金屬精密液態(tài)成形技術(shù)課件

模料與制模

熔模鑄造生產(chǎn)的第一個(gè)工序就是制造熔模。

熔模是用來形成耐火型殼中型腔的模型。為得到高質(zhì)量的熔模，除了應(yīng)有好的壓型外，還必須選擇合適的制模材料和合理的制模工藝。熔模

熔模鑄件廢品有21種，43%的廢品與制模有關(guān)。為了獲得一個(gè)優(yōu)質(zhì)熔模，應(yīng)從三方面來努力：

壓型模料制模工藝①熔點(diǎn)模料的熔點(diǎn)應(yīng)適中，一般在50～80℃范圍內(nèi)為宜，以便于配制模料、制模及脫蠟工藝的進(jìn)行。2.2.1模料

（1）對(duì)模料的性能要求②軟化點(diǎn)

模料開始發(fā)生軟化變形的溫度稱為軟化點(diǎn)，通常以標(biāo)準(zhǔn)懸臂試樣加熱時(shí)，保溫2小時(shí)其變形量為2mm時(shí)的溫度作為軟化點(diǎn)。模料的軟化點(diǎn)一般不宜低于35～40℃。③收縮率

模料熱脹冷縮小，可以提高熔模的尺寸精度，也可減少脫蠟時(shí)脹裂型殼的可能性。線收縮是模料最重要的性能指標(biāo)之一，一般應(yīng)小于1.0％,優(yōu)質(zhì)模料線收縮率為0.3％～0.5％。④強(qiáng)度和硬度

模料強(qiáng)度通常以抗彎強(qiáng)度（斷裂模量）來衡量。模料的抗彎強(qiáng)度一般不低于2.0MPa，最好為5.0～8.0Mpa。模料硬度常以針入度來表示。標(biāo)準(zhǔn)針在設(shè)定載荷（100g）作用下，在規(guī)定時(shí)間（5s）刺入模料表面的深度（以10-1mm為單位，1度=10-1mm）⑤粘度

指模料在液態(tài)下（例如99℃）的粘度。為便于脫蠟和模料回收，模料在90℃附近的粘度應(yīng)為3×10-2～3×10-1pa·s。

粘度大會(huì)影響脫蠟速度，使水分、粉塵分離困難，影響模料回收。

⑥流動(dòng)性

指模料壓注狀態(tài)（通常為膏狀）充填壓型型腔的能力。模料應(yīng)具有良好的流動(dòng)性以利于充滿壓型型腔、獲得棱角清晰、尺寸精確、表面平滑光潔的熔模；此外，也便于模料在脫蠟時(shí)從型殼中流出。⑦灰分

指模料經(jīng)高溫（900℃以上）焙燒后的殘留物，也是模料最主要的指標(biāo)之一。

一般灰分應(yīng)低于0.05％?；曳痔?，在型殼中殘留灰分多，鑄件會(huì)產(chǎn)生金屬夾雜物。⑧涂掛性

模料應(yīng)能很好地為耐火材料所潤濕，并形成均勻的覆蓋層。模料的涂掛性可用測定熔模與粘結(jié)劑之間的潤濕角來衡量。⑨焊接性

熔模組合大多應(yīng)用焊接法，故模料應(yīng)具有良好的焊接性能和焊接強(qiáng)度，以免模組在運(yùn)輸和制殼過程中從焊接處發(fā)生斷裂。以上可以分為三個(gè)部分：

A機(jī)械性能：強(qiáng)度、硬度

B工藝性能：流動(dòng)性、灰分、涂掛性

C物理性能：熔化溫度、收縮率、軟化點(diǎn)總之，對(duì)模料的性能要求如下：熱穩(wěn)定性好熔點(diǎn)適中（50～80℃）收縮?。ň€收縮率一般小于1.0%）力學(xué)性能好（抗彎強(qiáng)度＞2MPa、針入度4～6度）有良好的流動(dòng)性（通常為膏狀充型能力）黏度（液態(tài)下黏度）殘留灰分少（一般＜0.05%）①模料原材料分類（2）模料原材料

模料常用原材料分為：蠟質(zhì)類(包括礦物蠟、動(dòng)植物蠟、人造蠟)樹脂類（包括天然、人造或合成樹脂）高分子聚合物類（主要是聚烯烴）蠟、樹脂、模料和蠟?zāi)Ｊ?、樹脂、模料和蠟?zāi)Ｏ灅渲Ａ?/p>

