第一节熔模铸造

图 1-5 旋转浆叶 搅拌蜡基模料
图1-6 活塞搅拌 蜡基模料
B 松香基模料
由于松香基模料熔化温度较高，其加热采用电阻炉或工频炉 感应加热方式。
如：松香、 地蜡、聚乙烯模料。先熔化地蜡，待升温至140℃ 时，在搅拌的情况下逐渐加入聚乙烯，在升温至220℃加入松香， 全熔后在210℃时静置20-30分以排除气体，最后滤去杂质，在降 温的情况下对模料进行搅拌，使成糊（60-80℃），如模料混合 不好，它的黏度就会增大，晶粒粗大，使熔模质量降低，加热时 防止温度过高，模料变质燃烧。 140℃ +聚乙烯 搅拌 220℃ 加热 滤去杂质 +松香 搅拌至全熔 搅成糊状（60-80℃）
特种铸造篇
1.本课题性质：
内容:实践性和经验性很强，真正掌握须经过长时间的摸索 和实践
2 . 教材：浙江大学出版社 曾昭昭主编的《特种铸造》
3 .学习方法：不要求具体数据。只要求掌握每种特种铸造方法 的原理、特点、应用范围、优缺点等。
绪论 一、 特种铸造的概念 特种铸造是相对于一般砂型铸造而 言的。把在造型材料、液体金属充填和 凝固过程等方面与普通砂型铸造有所不 同的铸造方法称为“特种铸造方法”
2 （铸造手册 P12 图） 气轮机静叶片、喷嘴形状复杂，以前用昂贵的机械加工。用普通 方法铸造也困难。材料为1Cr13、2Cr13这种钢不好铸。现在硅酸 乙酯—刚玉型壳精密铸造后抛光即可使用。
3 一个喷气发动机的涡轮喷嘴有半人高，形状特别复杂，任何方 法不能造出，只能精铸。
由此可见，在难加工，和一些高温、耐磨，特种合金的零件制造 中，熔模铸造显示了其优越性。
1.3 模料的配制
通常模料是由两种或两种以上原材料组成的，配制 模料时是按照规定的成分及配比，将各种原材料先熔 融成液态，然后经搅拌混合均匀，滤去杂质，浇成锭 块或调制成糊状模料待用，有时也可用液体模料直接 浇制。
1.3.1 模料配制需要遵守的原则
A 应根据各组分的互溶性来确定加料顺序。
模料中分子结构相似，分子极性相同的物质互溶 性好。反之，互溶性差或不互溶。如石蜡(线性分子 结构)和松香(体形)不互溶，若将地蜡或微晶蜡(枝型) 加入其中或加入一些其它多聚物然后再加松香，则三 者很快溶合在一起。
4． 更适宜于高熔点、高粘滞性、易氧化的合金铸件及双金属铸件。 5． 减少浇注系统和冒口尺寸，提高金属利用率。
6． 不用或少用砂，减少车间粉尘，改善环境。
7 ．便于机械化、自动化、提高生产率。 （说明：并非每种铸造方法都具有以上所有优点，而是具有其 中的一项或是几项优点。）
第一章 熔模铸造（精密铸造）
第一节. 概述
1 熔模铸造的工艺过程 概念：熔模铸造的实质就是在蜡模表面涂覆多层
耐火材料，待硬化干燥后，加热将蜡模熔去，而获得 具有与蜡模形状相应的空腔型壳，在型壳中浇注金属 获得铸件，该方法也称精密铸造，失蜡铸造
熔模铸造的工艺过程
配制蜡料 制造压型 型壳脱蜡 压制蜡模 型壳焙烧 配制涂料 制造型壳（挂涂料 撒砂 硬化） 浇注 金属熔炼 反复5-7次
二、 特种铸造方法的分类
以砂为成型材料 特 种 铸 造 金属为成型材料 熔模铸造 陶瓷型铸造： 金属型铸造 压力铸造 低压铸造 离心铸造
真空吸铸
连续铸造 挤压铸造 …………
三. 特铸方法具有以下某些方面的优点
1．尺寸精度、表面光洁度高，减少了机械加工，以达到无削切
或少削切的目的。 2． .能铸出形状十分复杂，壁很薄铸件，有的靠其它方法无法或很 难完成。 3． 能获得特殊要求的铸件。如气密性、耐磨性，抗腐蚀性等。
② 松香基模料
以松香为主要成分，属中高熔点模料。主要用来生产要求 高的熔模铸件，如涡轮发动机叶片等。 其配方举例： 松香 60% + 川蜡 30% + 地蜡 5% + 聚乙烯 5% 松香 75% + 川蜡 15% — + 地蜡 5% + 聚乙烯 5% 松香——松香是切开松树皮后分泌出来的松脂，经蒸馏提出松 节油而剩余物质，主要成分为松香酸。它能与石蜡很好互溶。 软化点高、收缩率低，但黏度大，流动性差。
(太大解决不了蜡蠕 变和收缩变形问题)
近年可铸出重600kg 直径600-1000 mm的整铸件 进步归公于两点①塑料模的使用。蜡模太大易蠕变 ②凝固过程热计算的商业化
