2013年6月清华大学熔模精密铸造技术培训总结 - 图文

2013年6月清华大学熔模精密铸造技术培训总结

一.模料相关知识：

1.模料基本要求（热物理性能、力学性能、工艺性能）： ①热物理性能：（熔化温度、热膨胀、耐热性）

A:熔化温度:常用熔点、滴点、环球软化点等多种方法表示。

B: 热膨胀：有体膨胀和线膨胀二种不同的表现形式，常用线收缩率、体膨胀率来衡量。

说明：收缩率没有标准值，主要根据产品结构和依靠工程技术人员的经验；现

在已开始使用计算机模拟软件实验，但还没有取得成功。

C：耐热性：指模料承受较高环境温度而不变形的能力。常用热变形量或软化点来衡量耐热。

②力学性能:（强度、硬度）

A：强度：模料强度通常以抗弯强度(断裂模量)来衡量。

B：硬度（针入度）：在设定温度（例如20或25℃）和固定载荷(如100g)作用

下，标准针在在规定时间(5s)刺入模料表面的深度(以0.1mm为单位)。

③工艺性能：（蜡液粘度、蜡膏流动性、灰分） A：模料在液态下(例如99℃)的粘滞性。

B：蜡膏流动性：蜡膏充填压型型腔的能力。通常以设定温度（例如压注温度）和恒定载荷（2kg)作用下，试样的变形程度代表蜡膏的流动性

C：灰分：模料经高温(900℃)焙烧后的残留物含量。

说明：

铸件的表面质量主要靠原材料保证，一定要把原材料管起来并且确保原材料的质量一定要合格，公司一定要重视原材料的管理，蜡料较为重要（病从口入）。

2.模料常用原材料(蜡质材料、树脂、高分子聚合物）：

①蜡质材料：在常温下为不透明或半透明的固体，有固定的熔点或狭窄的凝

固温度区间，熔化后粘度较小，按来源又分为:

A：矿物蜡(如石蜡、微晶蜡、地蜡、褐 煤蜡等)。 B:动植物蜡(如蜂蜡、虫白蜡、棕榈蜡等)。 C:人造蜡(如硬脂酸)。

②树脂：指非晶态有机物，在常温下为透明的脆性固体，没有固定的熔点，熔融后粘度较大。常用的有松香及其衍生物和其他天然或人造树脂（如石油树脂、萜烯树脂等）。 ③高分子聚合物（高聚物）：指分子量大于1万的高分子聚合物。熔模铸造中常用的主要是聚烯烃，例如聚乙烯、EVA、聚苯乙烯等，其力学性能比蜡强韧得多，熔融后粘度大。

说明：

三类常用原材料中蜡和树脂是模料的基本组分，高聚物是添加剂。精铸模料通常是由上述二种或二种以上原材料按一定比例混合而成的复杂混合物。配制模料的最终目标是综合各种原材料的优点，实现优势互补，以满足熔模铸造的要求。值得强调指出的是，液态无析出物应作为模料配制是否成功的基本标志。

3.料分类及特点（模样模料、水溶性模料、特殊用途模料）：

①模样蜡：制作蜡模的蜡，又可分为蜡基模料、树脂基模料、填料模料三种： A：蜡基模料：以石蜡－硬脂酸、石蜡－聚烯烃为代表。此类模料一般成分比较简单，成本较低。通常液态下粘度小，便于脱蜡和回收。蜡膏属多相体系，流动性好，但制成蜡模的质量和尺寸稳定性较差，多与水玻璃制壳工艺配合生产质量要求较低的产品。

B：树脂基模料：此类模料一般成分比较复杂，成本较高。通常液态下粘度较大，不利于脱蜡和回收。蜡膏属均相体系，流动性较差，但制成蜡模的质量和尺寸稳定性好，多与硅溶胶或硅酸乙酯制壳工艺配合，用于生产质量要求较高的军用或商用精铸件。国外模料大多属此类型。

C：填料模料：在上述二类模料本体中均匀混入一定数量(20%~40%)与之不相溶的固体粉末或水作为填料，用以减小蜡模收缩和缩陷，国外应用较为广泛。但成本高，液态下粘度大，脱蜡较困难，也不便回收/再生，通常只能一次性使用，故国内很少应用。

②水溶性模料：遇水溶解或溃散的材料制成的模料，主要用来制作蜡芯，成形蜡模的内腔和孔洞。有尿素基和聚乙二醇基二种类型，前者价格便宜，通常自由浇注成形，效率低、效果较差,多用于制作要求较低而形状简单的蜡芯；后者价格较贵，可压注成形，效率高、效果好，多用于制作要求较高而形状复杂的蜡芯。

③特殊用途模料（浇道蜡、粘结蜡、修补蜡、样件蜡）：

A:浇道蜡:专门用来制作浇道的模料。其特点是熔点较低、粘度小。脱蜡时能快速流出或渗入型壳中，从而减轻了蜡模膨胀对型壳产生的压力，缓解了型壳开裂的问题。

B：粘结蜡 ：组合模组时将需要连接处涂上这种蜡后便可相互粘结起来。

C：修补蜡： 在室温下就柔软而具有可塑性，专门用来填补蜡模、浇道表面或蜡模—浇道接合处的缝隙、孔洞或修饰表面的针孔、流线等缺陷。

D：样件蜡：这种模料不但坚韧，能经受机械加工过程中必须的装卡、夹持，还具有优良的切削加工性能，可以用刀具方便地制作单件或少量蜡模而无需模具（压型），所以令成本大幅度下降。

