1、誠信聲明本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導教師的指導下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。 本人簽名： 年 月 日畢業設計任務書設計題目： 非加工零件精密鑄造工藝設計 系部： 機械工程系 專業： 機械設計制造及其自動化 學號： 112011438 學生： 指導教師（含職稱）： （工程師） 1課題意義及目標 學生應通過本次畢業設計，綜合運用所學過的基礎理論知識。深入了解機械設計的各個過程。及設計規范、計算方法、設計思想等內容。為學生在畢業后從事產品設計、制造等技術工作打好基礎。2主要任務（1）根據題目要求，查閱相關資料。（2）進行詳細的結構設計、計算、控制內容

2、設計。（3）按照畢業設計說明書撰寫要求，完成畢業論文的撰寫。（4）繪制結構設計相關的零件圖及工藝設計卡片或控制部分設計。（5）設計過程要按標準要求執行。3主要參考資料 1張世昌.機械制造技術基礎M.高等教育出版社,2006. 2陳才金.朱錦倫.熔模精密鑄造技術M.浙江大學出版社.4進度安排設計各階段名稱起 止 日 期1根據題目要求，確定設計方案。3月 3日 3月23日2結構設計，計算。3月24日4月13日3完成50%以上的工作任務，準備中期檢查。4月14日 5月 4日4完成圖紙的繪制，程序調整。5月 5日 6月 1日5撰寫畢業論文，準備答辨。6月 2日 6月22日審核人： 年 月 日非加工零件

3、精密鑄造工藝設計摘 要：船舶行業、電力、汽車等行業大型裝置上的重要組成部分就包括葉輪，葉輪對這些行業異常重要。簡單的葉輪生產起來很方便，但結構復雜的葉輪仍有許多問題正在探尋中，對這類鑄件的生產還存在困難。這類鑄造問題一直是一項難以逾越的障礙。我要做的就是根據實際情況和任務要求，來分析葉輪鑄造過程的部分問題，以及解決途徑。在對葉輪結構和用途進行分析后選用鑄造過程中的的各種材料以及各種設備，根據需求再對模具進行設計。最后，詳細研究整個鑄造工藝過程，對該工藝進行工藝說明書的撰寫。 在整個過程中，分析了熔模鑄造從古自今的發展經歷及以后的發展方向，熔模鑄造與其他鑄造方法的對比結果；給葉輪鑄造過程選擇了合

4、適的工藝流程。 本設計顯示，選擇合適的工藝流程可制造出質量較好的葉輪鑄件，并且提高了生產效率；關鍵詞：熔模鑄造；葉輪；型殼質量；工藝優化 Non-machined parts Precision Casting Process DesignAbstract：Casting impeller is a key component which is used for many large equipments, such as ship building, electricity, pharmaceuticals, pump and valves and transportation, etc.

5、And it will play a decisive role in the whole equipments integrated performance. A certain difficulty for the complicated impellers casting craft still exists in the current production. So on this aspect research has always been a hot topic in the casting Industry. To begin with, the parting face ar

6、e determined according to the shape characteristics, then to drawing parts graph and cavity figure. Besides, selection pressure wax machine, analysis of the technology of casting, design the system structure of mould and calculating its size. At last, analysis of the investment casting process parti

7、cularly, writing the designing instruction, the translation and so on. In the process of casting process analysis, mainly introduced casting the historical heritage and development situation, then analysis the advantages of the investment casting. In addition, introducing the process of casting proc

8、ess and shell of manufacturing process very carefully. The final results show that improving the process scheme could raise the quality of the casting.Key words：investment casting;impeller;shell quality;process optimization目 錄1 緒論11.1 熔模精密鑄造11.2 熔模精密鑄造國內外發展狀況22 熔模的制造42.1 薄壁類鑄件葉輪結構分析42.2 模料42.2.1 對模料

9、性能的要求52.2.2 模料的種類和性能52.3 模料的熔化102.3.1 蠟基模料熔化102.3.2 樹脂基模料熔化102.4 糊膏狀模料制備102.5 制模工藝及質量控制112.6 熔模的組裝122.7 模料的回收與再生132.7.1 蠟基模料的回收132.7.2 樹脂基模料的回收142.8 壓型設計143 制殼原材料163.1 耐火材料163.1.1 熔融石英173.1.2 電熔剛玉173.1.3 鋯砂173.1.4 鋁硅系耐火材料183.1.5 特種耐火材料183.2 黏結劑193.2.1 硅溶膠黏結劑193.2.2 硅酸乙酯水解液黏結劑203.2.3 水玻璃黏結劑203.3 其他附加

10、物214 制殼工藝224.1 硅溶膠型殼224.2 硅酸乙酯型殼254.3 水玻璃型殼264.4 硅溶膠水玻璃復合型殼294.5 陶瓷型芯制備295 熔煉與澆注325.1 ZG1Cr18Ni9Ti鑄造不銹鋼熔煉設備325.2 ZG1Cr18Ni9Ti鑄造不銹鋼配料325.3 ZG1Cr18Ni9Ti熔煉345.3.1 ZG1Cr18Ni9Ti筑爐工藝345.3.2 ZG1Cr18Ni9Ti熔煉355.4 澆注365.4.1 澆注結構對鑄件質量的影響365.4.2 澆注速度對鑄件質量的影響395.4.3 澆注溫度鑄件質量的影響395.4.4 外加冷鐵對熱節部位的影響406 葉輪鑄件的后處理426

