目录 毕业设计任务书 中文摘要 英文摘要 一、概述 2 1、定义 3 2、特点 3 3、发展历史 3 4、应用 4 二、熔模铸造工艺设计 4 1、零件图 5 2、铸件结构工艺性分析 5 3、确定工艺方案和工艺参数 6 4、设计浇注系统 8 5、绘制铸件图 11 三、压型设计 13 1、压型设计的基础要求及参数选取 13 2、成型部分形体结构部分设计 14 3、压型工作图设计 17 4、压型图 20 四、熔模的制造 22 1、模料的选取 22 2、模料的配制 23 3、制熔模 23 4、制模组 24 5、模组的除油和脱脂 26 五、型壳的制造 27 1、制造型壳用的材料 27 2、涂料的配制 28 3、涂挂涂料及撒砂 32 4、型壳的干燥和硬化 32 六、脱蜡与焙烧 34 1、脱蜡 34 2、脱蜡的工艺过程 34 3、模料的回收处理 34 4、焙烧 35 七、熔炼与浇注 36 1、黄铜的特性 36 2、黄铜的牌号选用 37 3、锰黄铜的熔炼准备 37 4、中间合金 38 5、熔剂 39 6、配料 39 7、熔炼工艺 40 8、浇注 41 八、铸件的后处理 42 1、熔模铸件清理 42 2、从铸件和金属浇注系统上清除新型壳 42 3、铸件上残留耐火材料的清除 42 参考文献 44 致谢 45 概述 1、定义 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，接着进行浇注，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一般可达CT4-6特别可以铸造高温合金铸件压制熔模时，采用型腔表面光洁度高的压型，因此，熔模的表面光洁度也比较高。此外，型壳由耐高温的特殊粘结剂和耐火材料配制成的耐火涂料涂挂在熔模上而制成，与熔融金属非间接接触的型腔内表面光洁度高。所以，熔模铸件的表面光洁度比一般铸造件的高，一般可达Ra.1.6～3.2μm。 熔模铸造最大的优点就是由于熔模铸件有着非常高的尺寸精度和表面光洁度，所以可减少机械加工工作，只是在零件上要求比较高的部位留少许加工余量即可，甚至某些铸件只留打磨、抛光余量，不必机械加工就可以使用。由此可见，采用熔模铸造方法可大量节省机床设备和加工工时，大幅度节约金属原材料。 熔模铸造又称失腊法。失腊法是用腊制作所要铸成器物的模子，然后在腊模上涂以泥浆，这就是泥模。泥模晾干后，在焙烧成陶模。一经焙烧，腊模全部熔化流失，只剩陶模。一般制泥模时就留下了浇注口，再从浇注口灌入铜液，冷却后，所需的器物就制成了。 我国的失腊法至迟起源于春秋时期。河南淅川下寺2号楚墓出土的春秋时代的铜禁是迄今所知的最早的失腊法铸件。此铜禁四边及侧面均饰透雕云纹，四周有十二个立雕伏兽，体下共有十个立雕状的兽足。透雕纹饰繁复多变，外形华丽而庄重，反映出春秋中期我国的失腊法已经很成熟。战国、秦汉以后，失腊法更为流行，尤其是隋唐至明、清期间，铸造青铜器采用的多是失腊法。 失腊法通常用于制作小型铸件。用这种方法铸出的铜器既无范痕，又无垫片的痕迹，用它铸造镂空的器物更佳。中国传统的熔模铸造技术对世界的冶金发展有很大的影响。现代工业的熔模精密铸造，就是从传统的失腊法发展而来的。虽然无论在所用腊料、制模、造型材料、工艺方法等方面，它们都有很大的不同，但是它们的工艺原理是一致的。四十年代中期，美国工程师奥斯汀创立以他命名的现代熔模精密铸造技术时，曾从中国传统失蜡法得到启示。1955年奥斯汀实验室提出首创失蜡法的呈请，日本学者鹿取一男根据中国和日本历史上使用失蜡法的事实表示异议，最后取得了胜诉。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战国、秦汉以后，更为流行，尤其是隋唐至明、清期间，铸造青铜器采用的多是锰黄铜：锰在固态黄铜中有较大的溶解度。可明显提高合金的强度和耐蚀性，而不降低其塑性 2、铸件结构工艺性分析 铸件结构是不是合理，对于铸件质量、生产的基本工艺的可行性和简易性以及生产所带来的成本等影响很大。熔模铸件的结构应当符合熔模铸造的生产特点。 (1) 最小壁厚 由于熔模铸造的型壳内表面光洁，并且一般为热型壳浇注，因此熔模铸件壁厚允许设计得较薄。表2-1所示为铜合金的熔模铸件的最小壁厚推荐值和可能铸出的最小值。对于局部尖锐部位，可以铸出更薄的壁厚（可比表中最小值小30%—50%的壁厚） 为防止浇不足的缺陷，铸件壁不要太薄，一般为2—8 mm。 