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熔模铸造工艺优化方案

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:从压型中取出模样后放入14~24℃的水中冷却,以防止变形。钛合金比强度高,已成为现代工业中一种重要的结构金属,熔模铸造是生产复杂精密钛合金件的生产方法,现钛合金铸件已被广泛用于飞行器、飞机导弹和化工设备等零件

熔模铸造工艺优化方案

1.工艺过程

(1)压型制造 熔模是用来形成耐火型壳中型腔的模样的,所以要获得尺寸精度高和表面粗糙度低的铸件,首先熔模本身就应该具有高的尺寸精度和低的表面粗糙度。此外,熔模本身的性能还应尽可能使随后的制型壳等工序简单易行。为得到上述高质量要求的熔模,除了应有好的压型外,还必须选择合适的制模材料和合理的制模工艺。小批量生产时,压型材料常用锡铋合金,其特点是容易制造和切削加工;大批量生产时,压型材料常用碳素钢,其特点是耐磨、寿命长,但制造困难。压型制造要考虑蜡料和铸造合金的双重收缩。

(2)蜡模压制 生产中,大多采用压力把糊状模料压入压型的方法制造熔模。压制熔模之前,需先在压型表面涂薄层分型剂,以便从压型中取出熔模压制蜡基模料时,分型剂可为全损耗系统用油、松节油等;压制树脂基模料时常用麻油和酒精的混合液或硅油作分型剂。分型剂层越薄越好,使熔模能更好地复制压型的表面,降低熔模的表面粗糙度。制模材料常用质量分数为50%的石蜡和50%的硬脂酸配制而成。这种蜡料的全熔温度为70~90℃。为加速蜡料凝固,减少蜡料收缩,制模时蜡料是45~48℃的糊状稠蜡,用0.2~0.4MPa压力压入制好的压型中成形。从压型中取出模样后放入14~24℃的水中冷却,以防止变形。最好使室温保持在18~28℃间,使蜡模样有足够的强度,并保持准确的尺寸和形状。

(3)蜡模组装 熔模的组装是把形成铸件的熔模和形成浇冒口系统的熔模组合在一起,主要有两种方法:焊接法和机械组装法。焊接法是用薄片状的烙铁将熔模的连接部位熔化,使熔模焊在一起,此法较普遍。机械组装法在大量生产小型熔模铸件时应用,国外已广泛采用机械组装法组合模组,可使模组组合效率大大提高,工作条件得到改善。若干个蜡模使用蜡料焊接在一个直浇道上,装配成蜡模组。直浇道的中心是一个铁心,外围是蜡制的直浇道,其直径较大,同时起补缩冒口的作用。

(4)浸涂料 将蜡模组置于涂料中浸渍,使涂料均匀地覆盖在蜡模组表面涂料是由耐火材料石英粉)、黏结剂(水玻璃等)组成的糊状混合物,它使型腔获得光洁的面层。在熔模铸造中,用得最普遍的黏结剂是硅酸胶体溶液(简称硅酸溶胶),如硅酸乙酯水解液、水玻璃和硅溶胶等。其组成物质主要为硅酸(H2SiO3)和溶剂,有时也有稳定剂,如硅溶胶中的NaOH。硅酸乙酯水解液是硅酸乙酯经水解后所得的硅酸溶胶,是熔模铸造中用得最早、最普遍的黏结剂水玻璃壳型易变形、开裂,用它浇注的铸件尺寸精度和表面质量都较差。但在我国,当生产精度要求较低的碳素钢铸件和熔点较低的非铁合金铸件时,水玻璃仍被广泛应用于生产。硅溶胶的稳定性好,可长期存放,制型壳时不需专门的硬化剂,但硅溶胶对熔模的润湿稍差,型壳硬化过程耗时较长。

(5)撒砂 它是使浸渍涂料的蜡模组均匀地粘附一层耐火材料,以迅速增厚型壳。小批量用人工手工撒砂,大批量在专门的撒砂设备上进行。目前,熔模铸造中所用的耐火材料主要为石英、刚玉以及硅酸铝耐火材料(如耐火黏土铝矾土、焦宝石),有时也用锆石、镁砂等。