4. 模料回收和再生：

①蜡基模料(石蜡－硬脂酸)的回收处理： A:目的: 除水、除尘、还原皂化物 B：方法:

沉降分离和过滤以去除水分和粉尘。 酸处理还原皂化物。

C：预防模料变质的措施 :关键是防止硬脂酸皂化和模料过热。 ②树脂基模料的回收处理： A：目的: 除尘、脱水 B：方法:

静置沉降分离，蒸发脱水； 过滤和离心分离。

说明：传统的脱水方法存在防止模料过热与脱水效率的矛盾。图示脱水机较好

地解决了这一矛盾，脱水温度控制在＜110℃。

过滤：应采用层数＞20的多层过滤。前面的滤网由金属丝编织而成，过滤较粗大的颗粒和氧化树脂；后面的则是一次性使用的纸质纤维材料，过滤细小颗粒。

离心分离： 采用高速离心机将粉尘和水分离出去，获得灰分＜0.05%的纯净蜡液，较之于过滤法，此法效率较高，且无需专门除水工序，更适合生产厂家现场使用。离心机需经常清理，定期清除附着在内壁上的固体沉积物。

③模料回收和再生：在回收旧蜡中加入适量新的原材料，使其性能经严格检测达到标准规定的要求。由此所得产品称为再生蜡。通常必须检测4 项性能: 线收缩率、 灰分、 软化点、针入度。

二.制模工艺相关知识： 1.蜡膏制备：

①蜡基模料制膏方法要点： 蜡液+蜡屑---快速搅拌----保温静置。

②树脂基模料制膏方法要点：

A：小容积蜡缸:蜡液长期保温静置

B:大容积蜡缸:分区温度控制，慢速搅拌。

说明：具有足够的制冷能力、恰当的搅拌方法、严格的分区温度控制，以便最

终获得温度合适、状态均匀的连续膏条，是树脂基模料制膏的关键。（下面这张图片为宣传设备的广告图片，说明设备的精良且稳定）

2.制模工艺参数对蜡模表面质量的影响：

①压蜡温度：与蜡膏物理性能和状态直接相关，控制模料流动充型性能，影响蜡模表面质量;与模料膨胀/收缩总量有关，进而对蜡模表面缩陷产生影响。 ②压注压力：压力是蜡膏流动的直接驱动力。控制模料流动速度, 影响蜡模表面质量，同时，提供压实和补缩压力，提高蜡模表面复制压型型腔的能力，减小缩陷。

③流动速度：指压型射蜡嘴处蜡膏流动的线速度。过快造成紊流、喷溅，过慢则造成冷隔。

④充型时间：指从开始压注到充满压型型腔所需的时间。它与流动速度有直接关系，但又是二个不同的概念。蜡模充型通常以快些为好，以提高模料的复形能力和蜡模表面光洁度。充型之所以宜快，是因为蜡模清晰的轮廓、光滑的表面是在充满型腔的最后瞬间才完成的。此时，模料必须保持足够的流动性，表面任何部位都不能结有硬皮。

说明：以适当的流动速度较快地充型，这就存在一个注蜡口大小和型腔体积及蜡模壁厚相匹配的问题。

⑤压型温度：对蜡模冷却速度有直接影响，与蜡模表面清晰完整，是否产生缩陷、变形或开裂相关。

3.制模工艺参数对蜡模尺寸的影响

①压蜡温度：温度越高收缩越大，蜡基模料尤甚。

②压注压力：压力增大收缩率减小。压力小时影响大，压力超过1.2MPa后

影响不明显。

③流动速度：流动速度对蜡模尺寸无明显影响。

④充型时间：充型越快收缩越大。

⑤压型温度：压型温度越高收缩越大。

⑥起模时间 ：起模时间越长，收缩率越小。

说明：工艺参数主要靠设备精度来保障，注意选择设备时要谨慎！！

三、制模设备：

1.制模设备分类：

压蜡设备常分为气压和液压两大类型。一般认为气压设备结构较简单，价格便宜，但压力受限制(<0.6MPa)，主要适用于蜡基模料；而液压设备价格较贵，但压力大(通常>1MPa)，结构紧凑，主要适用于树脂基模料。

① 气压压蜡机（气力式压蜡机、气动活塞式压蜡机）： A：气力式压蜡机：

B:气动活塞式压蜡机

②液压压蜡机(换缸压蜡机、免换蜡缸压蜡机、全自动压蜡机) A:换缸压蜡机:

B:免换蜡缸压蜡机:

C:全自动压蜡机:

2.制模设备控制系统：

控制系统是压蜡机的神经中枢，也是评判其优劣的关键所在。 ①温度控制:

制模过程温度控制要求准确可靠（控温精度±0.25℃），反应灵敏。例如，先进的压蜡机压蜡温度显示的应是蜡温而不是油温，设置改变后响应要快（1℃/min)。压型温度应显示出压型中靠近型腔部位的温度，而不仅是压板温度。 ②压力和流动控制:

近期目标是实现压力和流动相互独立，各自单独控制。中期目标是实现根据流速变化进行压力补偿，同时实现分段式压力控制（关键是找准切换点）。长期目标是实现计算机实时控制。

