1、第1章 熔模精密鑄造1、 熔模精密鑄造特點及工藝過程1、定義:熔模精密鑄造簡稱“熔模鑄造”。 采用熔模材料（通常為低熔點的材料如蠟料）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，經高溫燒結后澆注金屬液體，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”。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2、熔模精密鑄造的工藝流程主要包括制作蠟模、殼型制造、殼型焙燒與澆注等。制作蠟模：將糊狀蠟料(常用的低熔點蠟基模料為50%石蠟加50%硬脂酸)用壓蠟機壓入模型，凝固后取出，得到蠟模。在鑄造小型零

2、件時，常將很多蠟模粘在蠟質的澆注系統上組成蠟模組。制作型殼:將蠟模組浸入涂料（石英粉加水玻璃粘結劑）中，取出后在上面撒一層硅砂， 再放入硬化劑（如氯化銨溶液）中進行硬化。反復進行掛涂料、撒砂、硬化410次，這樣就在蠟模 組表面形成由多層耐火材料構成的堅硬型殼。然后將帶有蠟模組的型殼放入8090的熱水或蒸汽中，使蠟模熔化并從澆注系統流出，于是就得到一個沒有分型面的型殼。再經過烘干，以去除水分及殘蠟并使型殼強度進一步提高。 殼型焙燒、澆注:將型殼放入砂箱，四周填入干砂搗實，再裝爐焙燒(8001 000)。將型殼從爐中取出后，趁熱(600700 )進行澆注。冷卻凝固后清除型殼，便得到一組帶

3、有澆注系統的鑄件，再經清理、檢驗就可得到合格的熔模鑄件。3、熔模鑄造的優點：1）熔模鑄件尺寸精度高（CT4-CT6）；表面粗糙度低2) 適合于鑄造某些形狀、結構復雜的鑄件3）合金材料不受限制。 采用的殼型耐火度高，因此適用于制造各種合金如碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鋁合金、銅合金、鈦合金及鎳基高溫合金等鑄件。4）宜于保證鑄件內部質量。 鑄件采用強度較高、表面光滑的型殼作為與液體金屬直接接觸的型腔，因此，不易產生掉砂現象減少，宜于保證鑄件內部質量。5）適合于大、小批量生產。 大批量生產一般采用金屬壓型，模具成本低、壽命高。小批量生產時了可采用價格低廉的石膏壓型。是一種近凈成形工藝4、熔模鑄造也存在一定

4、缺點，主要有:l) 熔模鑄造工藝過程復雜、工序多，影響鑄件質量的工藝因素多，必須嚴格控制各種原材料及各項工藝操作才能夠穩定生產。2) 鑄件不易過大，以免影響尺寸精度。3) 生產周期較長。4) 鑄件冷卻速度慢，容易引起鑄件晶粒粗大，碳鋼鑄件還容易形成表面脫層。5、熔模鑄件尺寸公差及表面粗糙度1）尺寸公差及其影響因素：鑄件尺寸公差與鑄件基本尺寸有關，與鑄造方法有關。影響熔模鑄件尺寸公差的因素：鑄件結構形狀和大小壓型生產工藝注意：熔模鑄件尺寸準確度與穩定性（精密度）是有差別的。 尺寸準確度：鑄件上某個尺寸其眾多測量值的平均值偏離名義尺寸的程度。尺寸準確度差主要是因壓型設計時綜合收縮率賦值不當而造成的

5、，可通過反復修磨調整。 尺寸穩定性（精密度）：反映尺寸波動或分散的程度，屬隨機誤差。其尺寸不穩定的主要原因是工藝控制不嚴。而尺寸精確度（精度）則是準確度和穩定性（精密度）的綜合，常以公差代表。 2）熔模鑄件的表面粗糙度 表面粗糙度指鑄件表面高低不平的程度。影響熔模鑄件表面粗糙度的因素:熔模表面粗糙度、型殼表面粗糙度、金屬液復印性、其它2、 熔模鑄件工藝設計 從熔模鑄造生產工藝角度出發，針對零件的結構和使用性能的要求，確定合理的鑄造工藝方案，采取必要的工藝措施，保證生產出質量優良、價格低廉的熔模鑄件。 設計過程中要確保鑄件質量的可靠性、生產工藝的可行性和簡易性以及經濟合理性。鑄件結構設計、澆注系

6、統設計、壓型設計1、 鑄件結構設計目的：對一些零件圖做必要修改，得到適合熔模鑄造特點的最合理的鑄件結構。（1）鑄件結構的合理性鑄件結構是否合理，對于鑄件質量、生產工藝的可行性和簡易性以及生產成本等影響很大。根據生產實際，總結出鑄件結構合理性的幾條基本原則。a） 易于從壓型中取模 b）易于抽芯 c） 壁厚均勻，減少熱節 d） 避免大平面 e）減少不通孔 f） 簡化壓型加工 g）設計必要的工藝筋:防止環形件、框型件變形設計的工藝筋 防止鑄件開口部位變形而設計的工藝筋 減少大平面，防止殼形變形 h）設計必要的工藝孔:防止大平面型殼變形設計工藝孔 減少熱節、防止縮孔設計工藝孔（2）鑄件結構要素及工藝參

7、數選定 最小壁厚:由于熔模鑄造的型殼內表面光潔，并且一般為熱型殼澆注，因此熔模鑄件壁厚允許設計得較薄。 最小壁厚與合金種類及鑄件輪廓尺寸有關。圓角:一般情況下鑄件上各轉角處都設計成圓角，否則容易產生裂紋、縮松。鑄造斜度:為了便于取模，抽芯，在拔模面應設有鑄造斜度最小鑄出孔：熔模鑄件上細而長的孔，由于制殼時孔內部不易上涂料和撒砂， 所以一般孔徑d2.53.0mm，孔高與孔徑比h/d5的通孔和 h/d 2.53.0的不通孔不予鑄出。特殊要求的小而復雜的孔 和內腔，可采用陶瓷型芯或石英玻璃管型芯鑄出。加工余量線收縮率2、 熔模鑄造澆注系統設計1）澆注系統作用 把液體金屬引入型腔對于易氧化的合金應注意