11、.1 葉輪鑄件的清理、修補及精整426.2 ZG1Cr18Ni9Ti葉輪鑄件的熱處理426.2.1 固溶處理426.2.2 穩定化處理437 總結44參考文獻45致謝46II太原工業學院畢業設計1 緒論1.1 熔模精密鑄造 熔模又被稱為蠟模，把熔模鑄造稱為失蠟鑄造。熔模鑄造得到的鑄件是一種近凈形的鑄造工藝，每個鑄件都要經過很多工序，多種材料，得到的鑄件尺寸精度高，表面質量好，所以此工藝又叫熔模精密鑄造，也常有人簡稱此法為精密鑄造。熔模鑄造工藝流程圖1.1。圖1.1 熔模鑄造工藝流程圖與其它零件成型方法和鑄造方法相比較，熔模鑄造具有以下顯著特點: （1）熔模鑄造可對產品進行大批量生產，也可進行單

12、件生產。 （2）金屬利用率高，熔模鑄造件的金屬利用率是一般鍛造件的3倍左右。 （3）鑄件尺寸精度高，鑄件的切削加工余量會大幅減小，因此該鑄造方法可大量節省原材料。 （4）采用型腔表面粗糙度低的壓型來制作熔模，熔模的表面粗糙度就會比較低。熔模鑄件的表面粗糙度也就比較低。 （5）多種金屬材料都可用于熔模鑄造生產。 （6）可生產形狀復雜的鑄件。熔模鑄造可制造航空航天、燃氣輪機和渦輪增壓器類的各種葉輪葉片及其他復雜、精密的熔模鑄造工藝生產的鑄件。還可進行整體設計鑄造成形，減輕零件重量。1.2 熔模精密鑄造國內外發展狀況 約4000年前就有了熔模鑄造，埃及、中國和印度是最早的起源國家。盟軍駐云南保山的美

13、國工程師在二戰期間發明了現代熔模技術，他是看了中國失蠟鑄造工藝后誕生的想法，在此想法基礎上研究出了現代熔模鑄造。以前的熔模在加工機械零件上用的最多，但后來發現它不單單可以加工機械零件，而且可以生產很多東西，所以開始發展，經過后人的不斷琢磨研究，形成了一門工業基礎工藝。現在運用于各領域各行業。我國早在3000年前就有了熔模鑄造，但當時還不太成熟，還未形成工藝。在我國1978年湖北出土的青銅器中很多都是運用了熔模鑄造工藝做出的飾品。可見古人對此鑄造法已有了一定的水準。世界上對熔模鑄造記錄最早的文獻是中國南宋的洞天清祿集，歐洲的最早記錄文獻是在公元925年，也就是說我國對此工藝的運用比歐洲早了二百多

14、年，足見中國古人的聰明與偉大。而后在明朝的文獻天工開物中，對熔模鑄造技術又有了詳細的敘述。研制出的快速鑄造（FastCAST），此種方法能快速得型殼，縮短了制殼時間以及其中的很多工藝，所得到的事一種高質量的塑料模，進而提高生產效率。近年來熔模鑄造在生產低成本件和快速生產上有了新的突破。計算機技術的發展為熔模精密鑄造數值模擬提供了條件。熔模鑄造的應用也越來越廣泛。 我國于20世紀50年代初期，通過引進前蘇聯技術，開始發展現代熔模精密鑄造技術。1976年，我國引進英國斯貝MK202發動機是我國從英國引進的，這種發動機設備和技術開辟了新的時代，生產迅速，質量高，精密鑄造從此到來。我國熔模鑄造發展到了

15、一定的新高度，生產出的產品質量大大提高，生產效率也大大提高。起初熔模鑄造生產出的產品只是用于比較低端的領域，現在逐漸走向高大上，現在好多發達產業如航空航天，軍工領域的精密零件都用熔模鑄造來生產。我國面層耐火材料多用鋯砂，水玻璃粘結劑，這樣得到的鑄造質量不好，生產周期也長，所以應該盡量研制出新型材料代替這些老的劣質材料。國外已經運用新的黏結劑如熔融石英和新型硅溶膠，這樣得到的鑄件粗糙度低，表面光滑，顏色好看，質量好，并且生產環境也好了許多，生產成本降低。另外，國外采用計算機數值模擬技術對熔模鑄造過程進行預測，可以提前知道鑄造中會出現的問題，以及產品容易出現的缺陷，經過分析后進行工藝參數優化，以此

16、避免了很多不必要的麻煩，這樣做信息化程度高，效率自然得到提升；而國內依然采用傳統的“”的方法，各項參數不好控制，效率低下，產品質量不太好。熔模精密鑄造產品應用情況如表1.1。 表1.1 領域國家美國/歐洲/英國/日本/中國/航天與軍工6055701512.5民用4045308587.5 2 熔模的制造2.1 薄壁類鑄件葉輪結構分析 薄壁鑄件的壁厚一般在1.55mm，這些鑄件制作時要求較高，因為金屬液不易填充到薄壁處，且冷卻速度較快，補縮困難。 葉輪為泵的主要部件，決定了泵的使用性能及壽命。圖a為葉輪的整體視圖，圖b為葉輪的下圖。從圖a中可以看出，上下圓形蓋和輪轂組成的閉式葉輪。從圖b中共有5個

