壓鑄造 三三. 特鑄方法具有以下某些方面的優(yōu)點(diǎn)特鑄方法具有以下某些方面的優(yōu)點(diǎn)1尺寸精度、表面光潔度高，減少了機(jī)械加工，以達(dá)到無(wú)削切 或少削切的目的。2 .能鑄出形狀十分復(fù)雜，壁很薄鑄件，有的靠其它方法無(wú)法或很 難完成。3 能獲得特殊要求的鑄件。如氣密性、耐磨性，抗腐蝕性等。4 更適宜于高熔點(diǎn)、高粘滯性、易氧化的合金鑄件及雙金屬鑄件。5 減少澆注系統(tǒng)和冒口尺寸，提高金屬利用率。6 不用或少用砂，減少車間粉塵，改善環(huán)境。7 便于機(jī)械化、自動(dòng)化、提高生產(chǎn)率。 （說(shuō)明：并非每種鑄造方法都具有以上所有優(yōu)點(diǎn)，而是具有其中的一項(xiàng)或是幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。）第一章 熔模鑄造（精密鑄造） 第一

3、節(jié)第一節(jié). 概述概述1 熔模鑄造的工藝過(guò)程熔模鑄造的工藝過(guò)程 概念：概念：熔模鑄造的實(shí)質(zhì)就是在熔模鑄造的實(shí)質(zhì)就是在蠟?zāi)Ｏ災(zāi)１砻嫱扛脖砻嫱扛捕鄬佣鄬幽突鸩牧夏突鸩牧希不稍锖?，加熱，待硬化干燥后，加熱將蠟?zāi)Ｈ廴⑾災(zāi)Ｈ廴?，而獲得，而獲得具有與蠟?zāi)Ｐ螤钕鄳?yīng)的具有與蠟?zāi)Ｐ螤钕鄳?yīng)的空腔型殼空腔型殼，在型殼中澆注金屬，在型殼中澆注金屬獲得鑄件，該方法也稱精密鑄造，失蠟鑄造獲得鑄件，該方法也稱精密鑄造，失蠟鑄造制造壓型 壓制蠟?zāi)?制造型殼（掛涂料 撒砂 硬化） 型殼脫蠟 型殼焙燒 澆注配制蠟料反復(fù)5-7次配制涂料金屬熔煉 熔模鑄造的工藝過(guò)程熔模鑄造的工藝過(guò)程2. 熔模鑄造的優(yōu)缺點(diǎn)熔模鑄造的優(yōu)缺點(diǎn)2.1

4、 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) （1）精度高：）精度高： 尺寸精度：尺寸精度： 表面光滑度表面光滑度鑄件最小壁厚鑄件尺寸公差光潔度砂型3mm1001.01-3 熔模0.7（0.3mm）1000.3 3-6（2）形狀無(wú)限制。適合于鑄造某些結(jié)構(gòu)、形狀 復(fù)雜的鑄件。（因無(wú)需拔模，無(wú)分型面） （3）合金不受限制(一般適用于貴金屬) 2.2 缺點(diǎn)缺點(diǎn) （1）鑄件性能不好）鑄件性能不好 。 因?yàn)槭氰T態(tài)且為熱澆（保證輪廓清晰）所以晶粒粗大，機(jī)械性能不好，所以精鑄件很少在重要環(huán)境下工作。 （2)工藝復(fù)雜成本高。工藝復(fù)雜成本高。（相對(duì)鑄造高，而綜合成本不高，相當(dāng)于10倍的砂型鑄造成本） （3）批量受限制。）批量受限制。大批量生產(chǎn)成

5、本降低。 3. 熔模鑄件的技術(shù)特性熔模鑄件的技術(shù)特性3.1 技術(shù)性能；較低技術(shù)性能；較低 對(duì)于精鑄件對(duì)于精鑄件（延伸度）（延伸度）K（沖擊韌性）（沖擊韌性） b（強(qiáng)度）都比較低，（強(qiáng)度）都比較低，因?yàn)闊釢?、晶粒粗大。尤其是因?yàn)闊釢病⒕Я４执?。尤其是（延伸度）（延伸度）K（沖擊韌性）值較低，（沖擊韌性）值較低，難以用在關(guān)鍵部位。難以用在關(guān)鍵部位。3.2 精度：高精度：高 每個(gè)工廠每個(gè)工廠 的精度與工人和技術(shù)人員的技術(shù)水平，所用材料，生的精度與工人和技術(shù)人員的技術(shù)水平，所用材料，生產(chǎn)環(huán)境等有關(guān)產(chǎn)環(huán)境等有關(guān) 精密鑄造的正常精度范圍精密鑄造的正常精度范圍 1000.3 高精度范圍高精度范圍 1000.

6、1 砂型砂型 精鑄精鑄表面光潔度表面光潔度Ra值值 1-3 3-6（與殼型鑄造相當(dāng)）（與殼型鑄造相當(dāng)）3.3 鑄件的尺寸：有限制鑄件的尺寸：有限制 ?。壕T件壁厚最小可達(dá)0.3mm 局部可達(dá)0.2mm 最小孔徑可達(dá)直徑0.5 最小鑄件重量達(dá)幾克。 如柴油機(jī)噴油嘴頂桿重9克，用水玻璃石英砂型殼 大：精鑄件重量G 過(guò)去大于10-20kg， (太大解決不了蠟蠕 變和收縮變形問(wèn)題) 近年可鑄出重600kg 直徑600-1000 mm的整鑄件 進(jìn)步歸公于兩點(diǎn)塑料模的使用。蠟?zāi)Ｌ笠兹渥?凝固過(guò)程熱計(jì)算的商業(yè)化3.4 合金的種類：合金的種類： 難加工類、高溫、耐磨、特種合金類 精鑄工藝本身對(duì)合金種類無(wú)限制

7、。但實(shí)際應(yīng)用時(shí)很少有鑄鐵，有色等合金用精密鑄造，原因是造價(jià)太高，不值得。實(shí)際上精鑄只是用于兩種合金：難加工類（包括形狀難加工和金屬難加工）；特種合金類（高溫、耐磨等） 所以精鑄車間都與一些精密的熔煉設(shè)備相聯(lián)系，如真空熔煉等。3.5 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 圖1 離心葉輪該件突出的特點(diǎn)是尺寸大，壁薄。直徑457mm、高228.6mm，重45kg。有高的尺寸精度要求、大部分件需經(jīng)過(guò)x射線和熒光檢查。材質(zhì)為沉淀硬化馬氏體不銹鋼174PH（美國(guó)牌號(hào)） 圖2 熱交換器 鋁合金的熱交換器,輪廓尺寸為190.5mm139 .7mm55.9mm，壁厚為 1.5mm，上面分布著1200多個(gè)小針，以提供最大的散熱面積。

8、件重0.184kg。 圖3 殼體 該殼體鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，該圖是用兩個(gè)切面解剖后的照片，可見其外形和內(nèi)腔均很復(fù)雜，它的熔模是用13個(gè)不同的蠟?zāi)＝M裝而成的。為鋁合金熔模鑄件，其尺寸為214.9mm200mm 145mm，重2.36kg。1 重型柴油機(jī)葉輪、壁很薄，機(jī)械加工等無(wú)法達(dá)到, 用精鑄法制造,制殼時(shí)要涂掛4-6次 2 （鑄造手冊(cè) P12 圖） 氣輪機(jī)靜葉片、噴嘴形狀復(fù)雜，以前用昂貴的機(jī)械加工。用普通方法鑄造也困難。材料為1Cr13、2Cr13這種鋼不好鑄?，F(xiàn)在硅酸乙酯剛玉型殼精密鑄造后拋光即可使用。 3 一個(gè)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪噴嘴有半人高，形狀特別復(fù)雜，任何方法不能造出，只能精鑄。由此可見，在難

