消失模铸造工艺设计课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,消失模铸造工艺设计,消失模铸造工艺设计,一、总论,二、制模工艺,三、浇注系统设计,四、涂料,五、填砂与浇注,一、总论,消失模铸造工艺设计目的：获得表面和内部质量较好的优质铸件。,消失模铸造工艺特点：消失模的型腔是实型的，且有泡沫塑料模样，高温浇注时，模样气化消失。,消失模铸造优点：精度高、污染小、低成本，可以铸造各种材质、大中小型、形状复杂的铸件。,消失模铸造的产品质量主要决定于：,“,白区,”,、,“,黑区,”,生产线的方案设计和设备配套水平；消失模铸造工艺及浇注系统设计；消失模涂料的品质和浸涂、烘干工艺。消失模铸造工艺流程为：,1）,制作泡塑气化模；,2）,组合浇注系统；,3）,气化模表面刷、喷特制耐火涂料并烘干；,4）,将特制隔层砂箱置于振动工作台上；,5）,填入底砂（干砂）振实，刮平；,6）,将烘干的气化模放于底砂上，填满干砂，微振适当时间刮平箱口；,7）,用塑料薄膜覆盖，放上浇口杯，接真空系统抽真空，干砂紧固成型后，进行浇注，气化模气化消失，金属液取代其位置；,8）,释放真空，待铸件冷凝后翻箱，从松散的砂中取出铸件。,二、制模工艺,目前，消失模模样所用的原材料主要有可发泡聚苯乙烯（EPS）、可发泡聚甲基丙烯酸甲酯(EPMMA)、苯乙烯和甲基丙烯酸甲醋的共聚物（STMMA）等。EPS模样发气量 低，残留物量少，密度小、气化迅速、价格适中等优点，但EPS模样容易引起铸铁件表面产生光亮碳缺陷和使铸钢件表面增碳，而采用EPMMA模样对解决增碳、皱皮、黑渣等缺陷非常有效，但是，EPMMA的发气量大，约是EPS的1.5倍。STMMA是苯乙烯和甲基丙烯酸甲醋的共聚物，兼有前两者的优点。,确定浇注位置在很大程度上着眼于控制铸 件的凝固。,利用公式 计算出冒口模数，根据常用冒口参数表确定冒口尺寸。,按金属液注入铸型（或内浇道）位置的不同，浇注系统可分为以下几种（如图2.,灰铸铁冒口的补缩距离与铁液的共晶度有关。,保证金属液能充满型腔。,V通过试样的空气体积（cm3）H 试样高度（cm）,使用最多的有机粘结剂有糖浆、纸浆废液、树脂、聚乙烯醇、羧甲基纤维素（CMC）、淀粉、糊精等。,1）制作泡塑气化模；,一般来说，消失模铸造中，铸铁件的浇注温度比普通铸造法提高2080,铸钢件提高1040。,1）制作泡塑气化模；,尽量将气化模上具有开口部分（如空穴及凹槽等）朝上安放，便于填砂紧实；,水基涂料一般需要816h才能干燥固化。,为了消除或避免这些缺陷，大多数铸件采用顶注式（对小铸件）和阶梯式（大铸件）浇注系统，让直浇道或内浇道通过冒口，提高冒口的补缩能力。,计算浇注系统时，可以借鉴砂型铸造的计算方法，采用水力学公式计算：,无论采用哪一种珠粒制模，其制模工艺过程都是相同的。其工艺过程如下：,原料 预发泡 珠粒熟化处理 制模 模样的熟化 模样组合,（1）原料(EPS、EPMMA、STMMA等)采用聚苯乙烯珠粒，聚苯乙烯塑料具有发气量 低，残留物量少，密度小、气化迅速、价格适中等优点。,（2）予发泡：聚苯乙烯在制模之前，必须经过予发泡处理，来调整并获得所需的粒度和密度。,（3）熟化：予发泡后的珠粒在使用前需在空气中进行十几小时的熟化处理，让空气渗透到珠粒的泡孔内，使其状态稳定，恢复弹性和再膨胀能力。,（4）制模：制模在制模机上进行，将熟化后的聚苯乙烯珠粒用压缩空气发送到模具内，通入蒸汽使其软化膨胀，珠粒间受热融合，黏结成型，模具冷却后开模，取出模样。,（5）组模：将制成的模样与切割的浇道、浇口等粘接在一起，形成浇注模。,三、浇注系统的设计,铸件典型浇注系统由浇口杯（外浇口）、直浇道、直浇道道窝、橫浇道和内浇道等部分组成。能否获得健全的铸件，与浇注系统结构和形式有很大的关系。