17、葉片，葉片狀態如下。該鑄件外形尺寸為190mm×86.5mm，其中葉片為該鑄件最薄處，但厚度并不均勻，由外至內，厚度逐漸。圖2.1 通過以上結構分析可發現，鑄件的內腔很狹小，形狀很復雜，用常規的涂料工藝來完成不容易，因此其內腔需使用準備好的型芯來形成，然后在金屬澆注后，進行清理型芯。2.2 模料選用好的制模材料和制模工藝可以制的精度要求高的熔模：蠟質材料：礦物蠟、動植物蠟、人造或合成蠟。樹脂：天然、人造或合成樹脂。高分子聚合物：主要是聚烯烴。2.2.1 對模料性能的要求 （1）模料一般在6080溫度熔化，在810凝固。 （2）開始熔化溫度終了熔化溫度 610。 （3）為使熔模保持形狀

18、，模料一般選高于40溫度進行軟化。 （4）為了得到尺寸精確，表面質量好的熔模，應選用流動性好的模料。 （5）為了提高葉輪表面質量，選擇收縮率小于0.5%1%的模料。 （6）硬度為46度（1度=10-1mm）的模料所制得的熔模質量較好，不易被損壞。 （7）我們一般控制模料中的灰分低于0.05%。另外，所選模料所制的型殼應該便于后續工序的進行，而且盡量選環保，便宜的模料等。 2.2.2 模料的種類和性能 （1）蠟基模料常用蠟質材料有礦物蠟包括石蠟、地蠟、微晶蠟人造蠟包括蜂蠟、蟲白蠟等。上述蠟料配制成蠟基模料，最常用的蠟基模料是由石蠟和硬脂酸蠟配制的。石蠟是從原油的蠟餾分中分離而得的含有17個以上碳

19、原子烷烴混合物，其分子通式為CnH2n+2，式中n=2036。n愈大，石蠟的熔點就愈大高，如n=32，稱熔點為72石蠟即為72石蠟。生產中常用5862石蠟。石蠟的化學活性低，呈中性，在140以下不易，塑性好，常采用該材料，但它的軟化溫度只有30左右，收縮量大，表面硬度小，故常和硬脂酸配合作為模料。硬脂酸是固體的飽和脂肪酸，分子式為C17H35COOH，是用動植物油脂加壓蒸餾，水解而成。硬脂酸屬弱酸，能起中和反應，生成皂鹽（皂化反應）。常壓時，在120以上會分解碳化。常用蠟基模料的成分及性能見下表2.1。表2.1 常用蠟基模料的成分和性能成分/性能石蠟硬脂酸褐煤蠟地蠟松香聚乙烯或EVA滴點/熱穩

20、定性/線收縮率/抗彎強度/MPa5050505431350.81.02.53.095566341.043.398.51.558310.644.4952362320.824.79233262360.801.940204060330.72.0為使模料的軟化溫度高、增強流動性和涂掛性，增強其表面硬度，可在石蠟中溶入硬脂酸。當硬脂酸溶入量在50左右時，提高硬脂酸的比例，模料強度會略有下降，所以生產中常用石蠟和硬脂酸的含量往往各占一半。因為硬脂酸價格較貴，而且軟化溫度很低，所制熔模在溫度稍高是就易變形，所以常在度數高的模料中加入EVA或蜂蠟來提高軟化溫度。現在很多企業再配制蠟基模料時嘗試用收縮率較低的褐

21、煤蠟代替硬脂酸，效果不錯。 （2）樹脂基模料常見的樹脂有松香及其衍生物、紫膠、琥珀樹脂等，其中常用松香及其衍生物、造樹脂是常用的樹脂材料。 （3）填料模料為了防止熔模變形和表面出現縮陷，就需要加入填料。蠟模中加入空氣填料會卷入氣泡，影響熔模質量，所以常采用液體填料。 （4）水溶性填料像尿素、硫酸鹽這種水溶性材料不怎么收縮、剛度大、耐熱性好，其缺點是比重大、易潮濕、熔點高、質脆、自由澆注溫度較高，生產很慢。多采用SUP法所得的熔模質量好，制得鑄件尺寸精度高。實際生產中因為考慮到尿素價格便宜，壓注方便，所以經常使用。 （5）商品系列模料 商品模料是為了生產各種精密鑄件而專門生產的一種樹脂基模料。

22、商品系列模料：模樣蠟、澆道蠟、粘結蠟、修補蠟、浸封蠟、水溶蠟、樣件蠟等。模樣蠟是常用的蠟料，水溶型芯常用硬度和強度都很大的水溶蠟來制；澆道蠟的流動性好；粘結蠟黏度較大，熔模組裝時常用；修補表面缺陷常用質軟的修補蠟；封填焊隙常用低熔點的浸封蠟。模料蠟（型蠟）澆道蠟水溶蠟 粘結蠟修補蠟樣件蠟2.3 模料的熔化2.3.1 蠟基模料熔化 碳氫化合物是蠟基模料基本組成部分，溫度過高加熱時，會被氧化、熱分解或熱裂解，降低了模料性能。例如：用高于140溫度加熱石蠟時，會產生氧化，用高于140加熱蟲白蠟（川蠟）、蜂蠟時即發生變質；用高于160溫度加熱松香時，其老化變質，不太與蠟相溶。水浴加熱是蠟基模料熔化時經