3.4 合金的种类：
难加工类、高温、耐磨、特种合金类
精铸工艺本身对合金种类无限制。但实际应用时 很少有铸铁，有色等合金用精密铸造，原因是造价 太高，不值得。 实际上精铸只是用于两种合金： 难加工类（包括形状难加工和金属难加工）； 特种合金类（高温、耐磨等） 所以精铸车间都与一些精密的熔炼设备相联系， 如真空熔炼等。
2.2 缺点
（1）铸件性能不好 。
因为是铸态且为热浇（保证轮廓清晰）所以晶粒粗大，机械性 能不好，所以精铸件很少在重要环境下工作。
（2)工艺复杂成本高。
（相对铸造高，而综合成本不高，相当于10倍的砂型铸造成本）
（3）批量受限制。大批量生产成本降低。
3. 熔模铸件的技术特性
3.1 技术性能；较低
对于精铸件δ（延伸度）αK（冲击韧性） бb（强度）都比较低， 因为热浇、晶粒粗大。尤其是δ（延伸度）αK（冲击韧性）值较低， 难以用在关键部位。
石蜡——是饱和族的固体碳氢化合物，是一个含有20个以上 碳原子的烷烃，是炼制石油的副产品，外观为半透明枝状结 晶。石蜡的熔点是随着其中碳原子的数量的增加而提高，一 般作模料原材料的石蜡熔点为58-60℃，其热稳定性低，温 度30℃时就可软化变形。石蜡熔化后，再凝固时易形成表面 收缩，所以不能单独作模料使用。在模料中加入石蜡后，可 提高强度，使模料不易产生裂纹，它不溶解于硅酸乙酯水解 液中，但稍溶于无水酒精。
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为软化点。一般要求模料的软化点比工作场地室温
高10-15℃ ，即35-40℃，南方要大于40℃。
⑤ 小而稳定的膨胀系数，保证制得的熔模尺寸精确。
⑥ 与耐火涂料有较好的润湿性，即使涂料有良好的 涂挂性，而且与模料和耐火涂料不应该起化学作用。 ⑦ 其它：焊接强度高，比重小，灰份少，复用性好， 价格便宜，来源丰实，对人体无害。
图1-4熔化蜡基模料的加热槽
具体办法有两种：
a 旋转浆叶搅拌法 1/3熔融蜡料 +2/3固体蜡料
（充分粉碎）
b 活塞搅拌法 借助活塞往复运动，迫 使模料从活塞上小孔窜来窜 去，模料被搅成糊状，根据 放入模料的量，可以控制混 入模料中的空气的量，使模 料中的空气以细小的形式存 在，这样可减少制模时的收 缩率。
① 熔点要适中，通常希望60-100℃，以便于配制 模料、制模、脱模。
② 要求模料有良好的流动性和成型性，在压制熔 模时，半凝固状态的模料应能很好的充填满压型型腔， 清晰的复制出型腔的表面，表面光洁，而且熔失熔模时 易从型壳中流出。
③一定的强度，表面硬度和韧性，防止变形损失。 ④ 高的软化点——模料开始发生软化变形的温度称
3.2 精度：高
每个工厂 的精度与工人和技术人员的技术水平，所用材料，生 产环境等有关 精密铸造的正常精度范围 100±0.3 高精度范围 100±0.1 砂型 ▽1-▽3 精铸 ▽3-▽6（与壳型铸造相当）
表面光洁度Ra值
3.3 铸件的尺寸：有限制
小：精铸件壁厚最小可达0.3mm 局部可达0.2mm 最小孔径可达直径0.5 最小铸件重量达几克。 如柴油机喷油嘴顶杆重9克，用水玻璃石英砂型壳 大：精铸件重量G 过去大于10-20kg，
地蜡——地蜡是饱和族的高分子固体碳氢化合 物，为石油工业产品。其外观为白色或黄色的 均匀物质，无气味。地蜡的牌号由它的熔点来 确定。地蜡比石蜡具有较高的软化温度，所以 保存时不易变形。地蜡不与水解的硅酸乙酯溶 液相互起作用。其缺点是强度、硬度及塑性较 低，收缩率很大。加入地蜡除了可细化川蜡的 结晶组织和改善熔模的表面粗糙外，还可作为 助溶剂，使聚乙烯与松香、川蜡复合基体均匀 混合，提高聚乙烯的强化作用。
③ 其它模料
上述几种模料都有些缺点，影响使用，有的工厂试用新的 模料，如聚苯乙烯（泡沫塑料），尿素模料、充填模料等。如 聚苯乙烯（机车厂实型铸造的实体模） 聚苯乙烯模料: 是由苯乙烯在加热条件下聚合而成，是一种热塑性材料， 外观为无色或淡红色非晶型颗粒。由于聚苯乙烯具有较高的强 度，热稳定性好，收缩小及灰尘少等优点，因此宜作为制模材 料。它熔点高，对温度变化不敏感。在60℃才开始变形，在 82℃的临界温度下迅速膨胀，约在93℃软化，在204℃由于自发 重量开始流动，在316℃流动相当舒畅，在400℃完全烧净。 聚苯乙烯制模工艺复杂，不宜制作薄壁及形状复杂的熔模，且 熔模的表面光洁度差。