8、充型平穩，避免金屬液氧化和卷入氣體，對于薄壁鑄件保證充填良好、保證不產生冷隔和澆不足缺陷。 補充液體金屬凝固時體積收縮澆注系統應能保證補縮時通道暢通，并保證能提供給鑄件必要的補縮金屬液，避免鑄件產生縮孔、疏松。 在組焊與制殼時起支撐易熔模和型殼作用。要求有足夠強度，防止制殼過程中易熔模脫落。在熔化易熔模時，起液體模料流出的通道作用，澆注系統應能保證排除模料通暢。 澆注系統的結構應盡可能簡化壓型結構，并使制模、組焊、制殼、切割等工序操作。2） 澆注系統結構按澆注系統組成分為： 直澆道一內澆道結構形式:直澆道兼起冒口作用，操作方便，但排渣不利。 橫澆道一內澆道結構形式：常用于頂注，有利于順序凝固。

9、 直澆道一橫澆道一內澆道結構形式按合金液注入鑄件部位分為： 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。 側注式：合金液從型腔側面注入，鑄件補縮好，應用較廣泛。 底注式:合金液型腔底部平穩注入，不易產生夾渣、氣孔。不利于順序凝固，需增設冒口。按斷面比例關系分類:封閉式、開放式3、 澆注系統計算步驟：1）確定澆注系統形式：封閉式或開放式。2）計算內澆道尺寸。3）根據澆注系統形式，計算直澆道、橫澆道的尺寸。1）澆注系統形式的確定：封閉式或開放式澆注系統是按照直澆道、橫澆道、內澆道的尺寸比例劃分的。封閉式澆注系統 S內S橫S直 從澆口杯底孔到內澆道

10、的斷面積逐漸縮小優點：1）金屬液完全充滿澆注系統，可防止金屬液卷入氣體。2）有較好擋渣能力 缺點：進入型腔流速高、產生噴濺和沖砂、氧化。開放式澆注系統 S直 S橫S內 從澆口杯底孔到內澆道的斷面逐漸加大優點：澆注過程呈無壓流動狀態，金屬液不能充滿澆注系統，金屬液流動平穩，充型快； 缺點：擋渣效果差。主要用于易于氧化2） 內澆道尺寸的確定：a) 比例系數法b）澆口杯補縮容量法（當量熱節法） c）控制澆注速度的計算方法（略）3、 壓型種類及制造方法1） 壓型的種類壓型:用來制造易熔模的模具。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

11、型，硅橡膠壓型，環氧樹脂壓型等。常用壓型類型:機械加工壓型、低熔點合金鑄造壓型、石膏壓型、硅橡膠壓型、 環氧樹脂壓型2） 壓型組成：主要由型體、型芯，定位元件、鎖緊機構，抽芯機構，起模機構3）壓型結構常見壓型結構 水平二開型特點：一個水平分型面；結構簡單；當型腔較深時加工較困難，取模也不方便，往往需設計取模裝置。 應用范圍：使用廣泛。 疊開三開型特點：兩個水平分型面；結構較二開型復雜；當型腔較深時加工較方便，取模容易。 應用范圍：鑄件的主體結構為板狀或框形結構；型腔較深、分型面定位兩個平行面時。滑動三開型特點：有兩個相互垂直的分型面；結構比較復雜；型腔加工方便，取模操作方便、生產率較高；分型面

12、加工要求較高。應用范圍：分型面選定為兩個相互垂直的面、應用較廣泛。旋轉三開型特點：有兩個相互垂直的分型面；結構較復雜；型腔加工方便，取模操作方便、生產率較高；分型面及定位加工要求較高。 應用范圍：分型面選定為兩個相互垂直的面、鑄件主體為回轉體結構時，應用較廣泛。其它：上下左右四開型、多塊組合型4）分型面的選擇分型面：指壓型形體之間的界面。正確選擇分型面是保證獲得優質熔模、提高生產效率的重要前提。分型面的選擇要求： 保證熔模能從壓型中方便地取出 保證熔模的精度要求：加工精度要求較高的非加工部位盡量放在同一形體內 盡量把加工基準和加工面放在同一型體內 盡量避免分型面截過重要表面 方便壓型加工、方便

13、取模操作：型腔深度不要過深、分型面盡量平直 有利于內澆道的設置5）壓型型體設計：型體壁厚、型體定位、型體鎖緊3、 模樣材料及熔模的制造1、 熔模模料1）熔模模料的分類和特點 低溫模料、中溫模料、高溫模料、激光快速成形用模料2） 對模料的基本要求：工作性能要求 + 工藝性能要求熱容量小，凝固范圍寬 收縮率小 具有足夠的剛度和強度，熱穩定性好足夠的硬度 粘度小和較好的流動性 模料應具有細小的晶粒結構殘留灰分少 低溫揮發物的含量少 模料還應具備較高的化學穩定性和良好的涂掛性。3）模料原材料的 蠟基模料 樹脂基模料4） 模料配作工藝：配制各組分應混合均勻，應根據各組分間的互溶性，合理安排加料次序，減少

14、和避免組分的燒損與編制，盡量避免用電爐直接熔化模料，嚴格控制溫度的上限和高溫停留時間。5）模料的回收和再生2、熔模的制造易熔模簡稱熔模，熔模的質量影響鑄件的尺寸精度及表面粗糙度，1）制模時模料狀態 采用壓力制模工藝時，模料有三種狀態：液態、糊狀、膏狀、前者稱液態壓注，后兩者稱為膏態壓注2） 制造工藝：分型劑、冷蠟塊、型芯撐、校正模、工藝參數、熔模清洗分型劑：為防止模料粘附壓型，便于取模以及降低熔模的表面粗糙度，需采用分型劑。冷蠟塊：又稱假芯。將預制冷蠟塊放入壓型中作為假芯，再注入模料形成模樣，可防止厚大的熔模出現縮陷和變形。 可局部采用，也才采用類似零件形狀的整體冷蠟塊。型芯撐：壓制帶薄而復雜

