熔模铸造课程设计汇编Word下载.docx
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前者制造过复杂,生产成本高,而且延长生产周期。
后者尺寸精度低,表面质量差。
随着科学技术的不断发展和生产水平的不断提高以及人类社会生活的需要，对铸造生产提出了一系列新的、更高的要求，熔模铸造正发挥着越来越重要的作用。
熔模铸造就是在蜡模的表面涂多层耐火材料，待硬化干燥后，加热将蜡模熔去，从而获得具有与蜡模形状相应空腔的型壳，再经，焙烧之后进行浇注而获得铸件的一种方法。
工艺流程的特点：
使用易熔模，无分型面；
用涂料浆制型壳，涂层对易熔模复印性好；
热壳浇注金属液充型好。
因此，熔模铸造可生产尺寸精确、表面粗糙度低的复杂件，既适用于大批生产，也适用于小批生产，甚至单件生产。
它的产品精密、复杂，接近于零件最后的形状，可不加工或很少加工就可直接使用，被称为近净成型的一种先进工艺。
关键词：
齿轮类零件；
熔模铸造；
工艺流程
目录
1绪论1
1.1熔模铸造的概述1
1.1.1熔模铸造工艺过程2
1.2齿轮零件概述3
1.3选题的目的和意义4
2熔模铸造壳型材料对熔融合金化学稳定性研究5
3齿轮零件的工艺流程设计6
3.1模具的设计与制造7
3.1.1模具的设计7
3.1.2模具的制造8
3.2压蜡11
3.2.1压蜡11
3.2.2修蜡13
3.2.3组树13
3.3制壳14
3.3.1硅溶胶涂料14
3.3.2模组清洗14
3.3.3制壳14
3.4浇注15
3.4.1脱蜡15
3.4.2焙烧16
3.4.3熔炼和化性分析16
3.4.4熔模铸件浇注16
3.4.5熔模铸件的清理17
3.5后处理17
3.5.1抛丸17
3.5.2喷砂17
3.5.3酸洗18
3.5.4修正（机加工）19
3.5.5热处理19
3.5.6抛光20
3.6检验21
4结论22
参考文献23
1绪论
1.1熔模铸造的概述
1.1.1熔模铸造的历史
熔模铸造的历史可以追溯到4000年前，最早发现的国家有埃及、中国和印度，然后才传到非洲和欧洲的其它国家。
中国古代留下很多熔模铸件精品，如春秋晚期的王子午鼎、铜禁，战国的曾侯乙尊盘，汉代的铜错金博山炉、长信宫灯，隋朝的董钦造弥驼夔金铜像，明代浑天仪、武当真武帝君像，清故宫太和门铜脚等。
举世闻名的晚商四羊铜尊〔如图1），是商代奴隶主用的盛酒器。
它造型奇特，花纹十分复杂，尊身四隅有四只羊头，各长一对卷曲的羊角，尊的扇边镂空。
这一作品经专家分析鉴定，是采用失蜡法铸造而成的。
图1.1晚商的四羊铜尊
在西非，大约在5世纪以后，制造了大量的熔模铸件。
在16世纪时，熔模铸造工艺被艺术家和雕刻家们广泛运用，蔡利尼（BenvenutoCellini）所制造的Petseus仙座和女妖首领的铜像就是其中最杰出的作品之一。
世界上最早的失蜡铸造文字记述，当推中国南宋（公元1127一1279年）赵希鹊的《洞天清禄集》。
随后有蔡利尼1568年的设计，明代宋应星《天工开物》及16世纪中期VavrineeKrickes的《大炮、球、追击炮、钟的铸造与制备指导》等。
19世纪末期，牙医用熔模铸造工艺，结合离心浇注技术生产牙科铸件。
20世纪初为生产出更精密的牙科件，人们开始研究影响蜡模和型壳尺寸稳定性的因素，以及一些金属和合金的凝固收缩性能，20世纪30年代初期调整了熔模使用的材料。
从1900年到1940年这方面的专利就多达400件以上。
在恶劣环境中工作的航空发动机零件，如涡轮增压器，若采用传统合金，则不能满足性能上的要求。