四、熔模铸造型芯技术：

1.熔模铸造型芯的基本要求（耐火度、热膨胀率、化学稳定性、强度、易脱除）：

①耐火度：型芯应具有足够高的耐火度，以保证它在铸造高温下不软化和变形，一般情况下用于精铸铸钢件的型芯耐火度应达到1400℃以上。

② 热膨胀率：型芯在加热过程中热膨胀应小而均匀，以免造成型芯开裂或变形。一般来说其热膨胀系数应小于4310－6（1/℃）。

③化学稳定性：型芯在高温下与金属液不产生化学反应，避免污染合金，防止铸件表面产生化学粘砂或反应性气孔。

涂料流动性差将很难形成厚薄均匀的涂层，难以顺利流入蜡模的复杂型腔，涂料常会滞留、堆积造成干燥（或硬化）不透，使型壳在该处脱蜡或焙烧时产生裂纹，引起穿钢、披锋等缺陷，尤其对于中大件（W>10-200kg）或复杂件，流动性更是涂料最基本的性能要求。 ② 覆盖性的影响：

若表面层涂料对蜡模湿润能力差，不能使涂层在蜡模上100%覆盖，则铸件表面会有“结疤”、“桔皮”等缺陷。涂层（表面层或背层）均应有一定厚度要求，过厚则难干燥（硬化）透，型壳易分层、开裂，造成铸件表面“夹砂”、气孔（透气性差）；涂层过薄则在撒砂较粗时会使型壳表面出现“蚁孔”，造成铸件表面“毛刺”，同时由于干燥或“硬化”过度会使型壳表面产生裂纹，导致铸件表面披锋，飞翅、流纹等缺陷出现。第一二层型壳的厚、薄决定了铸件表面质量，背层涂层则决定了型壳整体强度。 ③ 致密性的影响：

表面层涂料致密性高低，直接影响型壳及铸件表面质量。高致密度涂层能获得平整、光洁无蚁孔、美观的型壳内表面，铸件相应表面粗糙度细、缺陷少，可大大降低铸件返修率（少焊补、打磨）。背层致密度高则型壳强度高，不易开裂，当然，过高的致密性涂料会增加成本（粉料多），加速涂料“老化”（粘结剂薄膜过薄）。粘结剂过少时型壳强度低，表面易出现微裂纹，背层型壳易开裂、漏钢。 ④ 稳定性的影响：

涂料“老化”，即粘结剂在制壳前已有“凝胶”存在，会使型壳表面层缺陷增多：分层、结疤、开裂、落砂、夹砂、粗糙等。而且型壳整体强度下降（背层涂料也老化时），还会影响涂料其他工艺性能：流动性下降，覆盖性增大，致密性大大降低。 ⑤ 均匀性的影响：

表面层均匀性高低直接影响到铸件表面质量。由于涂挂性差会产生“结疤”。均匀性差会引起局部表面“毛刺”；洁净度差（涂料中有蜡屑、粉粒、粗砂）会产生麻坑、毛刺。不均匀的的涂层型壳平面上易开裂（硬化或干燥

后），铸件表面会产生披锋、“流纹”。背层均匀性差，型壳浇注、焙烧时易开裂。均匀性是涂料质量的基本要求之一。 ⑥ 悬浮性影响：

涂料（桶）上下工艺性能不一致，直接会导致型壳涂层厚薄及致密性不同。硅溶胶涂料悬浮性差，粉料沉降快，为保持涂料的悬浮性，必须24小时低速搅拌，水玻璃涂料也应在浸涂时充分搅拌。对于悬浮性差的涂料，边搅拌边涂挂是最理想、合理的涂制方法。 3.涂料工艺性能要求：

①较好的流动性L（包括良好的流平性，一定的流淌性） ②适当的覆盖性δ（100%的涂挂性的前提下） ③较高的致密性K（即n） ④较好的稳定性（ρ

涂增高慢，使用寿命长）

⑤良好的均匀性（均匀而洁净） ⑥较高或稳定的悬浮性（f%值稳定）

七、硅溶胶粘结剂：

1.硅溶胶涂料：

①硅溶胶涂料种类：

A、面层涂料：面层涂料及撒砂保证型壳内表面质量直接影响铸件表面质量。

B、过渡层涂料：过渡层涂料是将面层和背层牢固的粘结好避免分层，提高型壳强度。 C、背涂料：背层涂料制壳是保证型壳的高低温度强度，保证铸件不变形和尺寸精度。 D、半层涂料：半层涂料不撒砂，主要防掉砂和提高型壳强度

②硅溶胶涂料组成:

A.面层涂料： 由耐火材料、粘结剂、润湿剂、消泡剂等组成。 B.过渡层涂料：由耐火材料、粘结剂组成。

C.背层涂料：由耐火材料、粘结剂、选择性改性材料（石墨粉等）组成。 D.半层涂料：由耐火材料、粘结剂和改性材料组成。 ③润湿剂介绍： A、润湿剂的作用:润湿剂是一种表面活性剂，其分子一般由两种性质不同的原子基因组成：一种是非极性的亲油基因，另一种是极性的亲水基因。如聚氧乙烯烷基醇醚（J F C）

B、润湿剂作用示意图：表面活性剂（润湿剂）有一薄层即可，用量为硅溶胶的千分之一左右。 表面活性剂亲油基因在熔模表面的定向排列如图所示：

C、国內常用润湿剂种类:国内使用最多的润湿剂（表面活性剂）为

JFC，又称渗透EA，全名聚氧乙稀烷基醇醚。同时还有润湿剂TX-10（OP-10）、农乳130、农乳100、还有烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠等，武汉研制的ZF–401也是很有效的表面添加剂。