9、加工，和一些高溫、耐磨，特種合金的零件制造中，熔模鑄造顯示了其優(yōu)越性。 第二節(jié)第二節(jié).熔模的制造熔模的制造 熔模鑄造生產(chǎn)的第一個(gè)工序就是制作熔模（蠟?zāi)＃?，熔模就是用?lái)形成耐火型殼中型腔的模型，所以要想獲得尺寸精度和表面光潔度高的鑄件，首先熔模本身就應(yīng)該具有高的尺寸精度和表面光潔度。此外，熔模本身的性能還應(yīng)盡可能使隨后的制型殼等工序簡(jiǎn)單易行。為獲得上述高質(zhì)量的熔模，除了應(yīng)有好的壓型-壓制熔模的模具外，還必須選擇合適的制模材料（簡(jiǎn)稱模料）和合理的制模工藝。本節(jié)將對(duì)后兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行敘述。對(duì)蠟?zāi)５幕疽蟾叩某叽缇缺砻婀鉂嵍仁购罄m(xù)（制殼）工序簡(jiǎn)單易行獲得高質(zhì)量蠟?zāi)５臈l件好的壓型（壓制熔模的模具）選擇合

10、適的制模材料（簡(jiǎn)稱模料）合理的制模工藝1 1 模料模料1.1 1.1 對(duì)模料性能的要求對(duì)模料性能的要求制模材料的性能不單應(yīng)保證方便的制得制模材料的性能不單應(yīng)保證方便的制得尺寸精確和表面尺寸精確和表面光潔度高、強(qiáng)度好、重量輕光潔度高、強(qiáng)度好、重量輕的熔模，它的熔模，它還應(yīng)為型殼的制還應(yīng)為型殼的制造和獲得良好的鑄件創(chuàng)造造和獲得良好的鑄件創(chuàng)造條件，所以模料的性能應(yīng)能滿條件，所以模料的性能應(yīng)能滿足以下要求足以下要求: : 熔點(diǎn)要適中，通常希望60-100，以便于配制模料、制模、脫模。 要求模料有良好的流動(dòng)性和成型性，在壓制熔模時(shí)，半凝固狀態(tài)的模料應(yīng)能很好的充填滿壓型型腔，清晰的復(fù)制出型腔的表面，表面光

11、潔，而且熔失熔模時(shí)易從型殼中流出。一定的強(qiáng)度，表面硬度和韌性，防止變形損失。 高的軟化點(diǎn)模料開始發(fā)生軟化變形的溫度稱 為軟化點(diǎn)。一般要求模料的軟化點(diǎn)比工作場(chǎng)地室溫 高10-15 ，即35-40，南方要大于40。 小而穩(wěn)定的膨脹系數(shù)，保證制得的熔模尺寸精確。 與耐火涂料有較好的潤(rùn)濕性，即使涂料有良好的 涂掛性，而且與模料和耐火涂料不應(yīng)該起化學(xué)作用。 其它：焊接強(qiáng)度高，比重小，灰份少，復(fù)用性好， 價(jià)格便宜，來(lái)源豐實(shí)，對(duì)人體無(wú)害。1.2 1.2 模料的種類、組成和性能模料的種類、組成和性能 蠟基模料蠟基模料 蠟基模料是以礦物蠟或動(dòng)植物蠟為主要成分的模料，它在國(guó)內(nèi)外熔模鑄造生產(chǎn)中一直是一種使用最普遍的

12、模料，最典型的例子是石蠟硬脂酸模料。 典型配方典型配方: 石蠟石蠟 50% + 硬脂酸硬脂酸 50% 蠟基模料特點(diǎn)蠟基模料特點(diǎn): 強(qiáng)度高、剛性好、熔點(diǎn)適中，但流動(dòng)性、潤(rùn)濕性、膨脹系強(qiáng)度高、剛性好、熔點(diǎn)適中，但流動(dòng)性、潤(rùn)濕性、膨脹系數(shù)大數(shù)大。 石蠟石蠟是飽和族的固體碳?xì)浠衔?，是一個(gè)含有20個(gè)以上碳原子的烷烴，是煉制石油的副產(chǎn)品，外觀為半透明枝狀結(jié)晶。石蠟的熔點(diǎn)是隨著其中碳原子的數(shù)量的增加而提高，一般作模料原材料的石蠟熔點(diǎn)為58-60，其熱穩(wěn)定性低，溫度30時(shí)就可軟化變形。石蠟熔化后，再凝固時(shí)易形成表面收縮，所以不能單獨(dú)作模料使用。在模料中加入石蠟后，可提高強(qiáng)度，使模料不易產(chǎn)生裂紋，它不溶解于硅

13、酸乙酯水解液中，但稍溶于無(wú)水酒精。 硬脂酸硬脂酸硬脂酸為固體的脂肪酸混合物，可由石油副產(chǎn)品石蠟經(jīng)高溫催化而制得。硬脂酸外觀為純白色或黃色的片狀或針狀的固體結(jié)晶。熔點(diǎn)58-60。在石蠟中加入硬脂酸可提高模料的熱穩(wěn)定性及流動(dòng)性。此外，硬脂酸中含有極性基分子，可以改善模料與涂料的潤(rùn)濕性。硬脂酸能很好的溶解于乙基纖維素中，易和硅酸乙酯水解液相互起酯化作用，遇堿起皂化反應(yīng)，其價(jià)格較貴。 松香基模料松香基模料 以松香為主要成分，屬中高熔點(diǎn)模料。主要用來(lái)生產(chǎn)要求高的熔模鑄件，如渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等。其配方舉例： 松香松香 60% + 川蠟川蠟 30% + 地蠟地蠟 5% + 聚乙烯聚乙烯 5% 松香松香 75%

14、 + 川蠟川蠟 15% + 地蠟地蠟 5% + 聚乙烯聚乙烯 5%松香松香松香是切開松樹皮后分泌出來(lái)的松脂，經(jīng)蒸餾提出松節(jié)油而剩余物質(zhì)，主要成分為松香酸。它能與石蠟很好互溶。軟化點(diǎn)高、收縮率低，但黏度大，流動(dòng)性差。地蠟地蠟地蠟是飽和族的高分子固體碳?xì)浠衔铮瑸槭凸I(yè)產(chǎn)品。其外觀為白色或黃色的均勻物質(zhì)，無(wú)氣味。地蠟的牌號(hào)由它的熔點(diǎn)來(lái)確定。地蠟比石蠟具有較高的軟化溫度，所以保存時(shí)不易變形。地蠟不與水解的硅酸乙酯溶液相互起作用。其缺點(diǎn)是強(qiáng)度、硬度及塑性較低，收縮率很大。加入地蠟除了可細(xì)化川蠟的結(jié)晶組織和改善熔模的表面粗糙外，還可作為助溶劑，使聚乙烯與松香、川蠟復(fù)合基體均勻混合，提高聚乙烯的強(qiáng)化作用

15、。 川蠟川蠟又稱為白蠟、中國(guó)蠟、蟲蠟，四川出產(chǎn)很多，是白蠟蟲分泌于所寄生的樹上的蠟，是我國(guó)的特產(chǎn)。不溶于水、乙醇和乙醚，易溶于苯。其優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、熔點(diǎn)高及流動(dòng)性好，但脆性及收縮率較大，它能與松香互溶，形成松香與川蠟復(fù)合基體的模料，使之具有良好的綜合性能。 聚乙烯聚乙烯由乙烯聚合而成的高分子化合物，低分子量為液體，高分子量的純物質(zhì)是乳白色蠟狀固體粉末，經(jīng)加入穩(wěn)定劑后，加工成粒狀，具熱塑性。模料中加入聚乙烯能顯著提高強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性和韌性。 其它模料其它模料 上述幾種模料都有些缺點(diǎn)，影響使用，有的工廠試用新的模料，如聚苯乙烯（泡沫塑料），尿素模料、充填模料等。如聚苯乙烯（機(jī)車廠實(shí)型鑄造的實(shí)體模） 聚