如果设计不合理，就可能使铸件产生气孔、缩孔和冷隔等缺陷。消失模铸造还会出现特有的皱皮、冷隔状夹杂和铸钢件的渗碳等瑕疵。,浇注系统的设计应该有利于金属液顺利平稳地充满整个型腔，而且具有良好的浮渣和排气能力，以获得无缺陷的优质铸件。消失模浇注系统的位置安放自由，不受起模、合箱、抽芯的限制。因此可以放在最理想的位置上。对各种大、中、小型，各种材质、形状复杂的铸件都适用。,浇注系统设计的原则：,保证金属液能充满型腔。（如图1）,浇注系统的安排要考虑到模样束在砂箱中的位置，便于填砂紧实。,浇注系统的设计要保证模样束的整体强度。,内浇道的个数、位置对金属液充型方向的影响。,浇注系统多采用简单的形式。,金属液压头应超过金属前沿的界面气体压力，以防呛火（反喷）。,图1.浇注过程各种压力平衡,Ph砂型对涂料的压力；,P气泡沫塑料分解物气体压力；,P金液态金属对涂料及砂型的压力,浇注位置的设计,确定浇注位置在很大程度上着眼于控制铸 件的凝固。实现顺序凝固的铸件，可以消除缩孔、缩松，保证获得致密铸件，在这种条件下，浇注位置的确定应有利于安放冒口。,埋型操作时，需考虑气化模在砂箱中的合理位置，使它与箱壁之间有合理的距离，即吃砂量。只要具备一定厚度的吃砂量，在抽真空后才能产生足够的强度，形成坚固的铸型，使其能承受住金属液静压力的作用。,确定浇注位置时应注意以下几点：,重要的加工平面要朝下或垂直放置；,模样的大平面应垂直或倾斜放置；,尽量将气化模上具有开口部分（如空穴及凹槽等）朝上安放，便于填砂紧实；,便于开设浇、冒系统和除渣排气通道；,利于造型材料的填充，避免形成死角区；,尽量满足凝固原则，就是使截面的横截面积自上而下逐渐增大；,模样在砂箱中的位置应有利于干砂充填，尽量避免水平面和水平向下的盲孔。,浇注系统形式的选择,按金属液注入铸型（或内浇道）位置的不同，浇注系统可分为以下几种（如,图2,.所示）：顶注；上（侧）注；下1/3处浇注；阶梯浇注；底注；下雨淋浇注。其中，下1/3浇注较为常用。,顶注式浇注系统的优点是，充型时间最短、浇速快，防止塌箱；满足顺序凝固要求，补缩作用好，而且有利于防止浇不足和冷隔缺陷。缺点是难以控制流速，容易使残留物卷入，对型腔的冲击大，飞溅大。,侧注式浇注系统的优点，液体从模样中间引入，可缩短内浇道的距离。侧柱金属液一进入型腔就可以在360角范围内向四周扩散，充型速度快。,图2.浇注系统的形式,a)顶注 b)上注 c)下1/3处浇注d)阶梯浇注 e)底注 f)下雨淋浇注,底注式浇注系统充型时内浇道处于被淹没状态，金属液流平稳，不易氧化，也没有激溅；可以抑制气化模的发气量，同时金属液上升的方向与泡沫分解气化的方向一致，有利于浮渣。缺点是当铸件高度较高时，越往上升金属液的温度越低，不利于顶部冒口的补缩；金属液上升速度慢，铸件表面易出现碳缺陷，尤其是厚大铸件。,阶梯式浇注系统兼有顶注和底注两种浇注方式的优点，有利于铸件的顺序凝固和排气浮渣。但浇注系统的模样制作复杂，塑料模样成品率低，浇注时易引起冷隔缺陷，一般用在高大的铸件上。,在实际的生产中，应根据铸件的特点和金属材质进行合理选择浇注系统。比如，铸钢的流动性差，收缩大，在最后凝固冷却的部位易出现缩松、缩孔等铸造缺陷。为了消除或避免这些缺陷，大多数铸件采用顶注式（对小铸件）和阶梯式（大铸件）浇注系统，让直浇道或内浇道通过冒口，提高冒口的补缩能力。,铸件的大小和壁厚不同，采用的浇注系统也有所不同。对于大型铸件大多采用底注式浇注系统，这样可以使气化模的分解气体处于抑制状态，保证真空系统的有效抽气量大于模样气化生成的气体。对于薄壁、矮小的铸件可以采用顶注式浇注系统。薄壁矮小的铸件模样，气化后生成的气体量也就相应的较少，同时气化的气体由真空泵强行抽离砂箱。采用这种浇注系统对薄壁矮小铸件进行浇注，其充型速度快，金属温度高，不仅成型好，而且可以得到表面光洁、内部质量也好的铸件。