④消泡剂介绍：

A、加入润湿剂后，涂料的表面强力下降了，搅拌过程中易将空气卷入形成气泡，为此，需加入消泡剂来消泡，消泡剂一般为有机添加剂，如硅树脂、醇类。

B、消泡剂作用使气泡表面膜被拉伸变薄而使气泡破灭（见下图）：

⑤粉液比：

A、配方中耐火材料和粘结剂（硅溶胶）的重量比称之为粉液比。它直接影响涂料及型壳的性能。应加以严格控制。涂料粉液比高，所制型壳内表面致密，铸件表面质量好。涂料粉液比高，所制型壳內表面强度高，铸件精度高。粉液比高，型壳干燥时间长。

B、粉液比高、低取决于硅溶胶的粘度和耐火粉料的粒度及粒度级配。

2.硅溶胶涂料的配制： ①涂料配制说明：

②涂料配制，需长时间均匀搅拌，特别新配涂料，严格控制搅拌时间，到时方可测定涂料流杯度和涂片厚度。

A：流杯粘度：一定容积的涂料流尽的秒数。

国内外常用的流杯是美国的Zahn流杯4#（#004）和5#（#005）号杯。容积为44ml，出口孔径分别为： 4#（#004）?4.27、 5#（#005）?5.28，大部分采用4#（#004）居多。

B:涂挂试片的测试:涂料层厚度可用涂挂试片测定其重量。涂片重是采用40mm340mm32mm的不锈钢涂挂试片来测试，涂片重越大，表明涂层越厚。流杯粘度与涂片重配合使用，可以更好的反映硅溶胶涂料性能。

八、硅溶胶型壳介绍：

1.熔模铸造型壳的性能基本要求：

①型壳强度：强度是型壳最主要、最基本的要求（常温强度；高温强度；残留强度）；性能良好的优质型壳应具有较高的常温强度，适当的高温强度和较低的残留强度。

②型壳的高温透气性：要有良好的高温透气性；

③型壳的热膨胀性，是型壳的重要指标，热膨胀要小； ④导热性：型壳的导热性要好，有利补缩、晶粒细化。

⑤热振稳定性：热振稳定性要好、抗高温钢水冲击能力较强。 ⑥热化学稳定性好： 良好的热化学稳定性，不能形成高温化学粘砂和氧化； ⑦脱壳性好：模壳要有良好的脱壳性。 2.快干硅溶胶简介：

① 高分子有机物快干硅溶胶：

快干硅溶胶胶中加入高分子有机物，它本身就是一种强粘结剂，如乳胶和

PVA等高聚物增强材料，高聚物改性硅溶胶会更早达到胶凝浓度，但并非真正胶凝，只是早期建立湿强度，溶胶不回溶，可以继续涂挂下一层，从而缩短制壳时间。

② 离子改性型快干硅溶胶：

加入离子改性在碱性硅溶胶溶液中，通常用铝、锡、铅，但是多数用铝，铝Al3+离子加入会发生水解反应生成Al(OH)3胶体,该胶体会增强硅溶胶的粘结力，有利于使型壳在下一层挂浆前建立足够的强度。 ③纤维增强剂型快干硅溶胶：

纤维增强快干硅溶胶与一般的高聚物改性硅溶胶不同，它不是靠加入聚合物，而是靠中加入不溶于的有机纤维（尼龙丝）来增强的，在涂料中加入直径约20um，长约1mm的尼龙纤维。 ④一种乳胶增强型快干硅溶胶：

乳胶增强型快干硅溶胶是新推出的一种快干硅溶胶，乳胶增强型快干硅溶胶在高温下的烧失，被烧失的乳胶成分在型壳中留下微观孔隙，进而降低了型壳的残留强度并增加型壳的透气性。 3.硅溶胶型壳特点：

①硅溶胶是一种典型的硅溶胶体溶液；

②硅溶胶的性能指标：SiO2%、Na2O%、PH、密度、运动粘度、胶体粒径； ③硅溶胶涂料分三种：面层、过渡层、背层； ④面层涂料中必须加润湿剂、消泡剂。

⑤硅溶胶制壳工艺简单，每层为：上涂料、撒砂、干燥；

⑥ 硅溶胶型壳通过水分蒸发， SiO2溶胶浓度增加、而胶凝。

干燥是影响型壳质量的重要环节；

⑦影响硅溶胶型壳干燥的因素有：温度、湿度、风力，需严格控制。 ⑧现在国内对温度控制严格，对风力影响尚重视不够。

⑨快干硅溶胶可防止面层型壳开裂，避免铸件产生毛刺，可加快制壳速度 ⑩硅溶胶型壳制壳工艺为绿色型壳制壳工艺应加以推广。 九、熔模铸造件常见缺陷和型壳的关系：

1.气孔：型壳培烧温度低，保温时间不足，型壳过厚透气性不好。 2.皮下气孔：型壳内表面与金属液发生反应。 3.渣气孔：型壳焙烧不足。

4.缩松：型壳温度过低，冷却速度过快。

5.热裂：型壳温度低，冷却速度过快，型壳强度过高，退让性差，阻碍收缩 6.金属刺：面层涂料粉液比低，流杯粘度低，涂料与蜡模表面润湿性差，面

层砂过粗。

7.粘砂：层涂料用耐火材料和撒砂材料杂质含量高，耐火材料及耐结剂选用

不当。

8.表面麻坑：耐火材料中杂质含量过高。

9.夹杂物：型壳面层干燥硬化不良，型壳涂层结合不良、面层剥落。

型壳强度低，承受不了金属液冲击。

型壳脱蜡后放置时间过短，水分多升温过快，浇口杯掉砂。

10.型壳膨胀（铸件变形）：型壳耐火材料杂质含量过高，耐火材料煅烧温度

低，粘结剂高温性能差。

4.非真空感应炉熔炼新技术(3项):

①惰性气体覆盖保护在非真空感应电炉熔炼中的应用.