15、的陶瓷型芯蠟模時，為了防止型芯斷裂、變形、錯位和澆注時型芯的變形，常采用型芯撐。芯撐材料主要有三種：蠟料、塑料和金屬絲。其中蠟料和塑料芯撐用于陶瓷型芯在壓型中定位；金屬芯撐用于澆注金屬時支撐型芯，以防止陶瓷型芯在鋼液的沖擊下斷裂或彎曲變形。校正模：把從壓型中取出的熔模放入工作面與壓型分型面一致的校正模中，冷卻30min后取出，采用校正模冷卻可避免熔模變形 。 校正?？梢允鞘?、環氧樹脂和金屬材料制成。制模工藝參數：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。 影響著熔模質量的工藝參數有壓射蠟溫、壓型溫度、壓射壓力、保壓時間和起模時間。 a）壓射蠟溫和壓型溫度 b） 壓射壓力 c

16、)保壓時間和起模時間熔模清洗:熔模在組合和涂料前必須清洗，清洗后在2225度的清水中清洗數次后干后待用。 目的：可以清除熔模表面附著的蠟屑、分型劑等，且可以提高涂料對模組的潤濕性。3）熔模組裝 把形成鑄件的熔模和形成澆冒口系統的熔模組裝在一起。主要有焊接法和機械組裝法兩種方法。4）熔模常見缺陷、產生原因及防止方法缺肉 、尺寸超差（過大或過?。?、陶瓷型芯損壞、裂紋、表面鎖凹、表面粗糙有麻坑、變形4、 殼型材料及殼型工藝 型殼是由黏結劑、耐火粉料和撒砂材料等，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體系。1、制造殼型的原材料 耐火材料為型殼主體材料，由

17、適當規格的粉體和顆粒料組成，占熔模鑄造殼型質量的90%以上。 黏結劑將粉體和顆粒料粘結在一起，占鑄型重量7%10%。熔模精密鑄造使用的主要原料之一。 其他附加材料 包括表面活性劑、消泡劑、晶粒細化劑、濕強度添加劑等。 主要作用：改善熔模附著性、殼型性能、鑄件的質量。2、型殼分類、組成及結構按殼型厚度分類，熔模鑄造鑄型有兩類：陶瓷多層殼體（陶瓷型殼），厚度38mm，常用由陶瓷耐火材料、黏結劑和添加劑組成。多層型殼通過逐層浸漬漿料、撒砂和干燥而成。實體型，如石膏型和陶瓷實體型，厚度1525mm 陶瓷實體鑄型通過一次灌注陶瓷耐火材料漿料而成。 實體鑄型由膠凝材料（如石膏）作為基體材料，再加入適當耐火

18、材料顆粒填料、添加劑和適量水經過水化形成。按使用黏結劑不同，熔模鑄造鑄型可分為水玻璃黏結劑型殼、硅溶膠黏結劑型殼、硅酸乙酯黏結劑型殼、硅酸乙酯-硅溶膠復合型殼。金屬液澆注及凝固過程中，金屬與鑄型間將發生物理化學作用：物理作用：金屬液對鑄型的熱沖擊和機械沖擊，金屬液通過鑄型散熱而冷卻凝固；化學作用：金屬材料與鑄型材料之間高溫化學反應而產生的表面晶粒細化和化學粘砂。 鑄型材質直接影響鑄件的尺寸精度和表面粗糙度，需合理選擇3、型殼主要性能為保證生產出優質鑄件，對型殼有一系列性能要求：強度、透氣性、線量變化、導熱性、脫殼性等。（1）殼型強度 最基本的性能。殼型的三種強度指標：常溫強度：又稱濕強度。指制

19、完殼型后殼型的強度。取決于制殼過程中黏結劑自然干燥和硬化的程度。濕強度太低，脫蠟過程中殼型會開裂或變形。高溫強度：焙燒或澆注時殼型的強度。取決于高溫下黏結劑對耐火材料的黏結力。高溫強度不足，使殼型在焙燒和澆注過程中發生變形或破裂。殘留強度：殼型在澆注后脫殼時的強度。主要影響鑄件清理的難易程度。殘留強度過高，清理困難，易使鑄件因清理而變形或破壞。（2）透氣性氣體通過殼型壁的能力。 由于殼型壁致密度高，氣體只能通過殼型中細微的孔洞和裂隙排出。透氣性不好的殼型澆注時，易使鑄件產生氣孔或澆不足等缺陷。（3）導熱性殼型的導熱能力，以熱導率表示。 影響散熱快慢和鑄件的冷卻速度，從而影響鑄件晶粒度和力學性能

20、。 殼型的熱導率主要受到耐火材料性質、殼型中的孔隙以及殼溫等因素的影響。 耐火材料對熱導率影響較大。剛玉和鋁礬土殼型的熱導率高于石英和鋁礬土殼型。 其他條件相同的情況下，各種黏結劑殼型的熱導率處于相近水平，即0.30.6W/m·K。（4）線量變化尺寸隨溫度升高而增大（膨脹）或者縮?。ㄊ湛s）的熱物理性質。 直接影響鑄件的尺寸精度，還影響殼型應力大小及分布、殼型的熱震穩定性和高溫抗變形能力。 與加熱初期的殼型脫水、液相生成及其對孔隙的填充和顆粒拉近、拉緊等過程有關。（5）脫殼性鑄件澆注冷卻后，殼型從鑄件表面被去除難易程度的性能。4、 制殼用耐火材料耐火材料性能要求：對制殼用耐火材料應具有

21、足夠的耐火度，以保證金屬液澆注時型殼不熔融軟化變形；適宜而均勻的熱膨脹系數，保證型殼和鑄件尺寸精度好；好的熱化學穩定性防止型殼在高溫下與金屬液發生化學反應，惡化鑄件表面質量，保證型殼有足夠的強度； 粒度合適、價廉而無毒等。1）硅砂（硅石粉） 2）熔融石英 3）電熔剛玉 4）鋯砂（鋯英石）5）鋁硅系耐火材料5、制殼用黏結劑黏結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量、生產周期和成本。對黏結劑的基本要求：不與模料反應；能快速硬化、黏結性能好。（1）硅溶膠 硅溶膠的制備方法：離子交換法、溶解法涂料的配制：涂料的兩個基本組成：耐火材料+黏結劑，兩者的比例即為涂料的粉液比；（2）硅酸乙