23、常用的方法，因為蠟基模料導熱性差，有較低熔點，過熱易被氧化。2.3.2 樹脂基模料熔化樹脂基模料及商品系列模料采用不超過90的油浴加熱，因為其熔點較高。根據各組元的性能，選擇加料順序的原則是：作為溶劑的模料先加入，再加其他材料。2.4 糊膏狀模料制備 熔模鑄造生產中，蠟基模料和樹脂基模料平凡用料壓注熔模，糊膏狀模料比其他態模料收縮小、凝固快、生產率高，雖然糊膏狀模料的流動性較差，但壓力適當，仍能很快的充滿型腔。表2.2 化蠟90蠟錠截面尺寸140mm×140mm6580，4852，蠟液/（質量分數）1/（12）回性恒溫箱溫度4852，保溫0.5h以上 表2.3 工序名稱設備操作要點化

24、蠟油浴化蠟缸化蠟溫度90蠟膏制備保溫箱和小蠟缸（蠟缸容積：7L）恒溫（視模料種類而定，約5060）保溫24h以上供蠟機（蠟桶容積：120L）恒溫保持（約5260），慢速均勻攪拌射蠟輸送設備（蠟桶容積：120L）恒溫保持（約5260），慢速均勻攪拌，壓力泵（14MPa）送蠟 蠟基模料的制膏過程是：先在模料桶中加入約80的液態蠟料，然后再加入一定比例的刨蠟片或蠟屑，經快速攪拌制成。旋轉式葉輪攪拌機、活塞式、螺桿式等是制備糊膏狀模料的設備。葉輪式攪拌機很常用，而且簡單方便，操作時快速均勻攪拌獲得質量高的糊膏狀模料。液態壓注模料并不全是液態，而是一種液、固共存但仍具有流動性的漿狀模料，為使其成分和溫度

25、均勻，需慢速攪拌，這樣制成的熔模表面精度高。 2.5 制模工藝及質量控制 用一定壓力下將糊膏狀模料注入壓型，經凝固后制成熔模。決定熔模尺寸精度、表面粗糙度及表面缺陷等表面質量的有模料性能、制模工藝和設備。選用壓注、壓型溫度、及分型劑直接影響熔模粗糙度： （1）注蠟溫度熔模的表面粗糙度受注蠟溫度的影響，采用60的精白蠟與一級硬脂酸配成的蠟基模料，通常應用糊膏狀模料壓注；若將注蠟溫度提高到55左右時，模料呈漿狀，此時所得熔模的表面光滑，表面粗糙度可與壓型表面大致相同，Ra可達1.250.30m（相當于79）。當注蠟溫度降至4852時，模料中固態組分增加，流動性消失，模料漸成糊膏狀，注蠟后所得熔模的

26、表面粗糙度增大至Ra1.52.5m（相當于6）。注蠟溫度下降至48以下時，表面粗糙度將繼續增大，Ra4m（相當于45），澆不足或冷隔等現象也極有可能出現。收縮率隨注蠟溫度升高而變大，此現象發生在熔模從液相到固相轉變階段。收縮率的變化情況因模料類型而異，有些材料注蠟雖可獲得表面粗糙度小、表面光滑的熔模，但液態自由澆注的收縮率高達2以上，如石蠟硬脂酸模料，影響熔模的表面質量，液態壓注是不宜選用它，要獲得表面質量好的熔模可采用收縮率好液態模料制模。 （2）壓注壓力 膏狀模料壓注壓力與熔模組成、模料性能及射蠟溫度有關，熔點和黏度越低，所需壓力越低。 模料線收縮率越小，所需壓注壓力越大，但壓力過大，很容

27、易對壓型產生破壞。而且壓力過大會使熔模中的水溶型型芯斷裂或變形。所以要選擇合適的注蠟壓力。 （3）壓型溫度一般壓型的溫度宜選擇在2025左右。若溫度超出范圍，熔模的表面質量變差，而且產生冷隔，澆不足等現象。 （4）保壓時間和開型時間熔模的線收縮率隨保壓時間變大而減小。注蠟溫度、熔模壁厚及冷卻條件等影響熔模保壓時間。體積不大的熔模保壓時間通常約為26min。若時間過長或過短都會影響熔模表面質量。必要的話可在厚壁部位放置冷蠟塊對壓型進行強制冷卻，這樣減少收縮。 （5）分型劑（脫模劑）薄而勻分型劑是涂在壓型的型腔表面，其作用是防止熔模粘附壓型型腔，提高熔模表面質量。常用的分型劑是霧化硅油。 （6）熔

28、模存放多數熔模要經8小時以后，才不會繼續收縮。取出后熔模平整放在控溫的地方，或放在專用托架上，以獲得尺寸精度好的熔模。2.6 熔模的組裝鑄件和澆冒口組合的過程叫熔模的組裝，其方法有： （1）焊接法 是目前廣泛使用的方法，采用低壓電熱刀片在熔模焊接處局部加熱后，把焊接對象粘結后冷接在一起。 （2）粘接法 把兩個擬組合的熔模的接合處做出卯榫結構，即在一個熔模上做出凹下的卯眼，在另一熔模的相對應處做出凸起的榫頭，在卯眼、榫頭表面上涂上黏結劑，把榫頭插入卯眼，把兩個熔模粘接在一起。 （3）機法 能快速組裝小鑄件的熔模。2.7 模料的回收與再生從模料中除去約5%15%的水分、約0.5%的陶瓷類夾雜物的工

29、藝過程稱為模料回收，回收模料時應針對各種模料的組成和物理、化學性質采取不同的方法。回收得到的舊蠟通常還需要補充質量分數為10的新蠟或其他添加劑，使模料質量和性能恢復到原有水平，此過程稱為再生。再生模料性能經過認真檢測（灰分、酸值尤為重要）方能投產使用。2.7.1 蠟基模料的回收 石蠟硬脂酸模料回收過程主要是去除使用過程中產生的皂化物。這皂化物無法通過沉淀、過濾或蒸餾等物理方法除去。常用酸處理法、電解法和活性白土處理法三種方法處理。酸處理法效果明顯且方法簡單，故應用最普遍。電解法效果雖好但需要電解槽等專門設備，活性白土處理法所得回收蠟中殘留的白土不易除凈，故目前很少使用。 （1）酸處理法 此法是

30、在回收模料中加入強酸，發生反應（RCOO）2Me+H2SO4 = 2（RCOOH）+MeSO4Me代表某種金屬離子。生成的鹽大多屬于水溶性鹽，處理時加適量水即可與模料脫離。 （2）電解處理法 常用于除去模料中的硬脂酸鐵，其原理如圖2.2，電解工藝參數如下： 圖2.2 1電源； 2變壓器； 3硒整流器； 4陽極； 5陰極； 6蠟液； 7電解液； 8耐酸槽電解液：（HCL）= 23（表示質量分數）。電解電壓：1520V，電流150200A。電解溫度：8090。電極：陽極石墨電極，陰極鉛板，兩極間距400420mm。每次處理回收蠟5080kg，每千克蠟中加濃硫酸2.5mL，電解處理時間約2h。 （3

31、）活性白土處理法 活性白土又稱漂白土，是陶土的一種。因為活性白土孔多，表面積大（比表面積約100300m2/g），從而具有良好的吸附能力，可將蠟液中的夾雜物吸附在其表面，在沉淀除去。處理方法是將經酸處理過的模料加熱至110，加入質量分數1015粒度200號（即200目）預先烘干的活性白土。邊加邊攪拌，加完后繼續攪拌0.5h左右，保溫靜置沉淀45h，或保溫11.5h后再進行真空抽濾。2.7.2 樹脂基模料的回收樹脂基模料回收過程的主要任務是去除脫蠟時夾雜在模料中的水分、粉塵、砂粒。與蠟基模料相比，樹脂基模料通常黏度較大，故分離這些夾雜物需要較長時間和較高溫度。回收流程：靜置脫水攪拌蒸發脫水靜置去

32、污。2.8 壓型設計 此設計模具的壁厚從下而上逐漸變薄是為凝固鑄件時按從上到下的順序，從而使鑄件還沒有凝固的部位得到很好補縮。熔模鑄造澆注時液體是從模具底部充型，直至充滿整個型腔。所以，鑄件的形狀、尺寸不同，壓型的形狀、尺寸也不同。為使溶體能夠很好充型，會在模具下方設置澆注系統，該設計壓型的材質選用45鋼。圖2.3 該設計所采用的是配比都是50%的石蠟和硬脂酸的石蠟基模料。 要將蠟料制成蠟膏狀，用0.30.5MPa 的壓力將溫度約為50的蠟料壓入壓型中，壓注時應根據零件的大小來調整合適的壓力使蠟模的輪廓清晰。壓注完成后，壓力保持46s，保證蠟模表面質量良好。然后將蠟模放入冷卻水冷卻定型。 蠟模

33、表面如果某些部位凹陷或出現飛邊毛刺，就要對蠟模進行檢修。用蠟液填補凹陷區域，刀片清除毛刺。尺寸偏差太大的熔模應回收再用。 為了得到表面光潔的蠟模，應該清楚掉其表面的蠟屑，這樣便于后序的進行。為了蠟模沾漿和撒砂均勻，要將合格的蠟模組裝在一起，相鄰的蠟模間距大于1.5cm。3 制殼原材料3.1 耐火材料 耐火材料影響型殼的性能很大，因此耐火材料很重要。耐火材料耐火度要足夠高，使型殼抗變形能力好，為了不與金屬液發生化學反應，耐火材料應穩定性好，脫殼性好等性能。耐火材料還應熱膨脹系數低、粒度合適，無污染等。熔融SiO2、鋯砂、熔融Al2O3是用的較多的面層型殼材料。瓷土熟料是用的較多的加固層材料，熔融

34、石英、氧化芯耐火材料常用。常見耐火材料的性能如表3.1。表3.1 3.1.1 熔融石英 熔融石英是比較好的制造型殼型和型芯用耐火材料，其熔化溫度大概是1720，有較低導熱系數，較小熱膨數，因此熱定性好。 熔融石英異常純凈，穩定性好，在高溫下要使型殼有較好抗蠕變能力，就用熔融石英，可以得到質量較高的鑄件。但是由于熔融石英不便宜，只有生產精密昂貴鑄件時采用。3.1.2 電熔剛玉 化學式為Al2O3的白剛玉即為電熔剛玉，熔融的高溫氧化鋁，經冷卻結晶后，再經一系列加工篩選得到的。電熔剛玉是兩性氧化物，其結構緊湊、導熱性能好、熱小、密度大、有高熔點，化學性能穩定，在高溫下基本呈中性。因此是熔模鑄造用優質

35、耐火材料。電熔剛玉的化學成分、粒度如下表：表3.2 成分Al2O3Na2OFe2O3SiO2灼燒物質量分數(%)98.50.60.10.20.3表3.3 粒度/m55202040408080含量(質量分數，%)826471813.1.3 鋯砂 在4.05.0 g/cm3之間，莫氏硬度68，較純的鋯砂熱化學穩定，導熱性好，熱較小，是很好的耐火材料。生產中鋯砂粉的化學成分和粒度有如下規定，其中含水量不大于0.3%。表3.4 (質量分數，%)表3.5 3.1.4 鋁硅系耐火材料 鋁硅系耐火材料是混合成的鋁硅酸鹽，其含量多、制備容易、不貴，其化、耐火度高、很少線膨脹系數、其應用非常廣泛。高嶺石、鋁礬土