16、苯乙烯模料聚苯乙烯模料: : 是由苯乙烯在加熱條件下聚合而成，是一種熱塑性材料，外觀為無(wú)色或淡紅色非晶型顆粒。由于聚苯乙烯具有較高的強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性好，收縮小及灰塵少等優(yōu)點(diǎn)，因此宜作為制模材料。它熔點(diǎn)高，對(duì)溫度變化不敏感。在60才開始變形，在82的臨界溫度下迅速膨脹，約在93軟化，在204由于自發(fā)重量開始流動(dòng)，在316流動(dòng)相當(dāng)舒暢，在400完全燒凈。聚苯乙烯制模工藝復(fù)雜，不宜制作薄壁及形狀復(fù)雜的熔模，且熔模的表面光潔度差。1.3 模料的配制模料的配制 通常模料是由兩種或兩種以上原材料組成的，配制模料時(shí)是按照規(guī)定的成分及配比，將各種原材料先熔融成液態(tài)，然后經(jīng)攪拌混合均勻，濾去雜質(zhì)，澆成錠塊或調(diào)制成

17、糊狀模料待用，有時(shí)也可用液體模料直接澆制。1.3.11.3.1 模料配制需要遵守的原則模料配制需要遵守的原則 A A 應(yīng)根據(jù)各組分的互溶性來(lái)確定加料順序。 模料中分子結(jié)構(gòu)相似，分子極性相同的物質(zhì)互溶性好。反之，互溶性差或不互溶。如石蠟(線性分子結(jié)構(gòu))和松香(體形)不互溶，若將地蠟或微晶蠟(枝型)加入其中或加入一些其它多聚物然后再加松香，則三者很快溶合在一起。 加熱溶解 熔化混合石蠟+地蠟或微晶+松香B B 嚴(yán)格控制溫度上限和高溫停留時(shí)間及合適的熔化裝置。嚴(yán)格控制溫度上限和高溫停留時(shí)間及合適的熔化裝置。 因?yàn)槟Ａ隙际歉鞣N碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，過(guò)熱會(huì)發(fā)生氧化裂解，影響模料性能。 1.3.21.3.2

18、 模料的配制方式模料的配制方式A A 蠟基模料蠟基模料 蠟基模料熔點(diǎn)都低于100 ，為防止模料的分解，對(duì)它的加熱采用蒸汽加熱或熱水槽加熱。對(duì)熔化后的模料要攪拌均勻， ，在冷卻過(guò)程中將蠟料制成糊狀。圖1-4熔化蠟基模料的加熱槽具體辦法有兩種：a 旋轉(zhuǎn)漿葉攪拌法旋轉(zhuǎn)漿葉攪拌法 1/3熔融蠟料 +2/3固體蠟料 （充分粉碎） b 活塞攪拌法活塞攪拌法 借助活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，迫使模料從活塞上小孔竄來(lái)竄去，模料被攪成糊狀，根據(jù)放入模料的量，可以控制混入模料中的空氣的量，使模料中的空氣以細(xì)小的形式存在，這樣可減少制模時(shí)的收縮率。圖1-5 旋轉(zhuǎn)漿葉攪拌蠟基模料 圖1-6 活塞攪拌 蠟基模料 B 松香基模料松香基

19、模料 由于松香基模料熔化溫度較高，其加熱采用電阻爐或工頻爐感應(yīng)加熱方式。 如：松香、 地蠟、聚乙烯模料。先熔化地蠟，待升溫至140時(shí)，在攪拌的情況下逐漸加入聚乙烯，在升溫至220加入松香，全熔后在210時(shí)靜置20-30分以排除氣體，最后濾去雜質(zhì)，在降溫的情況下對(duì)模料進(jìn)行攪拌，使成糊（60-80），如模料混合不好，它的黏度就會(huì)增大，晶粒粗大，使熔模質(zhì)量降低，加熱時(shí)防止溫度過(guò)高，模料變質(zhì)燃燒。 140 +聚乙烯 220 +松香地蠟 加熱 攪拌 加熱 攪拌至全熔 210 排除氣體 濾去雜質(zhì) 攪成糊狀（60-80）靜置20-30分1.4 模料的回收模料的回收 使用松香基模料時(shí)，回收的模料用來(lái)制作澆冒口

20、熔模 使用蠟基模料，脫模后所獲模料可回收，再用來(lái)制造新的熔模1.4.1 1.4.1 蠟基舊模料的性能變化蠟基舊模料的性能變化 在循環(huán)使用時(shí)，模料的性能會(huì)變壞：脆性增大，灰塵增多，流動(dòng)性下降，收縮率增大，顏色由白變褐，這些主要與模料中硬脂酸變質(zhì)有關(guān)，也有其它原因。1.4.2 蠟基模料變質(zhì)的原因蠟基模料變質(zhì)的原因（1） 蠟基模料中硬脂酸變質(zhì)(發(fā)生皂化反應(yīng)) l 硬脂酸呈酸性，它能和化學(xué)活性比氫強(qiáng)的金屬反應(yīng)，如熔制熔模時(shí)，與一些鋁、鐵工具接觸便發(fā)生以下置換反應(yīng)： 2Fe +6C17H35COOH = 2Fe（C17H35COO）3 + 3H2 2Al +6C17H35COOH = 2Al（C17H3

21、5COO）3 + 3H2 l 用水玻璃作型殼黏結(jié)劑時(shí)，硬脂酸會(huì)與NaOH發(fā)生如下反應(yīng)： NaOH + C17H35COOH = C17H35COONa + H2O l 在熔失熔模時(shí)，硬脂酸會(huì)和硬水中的Ca、Mg鹽類起復(fù)分解反應(yīng)： Ca（HCO3）2 + 2 C17H35COOH = Ca（C17H35COO）2 + CO2 + 2H2O 以上反應(yīng)統(tǒng)稱為皂化反應(yīng)，所產(chǎn)生的硬脂酸鹽稱為皂鹽或皂化物，大都不溶于水，但卻能與模料均勻混合使模料性能變壞。 （2） 砂和涂料的污染熔模制好后，上面要涂掛涂料、撒砂以制出型殼，在制造熔模、制殼以及與蠟的熔失過(guò)程中，有時(shí)會(huì)受到砂和涂料等異物的污染。所以，制模車間

22、一定要注意工作場(chǎng)地的衛(wèi)生。防止模料污染（一般要白大衣、拖鞋、瓷地面、工作臺(tái)潔凈） （3） 熔失熔模時(shí)過(guò)熱，石蠟燒壞、氧化變質(zhì)1.4.3 回收蠟基模料的處理方法回收蠟基模料的處理方法 （1） 鹽酸（硫酸）處理法鹽酸（硫酸）處理法 具體方法為將水和舊模料放在不生銹的容器中（水占模料的25-35%）加熱至80-90，然后加入模料重3-5%的工業(yè)鹽酸（或2-3%的濃硫酸）繼續(xù)加熱，使酸與模料充分反應(yīng)，經(jīng)30-40分鐘后，靜置使水與模料分離，然后過(guò)濾，澆成錠，由于硬脂酸鐵與鹽酸反應(yīng)是可逆的且很快達(dá)到平衡，因此模料中的硬脂酸鐵難以去除干凈。鹽酸和硫酸都可使除硬脂酸鐵以外的硬脂酸鹽還原為硬脂酸： Me（C1

23、7H35COO）+ HCl = C17H35COOH + MeCl 80-90模料 + 25-35%水（占模料比重） 加3-5%鹽酸（或2-5%硫酸） 加熱 攪后 保溫 靜置，使模料充分反應(yīng) 30-40分（2） 活性白土處理法活性白土處理法 活性白土是有一種經(jīng)酸處理后的黏土，它的晶格由硅氧四面體和鋁氧八面體交叉成層構(gòu)成，各層間有大量的孔隙。好的白土，其孔隙率可達(dá)60-70%，有很大的比表面積。因而具有較高的吸附能力，能吸附模料中硬脂酸鹽。此外，活性白土中的陽(yáng)離子（特別是三價(jià)鋁離子）還能和模料中的帶負(fù)電荷的的膠狀雜質(zhì)結(jié)集成中性質(zhì)點(diǎn)，變成凝膠下沉。所以可用活性白土去除模料中的硬脂酸鹽。 生產(chǎn)中一般