表2-1 熔模铸件的最小壁厚 （单位mm） 铸件材 料 铸件轮廓尺寸 ＞10～50 ＞50～100 ＞10～200 ＞200～350 ＞350 铸件最小壁厚 推荐值 最小值 推荐值 最小值 推荐值 最小值 推荐值 最小值 推荐值 最小值 铜合金 2.0～2.5 1.5 2.5～4.0 2.0 3.0～4.0 2.5 3.0～5.0 3.0 4.0～6.0 3.5 本铸件图外观尺寸：长：120，宽：41 mm，高：55 mm ，最小壁厚为8mm。 查表2-1知：铸件轮廓尺寸＞10～50mm 铸件最小壁厚最小值为1.5mm，所以，设计的铸件壁厚具有铸造性能。 (2) 壁厚均匀性和壁的连接 壁的交接处要做出圆角，铸件壁厚设计要力求均匀，减少热节；不同壁厚间要均匀过渡，防止熔模和铸件发生变形和裂纹。本铸件设计了过渡圆角。 (3)顺序凝固 熔模铸造采用热型浇注，熔模铸件的分布应尽可能满足顺序凝固的要求，则 铸件结构设计要力求避免分散的和孤力的热节，便于实现顺序凝固，便于用直浇道进行补缩，以防止产生缩孔和缩松。本铸件不存在影响顺序凝固的问题，可以顺顺利利地进行补缩。 (4)平面 熔模铸件要尽可能避免大的平面，因为大平面上极易产生夹砂、凹陷等表面缺陷，所以铸件上的平面一般应小于200×200 mm。而铸件的最大平面为：24×70 mm 3、确定工艺方案和工艺参数 (1)铸孔 熔模铸件上细而长的孔，由于制壳时的内部不易上涂料和撒砂，所以一般孔径d＜2.5—3.0 mm、孔高与孔径比h/d＞5的通孔和h/d＞2.5—3.0的不通孔不予铸出。对于特别的条件的小而复杂的孔和内腔，可采用陶瓷型芯或石英玻璃管型芯铸出。表2所示为正常铸造情况下的最小铸出孔的孔径和深度。 由于一般孔径d＜2.5～3.0 mm、孔高与孔径比h/d＞5的通孔和h/d＞2.5～3.0的不通孔不予铸出。 本铸件铸孔：2个直径为10mm，孔深为8mm的通孔； 而本铸件的通孔孔径为：10mm；孔高为：8mm h/d＝0.8不在其范围内，因此能铸出。 表2-2 最小铸出孔的孔径和深度 （单位mm） 孔的直径 最 大 孔 径 通 孔 不 通 孔 3～5 5～10 5 ＞5～10 ＞10～30 ＞5～15 ＞10～20 ＞30～60 ＞15～25 ＞20～40 ＞60～120 ＞25～50 ＞40～60 ＞120～200 ＞50～80 ＞60～100 ＞200～300 ＞80～100 ＞100 ＞300～350 ＞100～120 (2)基准面的选择 熔模铸造可获得精度和光洁度较高的铸件，本铸件不涉及加工余量，即不需机械加工，所以基准面选择很重要。 本铸件基准面的选择：长度方向在其中线上；宽度方向在其最底层端面上，高度方向在中部大平面上。 (3)铸件的精度和表面光洁度 影响铸件尺寸的因素很多，主要是熔模、型壳和铸件三方面的尺寸变化（收缩和膨胀）R—转角的外圆角；r—转角的内圆角 d、δ—连接壁的壁厚； k—转角的圆角系数，根据角度大小由图2-2选取 图2-2 转角圆角系数 根据式2-1算的铸件的圆角为： r＝(d＋δ)/k = (8+15)/4 (垂直) =5.75mm 所以内圆角半径为5mm。 (5)铸造斜度 熔模铸造当压型设计合理并附有起模机构时，为保证零件几何形状正确，一般外表面可不给斜度。带孔的铸件为便于起模和拔芯，应根据孔长给出斜度。 图2-3 通孔铸造斜度 从上图可得通孔浅可不给斜度，孔较深时斜度≥0O5＇，本铸件H=8，直径为：10 mm，得；本铸件H=8≤30 mm；则本铸件通孔不需铸造斜度。 （6）加工余量 熔模铸件的加工余量与达到尺寸的精度和表面光洁度有关；也同铸件尺寸、结构特点、浇注位置和加工方法等因素相关。一般熔模铸件的精度和表面光洁度比较高，所以加工余量较小，而且仅限于达不到图纸要求的精度和光洁度向才留加工余量。根据要求本铸件加工余量在本章图2-5中铸件工艺图红线)浇注系统的作用和要求 把液体金属引入型腔:对于易氧化的合金应尽量要求冲型平稳，以避免氧化和卷入气体。对于薄壁铸件应尽量保证冲型良好，不产生冷隔、浇不到显现。 补充液体金属凝固时的体积收缩：浇注系统应能保证补缩时通道通常，并保证能提供给铸件必要的补缩金属液，以避免铸件内产生缩孔、缩松。 在组焊和制壳时起支撑易熔模和型壳的作用：应要求有足够的强度，以防止制壳过程中易熔模脱落。 在熔失易熔模时起液体模料流出的通道作用：浇注系统应保证排除模料顺畅。 浇注系统的结构：应尽可能简化压型结构，并使制模、组焊、制壳、切割等工序操作顺畅。在保证铸件质量的前提下，应尽可能提高铸件工艺出品率。 (2)浇注系统结构——浇注系统类别： 1)按浇注系统组成分: ①直浇道-内浇道（工艺特点：直浇道兼起冒口作用，操作便捷，但排渣不利）。 ②横浇道-内浇道（工艺特点:常用顶住，有利于顺序凝固）。 ③直浇道-横浇道-内浇道。 2)按合金液注入铸件部位分 ①从铸件薄壁处注入合金液，热节处设冒口补缩，但在壁厚差较大的铸件上，冒口不能过大，否则易产生裂纹。 ②从铸件厚部位或热节处注入合金液，通过内浇道补缩铸件。 3)顶住式：合金液从型腔的顶部注入，铸件自下而上凝固。合金液易飞溅，排气不畅，适用于高度较低的铸件。 4)侧注式：合金液从型腔侧面注入，铸件补缩好，应用较广泛。 5)低注式：合金液从型腔底部平稳注入，不易产生夹渣、气孔。不利于顺序凝固，需增设冒口。 6)联合注入式：上述3种方式的联合应用，兼有3种方式的优点，但结构较为复杂，适用于较大的复杂铸件。 因本次设计的工件结构相对比较简单，精度要求不是很高，所以浇注系统选用—直浇道—内浇道，自由浇注侧注式。 (3)芯棒 在直浇口熔模内插入芯棒，是为增加熔模的强度和便于组合模组和制造型壳。在确定芯棒直径时，应保证芯棒上的模料厚度不小于4～5mm。芯棒材料可采用木材或铸铝。芯棒手柄部分的结构，因不同操作方法而定，但都必须使手握方便。 (4)浇注系统计算 常用来计算浇注系统的方法有： 比例系数法； 亨金法 浇口杯补缩容量法 比例系数法：此法依据铸件上热节圆直径或热节截面积，由式（2-3）确定相应内浇道的直径或截面积。 dg=k1Dc Ag=k2Ac （式2-3） 式中 Dc、Ac—分别为铸件热节圆直径和热节截面积； dg、Ag—分别为内浇道直径和内浇道截面积; k1、k2—比例系数，k1一般取0.6～1，k2一般取0.4～0.9 比例系数法简单、准确。所以选用比例系数法进行设计计算： 经过计算设计的工件的热节圆直径为：15mm；热节截面积为：176.6mm2 由上公式得： dg=1x15mm （k1取1） 解得： dg=15mm Ag=176mm2 所以该铸件内浇道直径为7.5mm，内浇道截面积为176 mm2。 表2-4 易割长方形内浇道的结构尺寸（单位：mm） 易割浇道尺寸 直浇道直径 φ35 φ40 φ45 H1 10～16 12～18 12～20 H2 3～12 5～14 8～16 本次设计内浇道截面积选用为255 mm2，大于计算值，有利于补缩，所以不用添加冒口。 表2-5 直浇道和浇口杯的结构尺寸 （单位：mm） 公用尺寸 截面尺寸 圆形断面 长方形断面 D2 D3 h H1 R D D1 a e 50 58 66 73 80 87 94 100 108 63 70 78 85 92 98 106 113 120 250 250 300 300 300 320 320 320 320 10 10 10 10 12 12 12 12 12 5 5 5 5 5 5 5 5 5 20 25 30 35 40 45 50 55 60 18 23 28 33 37 42 47 52 57 - 18 22 25 - - - - - - 25 30 35 - - - - - 注：浇注系统模具的壁厚，随其成形方式而定，一般钢制自由浇注式模壁厚为8～10mm。 （5）浇注系统模具图 5、绘制铸件图 三、 压型设计 1、压型设计的基础要求及参数选取 熔模铸造中压制熔模的模具称谓压型。压型是熔模铸造的重要工艺装备，压型型腔尺寸精度及表面粗糙度，直接影响熔模的精度和粗糙度，并影响到铸件的质量，压型的结构和熔模质量与生产率紧密关联。因此压型的设计与制造时熔模铸造生产的全部过程中的关键工序。 本次设计的零件为小件、精度要求不是很高且为批量生产，因此选用铝压型。压型的制造方法为机械加工。此方法的优点是效率高、精度高，但生产所带来的成本高。 机械加工压型一般由成型部分、定位构件、锁紧机构、起模机构、注蜡系统等几个主 要部分所组成，如图3-1 (1)设计机械加工压型 设计机械加工压型时，应满足以下要求： 1）保证制出的熔模能达到一定的要求的尺寸精度和表面粗糙度； 2）压型的各个部件均应符合机械加工艺性要求，即加工方便，经济合理； 3）装拆方便，轻巧耐用，起模容易； 4）小件用一型多腔，以提高生产效率。 (2)分型面的选择原则 1）分型面应尽量不截过熔模的某一完整表面，以防止由于分型面错移和分型痕迹，造成尺寸超差； 2）应选择熔模的最大平面作为分型面，便于分型和取出熔模，以免变形； 3）为了能够更好的保证铸件的精度，对尺寸精度要求高的，以及有同轴度要求的部分，应尽量放在同一半型内； 4）分型面应能保证开型后熔模留在预定的半型内； 5）分型面最好为平面，但是，有些零件如果采用水平分型，尺寸精度较差，则应采用有规则的曲面分型。 (3)分型面的数量及形式 1）分型面得数量 确定分型面的数量，主要应考虑压制熔模的质量，压型是否容易加工，熔模是否容易取出。