这类铸件采用顶注式浇注系统不存在塌箱问题，因为尽管气化也是在整个铸型内进行，但是浇注可以在短短的几秒内就结束，砂箱内的真空度下降到临界值之前就充满型腔，而且表面已经凝固结壳。,浇道的结构与形状,内浇道应设计成由橫（或直）浇道到铸型方向呈逐渐减小的喇叭形，使得内浇口始终充满状态，防止模样气化的气体反喷。其截面呈长方形或圆形。,对于必须采用的阶梯浇注的较高大铸件是，其浇口宜采用向上倾斜的形式，倾斜角度为2030。这样可以使金属液自上而下的注入型腔。,浇口的作用很大程度上取决与它的形状。为有利于减少金属液的热损失和充型，保证浇注系统在铸件凝固后凝固，直浇道和横浇道宜选用圆形截面，也可以是方形截面。内浇口一般采用矩形浇口，而且浇口的截面厚度不应小于5mm。,内浇道截面大小的计算,计算浇注系统时，可以借鉴砂型铸造的计算方法，采用水力学公式计算：,式中 G流经内浇道的液态金属重量（kg）（包括铸件重和浇注系统重量）；,流量系数，可参考传统工艺查表，一般取0.30.4之间；,H 压头高度，根据模样在砂箱中位置确定；,t 浇注时间。,浇注系统各单元界面积的比例,在消失模铸造中，大多采用封闭式浇注系统。在实际生产中内浇道总截面积、横浇道总截面积和直浇道截面积之比为：,对铸铁来说，,对铸钢来说，,直浇道与模样体之间的距离,模样与直浇道的距离S，与铸件的材质、大小有关，可按下面的经验公式计算：,S直浇道与模体之间的距离（mm）；,K常数，浇注铝合金时60mm；浇注铜合金时80mm；浇注铸铁件时120mm；浇注铸钢时140mm；,H铸件高度（mm）；,G铸件重量（kg）；,修正系数，为0.08mm/kg；,修正系数，为0.06。,冒口的设计,冒口设计的一般原则,（1）冒口应就近设在铸件热节的上方或侧旁；,（2）冒口应尽量设在铸件最高、最厚的部位；,（3）冒口不应设在铸件最重要、受力大的部位,以免组织粗大降低强度；,（4）冒口位置不要选在铸造应力集中处,应注意减轻对铸件的收缩阻碍,以免引起裂纹；,（5）尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件；,（6）冒口布置在加工面上,可节约铸件精整工时,零件外观好；,（7）不同高度上的冒口,可应用冷铁将各个冒口的补缩作用范围隔开。,消失模铸造中的冒口除补缩和调整温度场外，还有集渣、排气的作用。在浇注过程中，远离浇道位置和铸型的死角、顶端部位，经常容易出现夹渣、冷隔等缺陷，可以在这些部位设置集渣或收集过冷金属液的冒口。,在消失模铸造中，大都采用圆柱形或球形暗冒口。这样可以保证铸型在整个浇注的过程中处于真空密封状态，抑制气化模的气化率；有利于改善浇注环境，提高铸件的内外质量。,冒口一般可粘结在泡沫塑料模样上，也可将冒口模样嵌入到在铸件泡沫塑料模样的凹穴部位。,冒口的补缩距离,铸钢件冒口的有效补缩距离为冒口区与末端区长度之和。在冒口的有效补缩距离范围内，铸件实现顺序凝固，铸件致密。,铸钢件冒口区长度和末端区长度都随铸件厚度的增大而增加，根据铸件的厚度结合,图3,可以查出冒口区长度和末端区长度。,冒口的有效补缩距离冒口区长度末端区长度,灰铸铁冒口的补缩距离与铁液的共晶度有关。由于灰铸铁的共晶度低，结晶范围宽，共晶转变前析出奥氏体阻碍补缩，所以冒口的补缩距离较小。其冒口的补缩距离从,图4,中查出；球墨铸铁具有模糊凝固特性，冒口的补缩效果较差，只有铸造较厚的球铸铁件时才有必要采用传统的冒口补缩。其补缩距离约为铸件厚度的4倍左右；可锻铸铁冒口的补缩距离为44.5倍壁厚。,图3,图4,2、周界商法:通过公式的推倒建立的数学模型来进行冒口的计算。用这种方法计算十分精确。,其计算步骤如下：,a.利用公式 计算铸件的周界商；,b.选定冒口类型，计算 /值，并在表上查出相应的近似值；,c.利用公式 计算出冒口模数，根据常用冒口参数表确定冒口尺寸。,3、铸铁