36、及莫來石就是鋁硅系耐火材料，前者大多存在于粘土砂中，便宜、易得，莫來石必須人工制得。鋁礬土化學性能不太穩定，因此很少使用。3.1.5 特種耐火材料 用傳統的耐火材料，用高活性金屬合金生產質量要求較高的零件時，會與合金液發生反應，無法得到穩定型殼，因此生產時需采用特種耐火材料。 圖3.1 3.2 黏結劑 黏結劑的選用在熔模鑄造中舉足輕重，其影響生產周期、產成本。常用的三種黏結劑如下：3.2.1 硅溶膠黏結劑 硅溶膠是1960年引入熔模鑄造用的納米級的二氧化硅顆粒在水中或溶劑中的分散液。硅溶膠黏結劑也是一種優質的黏結劑，其化學性能穩定且含少量雜質，其制好的型殼在高溫下有不錯的強度。要改善涂料的涂掛

37、性能，就需要加額外物質，因為其潤濕性較差。硅溶膠黏結劑有一個缺點就是其水分較多，所以型殼濕強度低，型殼生產效率低下。但總的來看，硅溶膠在熔模鑄造中充當優質黏結劑，其技術要求如表3.6。表3.6 熔模鑄造用硅溶膠技術要求(HB53461986)3.2.2 硅酸乙酯水解液黏結劑 要使硅酸乙酯具有黏結性能，就要對它進行水解。水解過程要穩定水解液pH，就要在其中加入乙醇對硅酸乙酯進行稀釋。另外，為增強背層型殼的滲透能力，可加一定的，為提高型殼韌性，可加定量甘油。 硅酸乙酯水解液是，其涂料的粉液比高，制的，得到型殼性能好，是常用的優質黏結劑。其技術要求如下，見表3.7。表3.7 3.2.3 水玻璃黏結劑

38、 水玻璃不是單一的化合物，而是多種化合物組成的混合物，水玻璃黏結劑是溶于水后制成的膠體，鈉水玻璃時最常用的黏結劑。與其他型殼相比，制水玻璃型殼更困難。 和硅酸乙酯水解液和硅溶膠黏結劑相比性能較差，黏結劑一般不選它。 3.3 其他附加物 （1）表面活性劑：液體滲透壓、表面張力、濁度等會因為表面活性劑的添加而得到改善。 （2）消泡劑：消泡劑是具有破泡作用的有機添加劑，加入表面活性劑可降低涂料表面張力。 （3）晶粒細化劑：用于細化鑄件晶粒，提高熔模鑄件質量。 （4）濕強度添加劑：可使型殼的濕強度提高，使型殼的高溫強度降低，提高了型殼透氣性。4 制殼工藝 4.1 硅溶膠型殼 硅溶膠型殼是以硅溶膠為黏結

39、劑通過復雜的理化反應將耐火粉料、撒砂材料黏結而形成得型殼。硅溶膠制殼過程就是讓SiO2溶膠轉變成膠凝態。硅溶膠通過水分蒸發使硅溶膠膠凝。每層型殼需以下步驟：浸涂料、殼干燥，根據所需要的型殼厚度來選擇上述步驟的次數。 （1）模組清洗 按一定比例乳化水清洗劑與自來水混合配制成的液體對組模進行清洗以保證更好的涂掛性能。該清洗劑應用非常廣泛，每次可清洗模組1000組以上。 （2）涂料配制 硅溶膠涂料有三種：面層涂料，嚴格的選擇面層涂料使涂層具備足夠的表面強度。耐火材料根據鑄件合金的種類來選擇，電熔剛玉是常用的耐火材料。耐火材料和黏結劑組成的背層涂料。根據鑄件質量要求選擇不同過渡層涂料。配制涂料時要確保

40、為了使耐火粉料與黏結劑混合充分，應正確的搭配涂料種類。圖4.1是L型沾漿機，配涂料用設備。要對涂料進行測定，檢測其密度、黏度、成分滿足要求即可使用。 圖4.1 （3）撒砂 撒砂系指在所掛涂料層上一層耐火砂粒，其目的是為了迅速增厚型殼，使砂粒層成為型殼的骨架，分散型殼在隨后工序中可能產生的應力。 圖4.2 圖4.3 撒砂方法：雨淋法也稱淋砂法，其工作原理如圖4.2所示沸騰法又稱浮砂法，其工作原理如圖4.3所示。 （4）干燥 硅溶膠型殼通過蒸發水分進行干燥，該過程失水約85%，干燥不良的型殼質量不好，干燥程度密切相關。嚴格控制影響干燥的因素。 （5）脫蠟 脫蠟就是將易熔模熔失形成型殼空腔的過程，脫