分为两开型压型和三开型压型。 2）分型面形式 根据零件形状的特点，分型面形式有平面和曲面两种。平面分型面容易加工，上下型容易密和，因此在可能的情况下，应尽量采用平面分型面。但零件的形状在两度空间方向上都是弯曲的情况下，就只能采用曲面分型面。 在确定分型面的形式时，还应根据零件的特点选择分型面的方向。通常有垂直、水平、倾斜和兼有垂直与水平等四种。 根据综合分析本次设计选用两开曲面压型。 2、成型部分形体结构部分设计 成型部分是压型的主要部分，它包括上下压型、型芯、镶块、活块等。 （1）型体结构 型体是压型的主体，型体的结构、形状和尺寸大小，取决于熔模的几何形状、压型的机械化程度。在保证强度饿刚度的前提下，为了减轻压型重量，便于操作，压型厚应尽量减薄，在保证放置平稳和锁紧方便的情况下，压型的外形应尽量仿形于型腔，切去多余金属，减轻重量和便于散热。如表3-1 表3-1 型体壁厚 单位（mm） 图例 型体材料 δ B 铜 5～15 10～25 铝合金 10～25 15～30 由于制造空心压型工艺复杂，生产所带来的成本高，本次设计不选用空心型（不切除多余的金属）。 （2）型芯设计 型芯是构成熔模内部形状的构件。型芯有金属型芯和非金属型芯两种。 金属型芯 金属型芯有在开型前抽取的，也有在开型后抽取的。开型前抽取的金属型芯，为了抽芯方便，型芯上都做出手柄部分。 金属型芯与型体要不要固定，要看压蜡是型芯受力的方向而定，如果模料对型芯的作用力仅垂直于型芯的轴线是，型芯不必固定；若尚有平行于型芯轴线的作用力存在，则型芯可能被模料推出，这时型芯必须与型体固定， 本次选用金属固定型芯，如图3-2 （3）定位构件 定位构件是保证型腔尺寸精度的重要构件，它用于型体之间的定位、镶块与型体的定位、组合块之间的定位及型芯、活块的定位和装配限位等。 型体定位除采用定位销定位外，对于轮型压型还可采用凸台定位如表3-2。 表3-2 压型的定位形式 形式 图例 应用 定位销 用于对开型定位，当压型材料为铝合金或易熔合金时，采用带定位销套的定位销 定位销 用与两半型与底座的定位 凸台定位 （略） 用于两半型与底座的定位，当型腔为非圆形时，应增加定位销防止偏移 带锥度的凸台定位 （略） 用于上、下半型的定位，型腔的几何形状一般是圆形 因为设计压型为两半型考虑选用第二种定位销定位。所选销钉的尺寸直径为6mm，如表3-3。 表3-3 A型定位销尺寸 单位（mm） d（vf） d1(s7) D L l E 基本尺寸 偏差 基本尺寸 偏差 6 -0.010 -0.022 6 +0.031 +0.019 9 20 8 0.4 8 -0.013 -0.028 8 +0.038 +0.023 11 25 10 0.6 10 10 13 30 12 12 -0.016 -0.034 12 +0.046 +0.028 15 35 15 1 14 14 17 40 17 （4）锁紧机构 锁紧机构的作用在于保证压型的分型面闭合，在压型时不涨开。锁紧机构应灵活轻巧，并有充足的夹紧力。活结螺栓锁紧是使用较广的锁紧机构，操作便捷、锁紧可靠。常用的活结螺栓（表3-4）、蝶形螺母（表3-5）凸耳（表3-6）的结构尺寸如下表。 表3-4 活结螺栓的机构尺寸 单位（mm） 图例 d d b r D L0 L M6 5.2 7 5 12 18 按需要定 M8 6.2 9 5 14 22 M10 8.2 11 6 18 26 M12 10.2 13 8 20 30 表3-5 蝶形螺母结构尺寸 单位（mm） 图例 ｄ D D1 L H h b b1 R R M６ 12 10 32 14 6 2.5 3 5 3.5 M８ 15 13 40 18 8 3 3.5 6 4 M10 18 15 48 22 10 3.5 4 7 5 表3-6 凸耳的机构尺寸 单位（mm） 图例 活结螺栓直径d d1（H7） b R c L L1 H H1 基本尺 寸 偏差 M6 5 +0.012 0 8.5 3 23 16 9 14 10 M8 6 +0.015 0 10.5 4 26 18 10 18 12 M10 8 12.5 5 30 22 12 22 15 M12 10 14.5 6 34 24 13 24 15 选用直径为6mm的活结螺栓和蝶形螺母。所选尺寸如上表。 3、压型工作图设计 （1）型腔尺寸计算方式 压型工作图包括总装配图及零件图，设计工作图时型腔尺寸按下列基本公式计算。 Lx=(Lp+KLp）±△Ax Lx—型腔尺寸（mm） Lp—铸件基本尺寸（mm） K—综合线收缩率（％） △Ax—压型制造公差（mm）。 