惰性气体覆盖保护法的基本原理是,在熔炉熔池的表面,形成一层不被合金吸收又

不与合金反应的惰性气幕,从而保持合金在熔化过程的纯净度

②感应炉内氩气精炼.

感应炉内氩气精炼是将高纯度的氩气，通过安装在坩埚底部可更换的透气砖（只

透过气体不会渗漏出钢液）导入钢液。氩气被分散成许多分散度高、具有较大上升速度的气泡流，通过钢液时将会对钢液产生精炼作用。

③刚玉-镁铝尖晶石炉衬的应用。

以镁铝尖晶石为连接桥的新型炉衬。炉衬材料的组成都是由粗细不同的颗粒和粉状

材料进行合理级配组成，以提高其紧实密度。粗细颗粒为骨料，一定量的细粉料

填充着大小颗粒料之间的间隙，成为连接桥，在高温下这些细粉料会先于颗粒料烧结，形成三维网状结构，其目的是依靠骨料抵御高温侵蚀，达到提高炉衬的使用寿命，而改善起连结桥作用的网状结构的材质将会提高炉衬的整体寿命。因而在刚玉质的炉衬材料中加入一定量的电熔镁粉，其目的就是为了形成镁铝尖晶石的连接桥网络。

下表为刚玉-镁铝尖晶石炉衬的配方。

镁铝尖晶石炉衬的不足（2点）：

由于刚玉-镁铝尖晶石软化点比氧化镁低，故高温下炉壁较软，加料时需要注意，

否则容易碰撞出凹坑。

刚玉-镁铝尖晶石炉衬抗高温性不如镁砂炉衬，熔炼温度超过1700℃时，炉衬寿命

会缩短。可以用电熔氧化镁-镁铝尖晶石炉衬熔炼温度要求高的金属。

5.感应电炉的原理及种类：

①无芯感应电炉的基本原理是电磁感应原理和电流热效应原理，即是利用电磁感应在金

属内部形成的感应电流来加热和熔化金属。它是由变频电源、电容器、感应圈的坩

埚中的金属炉料等组成的基本电路。

②用法拉第的电磁感应原理及焦耳楞茨的电流热效应定律描述感应加热：

当交变频率的电流通过坩埚外侧螺旋形水冷线圈时,在线圈包围的空间和四周产生了交变的磁场,其中一部份磁力线穿透感应圈内坩埚中的金属炉料,从而金属炉料内产生感应电流 ,它在闭合回路内流动时.要克服金属炉料导体的电阻而使金属炉料温度升高,由电能转化为热能,使金属炉料被加热和熔化。

③感应熔炼设备的种类：

A：按照电源频率分（3类）： 工频感应炉(50赫)；中频感应炉(150赫~10千赫)；高频感应炉(10~300千赫) B：按照熔炼环境分（2类）：

－3

非真空感应炉；真空感应炉（真空度可达5x10托） C：等离子感应炉：

D:炉衬材料和坩埚配料:

十二、熔模铸造浇冒系统设计：

设计过程应注意的7个问题：确保充填；保证补缩；避免产生裂纹；减少内应力

和变形；方便制壳；排蜡通畅；提高工艺出品率。

1、 冒口的设计：冒口是铸型内用于储存金属液的空腔，习惯上把冒口

所铸成的金属实体也称为冒口。

① 冒口的作用(4点)：

A：补偿铸件凝固时的收缩。设在最后凝固部位、使缩孔移入冒口、防止铸件 产生缩孔、缩松缺陷。

B：调整铸件凝固时的温度分布，控制铸件的凝固顺序。

C：排气、集渣作用。

D:精铸件的大型铸件可利用明冒口观察型腔内金属液的充型情况。 ②设计冒口应遵循的基本条件：

A：冒口应有足够大的体积，以保证有足够的金属液补充铸件的液态收缩和凝 固收缩，补偿浇注后型腔扩大的体积。

B:冒口的凝固时间应大于或等于铸件（被补缩部分）的凝固时间。

C:在铸件整个凝固过程中，冒口与被补缩部位之间的补缩通道应该畅通，即： 使扩张角始终向着冒口。

D:对于结晶温度间隔较宽，易于产生分散性缩松的合金铸件，还需要注意将 冒口与浇注系统、工艺补贴、保温措施、激冷措施等配合使用，使铸件在 较大的温度梯度下，自远离冒口的末端区逐渐向着冒口方向实现明显的顺 序凝固。

③补缩通道扩张角:

A:铸件的凝固过程，由于凝固是从下部和壁的周围同时推进的，这样在液

相线之间便形成了向冒口方向扩张的夹角Φ，角Φ称为补缩通道扩张角。

B:Φ角大小和方向决定着补缩通道畅通与否和畅通的程度，Φ角越大，通道越畅通、补缩越容易;向着冒口方向的温度梯度越大，Φ角就越大;反之Φ角越小。

④冒口的有效补缩距离:

冒口作用区长度与末端区长度之和称为冒口有效补缩距离。冒口有效补缩距离与合金种类、铸件结构、以及铸件凝固方向上的温度梯度有关，也和凝固时析出气体的压力及冒口的补缩压力有关。

⑤确定冒口的重要原则（4点）:

A:先确定铸件的热节位置，侧冒口应就近设在热节的上方或侧旁。

B:冒口应尽量设在铸件最高、最厚的部位。

C:对于壁厚均匀铸件，需根据冒口的有效补缩距离来确定冒口的位置和数量。 D:冒口的安放应便于铸件的清理、切割、打磨等操作。 最重要的是要记住(2点)：

冒口应比铸件（或被补缩部位）凝固的晚 冒口应有足够的金属液补偿铸件凝固时的收缩

2、浇注系统设计：

① 定义：浇注系统是铸型中金属流入型腔的通道，通常由浇口杯、直浇道、

横浇道、内浇道、冒口、缓冲窝、出气口、集渣包等单元组成。

②浇注系统的功能：

充填、 补缩、 排蜡、配热、其它

③对浇注系统的基本要求（4点）：

A：应在一定的浇注时间内保证充满型壳,获得轮廓清晰的铸件，防止产生浇

不足。

B:应能控制液体金属流入型腔的速度和方向，尽可能使金属液平稳流入型

腔，防止发生冲击、飞溅和漩涡等不良现象，以免铸件产生氧化夹渣、气 孔等缺陷。

C:应能把混入金属液中的熔渣和气体挡在浇注系统里，防止产生夹渣和气孔

缺陷。

D:应能控制铸件凝固时的温度分布，减少或消除铸件产生缩孔、缩松、裂纹

和变形等缺陷。

E:浇注系统结构力求简单，便于清理、切割和减少液体金属的消耗。 ④液态金属在浇注系统和型腔中的流动情况（4种）:

液态金属在型腔中流动时呈现出如下的水力学特性：

A:粘性流体流动：水力学研究的对象通常是无粘性的理想流体，而液态金属则是有粘性的流体。其粘性与成分有关，在流动中又随金属温度的降低而不断增大，当液态金属中出现晶体时，液态的粘度急剧增加，液态金属流动过程中若有氧化夹渣混入，液流的粘度还会进一步增加。

B:不稳定流动：在充型过程中由于液态金属温度不断降低，铸型温度不断升高，使两者之间的热交换呈不稳定状态。随着温度下降粘度增加，流动阻力也随之增加；加之充型过程中液流的压头的增加和减少，液态金属的流速和流态也在不断变化着，所以说液态金属在充型过程能中的流动是不稳定的。

C:多孔管中流动：由于型壳具有透气性，可把型腔看作是多孔的管道和容器。液态金属在“多孔管”中流动时，往往不能很好的贴附于管壁，此时可能将外界气体卷入液流，形成气孔或引起金属液的氧化，形成氧化夹渣。 D:紊流流动：液态金属在浇注系统中流动时，其雷诺数大于临界雷诺数，属于紊流流动。对于水平浇注的簿壁铸件或厚大铸件的充型，液流上升速度很慢，也有可能得到层流流动。

⑤液态金属在浇口杯中的流动情况: A:浇口杯的作用(3点)：

承接来自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢出，便于浇注；

减轻液流对型腔的冲击，分散渣滓和气泡，阻止其进入型腔； 增加充型压力头。

B:浇口杯的结构形状(2种):

漏斗形浇口杯：结构简单，挡渣作用差，金属液易产生绕垂直轴旋转的

涡流，易于卷入气体和熔渣。

池形浇口杯：精铸浇注系统一般不用，该浇口杯不形成涡流，有利于防止卷气和夹渣.

⑥液态金属在直浇道中的流动情况:

A:直浇道的功用:从浇口杯引导金属液向下进入横浇道、内浇口或直接

导入型腔。或者从横浇道引导金属液向下进入内浇口、或直接导入型腔。

B:液态金属在直浇道中的流态(2种):

充满式流动：在上大下小的锥形直浇道中液流呈充满状态，该状态

无负压和吸气现象。

非充满式流动：在等截面的圆柱形和上小下大的倒锥形直浇道中液

流呈非充满状态。流股自上而下呈渐缩形，流股表面压力接近大气压，微呈正压。流股表面会带动气体向下运动，并能冲入型内上升的金属液内。 ⑦液态金属在横浇道中的流动情况:

A:横浇道的功用:主要有稳流、分配液流和挡渣作用。是浇注系统的

重要单元。

B:液流在横浇道中的流动情况:

对于收缩式浇注系统，从直浇道下落的液流可立即把横浇道充满； 对于扩张式浇注系统（铝合金铸造常用），横浇道并不立即被充满，

而是随着型腔中合金液面的升高而逐渐地被充满.