41、蠟時，模料與型殼會隨溫度的提高而膨脹，但模料的熱膨脹系數高于型殼材料，因此脫蠟時要避免型殼的預熱，盡量保證高速脫蠟，這樣就降低了型殼脹裂的可能性。常見脫蠟方法有兩種：高壓蒸汽脫蠟、熱水脫蠟；高壓蒸氣法是硅溶膠型殼制備過程中常用脫蠟法，電熱蒸汽脫蠟釜如圖4.4。 圖4.4 （6）型殼焙燒 如澆注金屬液時產生大量氣體，是因為型殼脫蠟后，沒有清除蠟料、水分等殘余物。通常用9501100來焙燒型殼，并保溫30min以上，型殼會因為好的焙燒具有良好的透氣性，型殼看起來是淺白色。 焙燒設備：液化氣爐、燃油焙燒爐、電焙燒爐、天然氣爐等，圖4.5是電熱焙燒爐，有些企業用此設備來焙燒硅溶膠型殼。圖4.5 4.2

42、 硅酸乙酯型殼 （1）配制硅酸乙酯涂料為使硅酸乙酯成為工藝性能良好的黏結劑，首先要對它進行水解，常用的硅酸乙酯水解工藝是一次水解法。硅酸乙酯黏結劑配制涂料所用耐火材料與硅溶膠涂料基本相同，用于配制面層涂料的有電熔剛玉、硅石，今年來也使用鋯英粉。硅酸乙酯加固層涂料較多用的有鋁礬土、莫來石等鋁硅系耐火材料。由于黏結劑的表面張力低，具有較好的潤濕滲透能力，因而不用另外加潤濕劑。表4.1 面層涂料耐火粉料鋯英粉剛玉粉石英粉高鋁礬土粉粉液比3.54.02.42.72.02.22.4密度（g/cm3）2.52.82.02.21.71.81.72.0流杯黏度25±525±525±

43、;525±5加固層涂料耐火粉料鋁礬土粉粘土熟料粉剛玉粉粉液比2.02.21.61.72.02.2密度（g/cm3）1.72.01.621.651.752.0流杯黏度9±29±29±2 （2）上涂料和撒砂 涂料的涂掛性較好，為了進一步提高其對熔模表面的潤濕能力，模組在浸涂前仍需進行脫脂工序，以有利于型殼及鑄件表面質量的提高。由于硅酸乙酯涂料中溶劑揮發較快，所以要迅速進行浸涂料和撒砂，防止涂料干燥過快，粘不上砂粒。砂的粒度，表面層為50100目，加固層自3040目，逐漸加粗至20目左右。 （3）型殼的干燥和硬化 硅酸乙酯制殼工藝在模組上涂料和撒砂后，須進行充

44、分的干燥和硬化，才可涂掛下一層。若涂層在空氣中干燥硬化一段時間后，再在氨氣中干燥和硬化，可顯著縮短硅酸乙酯型殼的硬化周期，使黏結劑立即膠凝。如涂料只用氨氣干燥，雖然硬化較快，但溶劑仍保留在黏結劑中。當凝膠收縮體積發生變化，主要表現為線收縮一旦受阻，涂層內將會產生應力，就會使型殼出現裂紋。有時在涂4層后，或在型殼制成后，浸入硅酸乙酯水解液中進行強化處理以提高型殼強度。處理方法是：型殼浸入強化劑數分鐘，再在空氣中通風干燥3小時以上，再氨干40分鐘。4.3 水玻璃型殼 水玻璃制殼是每層型殼需經浸涂涂料、撒砂、空干、硬化和晾干這些復雜工序，為了使二氧化硅起到粘結作用，硬化就顯得尤為關鍵。（1）模組脫脂

45、 熔模要進行脫脂處理的原因是要清除油脂類物，也可提高表面質量。潤濕劑（JFC）水溶液是常用的脫脂劑，其重量比是0.3%。 （2）涂料配制 涂料配制過程中要攪拌，是為了將粉料中的小塊攪碎，使黏結劑與耐火材料混合均勻。該過程還需回性處理，黏結劑與耐火粉料充分潤濕的過程叫回性，這樣也可去除料里混入的氣體。邊攪拌邊將耐火材料和潤濕劑慢慢加到水玻璃中，繼續攪拌一小時，回性4小時以上。為了使涂料混合均勻，選用L型沾漿機。回性時間的確定非常重要，密度、模數、粉液比和環境溫度等因素影響回性時間。在配制水玻璃涂料時降低水玻璃的密度，這樣可以降低其黏度，進而得到表面光滑整潔的鑄件。 （3）撒砂 為使型殼具有足夠的

46、，防止型殼硬化時出現表面缺陷，就需要進行撒砂。撒砂材料的粒度選擇非常重要。撒砂方法和上述所講硅溶膠撒砂方法類似，這里不再論述。 （4）空干 干燥消除殼的一些水分，減少凝膠收縮，連續性和密實度變得更好，表面缺陷減少，鑄件表面質量和尺寸精度提高。 （5）硬化 水玻璃型殼要得到硅凝膠就要進行硬化，這樣能提高型殼的濕強度。硬化過程分為界面硬化和滲透硬化。界面硬化比滲透硬化過程更快。結晶氯化鎂、氯化銨、結晶氯化鋁是水玻璃型殼常用的硬化劑。 （6）晾干 為了將硬化過程殘留的硬化劑除凈，需要對型殼進行再次干燥。晾干使涂層緊密結合。根據結構、熔模溫度、硬化工藝和硬化劑種類來選擇晾干時間。 （7）脫蠟涂料層硬化