22、酯黏結劑：由四氯化硅和乙醇經化學作用而制得，屬于醇基酸性易燃性液，易水解、酸解、堿解。熔模鑄造采用硅酸乙酯水解液作為黏結劑。（3）水玻璃： 又稱泡花堿，是一種可溶性堿金屬的硅酸鹽，固態呈玻璃狀，溶于水后形成水玻璃溶液。按所含堿金屬的不同，有鉀水玻璃和鈉水玻璃兩類。6、型殼的制殼工藝1）硅溶膠型殼制殼工藝 制殼過程是硅酸膠體膠凝的過程。涂料中的黏結劑把耐火粉料及撒砂黏結在模組外邊，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，使硅溶膠濃度增加，達到膠凝臨界濃度時，硅溶膠則膠凝。每制一層型殼有三個工序：上涂料、撒砂、干燥，如此反復多次就可得到所需厚度的多層型殼。 上涂料：涂料

23、的浸涂是制殼的關鍵工序之一，其是建立型殼強度和保證型殼表面質量的關鍵。應注意各處都要均勻涂上涂料。浸涂面層涂料時，要根據熔模的結構特點在涂料桶中轉動或上下移動，防止熔模上的凹角、溝槽和小孔集存氣泡。 撒砂：撒砂是為了增強型殼和固定涂料，防止涂層干燥時由于膠凝收縮而產生穿透性裂紋。撒砂的種類、粒度和撒砂方式均應合理進行選擇。撒砂粒度從面層到背層逐漸變粗，撒砂的含水量和含粉量應嚴格控制，面層最好使用雨淋撒砂，背層使用沸騰撒砂 干燥：型殼干燥是制殼工藝的又一關鍵工序。隨著型殼的干燥，硅溶膠含量提高，膠體顆粒碰撞幾率增加，溶膠便膠凝而形成凍膠、凝膠，牢固地將耐火材料顆粒黏結起來，同時耐火材料顆粒彼此接

24、近，這就使得型殼獲得了強度。 硅溶膠型殼常見缺陷：型殼表面粗糙、型殼面層裂紋、型殼面層鼓裂、型殼面層剝落、型殼強度低、型殼裂紋型殼表面粗糙 特點：型殼表面粗糙、不平度過大型殼面層裂紋 特點：型殼表面層出現不規則的裂紋或者出現細小的龜狀裂紋型殼面層鼓裂 特點：型殼面層局部與蠟模分開，向外鼓起或鼓起后破裂型殼面層剝落 特點：型殼型腔尺寸變大，表面不光潔型殼強度低 特點：型殼強度不足型殼裂紋 特點：型殼開裂，澆出的鑄件有不規則的毛刺、飛邊強度不足2） 硅酸乙酯型殼制殼工藝： 每層型殼需五個工序：上涂料、撒砂、自干（或風干）、氨固化、去味（抽風去氨）。硅酸乙酯型殼常見缺陷：型殼強度不高、型殼內表面“白

25、霜”、型殼內表面分層、型殼內表面“蟻孔”、涂料膠凝、內表面鼓脹、干燥過程面層涂料剝落3）水玻璃黏結劑型殼制殼工藝：浸面層涂料撒砂、空干、硬化、晾干；浸背層涂料撒砂、硬化、晾干（重復數次）；脫蠟焙燒水玻璃型殼常見缺陷：型殼變形、型殼內表面“蟻孔”、型殼內表面分層、型殼表面凹陷、型殼表面鼓脹5、 熔模鑄造型芯當鑄件內腔過于窄小或形狀復雜時，必須使用預制的型芯來形成鑄件內腔。當鑄件成形后，型芯必須設法去除。使用較廣泛的主要有金屬型芯、陶瓷型芯和可溶性型芯。對型芯的性能要求：（1）高的耐火度。 型芯的耐火度應高于合金的澆注溫度，以保證鑄件澆注和凝固時型芯不軟化變形。普通型芯的耐火度大于1400。（2）

26、低的熱膨脹率和高的尺寸穩定性。 一般型芯的線膨脹系數應小于4×10-6K-1。（3）足夠的強度。 型芯應具有足夠的常溫強度和高溫強度，以承受操作和澆注過程中的沖擊力和靜壓力。（4）好的化學穩定性。 型芯應不會污染合金，不與金屬液發生化學反應，以防止鑄件表面產生化學粘砂或反應性氣孔。（5）容易清除。 鑄件中的陶瓷型芯絕大多數采用化學腐蝕法溶失，因此陶瓷型芯應具有相當大的孔隙率（20%40%）。金屬型芯工藝方法：將形成復雜內腔的芯塊分成若干可卸式嵌塊，以利于分開出模。特點：模具制造較復雜、工藝簡單，廣泛用于結構不復雜的鑄件?？扇苄孕托竟に嚪椒ǎ翰捎每扇苡谒牟牧项A先制成型芯，在壓制熔模前

27、放入壓型內，壓制熔模后放入水中將型芯熔失，即得具有復雜內腔的熔模。特點：制作簡單，適用于結構比較復雜，精度要求較高，上兩種方法無法滿足要求，難于機械機械加工、型腔較大的鑄件。陶瓷型芯工藝方法：用耐火材料制作的陶瓷型芯，在制模前放入壓型型腔內，制模后，露出定位芯頭，然后制殼，脫出熔模，陶瓷型芯留在型殼內，澆注金屬后，陶瓷型芯直接形成鑄件內腔。特點：工藝復雜、成本較高，使用與精度要求高又難于機械加工的耐熱、耐腐蝕和耐磨合金的復雜異形孔鑄件。陶瓷型芯：以耐火材料與礦化劑、增塑劑混合而成，在專用的壓力機上壓制成形，并經高溫焙燒而成。陶瓷型芯基體材料：主要有石英玻璃、電熔剛玉、鋯英石、氧化鎂和碳化硅等。