常溫下為不透明或半透明的固體，有固定的熔點(diǎn)或較窄的凝固溫度區(qū)間，熔化后粘度較小。蠟質(zhì)類礦物蠟（如石蠟、微晶蠟、地蠟、褐煤蠟）動(dòng)物蠟（如蜂蠟、蟲白蠟（川蠟）、羊毛蠟等）植物蠟（如棕櫚蠟、小冠椰子蠟等）人造蠟（如硬脂酸、脂肪醇和脂肪酸等）蠟質(zhì)類常分為：

主要有松香、改性松香、松香酯等。在常溫下為透明的脆性固體，沒有固定的熔點(diǎn)，熔融后粘度較大，流動(dòng)性差。它們?cè)诔叵露际遣ＡB(tài)非晶質(zhì)材料，基本特征是硬而脆。

松香類

熔模鑄造中所用的主要是聚烯烴，例如

聚乙烯

EVA（乙烯-醋酸乙烯酯共聚物）

聚苯乙烯等塑料其性能比蠟強(qiáng)韌、熔融后的粘度大，流動(dòng)性極差，收縮率很大。高分子聚合物②模料原材料的性能

晶態(tài)物質(zhì)。石蠟是石油加工的副產(chǎn)品，外觀為白色或淡黃色的晶體。可分為：精制白石蠟、白石蠟和黃石蠟三種。分子通式為CnH2n+2，n=17～36

（n碳原子數(shù)）石蠟

石蠟（工業(yè)白石蠟）CnH2n+2n=17～36

碳原子數(shù)n↑熔點(diǎn)↑強(qiáng)度↑

C17H3622℃熔點(diǎn)

C36H7476℃熔點(diǎn)

石蠟牌號(hào)：50，52…,70。

熔模鑄造廣泛使用58～64精制白石蠟

熔點(diǎn)較低，化學(xué)穩(wěn)定性好,耐熱性較差，在140℃以上分解碳化，流動(dòng)性好，具有良好的塑性；但強(qiáng)度和硬度較低，收縮率較大（約為0.6～1.5%），涂掛性較差，容易結(jié)晶。石蠟特點(diǎn)

硬脂酸是含有十八個(gè)碳原子的高級(jí)飽和脂肪酸，也稱十八酸。分子式為C17H35COOH，熔點(diǎn)69.4℃。不溶于水，溶于有機(jī)溶劑。

硬脂酸的熱穩(wěn)定性、強(qiáng)度和硬度都比石蠟高。作用：提高模料的軟化點(diǎn)、流動(dòng)性、涂掛性和表面硬度。

硬脂酸

在熔模鑄造生產(chǎn)過程中，硬脂酸能與化學(xué)活性比氫強(qiáng)的金屬（如Fe、Al等）起置換反應(yīng)，與堿性物質(zhì)和堿性氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而皂化，生成相應(yīng)的皂化物而使模料變質(zhì)。

聚乙烯是結(jié)晶型高分子聚合物。分子量一般在103～107之間，熔點(diǎn)為105～135℃。聚乙烯的強(qiáng)度和韌性要比蠟質(zhì)材料高得多。熔模鑄造生產(chǎn)中常用聚乙烯做模料強(qiáng)化劑。聚乙烯

它是由乙烯和醋酸乙烯單體共聚制得。熔模鑄造通常采用EVA作為模料強(qiáng)化劑，加入模料中能提高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、韌性、細(xì)化表面粗糙度，但使模料收縮增大。

EVA價(jià)格較高。

乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）

松香是一種硬脆性的非晶態(tài)透明天然樹脂，它通常是由松樹割開樹皮后分泌出的松脂經(jīng)蒸餾、分離松節(jié)油及雜質(zhì)后精制而成。松香主要由松香酸(70～85%,)和胡椒酸(10～15%)組成。分子通式表示：C19H29COOH

軟化點(diǎn)：70～90℃松香

松香具有比蠟高的強(qiáng)度和表面硬度，比蠟小得多的收縮率。松香的化學(xué)性能不穩(wěn)定，易被皂化。用途：常與蠟料、聚合物等混合

作用：提高模料強(qiáng)度、熔點(diǎn)及表面硬度，減少收縮，改善涂掛性，但使模料有脆性、發(fā)粘。

利用松香酸在催化劑作用下與醇、酐進(jìn)行酯化反應(yīng)而得。改性松香具有較高的熔點(diǎn)，化學(xué)性能穩(wěn)定，力學(xué)性能明顯比一般松香好。