1.2 模料的种类、组成和性能
① 蜡基模料 蜡基模料是以矿物蜡或动植物蜡为主要成分的模料，它在 国内外熔模铸造生产中一直是一种使用最普遍的模料，最典型 的例子是石蜡—硬脂酸模料。 典型配方: 石蜡 50% + 硬脂酸 50% 蜡基模料特点: 强度高、刚性好、熔点适中，但流动性、润湿性、膨胀系 数大。
川蜡——又称为白蜡、中国蜡、虫蜡，四川出产很多， 是白蜡虫分泌于所寄生的树上的蜡，是我国的特产。不溶于 水、乙醇和乙醚，易溶于苯。其优点是强度高、熔点高及流 动性好，但脆性及收缩率较大，它能与松香互溶，形成松香 与川蜡复合基体的模料，使之具有良好的综合性能。
聚乙烯——由乙烯聚合而成的高分子化合物，低分子量 为液体，高分子量的纯物质是乳白色蜡状固体粉末，经加入 稳定剂后，加工成粒状，具热塑性。模料中加入聚乙烯能显 著提高强度，热稳定性和韧性。
3.5 应用举例
图1 离心叶轮 该件突出的特点是尺寸大，壁薄。直径457mm、高 228.6mm ，重 45kg 。有高的尺寸精度要求、大部分 件需经过x射线和荧光检查。材质为沉淀硬化马氏体 不锈钢17－4PH（美国牌号）
图2 热交换器 铝合金的热交换器,轮廓尺寸为 190.5mm×139 .7mm×55.9mm ， 壁厚为 1.5mm，上面分布着1200 多个小针，以提供最大的散热面 积。件重0.184kg。
加热溶解
石蜡
+地蜡或微晶
熔化混合
+松香
B
严格控制温度上限和高温停留时间及合适的熔化装置。
因为模料都是各种碳氢化合物的混合物，过热会发生氧化 裂解，影响模料性能。
1.3.2 模料的配制方式
A 蜡基模料 蜡基模料熔点都低于 100℃ ，为防止模料的分 解，对它的加热采用蒸汽 加热或热水槽加热。对熔 化后的模料要搅拌均匀， ， 在冷却过程中将蜡料制成 糊状。
硬脂酸——硬脂酸为固体的脂肪酸混合物，可由石油 副产品石蜡经高温催化而制得。硬脂酸外观为纯白色或 黄色的片状或针状的固体结晶。熔点58-60℃。在石蜡 中加入硬脂酸可提高模料的热稳定性及流动性。此外， 硬脂酸中含有极性基分子，可以改善模料与涂料的润湿 性。硬脂酸能很好的溶解于乙基纤维素中，易和硅酸乙 酯水解液相互起酯化作用，遇碱起皂化反应，其价格较 贵。
第二节.熔模的制造
熔模铸造生产的第一个工序就是制作熔模（蜡模），熔模就是用来形 成耐火型壳中型腔的模型，所以要想获得尺寸精度和表面光洁度高的铸件， 首先熔模本身就应该具有高的尺寸精度和表面光洁度。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。为获得上述高质量的熔模， 除了应有好的压型-压制熔模的模具外，还必须选择合适的制模材料（简称 模料）和合理的制模工艺。本节将对后两个问题进行叙述。
2. 熔模铸造的优缺点
2.1 优点
（1）精度高： 尺寸精度： 表面光滑度
铸件最小壁厚 砂型 熔模 >3mm 0.7（0.3mm）
铸件尺寸公差 100±1.0 100±0.3
光洁度 ▽1-▽3 ▽3-▽6
（2）形状无限制。适合于铸造某些结构、形状 复杂的铸件。（因无需拔模，无分型面） （3）合金不受限制(一般适用于贵金属)
图3 壳体 该壳体铸件结构复杂，该图是用两 个切面解剖后的照片，可见其外形和内 腔均很复杂，它的熔模是用13个不同的 蜡模组装而成的。为铝合金熔模铸件， 其尺寸为214.9mm×200mm ×145mm， 重2.36kg。
1 重型柴油机叶轮、壁很薄，机械加工等无法达到, 用精铸法制造, 制壳时要涂挂4-6次
高的尺寸精度 对蜡模的基本要求
表面光洁度
使后续（制壳）工序简单易行 好的压型（压制熔模的模具）
获得高质量蜡模的条件
选择合适的制模材料（简称模料）
合理的制模工艺
1 模料
1.1 对模料性能的要求
制模材料的性能不单应保证方便的制得尺寸精确和表面 光洁度高、强度好、重量轻的熔模，它还应为型壳的制 造和获得良好的铸件创造条件，所以模料的性能应能满 足以下要求: