型壳制备工艺课件.ppt

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1、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,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,1,2,3,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,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

2、，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,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10k

3、g的硅溶胶配3640kg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,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,涂

4、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,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1113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

5、技术课程组,2）组成 水玻璃是可溶解硅酸盐，代表式Na2OmSiO2nH2O，实际上水玻璃是多种化合物的混合物：2Na2OSiO2、Na2OSiO2、Na2O2SiO2、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。2Na2OSiO2 Na2OSiO2 化合物 2/3 Na2O2SiO2 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,Company Logo,2）水玻璃的制造,A.苏打法（纯碱法）,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

6、玻璃通常在压力釜中进行水溶，获得水玻璃溶液。,模数 M=SiO2摩尔数/Na2O摩尔数=(SiO2%/Na2O%)1.032,熔模铸造用水玻璃：M3.0,密度=145/(145-Be),3）水玻璃的指标,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,Description of the contents Description of the contents,B.模数和比重的选择,Description of the contents Description of the contents,by Guild Design Inc.,模数：3.03.4范

7、围 凝结时间为23分钟比重：面层涂料 1.28 1.31 背层涂料 1.31 1.34,4）水玻璃的处理,A.处理目的当M=3.03.4：加水调整比重当M3.0：除了调整比重，还需提高模数当M3.6：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1030%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,铜合金铸件铸造技术课程组,C.加水量的计算 M3.0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(-)/（-1）(5-

8、3)C加水量（kg）；A需稀释的水玻璃重量（kg）；原水玻璃密度（g/cm3）；稀释后水玻璃的密度（g/cm3）。,式中,3.耐火粉料的选择和应用,铜合金铸件铸造技术课程组,4.表面活性剂,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。,Company Logo,B、粘度的选择,铜合金铸件

9、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3.03.4时，水玻璃：石英粉=1：1.2。,例1：,铜合金铸件铸造技术课程组,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=1.051.1：1.0，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，

10、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,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。,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

11、，中性肥皂片在水溶液中的含量约为（0.20.3）%，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,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。,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

12、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。,Company Logo,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

13、”，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,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,生产小型铸件时，这种涂料撒砂层为56层，而大型铸件的型壳层数可为69层。,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,雨淋式撒砂,铜合金铸件铸造技术课程组

14、,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,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

15、，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,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,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,希望含水量降低3060%左右，在20、4060%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

16、，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,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2530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2030min。,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

17、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3065的NH4Cl水溶液，硬化时间可缩短至1020s。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23min。,两种快速硬化工艺,第一种,第二种,铜合金铸件铸造技术

18、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m10，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（020min）硬化（24min）风干（20504min）。型壳再放置24h后脱模。,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AlCl36H2O，实质上是碱

19、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,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,用酸或酸性盐水溶液做硬化剂。现生产用酸性盐做硬化剂。,Company Logo,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

20、去才能进行，就是渗透硬化，大约46小时,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。,注意,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,硬化剂,A.种类,氯化铵,氯化铝,氯化钙（少数企业）,氯化镁,氯化铵NH4Cl：,氯化铝AlCl36H2O,氯化镁MgCl26H2O,浓度31%33%硬

21、化时间510min优点：无气味，制壳间环境好。缺点：硬化速度较慢。,浓度2834%硬化时间30s3min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,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,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

22、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,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,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

23、者系将型壳放进温度为10001100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熔失一层，然后再进行正常的脱模。,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，型壳内部的模料易外流，型壳被胀裂的可能性减小。故此法得到广泛的应用。,铜合金铸件铸造技术课程组,蒸汽脱蜡设备 锅炉和耐压蒸汽釜组成,铜合金铸件铸造技术课程组,铜合金铸件铸造技术课程

24、组,如需造型（填砂）浇注，在焙烧之前，先将脱模后的型壳埋在铁箱内的砂粒之中，再装炉焙烧，如型壳高温强度大，不需造型浇注，则可把脱模后的型壳直接送入炉内焙烧。焙烧时逐步增温，将型壳加热至8001000。一般硅酸乙酯水解液型壳焙烧温度较高，水玻璃型壳焙烧的温度较低，保温一段时间，即可进行浇注.在焙烧时，型壳内的残余模料、杂质、水玻璃型壳上的部分NaCl都被烧去；型壳中的吸附水、结晶水全都逸走；硅胶进一步分解为SiO2。通过焙烧，型壳强度增加，其内腔更为干净。设备选用75kw箱式电炉。,8.型壳的焙烧,注意,铜合金铸件铸造技术课程组,焙烧设备：,铜合金铸件铸造技术课程组,现使用广泛的油炉,铜合金铸件铸造技术课程组,Company Logo,水玻璃型壳：焙烧温度：850900 焙烧时间：30 60分钟,硅溶胶型壳：焙烧温度：950 1100 强度好，在做一个或一个毫米一下的铸件温度更高。焙烧时间：30分钟 型壳浇薄通常四个毫米,焙烧工艺参数,Company Logo,1）防止型壳焙烧不透,温度不够高焙烧时间过短 炉温不均匀,高温时型壳内外颜色一致（红透），浇注后型壳为白色说明烧透。外壁红内壁暗红说明没有烧透，浇注后型壳颜色是暗土色。,2）如何判断型壳是否烧透,注意事项,铜合金铸件铸造技术课程组,Thank You!,