(6)硬化及干燥 为使耐火材料层结成坚固的型壳,撒砂后进行硬化及干燥。以水玻璃为凝结剂时,在空气中干燥一段时间后,将蜡模组浸在质量分数为25%的NH4Cl中1~3min,这样硅酸凝胶就将硅砂粘得很牢,而后在空气中干燥7~10min,形成1~2mm厚的薄壳。为使型壳具有一定的厚度与强度,上述的浸涂料、撒砂、硬化及干燥过程需重复4~6次,最后形成5~12mm厚的耐火型壳。此外,面层(最内层)所用的石英粉及硅砂应较以后各加固层细小以获得高质量的型腔表面。

在自动化生产中,型壳的制造将4至6工艺组成了生产线。

(7)脱蜡 为取出蜡模以形成铸型型腔,必须进行脱蜡。最简单的方法是将附有型壳的蜡模组浸泡于85~95℃的热水中,使蜡料熔化,经朝上的浇口上浮而脱除,脱出的蜡料经回收处理后仍可重复使用。除上述热水法外,还可用高压蒸汽法将蜡模组倒置于高压釜内,通入0.2~0.5MPa的高压蒸汽,使蜡料熔化。

(8)造型 造型是将脱蜡后的型壳置于铁箱中,周围用粗砂填充的过程如果在加固层涂料中加入一定比例的黏土形成高强度型壳,则不经造型过程直接进入焙烧环节。(www.xing528.com)

(9)焙烧 为去除型壳中的水分、残余蜡料及其他杂质,脱蜡后将置于铁箱中的型壳,必须送入800~1000℃的加热炉中进行焙烧,使型壳强度升高,型壳干净。

(10)浇注 浇注是将熔炼出的预定化学成分与温度的金属液趁热浇注到型壳的过程。常用的浇注方法是热型重力浇注法,即型壳从焙烧炉中取出后,在高温下进行浇注。此时,金属在型壳中冷却较慢,能在流动性较高的情况下充填铸型,故铸件能很好复制型腔的形状,提高了铸件的精度;但铸件在热型中的缓慢冷却会使晶粒粗大,这就降低了铸件的力学性能。在浇注碳钢铸件时冷却较慢的铸件表面还易氧化和脱碳,从而降低了铸件的表面硬度、尺寸精度和表面质量。

真空吸气浇注法是将型壳放在真空浇注箱中,通过型壳中的微小孔隙吸走型腔中的气体,使金属液能更好地充填型腔,复制型腔的形状,提高铸件精度防止气孔和浇不到的缺陷。

压力下结晶法是将型壳放在压力罐内进行浇注,结束后立即封闭压力罐向罐内通入高压空气或惰性气体,使铸件在压力下凝固,以增大铸件的致密度。

定向凝固法是针对一些熔模铸件(如涡轮机叶片、磁钢等)而言。其结晶组织是按一定方向排列的柱状晶,它们的工作性能可提高很多。熔模铸定向结晶技术正迅速地得到发展。

(11)落砂及清理 冷却后,破坏型腔,取出铸件,去掉浇注系统,清理毛刺。熔模铸件清理的内容主要为:从铸件上清除型壳;从浇注系统上取下铸件去除铸件上所粘附的型壳耐火材料;铸件热处理后的清理,如除氧化皮、切边和切割浇注系统残余等。

2.熔模铸造合金

熔模铸造可用来制造碳钢、合金钢、球墨铸铁铜合金铝合金镁合金高温合金、贵重金属的铸件。一些难以锻造、焊接或切削加工的精密铸件用熔模铸造法生产具有很大的经济效益。

钛合金比强度高,已成为现代工业中一种重要的结构金属,熔模铸造是生产复杂精密钛合金件的生产方法,现钛合金铸件已被广泛用于飞行器、飞机导弹化工设备等零件上。

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