改性松香

模料中加入改性松香可提高模料的強(qiáng)度、韌性、熱穩(wěn)定性和硬度，并能降低熔模的粗糙度。常用的改性松香為210#和424#。聚合松香

松香在催化劑參與下聚合而成的松香。強(qiáng)度、熔點(diǎn)和軟化點(diǎn)都有所增加。

①按照模料的熔點(diǎn)來分

高溫模料（熔點(diǎn)＞120℃）

中溫模料（熔點(diǎn)＝60℃～120℃）

低溫模料（熔點(diǎn)＜60℃）（3）模料種類與性能

蠟基模料以石蠟-硬脂酸，石蠟-聚烯烴為代表

樹脂基模料以樹脂和改性樹脂為代表

填料模料以固體粉末為填料

水溶性模料分尿素基和聚乙二醇基兩種類型

②按照模料基體材料的成分來分蠟基模料成本較低，工藝性能良好，力學(xué)性能較差，熱穩(wěn)定性低，收縮大，易回收

應(yīng)用于質(zhì)量要求不高的鑄件上樹脂基模料成本較高，工藝性能較差，力學(xué)性能良好，熱穩(wěn)定性較好，收縮較小，壽命短

應(yīng)用于航天航空和出口的高質(zhì)量件上配比：①石蠟—硬脂酸模料（低溫模料）石蠟︰硬脂酸=1︰1

優(yōu)點(diǎn)：熔點(diǎn)較低（50～51℃），易于配制，復(fù)用性好。不足：軟化點(diǎn)過低（31℃），收縮略大，硬脂酸價(jià)格過高。

國內(nèi)應(yīng)用廣（4）蠟基模料

石蠟與硬脂酸配合使用，調(diào)整其比例來控制性能（軟化點(diǎn)、強(qiáng)度等）

石蠟含量增加——強(qiáng)度增高，熱穩(wěn)定性下降硬脂酸含量增加——軟化點(diǎn)、流動(dòng)性、涂掛性、表面硬度提高，強(qiáng)度下降

石蠟-硬脂酸模料性能

項(xiàng)目單位性能指標(biāo)備注熔點(diǎn)℃50～51軟化點(diǎn)℃31熱穩(wěn)定性針入度1/10mm22表面硬度收縮率%2.05自由收縮抗彎強(qiáng)度MPa1.90流動(dòng)性mm110.2焊接性MPa0.65灰分%0.09②石蠟-低分子聚乙烯模料（中溫模料）95%石蠟（62℃）+5%低分子聚乙烯配比：

此種模料熔點(diǎn)為65～70℃

軟化點(diǎn)約為34℃

用低分子聚乙烯代替硬脂酸配制的蠟基模料，具有強(qiáng)度高、韌性好、收縮率低、熔模表面光滑、化學(xué)性能穩(wěn)定、在使用時(shí)不會(huì)皂化、模料回收方便等優(yōu)點(diǎn)。但此種模料的粘度較大，制模時(shí)要適當(dāng)提高糊狀模料的溫度和壓力。特點(diǎn)

在循環(huán)使用時(shí)，模料的性能變化會(huì)變壞：脆性增大，灰塵增多，流動(dòng)性下降，收縮率增大，顏色由白邊褐，這些主要與模料中硬脂酸變質(zhì)有關(guān)，也有其它原因。蠟基舊模料的性能變化③蠟基模料回收

目的：除水、除塵、還原皂化物方法：①酸處理皂化物；

②沉降分離和過濾，以去除水分和粉塵。

使用松香基模料時(shí)，回收的模料用來制作澆冒口和熔模使用蠟基模料，脫模后所獲模料可回收，再用來制造新的熔模。蠟基模料變質(zhì)的原因硬脂酸呈酸性，它能和化學(xué)活性比氫強(qiáng)的金屬反應(yīng)，如熔制熔模時(shí)，與一些鋁、鐵工具接觸便發(fā)生以下置換反應(yīng)：A