20世纪30年代末，人们发现了Austenal实验室为外科移植手术研制的钻基合金在高温下有优异的性能，可用于涡轮增压器。
但这类合金很难加工，熔模铸造就成为该类合金成形的工艺方法，迅速地发展成工业技术，进入航空、国防工业部门，并迅速地应用到其它工业部门。
1.1.2熔模铸造工艺过程
图1.2熔模制造的工艺流程
熔模精密铸造的工艺过程，按其工艺排列，大致可以分为下述几个阶段:
第一阶段准备工艺技术资料及制造压型。
工艺技术资料主要包括有:
铸件图，浇注系统图，工艺规程，压型图及工夹量具图等。
铸件图主要是依据产品零件图及其技术条件和铸造工艺要求设计的;
浇注系统主要是依据铸件结构形状和合金种类等选择的;
而工艺规程是生产现场指导操作的技术资料。
第二阶段制造熔模。
即将具有一定温度的模料注入压型中，待其冷却后，得到与铸件几何形状相同的可溶性模型。
制造熔模所用的材料称为模料。
按模料熔点的不同，可分为低熔点、中熔点及高熔点三种。
常用的模料有蜡料、塑料及可溶性盐等。
目前教为广泛使用的为低熔点和高熔点的蜡料。
第三阶段制造铸型。
它包括制壳、造型与铸型焙烧等工艺。
所谓制壳就是在熔模表面涂覆一定层数的耐火涂料，待其硬化干燥后，熔出熔模而得到型壳。
造型按其所用填充料的不同，分为湿法和干法两种。
湿法即采用石英砂、矾土水泥与水调和成流体的填充料进行造型，而干法只是用干态的石英砂作为填充料。
第四阶段熔注合金及其他独立工序。
熔注合金即熔炼合金并将熔炼好的合金液，浇注到己准备完成的铸型中。
合金凝固后即进行打箱、清理和切割浇冒口。
清除铸件表面型壳和氧化皮的方法有两种，是机械清理法（震动清理和喷砂清理等）和化学清理法（例如碱煮、碱爆和氢氟酸清理）。
实际生产中，往往两种同时采用，谓之综合清理法。
随后即进行热处理、检验等工序。
1.2齿轮零件概述
1）齿轮零件的功用与结构特点
齿轮是机器的基础零件，它将机器中有关部件的轴、套、齿轮等相关零件连接成一个整体，并使之保持正确的相互位置，以传递转矩或改变转速来完成规定的运动。
故齿轮的加工质量，直接影响到机器的性能、精度和寿命。
齿轮类零件的结构复杂，壁薄且不均匀，加工部位多，加工难度大。
据统计资料表明，一般中型机床制造厂花在齿轮类零件的机械加工工时约占整个产品加工工时的l5％～20％。
2）齿轮零件的主要技术要求
齿轮类零件中，机床主轴箱的精度要求较高，可归纳为以下五项精度要求：
⑴孔径精度：
孔径的尺寸误差和几何形状误差会造成轴承与孔的配合不良。
孔径过大，配合过松，使主轴回转轴线不稳定，并降低了支承刚度，易产生振动和噪声；
孔径太小，会使配合偏紧，轴承将因外环变形，不能正常运转而缩短寿命。
装轴承的孔不圆，也会使轴承外环变形而引起主轴径向圆跳动。
从上面分析可知，对孔的精度要求是较高的。
主轴孔的尺寸公差等级为IT6，其余孔为IT8～IT7。
孔的几何形状精度未作规定的，一般控制在尺寸公差的1／2范围内。
⑵孔与孔的位置精度：
同一轴线上各孔的同轴度误差和孔端面对轴线的垂直度误差，会使轴和轴承装配到齿轮内出现歪斜，从而造成主轴径向圆跳动和轴向窜动，也加剧了轴承磨损。
孔系之间的平行度误差，会影响齿轮的啮合质量。
一般孔距允差为土0.025～土0.060mm，而同一中心线上的支承孔的同轴度约为最小孔尺寸公差一半。
⑶孔和平面的位置精度：
主要孔对主轴箱安装基面的平行度，决定了主轴与床身导轨的相互位置关系。
这项精度是在总装时通过刮研来达到的。
为了减少刮研工作量，一般规定在垂直和水平两个方向上，只允许主轴前端向上和向前偏。
⑷主要平面的精度：
装配基面的平面度影响主轴箱与床身连接时的接触刚度，加工过程中作为定位基面则会影响主要孔的加工精度。
因此规定了底面和导向面必须平直，为了保证箱盖的密封性，防止工作时润滑油泄出，还规定了顶面的平面度要求，当大批量生产将其顶面用作定位基面时，对它的平面度要求还要提高。
⑸表面粗糙度：
一般主轴孔的表面粗糙度为Ra0.4μm，其它各纵向孔的表面粗糙度为Ra1.6μm；
孔的内端面的表面粗糙度为Ra3.2μm，装配基准面和定位基准面的表面粗糙度为Ra2.5～0.63μm，其它平面的表面粗糙度为Ra10～2.5μm。
3）齿轮零件的材料及毛坯
齿轮零件材料常选用各种牌号的灰铸铁，因为灰铸铁具有较好的耐磨性、铸造性和可切削性，而且吸振性好,成本又低。
有些负荷较大的齿轮采用铸钢件，也有些简易齿轮为了缩短毛坯制造的周期而采用钢板焊接结构的。
1.3选题的目的和意义
我国熔模铸件质量可分为三种：
1）.航空及燃气轮机用熔模铸件。
该铸件质量要求高，不允许有内、外缺陷，检验项目有力学性能、化学成分、内部缺陷、尺寸公差、表面粗糙度和表面缺陷等。
铸件有高温合金、镍基或钴基合金、铝合金、钛合金等。
2）.商业熔模铸件。
这里指一般机器零件、文体用品、五金、马具等零件。
该类铸件质量不如航空及燃气轮机熔模铸件，现在用合金主要为不锈钢和碳钢。
3）.精度要求低的铸件。
该种铸件指第二类工艺水玻璃型壳生产件，合金以碳钢为主。
表1.1各类工艺铸件的数值与比例
工艺
分类
铸件质
量分类
年产值
年产量
数值
/亿元
比例（﹪）
/万t
第一类工艺
一般机
器零件
2
21
55.26
4.5
18.07
航空件
1
3
7.90
0.4
1.61
第二类工艺
14
36.84
20
80.32
2005年我国不同质量熔模铸件的产值和产量见表1.1。
我国高质量航空及燃气轮用熔模铸件产量很少。
仅为1.61﹪。
这与美、英、欧、日等先进国家和地区熔模铸件市场结构（见表1.2）有明显的差距。
这说明我国熔模铸件中的高质量件所占的比例过低。
而且我国商业熔模铸件中精度要求较高的机器零件所占比例也偏低，现生产的多数熔模铸件是精度相对要求低的五金、马具、高尔夫球头等铸件。
表1.2各国熔模铸件市场结构比较（﹪）
美国
英国
欧洲
日本
中国
军用航天熔模铸件
60
70
55
15
8.2
商业熔模铸件
40
30
45
85
91.8
随着科学技术的发展，以及对熔模铸造材料成分、结构和性能深入研究，经济价值高、使用价值高、技术含量高的熔模铸造的高科技产品将层出不尽。
但由于对熔模铸造原料、工艺条件的认识不足，致使铸件粗糙，产品性能与用户要求相差较大。
为了使资源得到有效的利用，充分发挥资源本身的作用，从工艺上解决对铸件性能的影响，因此对熔模铸造的工艺进行研究，最终制备出具有优良性能的铸件，具有重要的意义。
2熔模铸造壳型材料对熔融合金化学稳定性研究
在熔模铸造过程中，壳型作一个“容器”布满了熔融金属，尤其在定向和单晶工艺中，合金保持液态的时间长达60min，壳型材料组织成分很轻易与合金液发生化学反应，为了较好地体现壳型材料与合金发生反应的情况，本试验选用含强活性金属元素Nd较多的某合金作为研究对象，研究了各种壳型材料与这种熔融合金的反应情况，为选用合适的壳型材料提供依据。
1）试验方法
试验用合金的主要成分为：
Nd24%～28％，B0.7%～1.2％，Al＜0.05%，Si＜0.1%，Fe余量。