24、用此法作為鹽酸處理的補(bǔ)充工序，即每隔一段時(shí)間將用鹽酸處理過(guò)的模料加熱到120 左右，向模料中加入烘干的活性白土（為模料重的10-15%）進(jìn)行攪拌，半小時(shí)后，在120下保溫靜置4-5小時(shí)，待活性白土與液態(tài)模料充分分離后即可處理好模料。 模料 120 +白土（10-15%） 攪拌半小時(shí) 120下靜置4-5h鹽酸處理過(guò) 加熱 烘干 （3） 電解法電解法 電解處理方法可去除模料中的硬脂酸鐵。電解液濃度為2.8-3.5%，溫度為80-85的鹽酸溶液，處理時(shí)向電解槽中加入經(jīng)酸處理的熔融模料，通電后當(dāng)電壓超過(guò)鹽酸的電解電壓（1.36v）時(shí)，在陽(yáng)極碳棒上析出活性極強(qiáng)的初生態(tài)氯，它有很強(qiáng)的氧化能力，能從硬脂酸鐵

25、中奪取Fe+3，形成FeCl3反應(yīng)如下： 4Fe（C17H35COO）3 + 12（Cl）+ 6 H2O = 12 C17H35COOH + 4FeCl3 + 3O2 而在陰極（鉛板）上則析出還原能力極強(qiáng)的初生態(tài)氫，將Fe+3 還原成Fe+2 其反應(yīng)如下： FeCl2 在水中溶解度很大，能從模料進(jìn)入鹽酸中。因此，硬脂酸鐵不斷被還原為硬脂酸，使模料凈化。實(shí)際生產(chǎn)中，常用鹽酸（硫酸）處理法，也用活性白土處理法，用電解處理法因工藝復(fù)雜故很少采用。 H 2FeCl3 2 FeCl2 + Cl2 判斷一個(gè)鑄造廠的水平，可根據(jù)3項(xiàng)指示： 石蠟的顏色：蠟越黃質(zhì)量越差、越白、質(zhì)量越好 空調(diào)條件：空調(diào)條件好，蠟

26、不易變形，精度高 車間內(nèi)潔凈程度：潔凈、無(wú)污染、蠟的質(zhì)量好 2 制模（制造熔模制模（制造熔模制造蠟?zāi)＃┲圃煜災(zāi)＃?模料重熔后，通過(guò)壓蠟機(jī)以一定溫度和壓力注入模具中冷凝成型后，即為熔模（蠟?zāi)＃?。使模料成型為蠟?zāi)５哪＞叱蔀閴盒汀?2.1 模料的成型方式模料的成型方式2.1.1自由澆注法：自由澆注法： 自由澆注法使用液態(tài)模料。該法制得的熔模質(zhì)量差，輪廓不清晰，收縮大，尺寸精度差，故一般多用以制備澆注系統(tǒng)。 2.1.2壓注法：壓注法： 使用的模料可以是液態(tài)、半液態(tài)（糊狀）、半固態(tài)，甚至固態(tài)模料，成型溫度低，凝固快，收縮小，熔模輪廓清晰，生產(chǎn)率高。2.2 2.2 壓注熔模的工藝參數(shù)：壓注熔模的工藝參數(shù)：

27、 影響熔模質(zhì)量的因素很多，如模料的壓射溫度、壓力、壓型溫度、保壓時(shí)間等。2.2.1 壓注溫度和壓型溫度壓注溫度和壓型溫度 在保證良好的充填情況下，應(yīng)盡量降低模料的壓注溫度和壓型溫度。壓注溫度過(guò)高: 在較厚部分容易產(chǎn)生縮陷，收縮過(guò)大。壓注溫度過(guò)低: 模料黏度大，流動(dòng)性差，熔模易產(chǎn)生皺紋或壓不 滿，或者模料本身卷入氣體產(chǎn)生氣泡。一般 石蠟硬脂酸低熔點(diǎn)模料壓注溫度為45-48， 以松香為基的模料壓注溫度為70-85 壓型（模具）溫度主要影響熔模表面光潔度，變形和裂紋。 提高模具溫度能提高熔模表面光潔度。但是溫度過(guò)高會(huì)增 大蠟?zāi)５氖湛s變形。 模具（壓型）溫度太低會(huì)影響模料的充填性和復(fù)印性能。表 面易產(chǎn)

28、生流痕。試驗(yàn)證明 壓制蠟?zāi)：线m的模具溫度應(yīng)控制在30-35范圍內(nèi)， 壓制松香基模料其合適的模具溫度為30-40。2.2.2 壓射壓力：壓射壓力：壓力大，壓射速度大，若過(guò)大，模料易產(chǎn)生氣泡，表面不光潔等過(guò)小易產(chǎn)生冷隔，澆不足等缺陷，尤其對(duì)薄壁的熔模。 一般 重量在100g以下的熔模，壓力小于2個(gè)大氣壓， 超過(guò)100g的熔模壓力大于2個(gè)大氣壓。 2.2.3 保壓時(shí)間保壓時(shí)間 保壓時(shí)間長(zhǎng)可以減少模料的收縮變形，提高尺寸精度和表面光潔度。時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，熔模取出困難，易產(chǎn)生皺紋，降低生產(chǎn)率。一般保壓時(shí)間45-60s。 2.2.4 分型劑分型劑 壓制熔模時(shí)，在壓型上涂分型劑，對(duì)提高熔模的表面光潔度有重要作用，

29、能防止熔模黏附壓型，但用量過(guò)多，熔模表面形成線痕、皺紋。 低溫模料：松節(jié)油50% + 酒精50% 中溫模料：蓖麻油50% + 酒精50% 復(fù)雜、深孔零件:硅油 2.3 制模設(shè)備制模設(shè)備 熔模質(zhì)量的好壞除了采用合理的工藝方法外，制模設(shè)備也很重要。通常按施加壓力不同，常用的有三種壓蠟器。2.3.1 柱塞式壓蠟器柱塞式壓蠟器 壓制時(shí)，將模料裝于蠟桶內(nèi)，把壓蠟器的注蠟筒對(duì)準(zhǔn)注蠟口，用手施力于柱塞上，模料便被壓入型腔內(nèi)，保壓待凝固后，打開壓型，取出熔模。此法簡(jiǎn)便，但所加壓力較小，生產(chǎn)率低，適合小批單件生產(chǎn)條件下，用蠟基模料生產(chǎn)小型熔模。2.3.2 氣壓式壓蠟器氣壓式壓蠟器 模料放入密閉的保溫缸4中，向缸

30、內(nèi)通入壓縮空氣，將模料經(jīng)導(dǎo)管壓向壓蠟器。制熔模時(shí)，只需將壓蠟器的壓蠟嘴對(duì)準(zhǔn)壓型的注蠟口上，注蠟器內(nèi)通道打開，模料便進(jìn)入壓型。此法只適于壓蠟基模料，因其操作容易，故國(guó)內(nèi)不少壓注機(jī)都采用此種壓模法。 2.3.3液壓液壓活塞式壓蠟器活塞式壓蠟器 通過(guò)壓力機(jī)液壓缸向活塞1加壓，模料被壓入型內(nèi)。因壓力較大，可用于壓制松香基模料。3 組合模組 3.1 組合模組時(shí)的要求：組合模組時(shí)的要求： 1）熔模應(yīng)100%的進(jìn)行表面檢驗(yàn)，熔模不應(yīng)該有外露缺陷，如“縮陷、氣泡”等，同時(shí)不應(yīng)該有模料滴或其它贓物黏附在熔模上。 2）模組上熔模的數(shù)量應(yīng)適當(dāng)，不宜過(guò)多，避免重量過(guò)大而不便于操作。 3）模組上熔模沿直澆道的軸線應(yīng)有一

31、定的傾斜度（一般為60-80度），以使熔失熔模時(shí)模料便于流出。 4）模組上熔?；ハ嚅g的位置應(yīng)排列整齊，熔模間應(yīng)有一定的距離，使涂覆涂料、切割等便于進(jìn)行。 5）模組的焊接部分不得有尖角（一般呈R3-5mm的圓角）及毛刺，焊接處應(yīng)平滑且具有足夠的強(qiáng)度 3.2 組合方式組合方式 熔模的組裝是把形成鑄件的熔模和形成澆冒口系統(tǒng)的熔模組合在一起，主要有兩種方法3.2.1焊接法焊接法 目前生產(chǎn)中廣泛采用電熱刀法在鑄件與澆冒口系統(tǒng)的熔模連接處局部加熱焊接。這種方法使用靈活、方便，適應(yīng)性強(qiáng)，但效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。3.2.2機(jī)械組裝法機(jī)械組裝法 在大量生產(chǎn)中小型熔模鑄件時(shí)，國(guó)外已廣泛采用機(jī)械組裝法組合模組。 既先