铸件基本尺寸Lp的确定方法是： 当尺寸没有公差要求是，Lp就是铸件的基本尺寸;当尺寸有公差要求时，基本尺寸加偏差代数和之半。 压型制造公差±△Ax，由压型的制造精度等级决定。为使压型留有修整余地，型芯的制造偏差可取正值，型腔的制造偏差可去负值。 1）在确定型腔尺寸时，为设计方便，长度尺寸按型腔尺寸计算，而角度、锥度、平行度等可保持不变。 2）综合线收速率的确定 合金的收缩、料的收、型壳膨胀和变形，是影响综合线收缩率的三个重要的因素。 综合线收缩率也可根据铸件的壁厚，型壳的材料和铸件收缩时的受阻程度来确定。如表（3-7）是有色合金综合先收缩率的经验数据： 表3-7 有色合金综合线收缩率的经验数据 合金种类 铸件壁厚（mm） 模料型壳分类 综合线收缩率（%） 自由收缩 部分受阻收缩 受阻收缩 黄铜 1～3 Ⅰ Ⅱ 1.6～1.9 1.8～2.0 1.0～1.4 1.2～1.8 _ 3～10 Ⅰ Ⅱ 1.8～2.1 2.1～2.3 1.4～2.8 1.8～2.2 10～20 Ⅰ Ⅱ 2.2～2.4 2.4～2.6 0.7～0.8 2.0～2.4 铝青铜 1～3 Ⅰ Ⅱ 0.9～1.2 1.0～1.3 0.7～0.9 0.8～1.3 0.3～0.5 0.3～0.6 3～10 Ⅰ Ⅱ 1.2～1.4 1.3～1.5 0.8～1.1 1.0～1.3 0.5～0.7 0.6～0.8 10～20 Ⅰ Ⅱ 1.3～1.5 1.5～1.7 1.1～1.3 1.2～1.5 0.6～0.8 0.8～1.0 注：表中模料型壳分类，表示所采用的模料和型壳的成分。 Ⅰ—表示采用低温模料，硅酸乙酯石英粉涂料，多层型壳； Ⅱ—表示采用低温模料，水玻璃石英粉涂料，多层型壳。 铸件浇注位置之水平方向收缩率偏上限，垂直方向收缩率偏下限。 此次设计工件的材料要求是黄铜，且所选模料采用低温模料，水玻璃石英粉涂料。所以型腔尺寸为： Lx=(Lp+KLp）±△Ax 长度Lx =（120+2.6%x120）±0.046 =123.12±0.046 宽度Lx =（41+2.6%x41）±0.025 = 42.066±0.025 高度Lx =（55+2.6%x55）±0.04 = 56.43±0.04 （外观尺寸为自由收缩） 圆孔直径dx =（10-2.4%x10）+0.015 =9.76+0.015 大半圆半径rx=（21-2.4%x21）+0.021 =20.49+0.021 （上半圆） 大半圆半径rx=（28-2.4%x28）+0.021 =27.328±0.021 （下半圆） （2）注料口的设计 注蜡口及注蜡道是压制蜡模时蜡料的通道，确定注蜡口及注蜡道位置时，一般应符合下列要求： 1）注蜡口及注蜡道最好设在浇口上，以减少熔模整修工作量，如果无法与内浇口相连时，则应尽量设在铸件加工面上，以免影响铸件表面上的质量。 2）注蜡口及注蜡道应设在熔模最大壁厚处，使熔模在注蜡时的保压过程中，能获得良好的补缩。 3）注蜡口及注蜡道的设置，要考虑压型结构相对比较简单、操作便捷、取模可靠。 注蜡口及注蜡道如图3-3所示 在一型多腔的压型中，如果内浇口在上压型，为了在取模前先切除注蜡口，则注蜡口及注蜡道，可都设在注蜡盖上。 注蜡口的形式随注蜡器的形式而定，注蜡口直径一般为5～10mm，设计所选注蜡口的形式如右图： 设计注蜡口的直径为4mm。 （3）型腔的排气 蜡料注入压型时，如果型腔内的气体来不及排出，或者型腔有深孔，往往会造成熔模注缺。 在多数情况下，气体可由压型分型面及组合件之间的间隙处排出，因此对于组合块较多的压型，一般可不设空。仅在型腔内有较大气窝部分时，才在气窝的顶部做出排气孔。 本次设计零件结构相对比较简单，且设计注蜡口直径大，所以不用设计排气孔。 压型加工精度（表3-8）及各表面粗糙度（表3-9）要求如下： 表3-8 压型加工精度 压型尺寸类型 尺寸精度 型腔及型芯尺寸 IT6-IT10 装配尺寸 IT6-T9 不影响铸件尺寸精度的自由尺寸 IT12-IT14 表3-9 表面粗糙度 压型部位 表面粗糙度 型腔表面 Ra0.8-Ra1.6 芯销 Ra1.6-Ra3.2 注系统表面 非工作部分表面 Ra3.2-Ra6.3 Ra6.3-Ra6.3 4、压型图 四、熔模的制造 熔模的制造：它是在可熔模样的表面涂覆多层耐火材料，待其干燥硬化后，加热将其中模样熔去，而获得具有与模样形状相应的空腔型壳，再经过焙烧，然后在型壳温度很高情况下进行浇注，从而获得铸件的一种方法。其要求如下： 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。