28、礦化劑：主要是促進型芯的焙燒，降低燒結溫度和縮短焙燒時間。 常用的礦化劑有工業氧化鋁、鋁硅系礬土、氧化鈣等。增塑劑： 采用有機材料、石蠟、蜂蠟、聚乙烯和松香類的混合物。表面活性劑：主要有油酸、脂肪醇類物質。它被陶瓷粉料吸附形成薄膜，可減少陶瓷粉料質點間的硬摩擦，增加顆粒表面的滑動性，減少增塑劑的用量。 一般用量為粉料重量的0.5%1%。陶瓷型芯制作工藝:熱壓注法、注漿法六、熔模鑄件的澆注1）熱型重力澆注方法 2）真空吸氣澆注3）壓力下結晶 4）定向結晶（定向凝固）7、 熔模鑄件清理與精整 冷卻后的熔模鑄件需經過清理和精整，才能得到最終的鑄件產品。具體工序：去除鑄件組樹上的型殼 、切除澆冒口和工

29、藝肋、打磨鑄件上的澆冒口余根、清除鑄件表面和內腔的粘沙、氧化皮和毛刺鑄件清殼 硅溶膠黏結劑型殼殘留強度大于水玻璃黏結劑型殼。初次清殼、局部清殼 ：（1）機械清殼（2）化學清砂 （3）水力清殼鑄件的修補和精整：補焊、 熱等靜壓處理：將鑄件置于密封耐壓容器，抽真空后充入惰性氣體，然后升溫加壓，在高溫和高壓下鑄件內部封閉的空隙被壓實閉合，并擴散結合為致密的組織。熱等靜壓溫度：合金固溶線絕對溫度值的0.60.9倍，即接近鑄件的固溶溫度。熱等靜壓壓力：需高于被處理材料的屈服強度和蠕變強度，一般98196MPa。保溫時間：一般需24h，有的甚至10h。使鑄件有充足時間發生蠕變、擴散。第二章 擠壓鑄造一、擠

30、壓鑄造原理 把液態金屬直接澆入金屬模內，然后在一定時間內以一定的壓力作用于焙融或半熔融的金屬液體使之成形，并在此壓力下結晶和塑性流動，從而獲得毛坯或零件。 是介于鑄、鍛之間的一種少無切削工藝技術。工藝流程：可分為金屬熔化、模具準備、澆注、合模施壓、卸模和頂出制件等工序。2、 擠壓鑄造技術發展概況三、擠壓鑄造特點及實用范圍由于擠壓鑄造是使液態金屬在高的機械壓力下進行結晶，因而此工藝具有如下的特點：1）擠壓鑄造可以消除鑄件內部的氣孔、縮孔和縮松等缺陷，產生局部的塑性變形，使鑄件組織致密。加之，在壓力下結晶，還有明顯的細化晶粒、加快凝固速度和使組織均勻化的作用。因而，擠壓鑄件的力學性能一般要高于其它

31、普通鑄件，而接近甚至達到同種合金的鍛件水平，同時它沒有鍛件中通常存在的各向異性問題。 所以，擠壓鑄造是目前用以提供高質量、高力學性能鑄件的一種重要工藝方法。（2）擠壓鑄件表面粗糙度低和尺寸精度高，其級別能達到壓鑄件的水平。液態金屬在壓力下成形和凝固，使鑄件與型腔壁貼合緊密。（3）擠壓鑄件在凝固過程中，各部分處于壓應力狀態，有利于鑄件的補縮和防止鑄造裂紋的產生。因而，擠壓鑄造工藝的適用性較強，使用的合金不受鑄造性能好壞的限制。它不僅適用于鑄造性能好的鑄造合金，而且也適用于鑄造性能較差的變形合金。既可用于鋁、銅、鎂、鋅等有色合金，又可用于鐵、鋼等黑色金屬，以及復合材料等。（4）便于實現機械化、自動

32、化，可大大減輕工人的勞動強度，改善鑄造車間勞動條件。加之，擠壓鑄造通常沒有澆冒口，毛坯精化，鑄件尺寸精度高，因而金屬材料的利用率高，可以減少切削加工量。所有這些，均有利于降低成本，提高生產效率。與重力鑄造相比，它可以提高鑄件質量，減少廢品率。（5）擠壓鑄造是通過壓力傳遞進行補縮的，工藝的應用會受到某些限制。對于薄壁零件和一些形狀復雜的零件，因為鑄件冷凝速度快，有時來不及加壓就凝固了，另外，直接式擠壓鑄造通常無澆冒口系統，澆注的金屬全部成形為鑄件。因此，鑄件的高度是由澆入金屬的量決定的。即其高度方向的尺寸精度取決于定量澆注的精確程度。適用范圍 1、在材料種類方面適用性較廣，可用于生產各種類型的合

33、金，如鋁合金、鋅合金、銅合金、灰鑄鐵、球墨鑄鐵、碳鋼、不銹鋼等。 2、對于一些復雜且性能上有一定要求的零件，采用擠壓鑄造合適。因為擠壓鑄造既能容易成形，又能保證產品性能的要求。 3、在工件壁厚方面，一般來講不能太薄，否則將給成形帶來困難。 擠壓鑄造與壓鑄對比(1)產品性能好。 液態金屬自下而上緩慢、平穩充型的，并保持在高壓力下凝固。由于澆注速度低及沒有澆注系統，當上下模閉合后，金屬在充分的壓力下結晶成形，不會在工件內形成氣孔、縮孔及渦流等缺陷，因而組織致密均一、晶粒較細，對于厚壁件的制造更顯其優越性；(2)模具結構比較簡單、緊湊，不需要澆口套及澆注系統等輔助結構。模具的加工費低于壓鑄模，使用壽

34、命也較長；(3)不像壓鑄工藝需要專用液壓機，可采用通用的液壓機，設備投資較便宜。 擠壓鑄造與模鍛對比(1)產品質量好。金屬液在充足的壓力下凝固結晶，其組織很致密，縱向和橫向力學性能比模鍛件均一；(2)因擠壓鑄造直接凝固成形，制件外形準確，表面光澤，精度較高；(3)擠壓鑄造采用一次成形，不需要模鍛的制坯、預成形及終成形，節約模具材料；(4)由于金屬是在半流動狀態下成形，所需能量低其設備噸位只有模鍛的1518。4、 壓力下結晶對金屬組織、性能的影響擠壓鑄造實質：使液態（或半固態）合金在高機械壓力下結晶、凝固。因此對擠鑄件組織與性能產生一定影響。1、 細化顯微組織，改變宏觀晶粒結構2、抑制氣泡的形成

