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工艺

吊钩熔模铸造工艺

一铸件结构工艺分析

铸件名称为吊钩，最小厚度为4mm，最大厚度为8mm,总长度为64mm,总宽度为42mm,最小宽度为17mm。

其形状为钩形，结构简单，无需机械加工，采用熔模铸造方法。

铸铜牌号为铸造青铜合金ZCuSn6Zn6Pb3。

二压型设计

⒈压型选择

由于本次设计的铸造合金种类为铜合金，所以选用机械加工压型。

⒉机械加工压型结构

由于本铸件为对称结构，所以选有水平分型二开型。

⒊压型分型面选择

⒋型体定位和锁紧

定位销间隙配合

M10的碟形螺母活节螺栓锁紧

⒌压型冷却

将压型浸入冷却水中。

⒍压型工作图设计

①型腔尺寸计算

铸件总收缩率为1.02。

型体内腔所有尺寸都要进行收缩补偿，其补偿量为：

其中：

a——补偿量L——内腔尺寸

②压型的精度和表面粗糙度

压型加工精度

压型部位

尺寸精度

型腔及型芯的成形部位

IT6～IT10

活块、镶块顶干等的配合部位

IT6～IT9

影响铸件尺寸的自有尺寸

12～IT14

压型各部分的表面粗糙度

压型部位

表面粗糙度Rα（µm）

型腔表面

0.2～0.8

芯销、活块、镶块的配合面、定位面

0.8～3.2

分型面

0.8～1.6

浇注系统表面

1.6～6.3

非工作部分表面

6.3～12.5

③压型材料

压型常用材料

零件名称

材料

热处理

型体、型芯

ZL102

—

定位销、芯销

45钢

淬火35～40HRC

浇注系统模具

ZL102

—

三蜡模制备工艺

㈠模料选择

模料为石蜡﹕低分子聚乙烯=19:

1（质量比）的蜡基模料

基模料为低温模料，熔点一般为60-70℃，主要适用于小件和尺寸精度、表面粗糙度要求不高的普通件。

㈡模料配制

模料的配比表（质量分数%）

模料名称

石蜡

低分子聚乙烯

质量分数（％）

95%

5%

配制过程：

⑴按19:

1称取石蜡及低分子聚乙烯.

⑵将石蜡、低分子聚乙烯放入干净的双缸化蜡桶中，通电熔化，熔化温度不超过90℃。

⑶待模料全部溶化后，将模料倒入低温搅蜡机中搅拌均匀。

⑷用270号筛过滤去除模料中的杂质。

⑸将过滤后的模料加入固体模料片或者碎末，搅拌成均匀的糊状（模料温度保持在42-48℃）。

㈢蜡模的压制与组装

⒈蜡模制备

压制方法：

柱塞加压法

压制工艺：

包括合模、注射和开模取出蜡模三步。

准备蜡模压型，在蜡模压型分型面上涂刷分型剂（变压油），然后将糊状蜡基模料放入压注柱塞中，扳动手柄加压，将模料压入压型内，充填并复制型腔，保压30s后取出压型放入冷却水中冷却3-5min，开模取出蜡模。

制模工艺参数

类型

制模室温度℃

压注温度℃

压型温度℃

压注压力Pa

保压时间t

冷却水温度℃

蜡基模料

15～25

40～50

25～45

0.1～1.4

0.3～3

18～26

蜡基模料的技术特性

熔点／℃

热稳定性／℃

收缩率／%

抗拉强度／MPa

流动性／mm

焊接强度／MPa

灰分／%

涂挂性／mm

65~66

34

1.04

2.21

90

1.22

0.045

－

⒉浇口棒制备

制备方法：

压注法

准备浇口棒压型，在浇口棒压型分型面上涂刷分型剂（变压油），然后将糊状蜡基模料放入压注柱塞中，扳动手柄加压，将模料压入压型内，充填并复制型腔，保压30s后取出压型放入冷却水中冷却10-15min，将带有模料的芯棒取出即可。