为得到上述高质量要求的熔模，除了应有好的压型（压制熔模的模具）外，还一定要选择合适的制模材料制模材料的性能不单应保证方便地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铸件创造条件。模料一般用蜡料、天然树脂和塑料（合成树脂）配制。压制熔之前，需先在压型表面涂薄层分型剂，以便从压型中取出熔模。分型剂层越薄越好，使熔模能更好地复制压型的表面，提高熔模的表面光洁度。压制熔模的方法有三种，柱塞加压法、气压法和活塞加压法。 （1）浇口棒的制作 采用沾蜡法制造，具体工艺规范如下： 将冷芯棒（常用铝棒）插入高于蜡料熔点5℃左右的蜡液中停留1～2s～ 设计由直浇道和内浇道组成的浇注系统时，常用的圆柱形直浇道直径为20～60mm。内浇道不应太长，一般短于10mm。设计此种浇注系统时，应使最高一层铸件离浇口杯上缘的距离短于65～100mm，以保证这层铸件在成型时有足够的金属压头，来满足充填和凝固补缩的需要。直浇道的底部应比最低的内浇道口低20～40mm，一缓和浇注时金属对型腔的冲击力，并防止浇注初时第一股金属流所带渣子进入型腔。 焊接法用薄片状的烙铁，将熔模的连接部位熔化，使熔模焊在一起。此法较普遍 2）机械组装法 在大量生产小型熔模精密铸件时，国外已广泛采有机械组装法组合模组，采用此种模组可使模组组合和效率大大提高，工作条件也得到了改善 序 号 结构 电气参数 刀 片 材料 发热刀截面积（mm） 手柄材料 刀片与手柄固定方式 输入电压（V） 输出电压（V） 频率（HZ） 输出电流（A） 电热刀功率（W） 变压器功率（VA） 1 镍烙电炉带 5×1 布纹胶木板 销钉固定螺钉连接 220/380 3～6 50 — 100～150 — 2 耐热钢 3×3 220 10 50 — — — 3 Cr18Ni9Ti不锈钢 5×0.6 220/380 1.2～1.5 50 40（满载） — 50 采用蜡基模料制熔模时，为了提高涂料润湿模组表面的能力，需将模组表面的油污去除掉。将模组浸涂耐火涂料后，撒上料状耐火材料，再经干燥、硬化，如此反复多次，使耐火涂挂层达到需要的厚度为止，这样便在模组上形成了多层型壳，通常将近其停放一段时间，使其充分硬化，然后熔失模组，便得到多层型壳。在熔失熔模时，型壳会受到体积正在增大的熔融模料的压力；在焙烧和注时，型壳各部分会产生相互牵制而又不均的膨胀的收缩，因此，金属还可能与型壳材料发生高温化学反应。所以对型壳便有一定的性能要求小的膨胀率和收缩率高的机械强度、抗热震性、而火度和高温下的化学稳定性型壳还应有一定的透气性，以便浇注时型壳内的气体能顺利外逸。制造型壳时所采用的耐火材料、粘结剂制造型壳用的材料可分为两种类型一种是用来直接形成型壳的，耐火材料、粘结剂等；另一类是为了获得优质的型壳，简化操作、改善工艺用的材料，熔剂、硬化剂、表面活性剂等。目前熔模精密铸造中所用的耐火材料主要为石英和刚玉，以及硅酸铝耐火材料，如耐火粘土、铝钒土、焦宝石等。有时也用锆英石、镁砂（MgO）等。—水玻璃型壳 表面粗糙度高，尺寸精度高，铸造费用介于上述三者之间。 根据上述内容进行比较，所以选择型壳的涂料为： 1）面层：硅酸乙酯（与硅溶胶相比，硅酸乙酯水解液对熔模有很好的润湿性，对型壳层有很好的渗透能力，且型壳表面粗糙度高，尺寸精度高，广泛用于铸造高温耐热合金钢，不锈钢等）。 2）加固层：水玻璃（制壳时，其湿强度形成快，抗水性好，脱模时型壳强度损失少。一般配合其他黏结剂作型壳的加固层涂料使用）。 2、涂料的配制 （1）硅酸乙酯涂料的配制 1）硅酸乙酯的特性 其水解液对熔模有很好的润湿性，对型壳层有很好的渗透能力。 2）硅酸乙酯涂料配制及制壳工艺 原材料： ①耐火粉料 由于硅酸乙酯对耐火粉料中所含碱性金属氧化物较敏感，因此尽量采用Na2O、K2O、和MgO含量较低的耐火份料。 ②硅酸乙酯水解液 用来配制涂料的硅酸乙酯水解液应是透明、无沉淀和絮状物，二氧化硅，盐酸的含量和粘度应符合表5-2要求。 表5-2 硅酸乙酯水解液的要求 水解液要求 硅酸乙酯 二氧化硅（%） 盐 酸（%） 粘 度（%） 硅酸乙酯32 16～19 0.25～0.35 3～6×10-6 硅酸乙酯40 14～16 0.25～0.35 3～6×10-6 ③涂料的配比见表5-3 表5-3 硅酸乙酯水解涂料的配比和用途 硅酸乙酯（ml） 粉料种类(硅石粉) 润湿剂 消泡剂 涂料密度（g/cm3） 用途 1000 1.7～1.9㎏ 0.3 1.6～1.68 表面涂料层 ④硅酸乙酯的制壳工艺见表5-4 表5-4 硅酸乙酯的制壳工艺 涂 料 层 次 涂 料 密 度 (g／c㎡) 撒 砂 粒 度 干燥 温度（℃） 风速（m／min） 密度（20℃）Be/ 39.0～41.0 氧化钠（%）≧ 8.2 二氧化硅（%）≧ 26.0 模数（M） 0.05 铁（%）≧ 0.3 （3）水玻璃涂料的具体配制 1）原材料的准备 ①耐火粉料 水玻璃黏结剂可应用的耐火粉料有电熔刚玉，硅石粉，铝矾土，高岭石，匣钵粉，此次选用硅石粉。 ②水玻璃 水玻璃的模数和密度要符合要求。（具体如下） 熔模铸造常用水玻璃模数为3.0～3.4，密度为1.27～1.34（ g／）～～～～ 涂料名称 涂料组分／㎏ 粘度（S） 特征 耐火粉料／㎏ 水玻璃／㎏ 外加湿剂（%） 水玻璃—硅石粉—粘土 硅石粉0.5～0.6粘土0.4～0.5 1 0.03～0.05 25～40 强度高，铸造残留强度低型壳加固层 水玻璃—煤矸石粉—粘土粉 煤矸石粉0.7～0.8粘土：0.2～0.3 1 — 20～30 强度中，铸造残留强度中型壳加固层 水玻璃—铝矾土 铝矾土粉1。7～1.8 1 农乳1.3～0.05 18～20 强度高，铸造残留强度中型壳加固层 水玻璃—匣钵粉 匣钵粉1.15～1.20 1 TX-10 0.05 11～25 强度高，铸造残留强度中型壳面层 通过以上的比较及结合本次设计的要求配制第一类（水玻璃—硅石粉—粘土）。 3）对于购进的水玻璃需按表5-8要求进行调整或处理才能用作配制涂料 本次设计水玻璃涂料按加固层进行调整和处理。 表5-8 配制涂料用水玻璃技术要求 指标 用途 SiO2（%） Na2O（%） 模数（M） 密度（g/cm3） 表面层涂料 21～27 6.5～7.5 3.0～3.4 1.27～1.31 加固层涂料 23～27 7.5～9.0 3.0～3.4 1.29～1.34 3、涂挂涂料及撒砂 涂挂涂料，一般用浸渍法，把带有型壳层的模组浸入涂料中转动，使涂料充分润湿被涂模组表面，去除可能加入的气泡，然后自涂料中取出。面层硅酸乙酯涂料2层，水玻璃3层。 撒砂的工艺过程: 1）撒砂的作用 撒砂是在所挂涂料层的外面粘上一层耐火沙粒，其目的是为迅速增厚型壳，使沙粒层成为型壳的骨架，分散型壳在随后的工序中可能产生的应力。 2）沙粒的粒度 撒砂的砂粒粒度是面层的最细，粒度约为40～100目，而6～40目。 0%-60%风温为20℃～30境温度为15℃～25℃②相对湿度为(40～60 )%③干燥时间为2～24小时将干燥好的涂挂好用水玻璃涂料和撒砂后的型壳，浸泡在温度为28℃～32℃的饱和浓度（质量浓度为25%）的氯化铵溶液中，发生化学反应，从黏结剂中析出硅酸乙酯，待其凝聚，涂料硬化，型壳在硬化剂中浸泡硬化时间为几分钟。硬化后的型壳需在空气中干燥10～30分钟，使型壳表面干燥一些，氨味散净，再涂挂下一层。 涂料及浮砂加热脱蜡槽的水温，控制在90～98℃ 将模组装入框架内，通过升降机构，把模组降到热水中待模料熔尽后，提起框架取下型壳为了增加凝胶的稳定性和补充硬化，再脱蜡的热水中，加入1%-3%的氯化铵，盐酸。将渣化的模料与水按11～3(重量)的比例放入可加热的容器中，混合均匀；加热沸腾30-60分钟后，于80-90保温静止1小时；将上层低分子聚乙烯模料取出，冷却后即。 型壳种类 硅砂型壳 硅砂—粘土型壳 铝矾土型壳 高岭石熟料型壳 焙烧温度（℃） 800～850 850～900 900～950 900～950 此次设计选用的水玻璃型壳的材料为：硅砂—粘土型壳，所以焙烧温度为850～900℃。 七、熔炼与浇注 1、黄铜的特性 根据铸件要求选材料为黄铜。 黄铜是由铜和锌的只是由铜、锌组成的黄铜就叫作普通黄铜 美观的黄色，其含锌量一般低于45%，具有实际用途。 黄铜有较强的耐磨性能 锌能大量溶于固态铜，其溶解度与温度的关系见表7-1，锌在铜中的最大溶度可达39%，相图中几乎有三分之一的区域为以铜为基的α固溶体单相区。这种固溶体有两个特性：1锌在铜中的溶解度与一般的合金不同，不是随温度下降而减小，而是随温度的下降而增高，因此铜锌合金不能进行时效处理；2α固溶体的强度随含锌量的增加而升高时，塑性不是随强度的升高而减小，而是随温度的升高而增大。α固溶体具有良好的塑性，适宜于各种冷热压力加工。由单相α固溶体组成的黄铜称单相黄铜。 表7-1溶解度与温度的关系 温度/℃ 溶解度/% 454 400 250 167 20 39 36 35.2 33.35 28.4 普通黄铜中再加入铝、锰、硅、铅等元素便组成特殊黄铜。黄铜强度高、成本低，铸造性能好，品种多、产量大。合金元素的加入提高了其耐蚀性、耐磨性、耐热性及力学性能，特殊黄铜应用更广。 锰黄铜：锰在固态黄铜中有较大的溶解度。