35、，減少甚至消除鑄件中氣孔缺陷3、可抑制顯微偏析、比重偏析的形成，但會促使正偏析的產生4、組織縮松、縮孔的形成，提高合金組織的致密性總之，壓力下結晶對合金組織及性能產生一定影響，在工藝得當的條件下，擠鑄件的內部質量和力學性能高于同種合金的其他普通鑄件，可接近甚至達到同種合金鍛件水平。五、擠壓鑄造工藝的分類按金屬的受力狀態和流動特性可將擠壓鑄造分為直接擠壓鑄造和間接擠壓鑄造。直接式擠壓鑄造原理：澆入到型腔中的液態金屬在壓頭力的作用下直接成型。適合生產那些壁厚較大，形狀不太復雜，性能要求較高的制件。制件有微量的塑性變形組織。間接式擠壓鑄造原理：澆入到壓室內液態或半固態金屬在壓(沖）頭力作用下經內澆道

36、充滿型腔（壓注成型）。 它適合生產那些形狀更加復雜，壁厚差較均勻的零件，制件沒有塑性變形組織。按擠壓鑄型的合型方向的不同，擠壓鑄造可分為垂直合型和旋轉合型兩大類。1、 鑄型垂直合型擠壓鑄造工藝過程：在液壓機上，把內凹的半型（凹型）3置于液壓機的工作臺上，把外凸的半型（凸型）2作為金屬沖壓時的沖頭，固定在液壓機的活動橫梁上，在凹型內倒入定量的金屬液1，凸型垂直下移，凹型內金屬液在凸型機壓下充填性強，在壓力下凝固成形。此時，鑄型為金屬型，金屬液在合型后處于封閉狀，鑄件凝固時所受壓力較大。優缺點：鑄件內部氣孔、縮松等缺陷少，組織致密，晶粒細小，組織均勻。對不少鑄件而言，其強度?？杀溶埐拇?，接近鍛件，

37、但塑形稍差。鑄件尺寸精度高，可達CT5，表面粗糙度較細（Ra6.3m）鑄件在壓力下凝固，利于防止鑄件裂紋。可擠壓鑄造多種金屬，如鋁合金、銅合金、鑄鐵、鑄鋼等。無澆冒口金屬液損失，工藝收得率可超過90%。機械化程度高，故生產率高，勞動條件好。但需用價格高的液壓機，不宜鑄造形狀很復雜的鑄件。工藝特點：（1）設計鑄型時應注意的問題擠壓鑄造主要采用金屬型（個別使用泥型，如鑄造鐵鍋）。常用耐熱模具鋼制造，如3Cr2W8V，4W2CrSiV，等。凹型的形式可有多種。整體凹型 垂直分型凹型 水平分型凹型 復合分型凹型 帶芯棒凹型鑄件收縮率：由于鑄件凝固在封閉的金屬型中受高壓作用進行，故鑄件收縮較小，比常規數

38、值小一半。加工余量：垂直合型擠壓鑄造時鑄件加工面上的加工余量可取較小，有色合金鑄造時可選取0.52mm，鑄鋼取35mm。型腔表面粗糙度常取Ra6.30.8m，鑄造圓角半徑210mm，鑄造斜度為13度。（2）沖頭加壓的工藝參數1）壓力2）澆注后開始加壓時間的間隔不應超過15s。3）擠壓時沖頭的下壓移動速度4）保壓時間（3）鑄型工作溫度澆注前，鑄型應先有預熱溫度，以避免金屬進入鑄型后，在擠壓充型之前，鑄型中的金屬會由于散熱太快，已在型壁上形成較厚的硬殼，而后在擠壓過程中被皺折、破碎和卷入鑄件之中，降低鑄件的質量。（4）金屬澆注溫度為利于提高鑄件內部質量和鑄型工作壽命，鑄型垂直合型擠壓鑄造時的金屬澆

39、注溫度比砂型鑄造和金屬型鑄造偏低。（5） 澆注的定量（6）鑄型的潤滑2、旋轉合型擠壓鑄造：用于生產大型薄壁件:機翼、飛機的座艙底板，導彈彈翼等。旋轉合型擠壓鑄造的成形特點：1.充型過程平穩，不易卷氣。2.適用于生產大型薄壁件。斷面由大變小阻力較?。簧崧?.利于排氣，排渣，避免夾渣、氣孔的缺陷。4.利于補縮，獲得致密鑄件。第三章 精密模鍛引 言 精密成形技術即近凈成形技術或凈成形技術(near net shape technique and/or net shape technique）是指零件成形后，僅需少量加工或不再加工，就可用作機械構件的成形技術。 較傳統成形技術減少了后工序的切削量，減

40、少了材料、能源消耗。 與普通模鍛比較，精密模鍛能獲得表面質量好，機械加工余量少和尺寸精度較高的鍛件。目前，精密模鍛主要應用在兩個方面：一是精化毛坯，即利用精鍛工藝取代粗切削加工工序，將精鍛件直接進行精加工而得到成品零件；二是精鍛零件，即通過精密模鍛直接獲得成品零件。 精密模鍛的優點：材料利用率高。零件性能好。可加工形狀復雜的零件。 產品的尺寸一致性好，精度高。 提高勞動生產率，切削加工受機床、工具和切削用量的制約，生產效率不可能很高。精密模鍛的分類：熱精鍛、冷精鍛、溫精鍛、復合精鍛、等溫精鍛熱精鍛 鍛造溫度在再結晶溫度之上的精密鍛造工藝稱為熱精鍛。熱精鍛材料變形抗力低、塑性好，容易成形比較復雜

41、的工件，但是因強烈氧化作用，工件表面質量和尺寸精度較低。 熱精鍛常用的工藝方法為閉式模鍛，由于下料不準，模具設計、制造精度不夠等原因，閉式模鍛最初合模階段變形抗力很大，對設備和模具造成較大的損害。解決該問題常用的方法是分流降壓原理，即在封閉型腔最后充滿的地方設置形狀與尺寸大小合理的分流降壓腔孔。當型腔完全充滿后坯料的多余金屬從分流腔孔擠出，這樣既解決了坯料體積與型腔體積不能嚴格相等的矛盾，同時又降低了型腔的內部壓力，有利于提高模具壽命。冷精鍛 冷精鍛是在室溫下進行的精密鍛造工藝。冷精鍛工藝具有如下特點：工件形狀和尺寸較易控制，避免高溫帶來的誤差；工件強度和精度高，表面質量好。冷鍛成形過程中，工