⒊蜡模修整

蜡模组焊之前，应对蜡模进行修整，主要修整对象是压型分型面在蜡模上产生飞翅。

另外应对蜡模表面进行检验。

对于该精度要求较低的工件，其表面小型凹坑、麻点或者表面缩凹可以使用蜡料进行修补，无法修补的蜡模则直接报废。

⒋蜡模组焊

组焊方法：

焊接法

用低压电烙铁或不锈钢制成的加热刀片，将蜡模连接部位熔化，使蜡模与浇口棒焊接在一起。

⒌模组的除油和脱脂

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。

根据此次设计的要求，选用的除油液为：

洗衣粉溶液

具体方法：

在涂挂涂料之前，把模组先浸泡在洗衣粉溶液（质量分数约为0.5％）中。

在模组涂挂涂料前浸入脱脂液中脱脂。

⒍模料的回收

为了降低成本，操作方便，选用酸回收处理法。

其具体的工艺过程：

①将HCl加入以加热的热水中，热水的比例约为旧模料的35%～45%，搅拌均匀后加入旧模料，使温度保持在80℃～88℃，不断搅拌，直到模料的白点消失。

②在70℃～80℃保温静置后，再将蜡液到入75℃～85℃热水中，不断搅拌。

③在操作中，以水不黄，蜡液清澈为准，水黄加水，蜡液浑浊，加盐酸。

四型壳制备

㈠型壳造型材料选择

粘结剂：

水玻璃粘结剂

由于该铸件生产精度要求较低、表面粗糙度要求不高，水玻璃粘结剂可达到要求。

而且价格低廉，铸件成本低。

耐火材料：

硅石粉

造型材料：

硅砂

㈡水玻璃涂料配制

耐火材料（硅石粉）、水玻璃（要求密度1.27-1.34g/cm³,模数3.0-3.4）、表面活性剂（JFC聚氧乙烯烷基醇醚）和消泡剂（正辛醇）。

配比见下表：

水玻璃粘结剂涂料成分配比

涂料名称及用途

涂料组分/kg

流杯粘度/（s/100mL）

耐火粉料

水玻璃

湿润剂（外加，质量分数，%）

水玻璃-硅石粉表层涂料

1.05

1

JFC0.03-0.05

20-30

水玻璃-硅石粉-粘土加固层涂料

硅石粉0.5-0.6粘土0.4-0.5

1

JFC0.03-0.05

25-40

涂料配制时，在专用涂料桶内加入所需量的水玻璃，在搅拌情况下加入粉料，加完粉料后继续搅拌30min以上，使粉料充分分散并和水玻璃充分润湿，搅拌不能太剧烈，以免引起温度上升。

然后加入表面活性剂和消泡剂，但必须将它们溶成溶液后加入。

涂料混好后应静置一段时间待其气体逸出，粘度逐步稳定后使用，一般静置时间大于2h。

对于购进的水玻璃需按下表进行调整或处理才能用作配制涂料

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

㈢型壳制备工艺

⒈涂挂涂料

涂挂涂料的方法：

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。

⒉撒砂

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砂粒的粒度

撒砂的砂粒粒度是面层的最细，粒度约为40～100目，而后逐步增粗，加固层的撒砂粒粒度为6～40目。

③撒砂的方法

雨淋式撒砂时砂粒如雨点似的掉在模组所挂的涂料层上，粘住，模组应各个方向的转动，务求涂料层表面都能均匀的粘上一层砂粒。

⒊水玻璃型壳的干燥和硬化

每涂好、撒好一层型壳层以后，就要对这一型壳进行干燥和硬化，促使其中的黏结剂转变成凝胶，把耐火材料牢固的链接在一起，使型壳层具有一定的湿度。

水玻璃型壳一般采用先自然干燥，后化学硬化的工艺。

Ⅰ干燥工艺

①环境温度为15℃～25℃.