47、過程中,隨著時間的增加,殼的濕強度增加,并伴有脫水、凝膠更致密,強度增加,水阻力增加。型殼脫蠟的方法有多種。常用的有熱水法，高壓蒸汽法及微波脫蠟法等。國內水玻璃型殼由于普遍應用熔點較低的蠟基模料，如石蠟硬脂酸模料，故較多采用熱水脫蠟法及蒸汽脫蠟法。熱水脫蠟法工藝如下：清理澆口脫蠟前要將澆口杯頂部浮砂及涂料清除刮凈，以免在脫蠟過程中跌入型腔內。添加劑為使水玻璃型殼得到補充硬化，在脫蠟水中加入37的氯化銨，或加入46的結晶氯化鋁，也可以加入工業鹽酸1（以上均為重量比）；其中加入1工業鹽酸的熱水脫蠟效果最好，它不僅使型殼得到補充硬化，并可防止模料在脫蠟時皂化，且有利于舊蠟的回收利用，但加鹽酸脫蠟須采

48、用耐酸脫蠟槽，并應及時補加鹽酸以控制pH值。 水溫控制 熱水脫蠟的水溫宜控制在9598之間，但應該避免沸騰，以免將槽底的砂粒及臟物翻起而進入型腔。為了減少脫蠟時間，要提高脫蠟槽的加熱速度，每框型殼裝入量不應太多，不然會使型殼脹裂。故型殼的脫蠟時間應控制在1520min，不超過30min為宜。 型殼沖洗 型殼經脫蠟后，內腔可能存有殘余蠟料并粘附有皂化物，所以用熱水沖洗。脫蠟后的型殼可倒置存放。 槽液換新及清理 型殼在脫蠟時會有較多鹽分和臟物進入脫蠟水中，故應定期更換脫蠟水，并同時清理槽底砂粒及臟物。 （8）型殼焙燒 水玻璃型殼在脫蠟后，型腔內含有水分、殘余蠟料、皂化物、鹽類以及耐火材料中的有機物

49、等，這些物質若未除去，在高溫澆注時會溢出大量氣體，使鑄件產生氣孔。因而在型殼澆注前須進行高溫焙燒。 水玻璃型殼在脫蠟后停留數小時，即可入爐焙燒，大多是采用型殼低溫入爐。型殼焙燒的溫度主要根據型殼中各種有害物質已基本揮發除凈的溫度而定。以氯化銨硬化的型殼，其適宜的焙燒溫度應為800850，保溫0.52h，焙燒良好的型殼表面呈白色或淺色。若表面顏色呈較深的顏色，則表明型殼中殘留較多的碳分，屬焙燒不良，澆注時發氣量大。用硅砂做耐火材料的型殼，由于在加熱和冷卻時的膨脹和收縮較大，若進行多次焙燒就會使型殼產生微裂紋而使型殼的強度下降，故要控制硅砂型殼的重復焙燒次數，不宜超過兩次。4.4 硅溶膠水玻璃復合

50、型殼 （1）復合型殼制殼工藝 隨著社會發展需求，單一水玻璃型殼黏結劑做的型殼已經滿足不了生產需求，所以要采用復合型殼來進行生產。 下表4.2是硅溶膠水玻璃復合型殼的制殼工藝。表4.2 （2）脫蠟與焙燒由于硅溶膠水玻璃復合型殼工藝所采用的為蠟基模料，即主要是石蠟硬脂酸模料，因此其脫蠟與焙燒工藝均與水玻璃型殼相同，采用熱水脫蠟工藝，脫蠟水中添加1工業鹽酸或添加37的氯化銨，脫蠟水溫度控制在9598，脫蠟時間不宜長，一般適宜的脫蠟時間在1520min，最多不超過30min。復合型殼的焙燒溫度宜控制在950左右，并保溫0.51h，即可進行金屬澆注。4.5 陶瓷型芯制備該設計制作工藝采用的粘結劑為硅溶膠

51、(GRJ-30)，其技術要求見表3.6所示。該型殼制備工藝由以上論述可知。將耐火材料與粘結劑、消泡劑以及潤濕劑均勻混合后，澆灌到型芯模具中，干燥后經過高溫倍燒即可制成陶瓷型芯。鑄造時由于環境惡劣，所以對型芯要求較高。陶瓷型芯應滿足以下要求 （1）耐火度高,至少高于注射溫度的合金,通常耐火度達到1400以上。 （2）熱膨脹率小，尺寸穩定性好，避免型芯裂紋和變形。 （3）型芯有足夠的常溫強度和高溫強度。 （4）型芯不與金屬發生反應，化學穩定性好。 （5）型芯要有很大孔隙率，比真密度小，型芯從鑄件很容易去除。選陶瓷作為型芯材料，因為陶瓷與硅溶膠能很好結合，也有好的致密性，同時陶瓷型芯尺寸精度好。表4

52、.3 按照表4.3的比例第二組制備陶瓷泥漿,泥漿和粘性均勻混合超過24小時,使陶瓷泥漿完全潤濕。硅橡膠模刷蘸陶瓷漿料均勻涂在硅橡膠模具表面。用刷子輕輕涂刷陶瓷泥漿，由于葉輪核心部件尺寸很小,其厚度不均勻,防止裂縫,可用在薄厚聯合和大小地方均勻的撒上一層薄薄的fiberglass。fiberglass長度為35毫米,可以起到連接的作用。干燥后，再涂刷漿料和撒砂，反復幾次，當厚度達到要求。型芯干燥后，模具上取下。制成陶瓷型芯無裂紋、尺寸精度好、無缺陷。然后將型芯放到電阻爐，加熱950高溫。焙燒時間達到30分鐘上，自然冷卻到室溫，將型芯取出，這樣就制成了型芯。所得陶瓷型芯如圖4.6； 圖4.6 5 熔煉與澆注5