42、件塑性差、變形抗力大，對模具和設備要求高，而且很難成形結構復雜的零件。 為克服冷精鍛成形工藝變形抗力大、填充效果差的問題，相繼開發了一些新的工藝方法，主要包括閉塞鍛造、浮動凹模鍛造、預制分流鍛造等。溫精鍛 溫精鍛是在再結晶溫度之下某個適合的溫度下進行的精密鍛造工藝。 溫鍛精密成形技術既突破冷鍛成形中變形抗力大、零件形狀不能太復雜、需增加中間熱處理和表面處理工步的局限性,又克服了熱鍛中因強烈氧化作用而降低表面質量和尺寸精度的問題。它同時具有冷鍛和熱鍛的優點,克服了二者的缺點。但是溫精鍛工藝鍛造溫度低、鍛造溫度范圍狹窄且對其鍛造范圍要求較為嚴格,需要高精度專門的設備,而且對模具結構和模具材料有較高

43、的要求。復合精鍛 隨著精鍛工件的日趨復雜以及精度要求提高,單純的冷、溫、熱鍛工藝已不能滿足要求。復合精鍛工藝將冷、溫、熱鍛工藝進行組合共同完成一個工件的鍛造,能發揮冷、溫、熱鍛的優點,摒棄冷、溫、熱鍛的缺點。 是目前精鍛工藝發展的一個重要方向。等溫精鍛 等溫精鍛是指坯料在趨于恒定的溫度下模鍛成形。為了保證恒溫成形的條件,模具也必須加熱到與坯料相同的溫度。 等溫模鍛常用于航空航天工業中的鈦合金、鋁合金、鎂合金等難變形材料的精密成形,近年來也用于汽車和機械工業有色金屬的精密成形。 鈦合金鍛造溫度較窄，對變形溫度非常敏感，主要采用等溫鍛造進行成形。等溫鍛造的零件一般具有薄的腹板、高筋和薄壁,此類零件

44、坯料熱量很快被模具吸收,溫度迅速下降,采用普通鍛造方法,不僅需大幅度提高設備的噸位,而且也易造成模具的開裂。精密鍛造的現狀和發展：精密鍛造和鍛造的最大差別在于精密鍛造件沒有飛邊，而鍛造件有飛邊，精密鍛造工藝的材料利用率高，尺寸精度高，所以近些年發展很快。2.2 鍛件的分類鍛件的種類繁多，其幾何形狀復雜程度和相對尺寸的差別很大。為了制訂精密模鍛工藝、確定合理的毛坯形狀和尺寸，首先應將鍛件分類。目前比較一致的分類方法是按照鍛件形狀并參考精密模鍛時毛坯的軸線方向來分類的。第一類(餅盤類)鍛件。其外形為圓形而高度較小。精密模鍛時毛坯軸線方向與模鍛設備的作用力方向相同，金屬沿高度和徑向同時流動。第二類(

45、法蘭突緣類)鍛件。其外形為回轉體，帶有圓形或長寬尺寸相差不大的法蘭或突緣。閉式模鍛時，一般只需一個終鍛工步。第三類(軸桿類)鍛件。其桿部為圓形，帶有圓形或非圓形頭部，或中間局部粗大的直長桿類。第四類(杯筒類)鍛件。這類鍛件多采用閉式反擠、正反復合擠壓或鐓粗沖孔復合成形。第五類(枝芽類)鍛件。包括單枝芽、多枝芽的實心和空心類鍛件。這類鍛件多采用可分凹模模鍛或多向模鍛。第六類(叉形類)鍛件。包括帶有空心或實心桿部、帶有圓形或非圓形法蘭等多種結構形式。前四類，屬于旋轉體；后兩類屬于非旋轉體。2.3 精密模鍛成形過程的分析閉式精密模鍛成形過程分析 閉式精密模鍛成形主要有正擠、反擠、鐓粗、側向擠壓和鐓粗

46、兼壓入等幾種變形方式，這里著重論述后三種方式的成形過程。鐓粗式閉式模鍛成形過程的分析成形過程大體可分為三個階段：開式鍛粗階段 模膛充滿階段 擠出端部飛邊階段 第三階段不可避免又不可缺少。形狀特別復雜的閉式模鍛件，金屬擠入凸凹模間隙形成飛邊時才能把金屬擠入未充滿的角隙以保證獲得合格鍛件；坯料尺寸偏差較大時，多余金屬也只擠進凸凹模的間隙才能達到鍛件要求的尺寸。鐓粗壓入式模鍛變形過程 以環形件為例，其鐓粗壓入式閉式模鍛過程可以分為三個階段:(見課本17-18頁)側向擠壓模鍛按照擠壓模鍛時金屬流動的特點，側向擠壓又可分為分流式、匯集式和彎曲式三類。（詳見課本19頁）側向擠壓時的金屬流動 側向擠壓模鍛時

47、，無論是哪種方式，其變形過程大體可分為：自由鐓粗、側向擠壓、充滿模膛角隙和擠出多余金屬等四個階段。2.4 精密模鍛變形力的計算2.7 影響精密模鍛件尺寸精度的主要因素（詳見課本30-34頁）一、毛坯體積的波動二、模膛的尺寸精度和磨損三、模具溫度和鍛件溫度的波動四、零件結構的工藝性五、鍛件高度尺寸的變化同各種影響因素的關系閉式精密模鍛工藝的制訂 1、 鍛件的工藝性分析 :鍛件的工藝性分析，主要考慮鍛件的用料、幾何形狀、尺寸精度和表面質量、生產批量及設備條件等。 （1） 鍛件材料 凡是采用開式精密模鍛方法能鍛造的任何合金材料，都可以進行閉式精密模鍛，一些塑性較差的材料采用閉式精密模鍛更為有利。 鋁