32、做好如圖1-9a所示的花瓣?duì)钚∧＝M，形成熔模輻射狀布置在形成直澆道熔模的周圍，將小模組如圖1-9b所示套在澆口棒7上，套滿后，將澆口棒向下壓，管子8將澆口棒中間的彈簧3壓縮，帶有銷子2的桿4向上伸出，在桿上套一外覆模料金屬帽1。金屬帽底部有一外形與銷子相似的長(zhǎng)方形孔，將金屬帽旋轉(zhuǎn)90度，放松彈簧，借彈簧之力通過(guò)桿4上的銷2，使金屬帽緊緊的壓在小模組的直澆口上，這樣澆口棒便把形成澆口杯的熔模和小模組連在一起。在涂掛型殼后，脫模之前，只需將澆口棒中的桿4再輕輕往上一壓，將模組轉(zhuǎn)動(dòng)90度，即可將澆口棒連同銷子自模組中取出。國(guó)外已將此種模組的尺寸系列化。采用此種模組，可使模組組合效率大大提高，工作條件

33、也得到了改善。圖1-9 機(jī)械組裝模組a)花瓣?duì)钚∧＝M b)機(jī)械組裝模組1一金屬碗 2銷子 3一彈簧 4稈5一花瓣?duì)钚∧＝M 6一澆口杯熔模 7一澆口棒8一管子 第三節(jié)第三節(jié) 型殼的制造型殼的制造1 型殼的制造工藝型殼的制造工藝涂掛法涂掛法 1.1 熔模鑄造型殼熔模鑄造型殼： 多層型殼：涂掛法制殼（浸涂）最常用 噴涂法 刷涂法 1. 2 對(duì)型殼的性能要求：對(duì)型殼的性能要求：1.2.1 型殼的高溫強(qiáng)度和高溫軟化點(diǎn) 型殼的高溫強(qiáng)度是型殼最主要的基本性能，在制殼、脫蠟、焙燒和澆注工藝過(guò)程中，型殼要承受各種應(yīng)力的作用，沒(méi)有足夠的強(qiáng)度就不可能達(dá)到鑄造的目的。室溫強(qiáng)度固然重要，但高溫強(qiáng)度更加重要。從澆注開始型

34、殼就開始承受高溫液體金屬的熱沖擊、機(jī)械沖擊，金屬又要通過(guò)型殼散熱而冷卻凝固，從而型殼又將受到很大收縮應(yīng)力和熱應(yīng)力。 型殼的軟化點(diǎn)是指型殼強(qiáng)度隨溫度升高而開始下降的溫度。不同型殼軟化點(diǎn)不同。軟化點(diǎn)高，高溫強(qiáng)度下降速度小，有利于提高鑄件的尺寸精度。1.2.2型殼的熱膨脹性 型殼的熱膨脹性是與鑄件精度密切相關(guān)的重要性能。高溫金屬液通過(guò)型殼放熱、冷卻、凝固中，溫度的急劇變化，型殼的線量也發(fā)生變化。 為獲得尺寸精確的鑄件型殼的膨脹率必須小而均勻。 型殼小而均勻的熱膨脹性是減少應(yīng)力，使型殼具有良好抵抗溫度急劇變化能力的決定因素。（型殼溫度變化，必然產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)該內(nèi)應(yīng)力超過(guò)該溫度下的強(qiáng)度時(shí)，型殼就會(huì)產(chǎn)生裂

35、紋、破損）。1.2.3 型殼的表面質(zhì)量及化學(xué)穩(wěn)定性 型殼內(nèi)表面層與高溫液體金屬直接接觸，要想獲得表面光潔、輪廓清晰的鑄件，型殼內(nèi)表面層必須光潔、致密、輪廓清晰。除此之外還應(yīng)具有好的化學(xué)穩(wěn)定性，即澆注后，型殼內(nèi)表層不與高溫液體金屬及其氧化物相互發(fā)生化學(xué)作用。 上述條件將是實(shí)現(xiàn)高精度鑄造的最基本要求，此外，還要有好的透氣性、好的退讓性、好的脫殼清理性。但一種材料很難完全滿足各種要求，因此在選用制殼原材料時(shí)，應(yīng)抓住無(wú)余量鑄件表面光潔度、尺寸精度要求高這個(gè)主要矛盾。型殼的制造工藝：涂覆涂料撒砂干燥硬化 重復(fù)5-7次涂料的組成：耐火材料粉 + 黏結(jié)劑 + 溶劑（水）2 制殼用耐火材料：石英、剛玉、鉛釩土

36、、鎬英粉制殼用耐火材料：石英、剛玉、鉛釩土、鎬英粉 2.1 石英：優(yōu)點(diǎn)：價(jià)廉缺點(diǎn)：當(dāng)加熱到573時(shí)，由轉(zhuǎn)變?yōu)榕蛎洿?呈酸性 應(yīng)用：適用于碳鋼、低合金鋼、銅合金；不適于鋁、鈦、錳、鉻 合金鋼 2.2 熔融石英：熔融石英：優(yōu)點(diǎn)：純度高，線膨脹小，熱穩(wěn)定性好缺點(diǎn)：價(jià)格貴應(yīng)用：易被氫氟酸或堿侵蝕便于除芯，常用于作陶瓷型芯的基本 材料 3 剛玉（Al2O3） 優(yōu)點(diǎn)：熔點(diǎn)高，結(jié)構(gòu)致密，導(dǎo)熱好，熱膨脹小而均勻，化 學(xué)性能穩(wěn)定，型殼尺寸穩(wěn)定缺點(diǎn)：價(jià)格貴應(yīng)用：高合金鋼、耐熱合金及鎂合金 2. 4 鋯英粉（硅酸鋯）： 優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)熱蓄熱性好；熱膨脹小而均勻 缺點(diǎn)：價(jià)格貴，微量輻射性 應(yīng)用：澆注溫度低于1500的合金鑄

37、件 3 制殼用黏結(jié)劑制殼用黏結(jié)劑 3. 1 對(duì)黏結(jié)劑性能的基本要求：對(duì)黏結(jié)劑性能的基本要求： 與模料潤(rùn)濕，又不與模料互溶或起化學(xué)反應(yīng) 在室溫焙燒及澆注溫度下，與耐火材料有牢固黏結(jié)力 在高溫及室溫下形成的氧化物或與耐火材料形成的化合物， 具有高溫化學(xué)穩(wěn)定性，不與所澆注的合金發(fā)生化學(xué)作用 黏度適當(dāng)，使之具有良好的涂掛、滲透性 儲(chǔ)存性好，來(lái)源廣，價(jià)格廉 3 .2 硅酸膠體黏結(jié)劑的基本性質(zhì)硅酸膠體黏結(jié)劑的基本性質(zhì) 目前熔模鑄造及陶瓷型鑄造使用的黏結(jié)劑包括 水玻璃 硅溶膠 硅膠乙酯 從本質(zhì)上來(lái)講都是硅酸膠體，只不過(guò)其類型不同罷了，從最終 形成的氧化物性質(zhì)看都是二氧化硅，故都屬酸性黏結(jié)劑。3.2.3 3.