②相对湿度为（40～60）%

③干燥时间为2～24小时。

Ⅱ硬化工艺

型壳加固层一般不采用干燥涂挂涂料和撒砂后立即硬化。

①硬化剂的选择：

氯化铵的水溶液。

用氯化铵硬化水玻璃型壳的优点为速度快，型壳和铸件表面质量优于其他硬化剂。

②具体方法：

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，从粘结剂中析出凝胶，涂料硬化，型壳在硬化剂中浸泡硬化时间为五分钟左右。

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。

⒋脱蜡

脱蜡方法：

热水脱蜡。

脱蜡工艺：

1）清理浇口杯涂料及浮砂

2）加热脱蜡槽的水温，控制在90～98℃

3）把模组放到热水中

4）待模料熔尽后，取出型壳

⒌焙烧

将制好的型壳装入RT2系列台式型壳焙烧电阻炉中，焙烧1-2h，焙烧温度应控制在850-900℃。

五熔炼及浇注

㈠熔炼

⒈熔炼炉型：

100kg中频感应电炉

⒉合金牌号：

ZCuSn6Zn6Pb3

⒊铜合金配料计算

ZCuSn6Zn6Pb3青铜的主要化学成分

合金牌号

主要化学成分范围（质量分数，%）

Sn

Zn

Pb

Ni

P

Cu

ZCuSn6Zn6Pb3

5.0-7.0

5.0-7.0

2.0-4.0

—

—

余量

熔炼100kgZCuSn6Zn6Pb3的炉料计算

合金元素

目标含量

烧损量

炉料中应含量

同牌号回炉料含量

元素总和／kg

应加元素量／kg

质量分数，%

kg

质量分数，%

kg

质量分数，%

kg

质量分数，%

kg

Sn

6.3

6.3

1.5

0.095

6.29

6.395

6.3

1.26

1.26

5.135

Zn

6.5

6.5

5

0.325

6.71

6.825

6.5

1.3

1.3

5.525

Pb

3

3

2

0.06

3

3.06

3

0.6

0.6

2.46

Cu

84.2

84.2

1.5

1.263

84

85.463

84.2

16.84

16.84

68.623

合计

100

100

10

1.743

100

101.743

100

20

20

81.743

覆盖剂木炭加入量一般为为炉料重量的2%

脱氧剂为Cu-P,P加入量为炉料重量的0.06%

所需覆盖剂为100×2%=2kg

脱氧剂为100×0.06%=0.06kg

则配料结果如下表：

炉料总重/kg

各炉料重/kg

备注

电解铜

锌锭

锡锭

铅

铜牌号炉料

100

68.7

5.6

5.2

2.6

20

⒋铜合金熔炼工艺

在熔炼铸造青铜合金ZCuSn6Zn6Pb3时采用的是先熔炼锌的熔炼方法，具体步骤如下：

①坩埚预热，预热温度500℃。

②加入原料，底部加锌，然后是电解铜、回炉料和覆盖剂。

③升温熔化并加热至1100-1150℃。

④加回炉料、锡，搅拌。

⑤升温至1180-1200℃，加炉料重量0.1%-0.3%的磷铜和1%的脱氧造渣剂。

⑥扒渣，除气。

⑦炉前检验，检验温度、含气量、弯曲和端口。

㈡浇注

ZCuSn6Zn6Pb的浇注温度

合金

熔化温度/℃

浇注温度/℃

壁厚﹤30mm

壁厚﹥30mm

ZCuSn6Zn6Pb

1120-1180

1060-1100

980-1040

本铸件壁厚较小，因此浇注温度选择1060-1100℃

六铸件清理

㈠铸件上清除型壳：

震击式脱壳机

工艺：

①将带有型壳的铸件组直浇道的一端放在脱壳机的机座上

②开动气缸将风锤压下，顶住直浇道的上端

③启动风锤，震击铸件组，使型壳脱落

㈡浇冒系统上取下铸件：

砂轮片切割

㈢除铸件上所粘附点的残留耐火材料：

电化学清理法

工艺：

①将铸件装框，浸入温度为400～500℃的熔融碱液中；

②将铸件框接接阴极，碱液槽接阳极，通直流电清理铸件；

③最后用水冲洗铸件。