48、合金、鎂合金等輕金屬和有色合金適宜于采用閉式精密模鍛。因為模鍛溫度低，不易產生氧化，模具磨損小且鍛件表面粗糙度低等。 鋼質鍛件通常采用熱態閉式精密模鍛。在低溫下鋼的變形抗力大，對模具的強度和耐磨性要求較高。同時要求模具有較高的紅硬性和抗熱疲勞性能等。(2) 鍛件形狀 所有旋轉體鍛件和部分形狀復雜的鍛件還可進行閉式精密模鍛。 如齒輪坯、軸承、突緣等旋轉體鍛件最適合于整體凹模閉式精密模鍛。 形狀復雜的鍛件，只要模鍛時能從閉式凹模模膛中取出，就可采用整體凹模閉式精密模鍛；若不能采用整體凹模閉式精密模鍛，可采用可分凹模閉式精密模鍛。(3) 鍛件尺寸精度和表面質量在閉式精密模鍛的工藝分析和模具設計中，應

49、考慮上述影響鍛件精度的諸因素，進行具體分析計算，以確定鍛件的尺寸精度。但是，由于影響因素比較復雜，使得理論上不易準確地計算。實際上，如能在生產中嚴格控制各因素，則鍛件的尺寸精度約比模膛精度低2級。 就精密模鍛而言， 目前，溫鍛件的尺寸精度可達4級，熱鍛件可達5級左右。表面粗糙度則取決于毛坯加熱時的氧化程度、模膛的表面粗糙度、模鍛時的冷卻和潤滑以及鍛件的冷卻條件等。通常，表面粗糙度為Ra12.56.3um。 二、閉式精密模鍛工藝過程的制訂制訂閉式精密模鍛工藝過程的主要內容如下： 1)根據產品零件圖繪制鍛件圖； 2)確定模鍛工序和輔助工序，決定中間毛坯的形狀和尺寸； 3)確定加熱方法和加熱規范；

50、4)確定清除毛坯表面氧化皮或脫碳層的方法； 5)確定毛坯尺寸、重量及其允許的公差，選擇下料方法； 6)選擇設備； 7)確定毛坯和模具潤滑、冷卻方法； 8)確定鍛件冷卻方法和冷卻規范；9)確定鍛件熱處理方法。 鍛件圖的制訂:1確定分模面:應考慮模膛易于充滿、鍛件能從模膛中取出和便于模具加工 合理的鍛件設計應使最大載荷方向與流線方向一致。 2. 機械加工余量和公差3模鍛斜度4圓角半徑模鍛工序及鍛坯的設計1對于一般閉式精密模鍛由變形程度確定模鍛工序 以溫擠或熱擠壓變形的閉式精密模鍛為例，最大變形程度取決于毛坯的塑性和模具所能承受的壓力。同時，為了獲得具有良好力學性能的擠壓件，保證零件有合適的晶粒組織

51、，變形程度應大于臨界變形程度，通常就是大于最小變形程度。對于碳鋼和合金結構鋼，熱擠壓的最大變形程度可達90以上。臨界變形程度約為20左右，所以最小擠壓變形程度一般應大于20。 溫度范圍低于700800度的中溫擠壓，擠壓模鍛時，擠壓次數和工序間尺寸是根據允許變形的擠壓變形程度來確定。2、一般開式精密模鍛鍛坯設計的經驗數據鍛坯的拔模斜度，一般等于鍛件的拔模斜度。但如果終鍛模膛很深時，鍛坯拔模斜度可大于鍛件拔模斜度。當腹板面積較小而其相鄰的肋條高度很大時，則腹板的厚度應適當增大。精密模鍛的輔助工序 一、毛坯和鍛件的清理為了減少變形金屬在模膛中流動的阻力，要求毛坯表面光滑。當采用少無氧化加熱毛坯時，加

52、熱前的毛坯不應帶有氧化皮。因此，清理毛坯和鍛件表面的氧化皮是很重要的。1毛坯的清理 清除毛坯表面氧化皮的方法，常用的有酸洗、干法滾筒清理、車削或無心磨削等。2鍛件的清理 閉式模鍛件的清理包括兩項內容：一是切掉飛邊；二是清理氧化皮。 閉式模鍛件，往往在分模面上帶有一定寬度的薄飛邊，這對后續切削加工十分不利，必須采用類似于板料沖裁模的切邊模切掉。 清除鍛件氧化皮的方法，一般采用酸洗、干法滾筒清理、濕法滾筒清理、噴砂或噴丸等。 干法滾筒清理會引起鍛件變形，特別是細長和薄壁件容易變形和碰傷。干法清理后的鍛件，一般需進行校正。 濕法滾筒清理是在滾筒內用液體和磨料組成的研磨劑與鍛件一起滾動而清理鍛件表面的

53、氧化皮。濕法清理的鍛件表面非常光潔，相當于研磨，而且成本不高。與干法滾筒清理相似，清理時鍛件會發生變形和尖角被磨鈍。 采用噴砂和噴丸清理，可避免鍛件變形，還能提高鍛件表面的硬度，一般在03mm的深度內硬度可提高3040。 對于較重要的鍛件，要用酸洗清理。酸洗的優點是不會使鍛件變形，并能顯露鍛件表面裂紋。但酸洗廢液是有害物質，會造成環境污染，所以，必須對酸洗廢液進行凈化處理，以保護環境。2、 鍛件的冷卻和防氧化在保護介質中冷卻。通常采用如下三種冷卻方法:1) 一般是把鍛件放入干燥的細砂中冷卻，在批量生產中是把鍛件有次序地分放在有格子的砂箱中；2) 當需要緩慢冷卻時，可把鍛件放在熱砂箱或石棉粉中冷卻；3) 對于小型精密鍛件，為了更有效地保護鍛件，可在保護氣氛的裝置中冷卻。三、精密模鍛時的潤滑 精密模鍛無論是開式還是閉式，模鍛時接觸面上的單位壓力一般在8001200MPa，有的甚至高達2500MPa，溫度一般在11501200。 在如此高的壓力和溫度下，潤滑膜的建立是非常困難的。模鍛時變形金屬與模膛表面間的摩擦，將使模膛表面磨損，增大金屬的流動阻力并造成脫模困難。所以，必須采用和研制專門的潤滑劑及潤滑方法以改善模鍛條件。實際應用表明，石墨水懸浮液(即水劑石墨)的潤