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斗齿熔模精密铸造

点击数:1643 日期:2015-07-18 16:20:40
熔模铸造又称“失蜡铸造”,通常是在蜡模表面涂上数层耐火材料,待其硬化干燥后,将其中的蜡模熔去而制成型壳,再经过焙烧,然后进行浇注,而获得铸件的一种方法。由于获得的铸件具有较高的尺寸精度和表面光洁度,故又称“熔模精密铸造”。可用熔模铸造法生产的合金种类有碳素钢、合金钢、耐热合金、不锈钢、精密合金、永磁合金、轴承合金、铜合金、铝合金、钛合金和球墨铸铁等。
  熔模铸件的形状一般都比较复杂,铸件上可铸出孔的最小直径可达0.5mm,铸件的最小壁厚为0.3mm。在生产中可将一些原来由几个零件组合而成的部件,通过改变零件的结构,设计成为整体零件而直接由熔模铸造铸出,以节省加工工时和金属材料的消耗,使零件结构更为合理。
  熔模铸件的重量大多为零点几十牛(即几十克到几公斤),太重的铸件用熔模铸造法生产较为麻烦,但目前生产大的熔模铸件的重量已达800牛左右。
  溶膜铸造是用易熔材料制成模型,然后在模型上涂挂耐火材料,经硬化后,在将模型熔化排出型外,从而获得无分型面的铸型,铸型焙烧后即浇注。
  一. 工艺过程:
  1. 蜡模制作
  1) 压型:制蜡模的专用模具、钢、铜 、铝、切削而成
  2) 蜡模的压制:石蜡、峰蜡、硬脂酸、松香等,将熔化的蜡料压入压型中,冷凝后取出,修去毛刺,得到蜡模
  3) 蜡模组装:若干蜡模焊在一个直浇棒上
  2. 结壳:蜡模涂上涂料、硬化、干燥等
  1) 浸涂料(石英粉+粘结剂的糊状物)表面光洁
  2) 撒砂(粗石英砂)的目的:增厚型壳
  3) 硬化(水玻璃+NH4CL—SIO2)化学硬化
  3. 脱蜡、焙烧
  1) 脱蜡:热水或水蒸气
  2) 焙烧:加热 800~1000℃提高型壳强度
  4. 填砂:浇注
  1) 填砂:型壳放入铁箱中,周围干砂充填
  2) 浇注:趁热(600~700℃)进行浇注
  5. 落砂 清理 冷却后,破坏型壳,取出铸件,去浇口、毛刺、退火或正火,以便得到所需机械性能
  1) 铸造精度、光洁度高、且可浇注形状复杂的件
  2) 能铸造各种合金(型壳是高级耐火材料)
  3) 单件、小批、大批量生产均可
  4) 少 无切削加工(Ra3.2~1.6um)稍磨
  5) 材料贵,工艺过程繁杂,生产周期长
  应用:使用高熔点合金精密铸件的成批、大量生产,形状复杂,难以切削加工的小零件。如:汽轮机叶片、工艺品用以浇注铸件的钢。铸造合金的一种。铸钢分为铸造碳钢、铸造低合金钢和铸造特种钢3类。
  二. 铸钢工艺:
  ① 铸造碳钢。以碳为主要合金元素并含有少量其他元素的铸钢。含碳小于0.2%的为铸造低碳钢,含碳0.2%~0.5%的为铸造中碳钢,含碳大于0.5%的为铸造高碳钢。随着含碳量的增加,铸造碳钢的强度增大,硬度提高。铸造碳钢具有较高的强度、塑性和韧性,成本较低,在重型机械中用于制造承受大负荷的零件,如轧钢机机架、水压机底座等;在铁路车辆上用于制造受力大又承受冲击的零件如摇枕、侧架、车轮和车钩等。
  ②铸造低合金钢。含有锰 、铬、铜等合金元素的铸钢。合金元素总量一般小于5%,具有较大的冲击韧性,并能通过热处理获得更好的机械性能。铸造低合金钢比碳钢具有较优的使用性能,能减小零件质量,提高使用寿命。
  ③铸造特种钢。为适应特殊需要而炼制的合金铸钢,品种繁多,通常含有一种或多种的高量合金元素,以获得某种特殊性能。例如 ,含锰11%~14%的高锰钢能耐冲击磨损,多用于矿山机械、工程机械的耐磨零件;以铬或铬镍为主要合金元素的各种不锈钢,用于在有腐蚀或650℃以上高温条件下工作的零件,如化工用阀体、泵、容器或大容量电站的汽轮机壳体等。
  三. 铸钢的质量与质量要求