C:横浇道的分流作用:

液流充满横浇道时，即由横浇道分配给各个内浇道。同一个横浇

道上有多个等截面的内浇道时，各内浇道的流量不等。一般情况 下远离直浇道的流量大，近直浇道的流量小。

当合金液柱较高，横浇道不十分长时，从直浇道流入横浇道的合 金液，大部分流入距直浇道较远的内浇道； D:横浇道的挡渣作用（以黑色合金熔渣密度低于合金液的情况为例）:

⑧液态金属在内浇道中的流动情况:

A：内浇道是浇注系统中把液体金属引入型腔的一个单元，其功能是：控制充型速度和方向，分配液态金属，调解铸件各部位温度分布和凝固次序，并对铸件有一定的补缩作用。

B:内浇口的放置位置原则（6点）:

一般情况下内浇道应放置在铸件的厚大部位的热节处，使液态金 属与铸件凝固区域保持畅通，形成补缩通道。

对于体型较大的铸件，如果铸件壁厚较大而又均匀时，为了保证铸件同时凝固，合金液应从四周通过较多的内浇道导入，在铸件的最后凝固设置冒口以便补缩。

体型较大的铸件，在不破坏铸件顺序凝固的前提下，内浇道数量宜多些，并分散均匀布置，以避免集中导入合金液引起铸件产生局部过热。

对于带有陶瓷型芯的铸件，内浇道应避免垂直对着陶瓷型芯，以

防合金液冲击造成露芯、偏芯。

内浇道不要开设在铸件机加工初基准面上，以避免浇道切割残留

量影响铸件的夹持和定位。

内浇道的位置最好选择在铸件平面或凸出部位上，不要妨碍切

割、打磨、清理等工序。

⑨浇注系统的类型（4种）：

A:顶注式浇注系统及其特点:以浇注位置为准，金属液从铸件型腔顶部,

导入的浇注系统称为顶注式浇注系统。

顶注式浇注系统特点（4点）：

在铸件浇注和凝固过程中，铸件上部温度高于下部，有利于自下而

上顺序凝固，能够有效的发挥顶部冒口的补缩作用。

在液态金属的整个充型阶段始终有一个不变压头，液流流量大、充

型时间短，充型能力强。

浇注系统和冒口消耗金属少，浇注系统切割清理容易。

缺点:液态金属从高处落下进入型腔，对型壳冲击大，容易导致金

属液飞溅、氧化和卷入气体，形成氧化夹渣和气孔缺陷。

B:底注式浇注系统及其特点:内浇道设在铸件底部的浇注系统 称为底注式浇注系统。

底注式浇注系统及其特点(3点):

合金液从下部充填型腔，流动平稳，不易产生冲击、飞溅、氧化和

卷入气体，便于排除型腔中的气体。 横浇道基本工作在充满状态，有利于挡渣。

缺点:充型后铸件的温度不利于自下而上的顺序凝固，补缩作用

差；铸件底部内浇口附近容易过热，使铸件产生缩松、缩孔、晶粒粗大等缺陷；充型能力较差，对大型薄壁铸件容易产生冷隔和浇不足的缺陷；组树工艺复杂，金属消耗量大。

C:阶梯（侧注）式浇注系统及其特点:在铸件不同高度上开设多层内浇

道的浇注系统称为阶梯式浇注系统。

阶梯（侧注）式浇注系统特点（5点）:

金属液自下而上充型，充型平稳，型腔内气体排出顺利。

充型后上部金属温度高于下部，有利于顺序凝固，铸件组织致密。 充型能力较强，易于避免冷隔和浇不足等铸造缺陷。 利用多内浇道，可减轻内浇道附近的局部过热现象。

缺点：组树工艺复杂，容易出现上下各层内浇道同时进入金属液的

“乱浇”现象，或底层进入金属液过多，形成下部温度高的过 热现象。

D:复合式浇注系统:大型复杂铸件采用一种浇注系统，往往难于得到理

想的充型过程，故采用两种或两种以上类型的浇注 系统，以取长补短。

复合式浇注特点(2点)：

和收缩式恰恰相反，其主要优点是金属液在横浇道和内浇道中流

速较慢，在进入型腔时流动平稳。

不足之处是横浇道在充填初期不易充满，开始阶段浮渣作用较差。

十三、熔模铸件缺陷类型及工艺特点： 1.熔模铸件缺陷类型（6类）：

①:铸件尺寸精度超差

②:铸件表面粗糙

③:铸件表面缺陷：粘砂、夹砂、鼠尾与凹陷、 麻点、鼓胀、金属刺、金属珠 ④:孔洞类缺陷： 缩孔、缩松、气孔、渣气孔 ⑤:裂纹缺陷： 冷裂、热裂

⑥:其它缺陷： 铸件脆断、变形、表面脱碳。 2.熔模铸造工艺过程及特点：

①：熔模铸造工艺过程：

②:熔模铸造的工艺特点(3点)：

A:使用可熔(溶)性一次模和一次型(芯)，不用开型起模，无分型面。

B:采用涂料浆制型壳，涂层对蜡模（易熔模）复印性好。 C:采用热壳浇注,金属液充型性好。

③熔模铸造工艺的局限性(5点)：

A:工艺过程复杂、工序多，影响铸件质量的工艺因素多。

B:原辅材料种类多，不宜控制其质量的好坏，不同程度的影响铸件质量。 C:适宜中小型铸件，有一定的限制。 D:生产周期长。

E:铸件冷却速度较慢，易产生铸件晶粒粗大，碳钢件还容易形成表面脱层。

④获得优良铸钢件的条件(5个):

A:优质的、脱氧的、高温的、去除了有害杂质的、并符合铸件用途的材质；

B:良好的造型材料：强度、压溃性、透气性、耐火性、热传导性、膨胀性等； C:正确的造型工艺设计，工艺收得率：40~70%； D:适宜的热处理；

F:合理的铸件结构设计。

十四.熔模铸件缺陷缺陷分析及对策

1.铸件尺寸超差：

①影响熔模铸件尺寸变化的因素有五个方面:

铸件形状、大小和结构；压型尺寸（模具尺寸）；制易熔模（模料及制模工艺）；型壳（模壳材料和工艺）；浇注工艺。

②模料及制模工艺对铸件尺寸的影响：

A：模料的影响：填充蜡， 非填充蜡，再生蜡。 B:造成熔模尺寸偏差的制模工艺因素：

压蜡设备、压蜡温度、压注压力、流动速度，保温时间、压型温度、开型时间、冷却方式、室温等因素波动而造成。

压注时间： 压注时间包括充型，压实，和保压三个时间段。延长压注时

间可减小收缩率。

压蜡温度; 压注时间短时，压蜡温度上升收缩率增大;但压注时间长（增

加到35秒以上）随着压蜡温度上升蜡模收缩率反而变小。

压注压力：压力增大收缩率略有减小，压蜡温度高时 压力增大的效果会

更明显一些。（但延长压注时间会减小压力的影响）

流动速度:改变压蜡机模料流速的设定，如改变注蜡口截面积。此方法对

蜡模收缩率有一定影响。(体收缩明显，线收缩影响不大）。

压注设备：压蜡机冷却系统对蜡模收缩率可能产生0.3%的影响。压型温

度高，蜡模冷却慢，收缩大。起模时蜡模温度高，收缩就大（此时蜡模处在自由收缩状态），反之则小。

C:为了减少熔模尺寸偏差对铸件尺寸的影响，应注意以下5个方面： 采用线收缩小的模料，且注意保持模料的工艺性能（及时补加新蜡，

脱蜡工艺）;

根据熔模结构、形状、大小，正确选择合理的压注工艺参数;

保证工作环境温度、恒温，并注意对尺寸精度要求高的熔模取模后的存 放时间;

手工压蜡时，注意锁紧力均匀、注射力、保压时间及取模时间的合理;设备因素.

③制壳材料及工艺对铸件尺寸的影响:型壳热膨胀影响铸件尺寸，而型壳热膨胀

又和制壳材料及工艺有关。

A:对熔模铸造型壳影响其热膨胀的首先是所用的耐火材料，它直接影响着铸

件尺寸，耐火材料膨胀系数大的，对铸件尺寸精度影响就越大。

B:水玻璃工艺及硅溶胶工艺对铸件尺寸精度影响中（由于耐火材料的不同）， 我们可清楚的看到区别。

④浇注条件对铸件尺寸的影响:浇注时型壳温度、金属液浇注温度、铸件在型壳

中的位置均会影响铸件尺寸。

A:浇注时型壳温度在室温至900℃之间变化时， 铸件尺寸变化将达1.5%（冷 壳和热壳的区别）。

B:金属液浇注温度改变了型、芯的过热情况，从而使金属冷却时受阻程度不

同造成铸件尺寸的波动。

C:相同铸件处于不同浇注位置时，金属液实际温 度及铸件所受压力均不相

同，也会引起尺寸的波动。

2.熔模铸件表面粗糙:

①影响熔模表面粗糙度的因素:

A: 压型表面粗糙度

B:压制方式（糊状模料压制或液态模料压制） C: 压制工艺参数

采用糊状模料压制熔模时，模料温度、压型温度、压注压力、保压时间

等都会对熔模表面粗糙度产生很大的影响。 模料温度和压型温度低，压注压力小,保压时间短及压射速度慢均会使所

制熔模表面粗糙度高。

②要得到高质量的熔模表面质量，应注意以下几个方面：

A:讲究压型制作质量并加强使用中和保存的管理。

B: 根据熔模结构,大小,形状的不同,合理选择压制工艺参数。 C: 注蜡道尺寸应根据熔模大小合理设计。

③影响型壳表面粗糙度的因素:

A:在熔模表面粗糙度合格的条件下型壳表面粗糙度将成为影响铸件表面粗糙

度的另一个重要因素。

B:影响型壳表面粗糙度的因素主要有面层涂料对熔模的湿润性，即复印熔模

的性能；其次是涂料的粉液比要足够高，使制得的面层致密；第三是面层的干燥条件。

④其它影响铸件表面粗糙度的因素:

A:金属液凝固过程中的二次氧化的影响;

浇注和金属液凝固过程中，铸件表面会氧化，而造成铸件表面粗糙。

金属液二次氧化物与型壳中的氧化物有可能作用，增高铸件的表面粗糙度。 B:清理对熔模铸件表面粗糙度的影响;

喷砂清理的方法比喷丸清理铸件表面粗糙度好2级以上。

采用高压水力清砂是保证铸件表面粗糙度较好的方法。

整组铸件组振壳后，先喷丸再切割，个别清不到的地方采用喷砂处理。 减少或不用在抛丸滚筒中进行清理。

铸件的热处理应采取防氧化保护措施，以免因铸件表面氧化而增加铸件表

面粗糙度。

液氮清理:将冷却（－250°F到到－500 °F） 加压 （5000psi~5500psi）

的液氮高速 （2000mph）推进到要清理的铸件组型壳中，几毫秒内液氮由超临界液体转变为气体，体积膨胀五倍，使型壳材料从铸件上剥落下去。被冲击下来的型壳材料成干燥粉末落到地下。铸件清洁干净，不仅能去除型壳，还能清除铸件上的铁皮鳞状物；更重要的是它大大减小了对环境的危害，从而节省了废物处理成本。

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