38、2.3 膠凝過(guò)程膠凝過(guò)程 加熱 溶膠 凍膠 凝膠 細(xì)微的二氧化硅結(jié)晶 膠凝 溶劑揮發(fā) 900-1000度3.33.3 幾種常用的黏結(jié)劑幾種常用的黏結(jié)劑3.3.1 3.3.1 硅酸乙酯水解液硅酸乙酯水解液（1 1）硅酸乙酯的物理性質(zhì) a 硅酸乙酯又稱正硅酸乙酯。一般硅酸乙酯呈油性，為無(wú)色、透明或棕黃色液體（有雜質(zhì)） b 閃點(diǎn)為53，易燃，所以應(yīng)注意防火 c 有醚味，對(duì)眼睛、呼吸道有刺激作用，應(yīng)密封保存 （2）硅酸乙酯的水解過(guò)程（硬化原理） 硅酸乙酯本身并不能作黏結(jié)劑，它必須經(jīng)水解后成為水解液才具有黏結(jié)力。因此，人們通常所說(shuō)的硅酸乙酯黏結(jié)劑實(shí)際上是硅酸乙酯水解液。 硅酸乙酯(C2H5)4Si是由四

39、氯化硅和乙醇作用而成： SiCl4 + 4 C2H5OH = (C2H5)4Si + 4HCl 生產(chǎn)中由于工業(yè)乙醇中含有水，且乙醇又極易吸水，且鹽酸和乙醇作用也生成水（HCl + C2H5OH = C2H5Cl + H2O），所以硅酸乙酯中總有水。水能使正硅酸乙酯水解而 形成不同聚合度的聚合物。其反應(yīng)如下： C2H5O C2H5O C2H5O Si O C2H5 + HOH = C2H5O Si OH + C2H5OH C2H5O C2H5O (乙氧基硅醇)硅羥基 由于SiOH間脫水聚合傾向很強(qiáng)，故乙氧基硅醇極不穩(wěn)定易發(fā)生如下縮聚反應(yīng)： C2H5O C2H5O C2H5O C2H5O C2H5

40、O Si OH + H O Si O C2H5 = C2H5O Si O Si O C2H5 + H2O C2H5O C2H5O C2H5O C2H5O 在熔模鑄造過(guò)程中硅酸乙酯的水解是分兩個(gè)階段進(jìn)行兩個(gè)階段進(jìn)行的。 第一階段：硅酸乙酯第一階段：硅酸乙酯硅酸乙酯水解液硅酸乙酯水解液 這時(shí)，我們需要的是具有一定聚合度的線型或枝型的聚合物，即具有一定黏度和黏結(jié)力的黏結(jié)劑。故加水量應(yīng)嚴(yán)格控制。使硅酸乙酯的水解反應(yīng)進(jìn)行到一定程度為止。 第二階段：干燥硬化第二階段：干燥硬化 硅酸乙酯水解液配制成涂料, 制殼后，涂料層繼續(xù)發(fā)生水解反應(yīng)，直至形成硅凝膠。制殼后，涂料層置于空氣中，空氣中的水分可使硅酸乙酯繼續(xù)

41、進(jìn)行水解縮合反應(yīng)，在線型或枝型乙氧基硅酸結(jié)構(gòu)間相互交聯(lián)，最后形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)間還含有一定的乙氧基，稱為有機(jī)硅聚合物，其分子結(jié)構(gòu)可表示為： C2H5O C2H5O C2H5O C2H5O C2H5O Si O Si OO Si O Si O C2H5 O O O O C2H5O Si O Si OO Si O Si O C2H5 C2H5O C2H5O C2H5O C2H5O 隨著膠凝過(guò)程進(jìn)一步進(jìn)行，乙氧基不斷被羥基取代，水解作用趨于完全。網(wǎng)狀的有機(jī)硅聚合物逐漸變?yōu)闊o(wú)機(jī)硅聚合物，其分子結(jié)構(gòu)式為： O O O O HO Si O Si OO Si O Si O H O O O O HO S

42、i O Si OO Si O Si O H HO O O OH 經(jīng)脫水后形成以硅醚鏈為聯(lián)系的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅凝膠，其分子結(jié)構(gòu)為： O O O O O Si O Si O Si O Si O O O O O O Si O Si O Si O Si O O O O O 這時(shí)型殼中的黏結(jié)劑薄膜由強(qiáng)度高，高溫穩(wěn)定性好的硅凝膠組成。 特點(diǎn)：強(qiáng)度高，高溫穩(wěn)定性好，價(jià)格貴（3）酸乙酯水解時(shí)配料計(jì)算）酸乙酯水解時(shí)配料計(jì)算 因水和硅酸乙酯不能互溶，如單獨(dú)把它們放在一起，水解反應(yīng)很難在整個(gè)體系內(nèi)均勻進(jìn)行，在硅酸乙酯不能和水充分接觸的地方，會(huì)形成不完全水解產(chǎn)物有機(jī)硅聚合物。水解時(shí)常用酒精或丙酮作媒介,水解時(shí)加少量HCl

43、或醋酸作催化劑（同時(shí)為加快反應(yīng)速度）. 例如:獲得此種硅酸的正硅酸乙酯的水解反應(yīng)式為： 4(C2H5)4Si + 9 H2O = H2O.4SiO2 + 16 C2H5OH 832 832 162 1 B B= 0.1943 B即水解1kg（正）硅酸乙酯成為H2O.4SiO2(乙氧基硅醇)所需水量，此B可在各種書、手冊(cè)中查到。 溶劑(乙醇或丙酮)及催化劑(HCl或醋酸)均可計(jì)算_略 （4 4） 硅酸乙酯的水解工藝硅酸乙酯的水解工藝 一次水解法一次水解法：先將水、溶劑和催化劑混勻，而后逐漸加入硅酸乙酯并強(qiáng)烈攪拌。加完硅酸乙酯后，繼續(xù)攪拌30分鐘，而后水解液存放16小時(shí)以上再使用。在使用前需先測(cè)水

44、解液中二氧化硅和HCl的含量及黏度。配料時(shí)，只需向水解液中加入粉狀耐火材料并充分?jǐn)嚢?注意：水解時(shí)溫度不得超過(guò)40-50度 （水+溶劑+催化劑） +硅酸乙酯 攪 混勻 30分 硅酸乙酯水解液 配制涂料（靜置16小時(shí)） 綜合水解法：綜合水解法：這種方法實(shí)質(zhì)是使水解過(guò)程與耐火材料的混制同時(shí)進(jìn)行。具體工藝過(guò)程是先將硅酸乙酯與溶劑放在一起，攪拌2-3分，再加粉狀耐火材料攪拌5-10分。使硅酸乙酯溶液能很好潤(rùn)濕粉粒表面。然后逐步加入酸化的水。在攪拌過(guò)程中，使水解反應(yīng)在粉粒表面進(jìn)行。 硅酸乙酯+溶劑（酒精或丙酮）混勻攪拌2-3分 +粉狀耐火材料 混勻+ 酸化水混勻攪拌5-10分 所得涂料分散度高，均勻性好

45、。型殼強(qiáng)度高，且節(jié)省硅酸乙酯。但很難對(duì)涂料黏度進(jìn)行調(diào)節(jié)。 （5） 硅酸乙酯水解液黏結(jié)劑特點(diǎn) 硅酸乙酯是優(yōu)質(zhì)黏結(jié)劑，所以型殼性能好： 涂掛性好（醇基） 涂料粉液比高（黏度?。┩繉又旅?，鑄件光潔 型殼室溫，高溫強(qiáng)度高，抗變形能力強(qiáng)，尺寸穩(wěn)定 烘干（氨催化）生產(chǎn)周期短3.3.2 硅溶膠硅溶膠（1） 硅溶膠的物理特性：硅溶膠的物理特性： 硅溶膠即膠體二氧化硅，是一類無(wú)定性二氧化硅粒子在水介質(zhì)中的分散體系。 硅溶膠是將水玻璃經(jīng)過(guò)離子交換后去掉其中的鈉離子和其它雜質(zhì)，再經(jīng)濃縮制得的。它是硅酸的多分子聚合物，為較純凈的硅酸水溶液，也稱硅酸溶膠。為乳白色或青白色溶液。分子式為n H2O.mSiO2。熔模鑄造用