  铸造生产中,“质量”包含两个方面的内容:
  一是产品质量,即铸件满足用户要求的程度,也就是适用性;二是工程质量,即制造铸件的生产过程对产品质量的保证程度。两者有相关性,但又不是一个概念。
  评定产品质量,最基本的判据是设计者对其结构和功能的要求,如铸件需经机械加工及热处理,则还应包括这些后续工序对铸件毛坯的要求,如定位基准、工艺孔、为防止热处理变形而加的工艺补正量或拉肋等。除此以外,铸件的表面涂装、包装及按期交货等也是属于产品质量范畴之内的条件。
  图样和验收技术条件就是上述各项要求的具体化,是验收产品的判据。承制方制定生产铸件的工艺,应以下列各项为依据。
  (1) 购买方提供的铸件图。通常有确定铸件的形状、各部尺寸及其公差、定位基准等项。单件或少量生产时,也可以由购买方提供模样和芯盒,此时,承制方将不对铸件尺寸负责。
  (2) 购买方确定的材料规格及适用的标准。
  (3) 购买方规定的产品技术条件,如对铸件内部致密性的要求及检测方法、允许的铸造缺陷、对表面粗糙度的要求及表面缺陷的检测方法等。
  (4) 购买方和承制方共同商定的其他协议。
  提出对铸钢件的质量要求,似乎是购买方享有的特权,可是实际上却是购买方要审慎对待的课题。
  不适当地降低质量要求,将影响铸件或机械产品的功能,甚至会招致严重的事故。不必要地提高质量要求,将使铸件的生产成本增高,对适用性和机械产品的功能则无所一补益。有时,机械产品中采用成本过高的铸件可能会使整机价格提高而降低竞争能力。
  铸造生产是复杂的、多工序的生产过程。过去,在某些条件较差、人员素质又较低的铸造厂中,对生产中的一些环节往往难以有效地控制,产品的不良率可能相当高,再加以检验手段不完备,不合格铸件漏检而交付购买方的事时有发生的。
  在这种情况下,产品设计者往往苦于对铸件的可靠性心中无数,考虑质量要求时,就不免有“要求高点比较保险”的想法。工作经历较长的人又难免不碰到因铸件质量不好而造成的事故,那就进一步加强了上述想法。结果,就形成了一种十分矛盾的状况。一方面是铸造厂难以使铸件质量稳定地保持一个较高的水准;另一方面则是设计者在确定质量要求时往往倾向于宁高毋低。
  这种矛盾,只能经由科学技术的进步来加以解决。随着铸造生产技术水平的不断提高,铸造生产过程中的监控加强了,检测产品质量的手段已建立完善的认证体系。因而,铸件内在质量和外观质量所能达到的水准正在不断提高,铸件质量的可靠性也有了较好地保证。
  情况的变化也导致了供需双方姿态的改变。保持较高的生产技术水平和使用先进的检测手段,需要较高的投入,这当然要反映在产品的价格上。于是,质量要求高的铸件和质量要求一般的铸件,价格就有明显的差别。按当前国际市场的实际情况,尺寸精度高、对外观和内部缺陷限制严格、规定用渗透探伤检查外表面并用射线探伤检查内部质量的铸件、其价格可能数倍、或十几倍于质量要求一般的铸件。结果,条件较好的承制方,反而希望购买方提出较高、较严的要求,以便充分利用其设施获得较好的效益。在承制方所能保证的水平越来越高的情况下,购买方在考虑质量要求时越要慎重行事,因为每增加一项要求都意味着铸件的价格会相应提高,提出不必要的要求也是失误,是要付出相应的代价的。
  综上可知,质量有两层意思。首先是满足使用要求,即适用性:其次是在保证适用性的基础上价格最低,即经济性。
  四. 碳钢铸件的热处理
  碳钢铸件通常采用的热处理方式为退火、正火或正火+回火。
  经正火处理的铸钢,其力学性能较退火的略高些。由于组织转变时的过冷度较大,硬度也略高些,切削性能因而也较好。目前生产中对铸钢件多采用正火方式处理。
  含碳量较高,且形状较复杂的碳钢铸件,为消除残余应力和改善韧性,可在正火后进行回火处理。回火温度以550~650。C为宜,然后在静止空气中冷却。