试验采用三种制成坩埚状的壳型，壳型材料和分组情况见表2.1。
表2.1 试验用的壳型
壳型类别
浆料
涂料挂砂
A
硅溶胶＋刚玉粉＋高岭土（矿化剂）
刚玉砂
B
硅溶胶＋刚玉粉
C
硅溶胶＋电熔氧化钇粉
氧化钇砂
把10kg合金放入这三种壳型内熔炼，在ZG-0.025型真空感应炉内升温至1550℃保温20min，炉内压力20Pa，自然冷却，取样后用能谱仪分析合金中Al，Si和Y等各元素的含量。
2）试验结果及讨论
用三种壳型熔炼合金部分元素的分析结果见表2。
表2.2 合金与三种壳型反应后的分析结果（wt％）
壳型
Al
Si
Y
0.35
＜0.10
-
0.15
C
0.0084
从表2.2可以看出，与原合金成分相比，用三种壳型熔炼后的合金成分有所变化，说明在高温下三种壳型都与熔融合金发生过一定的化学反应，其中壳型A的反应最为严重，致使合金中Al含量提高了约7倍。
壳型A的组分中最重要的特点是含有经过锻烧的高岭土作为矿化剂。
高岭土的主要成分是SiO2与Al2O3，从微观结构看，具有层状结构，一层硅氧四面体和一层铝氧八面体互相重叠，层间以氧键连接且距离较大，高温下与合金液接触时，合金中的活性金属元素Nd大量进入层间结构，与其中的Al2O3发生置换反应，置换出的Al进入合金中，反应式如下：
2Nd＋Al2O3
Nd2O3＋2Al，从分析结果看，壳型B也有一定程度的反应，该壳型与壳型A不同处是不含矿化剂，只含电熔刚玉，电熔刚玉的主要成分是Al2O3，熔化后再结晶的Al2O3以铅氧八面体的铺展形成晶体，键结构稳定，要破坏这种结构需要很高的能量，当电熔刚玉与合金接触时，Nd原子不轻易深入Al2O3的晶格中把Al置换出来，但仍有部分处于晶体边缘的Al参加了反应，只是量很少，对比结果A和B，少量的矿化剂（约4wt％）被置换出来的Al与电熔刚玉（约95wt％）中被置换出的Al几乎相等。
这说明，当壳型材料与合金发生化学反应时，矿化剂的活性比电熔刚玉的活性大得多。
从分析结果看，采用壳型C熔炼的熔炼合金中钇的含量仅为0.0084％，这说明与合金反应的Y2O3的量很少，其反应式为：
2Nd＋Y2O3→Nd2O3＋Y2。
由于Y2O3是结构坚强的离子键化合物，键结构非常稳定，从原子结构看，Nd与Y的原子半径和三价离子半径相差不多，因此化学性质极为相近，所以Nd不轻易置换Y。
仅有少部分Y2O3参加了化学反应，这也说明氧化钇壳型具有很好的化学稳定性。
对于矿化剂中的SiO2和粘结剂SiO2，则有如下反应：
SiO2＋Nd2O3Nd2O3。
SiO2，Nd2O3由原材料带入或在熔炼过程中产生，Nd2O3。
SiO2熔入合金液中，由于生产条件的控制，Nd2O3的带入量是有限的，从反应结果看三种情况的Si含量变化不大。
3）结论
在本试验条件下，三种壳型中，含有高岭土的壳型与熔融合金中的活性金属元素发生严重化学反应，而氧化钇壳型的化学稳定性最好。
3齿轮零件的工艺流程设计
3.1模具的设计与制造
3.1.1模具的设计
精密铸造的模具设计不像砂铸模具有它固定的模式可循，它没有模式限制，一般都是由模具厂自由完成，以能打出蜡件为首选目的。
模具的设计应该遵循以下几点：
1）一般平板成品不宜中间进胶，以防弯曲变形。
2）一般情况下STP在RP正下方。
3）当模座较大时，STP的间隔为150--200mm。
4）锁上下顶出板的螺丝间隔为150--200mm。
5）当有顶针在滑块下方或斜梢有靠坡时，上下顶出板要装有强制回位机构。
6）成品拔模斜度以减胶为基准。
7）设计水路时，尽量不要采用水管直接接入模仁，而改用模进水管用"