蠟基模料中硬脂酸變質(zhì)（發(fā)生皂化反應(yīng)）用水玻璃作型殼粘結(jié)劑時(shí)，硬脂酸會(huì)與NaOH發(fā)生如下中和反應(yīng)：在熔失熔模時(shí)，硬脂酸會(huì)和硬水中的Ca、Mg鹽類起復(fù)分解反應(yīng)：以上反應(yīng)統(tǒng)稱為皂化反應(yīng)，所產(chǎn)生的硬脂酸鹽稱為皂化物，大都不溶于水，不易去除，影響模料性能，降低鑄件質(zhì)量。B

砂和涂料污染

熔模制好后，熔模表面要涂掛涂料、撒砂以制出型殼，在制造熔模、制殼以及與脫蠟過程中，有時(shí)會(huì)受到砂和涂料等異物的污染。所以，制模車間一定要注意工作場地的衛(wèi)生，防止模料污染。C熔失熔模時(shí)過熱，石蠟燒壞、氧化變質(zhì)蠟基模料回收方法回收方法：酸處理法（效果明顯，方法簡單）活性白土法電解處理法

蠟液中加入25%～35%的水，加熱至80～90℃，然后加入3%～5%的工業(yè)鹽酸（或3%～6%的濃硫酸）繼續(xù)加熱，使酸與模料充分反應(yīng)，保持1～2h后，靜置約2h，使水與模料分離，然后過濾，澆成錠，由于硬脂酸鐵與鹽酸反應(yīng)使可逆的且很快達(dá)到平衡，因此模料中的硬脂酸鐵難以去除干凈。酸處理法

模料+25～35%水（占模料重）加3～5%

鹽酸（或2～5%硫酸）靜置，使模料充分反應(yīng)

鹽酸和硫酸都可使除硬脂酸鐵以外的硬脂酸鹽還原為硬脂酸：80～90℃加熱攪拌保溫30～40分

不足：可逆，不能完全處理干凈

活性白土是一種經(jīng)酸處理后的粘土。好的白土孔隙率可達(dá)60～70%，有很大的比表面積，因而具有較高的吸附能力，能吸附模料中硬脂酸鹽。此外，活性白土中的陽離子（特別是Al3+）還能和模料中的帶負(fù)電荷的膠狀雜質(zhì)結(jié)集成中性質(zhì)點(diǎn)，變成凝膠下沉。所以可用活性白土去除模料中的硬脂酸鹽?；钚园淄撂幚?/p>

生產(chǎn)中一般用此法作為鹽酸處理的補(bǔ)充工序，即每隔一段時(shí)間將用鹽酸處理過的模料加熱到120℃左右，向模料中加入烘干的活性白土（為模料重的10～15%）進(jìn)行攪拌，半小時(shí)后，在120℃下保溫靜置4～5h，待活性白土與液態(tài)模料充分分離后即可處理好模料。鹽酸處理過攪拌半小時(shí)120℃下保溫靜置4～5h模料120℃加熱烘干加白土10～15%不足：設(shè)備要求高，污染環(huán)境電解處理法電解法處理模料圖1-碳精棒，2-耐酸槽，3-回收模料，4-電解液，5-鉛板（有毒）

特點(diǎn)：分子大而不規(guī)則，熔點(diǎn)高，強(qiáng)度好酸性-COOH

非晶體收縮小而均勻樹脂（松香）（5）樹脂基模料加蠟質(zhì)材料改進(jìn)其脆、黏問題用合成樹脂代替天然樹脂,如：140號(hào)聚合松香424號(hào)改性松香石蠟地蠟EVA蟲白蠟30%25%30%5%5%5%配比①松香60%+川蠟30%+地蠟5%+聚乙烯5%②松香75%+川蠟15%+地蠟5%+聚乙烯5%或

目的：除水、除塵方法：靜置沉降分離，蒸發(fā)除水，過濾和

離心分離，真空技術(shù)的應(yīng)用

回收流程：靜置脫水?dāng)嚢枵舭l(fā)脫水靜置去污樹脂基模料回收水分通過靜止脫水和除水桶攪拌蒸發(fā)脫水灰分通過靜止桶靜置去污

在回收舊蠟中加入適量新的原材料，使其性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，這個(gè)過程稱模料再生，由此所得的產(chǎn)品稱為再生蠟。模料再生線收縮率灰分軟化點(diǎn)針入度