  碳的质量分数在0.35%以上的铸造碳钢件也可采用调质(淬火+高温回火)处理,以改善其综合力学性能。小型碳钢铸件可由铸态直接进行调质处理;大型或形状复杂的碳钢铸件,则宜在正火处理后再进行调质处理。
  五. 铸件热处理工艺
  铸钢件的热处理由加热、保温和冷却三个阶段组成。其工艺参数的确定,均以保证产品质量和节约成本为依据。
  1. 加热 加热是热处理过程中能耗最大的工序。加热过程的主要技术是选择适当的加热方式、加热速率及装料方式。
  (1) 加热速率:对于一般中小型铸钢件,可以不限制加热速率,采用炉子的最大功率加热。采用热炉装炉可极大地缩短加热时间和生产周期。实际上快速加热条件下,铸件表面与心部之间无显著的温度滞后。而缓慢加热将导致生产效率降低、能耗增大以及造成铸件表面严重氧化和脱碳。但对于一些形状结构复杂、壁厚较大、在加热中易生产较大的热应力而导致变形或开裂的铸件,则应控制加热速率。一般可以采取低温慢速加热(600。C以下)或在低、中温区停留一、二次等工艺方法,在高温区仍可以采用快速加热升温。
  (2) 加热方式:铸钢件加热方式有辐射加热、盐浴加热和感应加热等。加热方式的选择原则是快速均匀、便于控制及高效低成本。一般应考虑铸件的结构尺寸、化学成分、热处理工艺和质量要求等。
  (3) 装料方式:铸件在炉内的堆放方式应予以足够的重视。基本原则是,充分利用有效空间、确保均匀受热条件并防止铸件变形。
  2.保温 铸钢件奥氏体化保温温度应根据铸钢的化学成分和要求的性能选定。一般比类同成分的锻钢件略高些(高20。C左右)。对亚共析钢铸件,以碳化物能较快地溶入奥氏体,并兼顾奥氏体能保持细晶粒为原则,一般在Ac。温度以上30~50。c。正火的温度比退火或淬火的稍高些。过共析钢铸件正火时应加热到Ac。温度以上。淬火时则在Ac。温度以下和Ac。温度以上,避免残余奥氏体量过多。对于晶粒长大倾向显著的铸钢(如锰钢),淬火保温温度宜取下限。厚截面铸件的奥氏体化保温温度通常取上限。铸钢件热处理保温时间的确定应考虑两个方面因素:一是使铸件表面与心部温度均匀一致;二是组织均匀化。因此保温停留时间主要取决于铸件的导热性能、断面壁厚及合金元素等因素。一般合金钢铸件比碳钢铸件需更长的保温时间,铸件壁厚通常是估计保温时间的主要依据。根据经验,每25mm壁厚保温lh。大于25ram者,每增加25ram延长保温时间lh。对于回火处理、时效处理时的保温时间,应考虑热处理的目的、保温温度及元素扩散速度等因素,其保温时间应比正火或淬火时的保温时间长,一般为正火或淬火时保温时间的l.5~2倍。
  3. 冷却 铸钢件在保温后可采取不同的速率冷却完成钢中相的转变,以获得所要求的金相组织,并达到规定的性能指标。一般说来,加大冷却速率有利于获得良好的组织状态并细化晶粒,从而提高钢的力学性能。但太大的冷却速度容易使铸件产生较大的应力,对于结构复杂的铸件可能导致变形或开裂。回火保温后的冷却方式,一般并元特别严格的要求,只是对一些有回火脆性敏感的低合金铸钢,回火保温后的冷却特别重要,宜采用快冷方式,以便尽快通过回火脆性区,避免降低铸钢的韧性。铸钢件热处理冷却介质常用的有空气、油、水、盐水及熔盐等。
  六. 铸造生产关键技术参数问题
  液态金属通过冷却凝固最终获得合格的、满足各种使用要求的铸件。下面的关键问题是在生产过程中应予以妥善解决的。
  (一) 结晶及凝固组织的形成与控制
  液体金属的结构,晶核的形成与长大,晶粒的大小、方向和形态等与铸件的凝固组织密切相关,它们对铸件的物理性能和力学性能有着重大的影响。控制铸件的凝固组织的目的就是为了获得所希望的组织,欲控制凝固组织,就必须对其形成机理、形成过程和影响因素有全面的了解和深入研究。目前已建立的有效控制组织的方法有变质、孕育、动态结品、顺序凝固、快速凝固等。
  (二) 铸件尺寸精度和表面粗糙度控制