黄铜中加入1%～4%的锰，可显著提高合金的强度和耐蚀性，而不降低其塑性。 锰黄铜具有（α+β）组织，常用的有HMn58-2，冷、热态下的压力加工性能相当好。— — 感应炉 氧化性 — 5.0 反射炉（直焰式） 中性 氧化性 6.8 3.4 — — 反射炉（4t） 还原性 中性 氧化性 3.6 4.7 6.9 ——— 反射炉(30t) 氧化性 8—12 — 熔模精铸因铸件重量一般较小，多选用小型炉，类型有：三相或单相小型电弧炉；发电机式或可控硅式高频、中频感应电炉；电子管式高频感应电炉；工频感应电炉；电渣炉或等离子炉等；三相小型电弧炉和中频感应电炉应用最广泛。根据表7-3，本次设计单个铸件质量为：0.45 kg（模组共浇注6件）；浇注系统质量为1.3 kg；总质量为4 kg；重量较小，所以本次设计选用中频感应电炉。 （2）原材料和回炉料及辅助材料准备 原料主要是各种新金属、旧料、外来废料、二次重熔料、中间合金等。 炉料和辅助材料的准备 1)金属炉料和回炉料应清洁，无油垢、泥沙、锈沙、水分和其他夹杂物，必须时对锈蚀的铜块进行吹砂处理。 2)根据熔炉大小，将炉料切成适合的尺寸。 3)熔炼用的各种熔剂应按工艺规程要求预先进行烘烤或脱水处理。 4)炉料在装料之前应进行预热，一般放在炉旁预热至200—300℃或更高。5)新坩埚应进行预热处理（加热至600℃以上） 6)熔炉应彻底清除残留的金属熔渣，使用前也应预热至暗红色。 7)浇包 ①根据投料量，准备相应容量的浇包和填补冒口的浇包。 ②新浇包是使用前应经24小时缓慢烘烤至600—700℃，使用前还应检查吊包架、吊轴等是否完好。 ③旧浇包要清理残留的金属和熔渣，损坏的部分用粒度为3—4mm的末和耐火泥的混合料修补、阴干并烘烤后才能使用。 ④出炉前应将浇包预热至樱红色。 8)熔化用的工具，如钢钎、样勺、渣勺、搅拌耙子、钳子等应备齐、清理干净并放在炉旁预热。 4、中间合金 根据表7-4可知ZCuZn40Mn2的熔化温度为885℃；由表7-5得加入的中间合金为：CuMn22（化学成分如表7-5）。 CuMn22中间合金的熔炼工艺: 中间合金中含有质量分数为30%（或23%～24%）的金属锰，余量为铜。采用中频感应电炉熔炼，熔炼方法有两种：第一种方法：先熔化铜法，熔炉预热，加铜和质量分数为0.3%的为Na2B4O7，升温熔化，于1150～1200℃分批压入预热的锰块，搅拌、扒渣，于1000～～～kg） 由以上计算得各炉料配料的组成： Cu 91.64（kg） Zn 71.64（kg） Al 0.36（kg） CuMn22合金 16.36（kg） 回炉料 20（kg） 合计 200（kg） 熔炼时，合金元素的损耗同样受熔炼条件的影响，特别是与炉型、炉焰气氛、熔化量、熔化温度和时间、加料顺序、熔剂种类以及炉料的组成有关。通常根据生产实测确定，下表所给出的铜合金主要元素烧损率供参考。 表7-7 锰黄铜元素的烧损量 合金 Cu Zn Mn Al ZCuZn40Mn2 0.5～1.5 2.0～8.0 2～3 2～4 烧损量的计算： Cu＝（20×58%＋91.64）×1.5%＝1.55（kg） Zn＝（20×39.8%＋71.64）×2.0%＝1.6（kg） Al＝（20×0.2%＋0.36）×2.0%＝0.008（kg） Mn＝（20×2.0%＋3.6）×2.0%＝0.08（kg） 因此需补加新炉料Cu：1.55kg；Zn：1.6kg；Mn：0.08kg；Al：0.008kg。 7、熔炼工艺 熔炼前，应根据合金的特点、生产成本和熔化量来选择正真适合的熔化炉，确定合适的炉料组成、加料顺序、精炼和浇注工艺。 铜合金的熔炼按使用炉料的种类分一次熔炼法（即以纯金属作炉料直接熔制合金）能提高熔化效率，节约工时和能耗。 熔炼过程的加料程序，一般先加数量最多和熔点高的炉料，熔化后再分别加入熔点较低或具有较高挥发性的炉料；或依据合金化的原则，先加占炉料主要成分的低熔点炉料，再加高熔点的炉料，通过合金化的途径来降低温度和加快熔化速度，熔化时产生很大热效应的金属（如Al）不宜作最后一批炉料加入，以防止金属熔体过分过热。 锰黄铜（ZCuZn40Mn2）的熔炼 （1）熔炼工艺操作步骤： 采用中频感应电炉进行熔炼； 1）首先加木炭，送电预热炉膛，加铜和质量分数为0.3%的为Na2B4O7（铺底）； 2）升温熔化并过热至1120—1150℃，加降温铜； 3）1150—1200℃分批压入预热的锰块，搅拌，分批加预热的锌块； 4）再加

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