再生蠟通常必須檢測以下四項(xiàng)性能2.2.2制模（1）模料的制備成分和配比加料次序熔化溫度

蠟基模料水浴加熱蠟基模料常用狀態(tài)：糊狀模料（過濾雜質(zhì)）溫度：

48～52℃樹脂基模料熔化設(shè)備：不銹鋼電熱鍋?zhàn)⒁猓杭恿享樞驕囟龋?/p>

52～60℃（1）模料的制備

通常模料是由兩種或兩種以上原材料組成的。配制模料是按照規(guī)定的配比，將組成模料的原料先熔成液態(tài)，然后經(jīng)攪拌混合均勻，濾去雜質(zhì)，澆成錠塊或調(diào)制成糊膏狀供壓制熔模用，有時(shí)也可用液體模料直接澆制。（1）模料的制備配制方法：配制蠟基模料和松香基模料時(shí)常用

加熱熔化+攪拌的方法。

模料中分子結(jié)構(gòu)相似，分子極性相同的物質(zhì)互溶性好。反之，互溶性差或不互溶。如石蠟（線性分子結(jié)構(gòu)）和松香（體型）不互溶，若將地蠟或微晶蠟（枝型）加入其中或加入一些其他多聚物然后再加松香，則三者很快溶合在一起。模料配制需要遵循的原則A合理安排各組元的加料順序

石蠟加地蠟或微晶蠟加松香加熱溶解熔化混合(溶劑優(yōu)先，互溶在后)

B嚴(yán)格控制溫度上限和高溫停留時(shí)間避免模料的燒損和變質(zhì)

因?yàn)槟Ａ隙际歉鞣N碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，過熱會(huì)發(fā)生氧化裂解，影響模料性能。

C充分?jǐn)嚢?，濾去雜質(zhì)，保溫靜置

蠟基模料的熔點(diǎn)都低于100℃，為防止模料加熱時(shí)溫度太高而發(fā)生分解碳化現(xiàn)象，大多采用蒸汽加熱或熱水槽加熱。模料的配制方式

①蠟基模料的配制熔化蠟基模料的加熱槽

右圖為一種用水槽加熱熔化模料的裝置。通過電加熱器7把水加熱，以水為媒介，熱量通過蠟桶傳給模料4，將模料熔化。1-絕熱層，2-溫度計(jì)，3-蓋，4-模料，5-水，6-化料桶，

7-電熱器

對(duì)熔化后的模料要攪拌均勻，并用100號(hào)或140號(hào)篩過濾除去固態(tài)雜質(zhì)。而后在冷卻過程中通過攪拌將模料制成膏狀或糊狀，方法有旋轉(zhuǎn)槳葉攪拌法和活塞攪拌法兩種。

將1/3熔融蠟料和2/3的固體小塊蠟料放在容器中，旋轉(zhuǎn)的槳葉把固態(tài)蠟塊充分粉碎，并和液態(tài)蠟均勻混成糊狀。旋轉(zhuǎn)槳葉攪拌法1-模料2-槳葉

把熔融的模料放入活塞缸中，借助活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，迫使模料通過活塞上的小孔在活塞的兩面竄來竄去，模料被攪成糊狀。根據(jù)放入模料的量，可以控制混入模料中的空氣的量，使模料中的空氣以細(xì)小的形式存在，這樣可減少制模時(shí)的收縮率?；钊麛嚢璺?-活塞2-模料

樹脂基模料的熔點(diǎn)較高，一般用電阻爐或工頻爐加熱熔化。樹脂基模料的成分復(fù)雜，有的原材料不能互溶，因此配制樹脂基模料時(shí)，要注意加料次序。如：松香、地蠟、聚乙烯模料。先熔化石蠟，待升溫至約140℃，在攪拌的情況下逐漸加入聚乙烯，再升溫至約220℃加入松香。全熔以后在210℃時(shí)靜置20～30min以排除氣體。最后濾去雜質(zhì)，在降溫情況下對(duì)模料進(jìn)行攪拌，使成糊狀（60～80℃）。②樹脂基模料的配制

如模料混合不好，它的粘度就會(huì)增大，晶粒粗大，使熔模質(zhì)量降低，加熱時(shí)防止溫度過高，模料變質(zhì)燃燒。地蠟140℃加松香加熱加聚乙烯攪拌220℃加熱攪拌至全熔210℃靜置20～30分排除氣體濾去雜質(zhì)攪成糊狀60～80℃（2）制模（制造熔模）模料成形方法：