  现代制造的许多领域,对铸件尺寸精度和外观质量的要求愈来愈高,铸件的近净形化 (Near Net Shape Processes) 技术改变着铸造只能提供毛坯的传统观念,其目的在于降低物耗、能耗、工耗,并且改善产品的内外质量,争取市场和高效益。然而,铸件尺寸精度和表面粗糙度由于受到诸多因素 (如铸型表面的作用、凝固热应力、凝固收缩等)的影响和制约,控制难度很大。铸件是液态成形的,实现近净形化具有独特的优越性,在结构方面铸件的内腔和外形用铸造方法一次成形,使其接近零件的最终形状,使加工和组装工序减至最少;在尺寸精度和表 面质量方面,使铸件能接近产品的最终要求,做到元余量或小余量;另一方面,被保留的铸造原始表面有益于保持铸件的耐蚀和耐疲劳等优越性能,从而提高产品寿命。努力提高铸件的尺寸精度和降低表面粗糙度,推进铸件近净形技术的发展是未来的方向。
  七. 铸件体积和形状的公差范围会在正常的生产过程中受到影响。这些正常的尺寸范围也会因为不同铸件厂的经验和不同的生产程序而有所不同。
  影响精密铸件公差的生产因素,包括:
  蜡的温度 
  培烧的温度 
  不同种类的蜡 
  浇铸温度 
  注蜡的压力 
  蜡模的冷却时间 
  设计构造 
  型壳的结构和层数。 
  型壳的沙粒构成 
  公差的技术标准: 
  通常,我们的尺寸公差能控制在CT7级。 精密铸造的尺寸公差控制在+. 010" 到1" 之间。 

Dimensions (mm)
Precision Grade
Normal
Premium
From
To
Deviation 
+ or --
Tolerance
Range
Deviation 
+ or --
Tolerance
Range
0
6
± 0,10
0.20
± 0,08
0.16
6
10
± 0,12
0.24
± 0,10
0.20
10
14
± 0,15
0.30
± 0,12
0.24
14
18
± 0,20
0.40
± 0,14
0.28
18
24
± 0,25
0.50
± 0,17
0.34
24
30
± 0,30
0.60
± 0,20
0.40
30
40
± 0,36
0.72
± 0,25
0.50
40
50
± 0,42
0.84
± 0,30
0.60
50
65
± 0,49
0.98
± 0,35
0.70
65
80
± 0,58
1.16
± 0,42
0.84
80
100
± 0,68
1.36
± 0,48
0.96

  平坦度
  在冷却期间,熔模铸造的平坦度几乎总是取决于蜡和金属的容量收缩。 通常在许多铸件的中心,这种收缩称为“凹部” (收缩,垂度或者“不平整”)。 凹度可以用专业技术控制,但是在某种程度上它总会发生。 一般的平坦公差,因为他们随使用的配置和合金变化而不可能提出。下列是对面积6平方英寸以下的铸件的粗略的指南。平坦公差的粗略指南是表面积由± 0,25 平方毫米到100平方毫米。
  平直度
  平直度也许是某些类型铸件存在的真正问题。一个相对地稀薄,短的部分也许会弯曲,而一个长的,重的部分却不会。经验告诉铸造一个特定设计也许会弯曲,但是经验不可能表明弯曲到何种程度。 由粗略的指南而知,恒定的部分每英寸通常弯曲.005 "。 模具的中间部分会抵制弯曲,但是后面的机械加工可以使翘曲变平。
  公差的技术标准:
  通常,我们的尺寸公差能控制在CT7级。精密铸造的尺寸公差控制在+. 010" 到1" 之间。
  公差的技术标准:
  除了以下的图表,我们还能根据不同客户的要求浇铸不同材质的铸件,可以采用的材料标准有国标GB;美标ASTM、AISI;德标DIN;日标JIS;英标BS等。如果你有特殊的要求,请联系我们获得更多的详情。

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