O"
型联接模仁。
8）SP尽量将其直径取大并布置在成品的正投影面积下方。
9）冷却水路三原则：
A.快速冷却，
B.均匀模温，
C.加工方便。
10）斜梢距模具中心应取整。
11）孔随注口衬套的偏心而偏心，且注口衬套的最大倾斜角度不得大于15°
。
12）对于二片半模，上固定板与母模板之间的分模行程要用机构加以控制，LP在公模板上必需要有注导衬套，一般还需要有LK开闭器。
13）处理内侧倒钩的方法一般可用斜梢，内侧滑块，剥脱板（顶出中板），顶出梢应尽量避免在滑块底下，以免发生碰撞或干涉。
14）一般模仁超出成品轮廓20--30mm,且距模具中心应取整，模板距模仁边框20—30mm，
若有滑块应考虑将模板加大，特别注意避免回位梢干涉。
15）支撑柱（SP）的摆放与脚垫间距应量保持相等，使其模具保持平衡。
3.1.2模具的制造
模具制造工艺流程是怎样的？
一般包括以下几个过程：
1）接受任务书
成型塑料制件的任务书通常由制件设计者提出，其内容如下：
（1）经过审签的正规制制件图纸，并注明采用塑料的牌号、透明度等。
（2）塑料制件说明书或技术要求。
（3）生产产量。
（4）制件样品。
2）收集、分析、消化原始资料
收集整理有关制件设计、成型工艺、成型设备、机械加工及特殊加工资料，以备设计模具时使用。
（1）消化塑料制件图，了解制件的用途，分析塑料制件的工艺性，尺寸精度等技术要求。
（2）消化工艺资料，分析工艺任务书所提出的成型方法、设备型号、材料规格、模具结构类型等要求是否恰当，能否落实。
（3）确定成型方法采用直压法、铸压法还是注射法。
（4）选择成型设备根据成型设备的种类来进行模具，因此必须熟知各种成型设备的性能、规格、特点。
（5）具体结构方案
①确定模具类型
如压制模（敞开式、半闭合式、闭合式）、铸压模、注射模等。
②确定模具类型的主要结构
选择理想的模具结构在于确定必需的成型设备，理想的型腔数，在绝对可靠的条件下能使模具本身的工作满足该塑料制件的工艺技术和生产经济的要求。
3）影响模具结构及模具个别系统的因素很多，很复杂：
（1）型腔布置。
根据塑件的几何结构特点、尺寸精度要求、批量大小、模具制造难易、模具成本等确定型腔数量及其排列方式。
（2）确定分型面。
分型面的位置要有利于模具加工，排气、脱模及成型操作，塑料制件的表面质量等。
（3）确定浇注系统（主浇道、分浇道及浇口的形状、位置、大小）和排气系统（排气的方法、排气槽位置、大小）。
（4）选择顶出方式（顶杆、顶管、推板、组合式顶出），决定侧凹处理方法、抽芯方式。
（5）决定冷却、加热方式及加热冷却沟槽的形状、位置、加热元件的安装部位。
（6）根据模具材料、强度计算或者经验数据，确定模具零件厚度及外形尺寸，外形结构及所有连接、定位、导向件位置。
（7）确定主要成型零件，结构件的结构形式。
（8）考虑模具各部分的强度，计算成型零件工作尺寸。
4）绘制模具图
在画模具总装图之前，应绘制工序图，并要符合制件图和工艺资料的要求。
绘制总装图尽量采用1：
1的比例，先由型腔开始绘制，主视图与其它视图同时画出。
5）模具总装图应包括以下内容：
（1）模具成型部分结构
（2）浇注系统、排气系统的结构形式。
（3）分型面及分模时取件方式。
（4）外形结构及所有连接件，定位、导向件的位置。
（5）标注型腔高度尺寸（不强求，根据需要）及模具总体尺寸。
（6）辅助工具（取件及卸模工具，校正工具等）。
（7）按顺序将全部零件序号编出，并且填写明细表。
（8）标注技术要求和使用说明。