1）自由澆注成形

2）壓注成形

生產(chǎn)中多采用壓力把糊狀模料壓入壓型的方法來制造熔模。制模過程：先在壓型型腔表面涂一層分型劑，然后在一定溫度和壓力下將預(yù)制好的模料注入壓型，保壓一定時(shí)間，待模料凝固后打開壓型取出熔模，并入放水中冷卻。自由澆注成形自由澆注法使用液態(tài)模料。該法制得的熔模質(zhì)量差，輪廓不清晰，收縮大，尺寸精度差，故一般多用以制備澆注系統(tǒng)。（2）制模壓注法

使用的模料可以是液態(tài)、半液態(tài)（糊狀）、半固態(tài)，甚至固態(tài)模料，成形溫度低，凝固快，收縮小，熔模質(zhì)量輪廓清晰，生產(chǎn)率高。液態(tài)壓注特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：模料熔化后可直接裝入儲(chǔ)蠟缸而無需制備蠟膏缺點(diǎn)：模料凝固收縮大膏態(tài)壓注特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：模料凝固收縮小缺點(diǎn)：需制備蠟膏，在制備和裝填蠟膏時(shí)容易卷入空氣不同狀態(tài)的模料成形特點(diǎn)液態(tài)：熔點(diǎn)以上，黏度小、流動(dòng)性好；易產(chǎn)生紊流、飛濺，形成流痕、氣泡等缺陷漿狀：熔點(diǎn)以下，液相顯著多于固相，具有較好的流動(dòng)性；有較細(xì)的粗糙度糊膏狀：熔點(diǎn)以下，固相顯著多于液相，流動(dòng)性變差；有較粗的粗糙度模料的流變特性T

模料處于漿狀時(shí)，壓注壓力和壓型溫度對(duì)熔模表面粗糙度的影響很??；模料處于糊膏狀時(shí)，增大壓注壓力或提高壓型溫度有利于細(xì)化表面粗糙度，但效果有限。壓蠟工作現(xiàn)場壓蠟?zāi)Ｈ∠災(zāi)鹤囟葔荷鋲毫盒蜏囟缺簳r(shí)間影響蠟?zāi)Ｙ|(zhì)量的制模工藝參數(shù)

影響熔模質(zhì)量的因素很多，如模料的：

在保證良好的充填情況下，應(yīng)盡量降低模料的壓注溫度和壓型溫度。壓注溫度和壓型溫度

壓注溫度過高：在較厚部分容易產(chǎn)生縮陷，收縮過大。壓注溫度過低：模料粘度大，流動(dòng)性差，熔模容易產(chǎn)生皺紋或壓不滿，或者模料本身卷入氣體產(chǎn)生氣泡。一般石蠟—硬脂酸低熔點(diǎn)模料壓注溫度為45～48℃

以松香為基的模料壓注溫度為70～85℃壓注溫度和壓型溫度

壓型（模具）溫度主要影響熔模表面光潔度，變形和裂紋。提高模具溫度能提高熔模表面光潔度。但是溫度過高會(huì)增大熔模的收縮變形。模具（壓型）溫度太低會(huì)影響模料的充填性和復(fù)印性能。表面易產(chǎn)生流痕。

試驗(yàn)證明

壓制熔模合適的模具溫度應(yīng)控制在

30～35℃；壓制松香基模料其合適的模具溫度為

30～40℃。

壓力大，壓射速度大，若過大，模料易產(chǎn)生氣泡，表面不光潔等壓力過小易產(chǎn)生冷隔，澆不足等缺陷，尤其對(duì)薄壁的熔模壓射壓力一般重量在100kg以下的熔模，壓力小于

2個(gè)大氣壓超過100kg的熔模壓力大于2個(gè)大氣壓

保壓時(shí)間長可以減少模料的收縮變形，提高尺寸精度和表面光潔度。時(shí)間過長，熔模取出困難，易產(chǎn)生皺紋，降低生產(chǎn)率。一般保壓時(shí)間為45～60s。保壓時(shí)間壓注壓力↑保壓時(shí)間↑