46、硅溶膠要求： Na2O小于等于0.5%， SiO2 為24-30%， PH為8-10（最好為9.5） 黏度值為2-6厘泊（2） 硅溶膠的處理工藝硅溶膠的處理工藝 硅溶膠是一種水基黏結(jié)劑。用它配制耐火涂料涂掛性差，為降低其表面張力，并使之具有適當(dāng)?shù)酿ざ?，則在使用前需要進(jìn)行適當(dāng)處理。 所謂處理就是在硅溶膠中加入一定量乙醇。這樣配制成的硅溶膠乙醇溶液就是硅溶膠黏結(jié)劑。 通常乙醇加入量為20-25%，比較合適，超過(guò)30%硅溶膠不穩(wěn)定。 硅溶膠中加入乙醇，降低了表面張力，增大了黏度，改善了涂料的潤(rùn)濕性，加速了膠凝。從而加快了干燥速度，縮短了生產(chǎn)周期。（3） 硅溶膠的硬化硅溶膠的硬化 硅溶膠的膠凝過(guò)程是粒

47、子首先連接成枝鏈，枝鏈再連接成三維的網(wǎng)絡(luò)，最后隨著水分的不斷蒸發(fā)，形成凝膠。粒子之間有牢固的Si O Si化學(xué)鍵連接著。所以它具有高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和硬度，并能承受高溫作用。 硅溶膠的膠凝過(guò)程可通過(guò)兩種方法來(lái)完成：l 一種一種是在硅溶膠中加入電解質(zhì)，調(diào)節(jié)其PH值，使粒子表面所帶電荷減少，粒子碰撞機(jī)會(huì)增多，使其發(fā)生膠凝。 這種方法膠凝速度快，但凝膠強(qiáng)度低，且因混入電解質(zhì)，降低型殼的耐火度和高溫強(qiáng)度。l 另一種干燥方法即脫水目前廣泛采用的方法 隨著干燥脫水進(jìn)行，不斷發(fā)生硅醇基的脫水縮聚反應(yīng) Si OH + HO Si Si O Si + H2O, 形成硅醚鍵同時(shí)析出水，干燥的結(jié)果使溶膠 凍膠 凝膠。此時(shí)

48、在硅醚鍵的結(jié)構(gòu)間還含有一定量的物理水及以SiOH形式存在的結(jié)構(gòu)水，需在高溫下才能去除。 （4 4）硅溶膠粘結(jié)劑及其所制型殼特點(diǎn)：）硅溶膠粘結(jié)劑及其所制型殼特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：（1）配制簡(jiǎn)單 （2）穩(wěn)定性好 （3）不需氨干，有利于環(huán)保 （4）型殼高溫強(qiáng)度比硅酸乙酯更高 缺點(diǎn)：（1）潤(rùn)濕性、涂掛性差，故鑄件光潔度差些 （2）干燥速度慢，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。 （3）濕強(qiáng)度低 3.3 .3水玻璃粘結(jié)劑水玻璃粘結(jié)劑（1 1） 熔模鑄造中水玻璃粘結(jié)劑的硬化機(jī)理熔模鑄造中水玻璃粘結(jié)劑的硬化機(jī)理 水玻璃在砂型鑄造中的常用粘結(jié)劑。其基本組成是硅酸鈉和水（聚硅酸鈉水溶液）。 硅酸鈉是強(qiáng)堿弱酸鹽，在水中極易水解： Na2OmSi

49、O2 + nH2O 2Na+ +2OH- + mSiO2（n-1）H2O - Q 加入酸性物質(zhì)，有利于聚硅酸鈉水解，使水解反應(yīng)向右進(jìn)行。在熔模鑄造中常用酸性鹽作硬化劑，如：NH4Cl、結(jié)晶AlCl3、聚合AlCl3和結(jié)晶MgCl2 。 當(dāng)用NH4Cl水溶液作硬化劑，與水玻璃型殼相遇時(shí)，將發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)： NaNa2 2OmSiOOmSiO2 + nH+ nH2 2O + 2NHO + 2NH4Cl 2NaCl 2NaCl + mSiO mSiO2（n-1n-1）H H2O O + NH NH4OH -NH3+H2O 水解的結(jié)果使水玻璃溶液中硅酸濃度增高，硅酸分子中硅羥基不斷脫水聚合成聚硅酸大

50、分子，繼而成為硅酸溶膠，最后凝聚成為不可逆的硅酸凝膠，使型殼具有常溫強(qiáng)度。 SiO H +HOSi SiOSi + H2O 水解同時(shí)產(chǎn)生有NaCl和NH3產(chǎn)生。其中NaCl當(dāng)用熱水脫模后并經(jīng)800以上高溫培燒去除。NH3則污染空氣，惡化環(huán)境，這是NH4Cl水溶液作硬化劑存在的主要問(wèn)題。 （2 2） 熔模鑄造用水玻璃粘結(jié)劑的性能指標(biāo)熔模鑄造用水玻璃粘結(jié)劑的性能指標(biāo) 配制熔模鑄造涂料所用的水玻璃其 模數(shù) M=3.0-3.6, 密度=1.29-1.31g/cm3(砂型鑄造所用的水玻璃其模數(shù)M=2.3-2.8, 密度=1.32-1.6g/cm3)對(duì)熔模鑄造而言，市售水玻璃需要進(jìn)行提高模數(shù)、降低密度的處

51、理（提高模數(shù)加入NH4Cl、HCl。降低密度加入水。）（3 3）水玻璃粘結(jié)劑的處理工藝）水玻璃粘結(jié)劑的處理工藝 先將稱好的水玻璃放在攪拌器中，將 NH4Cl或HCl和水配成溶液逐漸加入水玻璃中并不斷攪拌。此時(shí)會(huì)析出白色凝膠物，它是硅酸膠體和氯化鈉的混合物。酸性溶液全部加完后，繼續(xù)攪拌半小時(shí)左右，白色膠狀物迅速溶解。處理后的水玻璃靜置一段時(shí)間即可配置涂料。為提高水玻璃涂料的涂掛性，可向涂料中加入0.05%非離子型或陽(yáng)離子型表面活性劑,如農(nóng)乳130# 水玻璃 + NH4Cl(或HCl)水溶液 攪拌(析出白色膠狀物) 水溶液加完后繼續(xù)攪拌30分左右至白色膠狀物消失靜置配制涂料. （4 4） 水玻璃作

52、為型殼粘結(jié)劑的特點(diǎn)水玻璃作為型殼粘結(jié)劑的特點(diǎn): :總而言之,比硅酸乙酯、硅溶膠所制型殼性能差。 優(yōu)點(diǎn)：（1）來(lái)源廣，價(jià)格廉。 缺點(diǎn)：（1）與蠟?zāi)?rùn)濕性差 （2）黏度大 （3）含Na2O 型殼高溫強(qiáng)度低 抗變形能力低鑄件精度低Na2O + SiO2 （高溫） Na2O2SiO2（共晶物 熔點(diǎn)793） Na2O2SiO2共晶物 在熔點(diǎn)793時(shí)出現(xiàn)液相，并使型殼軟化變形，因此，水玻璃作粘結(jié)劑的型殼所澆鑄件尺寸精度、表面光潔度都較差，用于一些要求不高的碳素鋼件和有色金屬鑄件，對(duì)減少機(jī)械加工和節(jié)約金屬材料有利。涂料粉液比低涂層致密性降低鑄件表面不光3.3.4 3.3.4 新型快干硅溶膠新型快干硅溶膠 概

53、況 水基硅溶膠是一種綠色環(huán)保的粘結(jié)劑，在越來(lái)越重視環(huán)保的今天，應(yīng)大力加以推廣。但普通硅溶膠型殼濕強(qiáng)度低，制殼周期長(zhǎng)已成為其推廣使用中的主要問(wèn)題。開發(fā)增強(qiáng)快干硅溶膠一直是各國(guó)研究的課題。20世紀(jì)90年代研制成功的快干硅溶膠LudoxSK系列，制型殼時(shí)每制一層其干燥時(shí)間，即層間干燥時(shí)間僅1h，性能與硅酸乙酯水解液粘結(jié)劑相當(dāng)，于1997年已用于Rolls Royce公司大量生產(chǎn)中。又如Remasol ADBOND系列，2001年推出的ADBOND3301制殼時(shí)每制一層，層間干燥時(shí)間也可達(dá)到12h，也已用于生產(chǎn)。 國(guó)內(nèi)在20世紀(jì)90年代中期清華大學(xué)和宇達(dá)化工有限公司合作開發(fā)FS快干硅溶膠，通過(guò)部級(jí)鑒定