6）绘制全部零件图
由模具总装图拆画零件图的顺序应为：
先内后外，先复杂后简单，先成型零件，后结构零件。
（1）图形要求：
一定要按比例画，允许放大或缩小。
（2）标注尺寸要求统一、集中、有序、完整。
（3）表面粗糙度。
（4）其它内容，例如零件名称、模具图号、材料牌号、热处理和硬度要求，表面处理、图形比例、自由尺寸的加工精度、技术说明等都要正确填写。
7）校对、审图、描图、送晒
自我校对的内容是：
（1）模具及其零件与塑件图纸的关系
模具及模具零件的材质、硬度、尺寸精度，结构等是否符合塑件图纸的要求。
（2）塑料制件方面
塑料料流的流动、缩孔、熔接痕、裂口，脱模斜度等是否影响塑料制件的使用性能、尺寸精度、表面质量等方面的要求。
（3）成型设备方面
注射量、注射压力、锁模力够不够，模具的安装、塑料制件的南芯、脱模有无问题，注射机的喷嘴与浇口套是否正确地接触。
（4）模具结构方面
①分型面位置及精加工精度是否满足需要，会不会发生溢料，开模后是否能保证塑料制件留在有顶出装置的模具一边。
②脱模方式是否正确，推广杆、推管的大小、位置、数量是否合适，推板会不会被型芯卡住，会不会造成擦伤成型零件。
③模具温度调节方面。
加热器的功率、数量；
冷却介质的流动线路位置、大小、数量是否合适。
④处理塑料制件制侧凹的方法，脱侧凹的机构是否恰当，例如斜导柱抽芯机构中的滑块与推杆是否相互干扰。
⑤浇注、排气系统的位置，大小是否恰当。
（5）设计图纸
①装配图上各模具零件安置部位要恰当，表示得要清楚，并且要无遗漏。
②零件图上的零件编号、名称，制作数量、零件内制还是外购的，是标准件还是非标准件，零件配合处理精度、成型塑料制件高精度尺寸处的修正加工及余量，模具零件的材料、热处理、表面处理、表面精加工程度的标记，都要叙述清楚。
③零件主要零件、成型零件工作尺寸及配合尺寸。
④检查全部零件图及总装图的视图位置，投影是否正确，画法是否符合制图国标，有无遗漏尺寸。
（6）校核加工性能
8）试模及修模
虽然是在选定成型材料、成型设备时，在预想的工艺条件下进行模具设计，但是人们的认识往往是不完善的，因此必须在模具加工完成以后，进行试模试验，看成型的制件质量如何。
发现错误以后，进行排除错误性的修模。
塑件出现不良现象的种类居多，原因也很复杂，有模具方面的原因，也有工艺条件方面的原因，二者往往交织在一起。
在修模前，应当根据塑件出现的不良现象的实际情况，进行细致地分析研究，找出造成塑件缺陷的原因后提出补救方法。
因为成型条件容易改变，所以一般的做法是先变更成型条件，当变更成型条件不能解决问题时，才考虑修理模具。
9）整理资料进行归档
模具经试验后，若暂不使用，则应该完全擦除脱模渣滓、灰尘、油污等，涂上黄油或其他防锈油或防锈剂，放到保管场所保管。
把设计模具开始到模具加工成功，检验合格为止，在此期间所产生的技术资料，例如任务书、制件图、技术说明书、模具总装图、模具零件图、底图、模具设计说明书、检验记录表、试模修模记录等，按规定加以系统整理、装订、编号进行归档。
3.2压蜡
3.2.1压蜡
液体蜡被以高压射入金属模具以形成蜡模。
制作蜡模使用的蜡一般是兰色的模型石蜡，其融化温度在60℃左右，注蜡温度在65℃左右。
还有一些其他颜色的石蜡，性质略有不同。
蜡温及注射压力是由注蜡机决定的。
注蜡机的类别通常有风压式和真空式两种。
这两种注蜡机的注蜡原理基本相似，就是利用气压将熔融状态的蜡
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