壓蠟溫度↓壓型溫度↓

蠟?zāi)＞€收縮尺寸精確分型劑

壓制熔模時(shí)，在壓型上涂分型劑，對(duì)提高熔模的表面光潔度有重要作用，能防止熔模粘附壓型，但用量過多，熔模表面形成線痕、皺紋。

低溫模料：松節(jié)油50%+酒精50%

中溫模料：蓖麻油50%+酒精50%

復(fù)雜深孔零件：硅油

通常按施加壓力不同，常用的有三種壓臘器。柱塞式壓臘器氣壓式壓臘器活塞式壓臘器制模設(shè)備

熔模的好壞除了采用合理的工藝方法外，制模設(shè)備也很重要。

壓臘時(shí)，將模料裝于蠟桶2內(nèi)，把壓臘器的注蠟筒對(duì)準(zhǔn)壓型7的注蠟口，加力于柱塞1，模料便被壓入壓型腔內(nèi)，保壓凝固后，打開壓型，取出熔模。此法最簡單。手工壓制熔模時(shí)常用此法。但所加壓力較小，生產(chǎn)效率低，適合于小批單件生產(chǎn)條件下，用蠟基模料生產(chǎn)小型熔模。柱塞式壓臘器柱塞加壓法

模料放入密閉的保溫罐4中，向罐內(nèi)通入（2～3）×105Pa的壓縮空氣，將模料經(jīng)導(dǎo)管壓向蠟槍頭5。此法只適用于壓制蠟基模料。氣壓式壓蠟器氣壓加壓法

壓力機(jī)向活塞加壓，把模料擠入壓型中，因所用壓力較大，常用于壓制樹脂基模料。

活塞加壓法活塞式壓臘器

MPI公司生產(chǎn)的全自動(dòng)50噸壓蠟機(jī)

世界上先進(jìn)的制模設(shè)備當(dāng)屬美國MPI公司生產(chǎn)的全自動(dòng)壓蠟機(jī)，該機(jī)可以對(duì)蠟的溫度、流量、壓力及模具溫度進(jìn)行精確的控制。

單工位柱式壓蠟機(jī)單工位開式壓蠟機(jī)典型壓蠟設(shè)備雙工位液壓蠟?zāi)鹤C(jī)雙工位開式射蠟機(jī)典型壓蠟設(shè)備2.2.3蠟?zāi)＝M裝組裝：根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求，將經(jīng)整修檢驗(yàn)合格的鑄件熔模和澆冒系統(tǒng)熔模組合成整體模組。方法：焊接法機(jī)械組裝法組合完畢的蠟?zāi)Ｄ＝M要從壓型、模料、制模工藝三方面來努力獲得優(yōu)質(zhì)蠟?zāi)４笠?guī)模工業(yè)生產(chǎn)中采用機(jī)械加工壓型生產(chǎn)蠟?zāi)ＤＡ戏譃橄灮渲鶅煞N制模工藝有：壓射壓力、保壓時(shí)間、蠟溫、型溫零件試制或小批單次生產(chǎn)時(shí)，可以使用快速成形技術(shù)制造蠟?zāi)；蚍茐盒涂偨Y(jié)

型殼制備

生產(chǎn)精密熔模鑄件就必須制造優(yōu)質(zhì)型殼

型殼的制造工藝——涂掛法熔模鑄造型殼多層型殼：涂掛法制殼—（浸涂）最常用噴涂法刷涂法型殼的制造制模工藝制殼工藝澆注工藝清理工藝鑄件尺寸精度鑄件結(jié)構(gòu)、形狀（大?。盒蜕a(chǎn)工藝薄沒有砂箱澆注前要焙燒型殼的特點(diǎn)

型殼強(qiáng)度透氣性耐火性脫殼性熱膨脹性熱震穩(wěn)定性砂型強(qiáng)度透氣性耐火性潰散性退讓性對(duì)型殼的要求實(shí)際工藝問題更多的是解決矛盾強(qiáng)度——透氣性強(qiáng)度——脫殼性型殼缺陷型殼表面裂紋涂料黏結(jié)劑耐火材料—粉撒砂耐火材料—砂型殼構(gòu)成型殼斷面圖2.3.1制殼耐火材料粘結(jié)劑耐火材料與粘結(jié)劑對(duì)應(yīng)工藝水玻璃硅砂剛玉莫來石高嶺石鋯砂水玻璃工藝硅酸乙酯硅酸乙酯工藝硅溶膠硅溶膠工藝制殼材料