54、并用于生產(chǎn)。近年來(lái)又研制出FS型和FS 兩種快干硅溶膠，通過(guò)省級(jí)鑒定，F(xiàn)S在性能上已接近LudoxSK系列快干硅溶膠。4制殼工藝制殼工藝 型殼的質(zhì)量與鑄件的質(zhì)量密切相關(guān)，因此制殼工藝也是熔模鑄造的關(guān)鍵一環(huán)。制殼工藝包括： 除油和脫脂除油和脫脂在模組上涂掛涂料在模組上涂掛涂料撒砂撒砂型殼的干燥和硬化型殼的干燥和硬化 熔失熔模熔失熔模培燒培燒 5-7次次4 41 1 模組的除油和脫脂模組的除油和脫脂 在采用蠟基模料和以水為溶劑的粘結(jié)劑時(shí)，為提高涂料潤(rùn)濕模組表面的能力，需要將模組表面的油污去除掉。即在涂掛涂料之前，先將模浸泡在中性肥皂片或表面活性劑的水溶液中。 表面活性劑一端的親水活性基團(tuán)易與涂料吸

55、附，另一端的疏水（親油）基團(tuán)易吸附在模組上. 4 42 2 涂掛涂料和撒砂涂掛涂料和撒砂 （1 1）涂掛涂料）涂掛涂料:先將涂料攪拌均勻，調(diào)整好涂料的黏度、比重。若型殼上有小孔、槽，則內(nèi)層涂料黏度、比重應(yīng)小些，以使涂料能很好地充填這些小孔、槽。 涂掛涂料時(shí)模組在涂料中上下左右晃動(dòng)，使涂料能很好地潤(rùn)濕模組，并均勻覆蓋在模表面。不應(yīng)有涂料局部堆積和缺料現(xiàn)象。且不包裹氣泡。 （2 2）撒砂）撒砂 撤砂的目的撤砂的目的 1)迅速增厚型殼。 2）分散型殼在以后的干燥硬化中可能產(chǎn)生的應(yīng)力 3）使外層表面粗糙，使下一層涂料與前一層很好的結(jié)合。撒砂注意事項(xiàng)撒砂注意事項(xiàng): 1)撒砂種類:應(yīng)與該層涂料用耐火粉料一

56、致，有相同的熱膨脹系數(shù)，以加強(qiáng)撒砂與涂層結(jié)合力。做一般鋼件，如不銹鋼、碳鋼件，面層用鋯砂，背層用高嶺石熟料。 2)不論用哪種砂子，都要嚴(yán)格控制其中的含水量，一般質(zhì)量分?jǐn)?shù)均應(yīng)小于0.3。因?yàn)樯白訚穸却髽O易產(chǎn)生浮砂堆積而導(dǎo)致型殼分層。 3)砂子粒度也要合理選擇，通常從面層到背層粒度逐漸加租。面層撒砂不能過(guò)粗，否則會(huì)穿透涂層造成鑄件表面凹凸不平，但撒砂過(guò)細(xì)又不利于形成較粗糙的背層，不利于同下層牢固結(jié)合，容易造成型殼分層。如用鋯砂時(shí)面層撒砂應(yīng)為100120目。撒砂逐漸變粗，過(guò)渡層撒3060目、背層撒1630目的高嶺石熟料。 4）每次撒砂的粒度分布都不宜過(guò)于集中，這樣才能使砂粒相互鑲嵌，提高型殼的致密度

57、。 5)要嚴(yán)格限制砂中的粉塵含量，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)小于0.3。因?yàn)榉蹓m覆蓋在涂料上就不易掛上砂粒。撒砂方法撒砂方法: 1) 1) 雨淋式雨淋式:砂如雨點(diǎn)式撒在掛有涂料的模組上,模組不斷旋轉(zhuǎn). 2) 2) 流態(tài)式流態(tài)式:砂存放于沸騰床中,底部送入壓縮空氣,將沸騰床上部砂層均勻吹起,撒砂時(shí)只需將涂有涂料的模組往流態(tài)化的砂層中浸一下,耐火材料就能均勻地粘在涂料表面。 圖1-14 雨淋式撒砂機(jī) 4.3 型殼的干燥和硬化型殼的干燥和硬化 每涂覆一層型殼之后，就要讓它干燥、硬化，使涂料中的粘結(jié)劑溶膠向凍膠、凝膠轉(zhuǎn)變，把耐火材料連接在一起，根據(jù)所用的粘結(jié)劑的不同，所用干燥、硬化方法也不同。 4.3.1 4.3.

58、1 硅酸乙酯型殼的干燥和硬化硅酸乙酯型殼的干燥和硬化 硅酸乙酯在干燥硬化時(shí)主要發(fā)生以下物理化學(xué)變化： （1） 涂料中溶劑（酒精或丙酮）的揮發(fā)： 揮發(fā)速度與溶劑分壓有關(guān)，與濕度無(wú)關(guān)。 （2） 水解液的凝膠 型殼在干燥硬化時(shí)，硅酸乙酯水解液殘留的不完全水解物會(huì)吸收型殼中的水分繼續(xù)水解，同時(shí)硅酸溶膠會(huì)在氨氣的作用下進(jìn)行凝膠。因此 ，工業(yè)上使型殼在潮濕的氨氣中硬化。 每制一層型殼需要五道工序： 上涂料 撒砂 自干（或空氣干燥）自干（或空氣干燥） 氨干氨干 去味去味 （強(qiáng)制通風(fēng)柜中抽風(fēng)除氨（強(qiáng)制通風(fēng)柜中抽風(fēng)除氨 ）注意事項(xiàng)： 1）硬化時(shí)溶劑的揮發(fā)應(yīng)比粘結(jié)劑的膠凝快，這時(shí)溶劑揮發(fā)產(chǎn)生膠體收縮時(shí)，膠體尚處于

59、彈、塑性狀態(tài)，膠膜不易開裂。如果次序相反，粘結(jié)劑固化后溶劑繼續(xù)揮發(fā)，會(huì)出現(xiàn)脆性膠體的收縮，膠膜易于開裂，型殼強(qiáng)度下降。為防止這一現(xiàn)象產(chǎn)生，通常將溶劑揮發(fā)與膠體膠凝兩個(gè)過(guò)程分開。 2）每層型殼硬化后須將氨氣散發(fā)干凈，再掛下一層。 3）有時(shí)為提高強(qiáng)度可在涂掛全部結(jié)束后，將帶型殼的模組浸泡在含SiO2較多的水解液中超過(guò)5分鐘，使水解液滲入型殼中，而后在風(fēng)干、氨干過(guò)程中使粘結(jié)不好的耐火材料顆粒得到補(bǔ)充粘結(jié)。 4.3.2 4.3.2 硅溶膠型殼的干燥和硬化硅溶膠型殼的干燥和硬化 硅溶膠中的溶劑是水和酒精，故硅溶膠的硬化過(guò)程主要是脫水和酒精的揮發(fā)干燥過(guò)程。與此同時(shí)膠體進(jìn)行凝聚。 將型殼放在溫度較高的（25

60、-35）的干燥空氣中進(jìn)行干燥，每層型殼的干燥時(shí)間約為2h，最后一層涂料掛完后，型殼要自然干燥一晝夜才能脫模。 （慶堂每層型殼的干燥時(shí)間約為8h，最后一層涂料掛完后，型殼要自然干燥一晝夜） 硅溶膠型殼的干燥和硬化硅溶膠型殼的干燥和硬化= = 干燥的空氣（25-35）中干燥硬化4.3.3 4.3.3 水玻璃型殼的干燥和硬化水玻璃型殼的干燥和硬化 水玻璃型殼的干燥和硬化也是溶劑（水）的揮發(fā)和膠體的凝聚過(guò)程。但水玻璃的脫水過(guò)程非常緩慢，而其硬化則由于電解質(zhì)的作用進(jìn)行得很快。目前用的較多的硬化劑是NH4Cl、聚合AlCl3結(jié)晶AlCl3。 硬化過(guò)程： （1）將型殼先放在空氣中干燥一段時(shí)間（數(shù)分鐘至一小時(shí)