耐火粉、砂占型殼重量的90%以上，很重要。面層型殼直接接觸金屬液，影響型殼致密性。背層型殼則影響型殼強(qiáng)度。（1）制殼耐火材料的作用與性能要求

耐火材料是組成型殼的基本材料，對(duì)型殼的性能及鑄件的表面質(zhì)量有著重要影響。①耐火材料性能對(duì)型殼性能的影響熔點(diǎn)耐火材料的熔點(diǎn)決定型殼的耐火度，所以耐火材料的熔點(diǎn)要高于金屬液的澆注溫度酸堿性耐火材料的酸堿性決定型殼的化學(xué)穩(wěn)定性，所以耐火材料要既不能與黏結(jié)劑反應(yīng)，也不能與金屬液反應(yīng)①耐火材料性能對(duì)型殼性能的影響熱膨脹系數(shù)耐火材料的熱膨脹系數(shù)越大，型殼收縮或膨脹越大，型殼強(qiáng)度越低，也越容易變形；型殼溫差大時(shí)，熱膨脹系數(shù)越大，型殼膨脹收縮越不一致，型殼熱震穩(wěn)定性越差導(dǎo)熱系數(shù)耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)大，型殼溫度易趨于一致，型殼熱震穩(wěn)定性高

常用耐火材料的線膨脹率

1-硅石(SiO2)2-氧化鎂(MgO)3-電熔剛玉(Al2O3)4-硅線石(Al2O·SiO2)5-耐火粘土6-鋯石(ZrO2SiO2)7-熔融石英(SiO2)①耐火材料性能對(duì)型殼性能的影響粒度合適的粒度搭配會(huì)增強(qiáng)型殼的致密性，從而提高型殼強(qiáng)度②對(duì)耐火材料的基本要求有足夠的耐火度好的熱化學(xué)穩(wěn)定性均勻且不大的熱膨脹系數(shù)合適的粒度價(jià)廉、無毒按用途分涂料用耐火材料撒砂用耐火材料陶瓷型芯用耐火材料按組成分鋁硅系耐火材料其他耐火材料（2）耐火材料分類①石英

石英—分子式：SiO2（自然界中最純的石英晶體統(tǒng)稱為水晶）；在地殼中的豐度為60%；是一種最常見并且應(yīng)用非常廣泛的非金屬礦物原料。石英（3）熔模鑄造常用耐火材料573℃163℃117℃870℃1470℃

石英的晶型轉(zhuǎn)化α－石英α－鱗石英α－方石英

β－石英β－鱗石英β－方石英

γ－鱗石英SiO2系統(tǒng)狀態(tài)圖

用石英砂（粉）制得的型殼，在加熱到573℃時(shí)由于β石英轉(zhuǎn)變?yōu)棣潦ⅲw積將聚然膨脹，其線膨脹率為1.4％，對(duì)型殼性能影響很大。石英砂（粉）性能特點(diǎn)熔化溫度1713℃；酸性，化學(xué)穩(wěn)定性差（容易與金屬液中的氧化物和堿性氧化物起化學(xué)反應(yīng)）；大而不均勻的熱膨脹系數(shù)，12.5×10-6℃-1

（在常用耐火材料中，石英的熱膨脹系數(shù)最大）

石英砂（粉）的應(yīng)用

石英砂（粉）適用于碳鋼、低合金鋼、鑄鐵及銅合金鑄件。對(duì)于高錳鋼和高合金鋼鑄件，由于鉻、鎳、鈦、錳、鋁等合金元素在高溫下易與酸性SiO2發(fā)生化學(xué)作用，造成鑄件表面麻點(diǎn)及粘砂缺陷，故不宜應(yīng)用石英材料。

石英的多晶轉(zhuǎn)變導(dǎo)致體積變化的不均勻性，影響型殼尺寸的線量變化不穩(wěn)定。用石英型殼制造的鑄件尺寸精度較低。

石英型殼的殘留強(qiáng)度低，脫殼性好，且石英的資源豐富、價(jià)格低廉，故至今仍是國內(nèi)熔模鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用的主要制殼材料之一。

石英粉塵對(duì)人體健康有害，會(huì)造成矽肺病。②熔融石英（石英玻璃）

熔融石英（石英玻璃）是用天然高純度SiO2經(jīng)電爐在高于1760℃以上溫度熔融，隨后快速冷卻而制成的。

透明石英（1200℃開始析晶）

不透明石英（1100℃開始析晶）石英玻璃析晶——石英玻璃在高溫下長時(shí)間使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生α方石英晶體，即發(fā)生所謂的析晶現(xiàn)象。熔融石英性能特點(diǎn)熔化溫度1713℃；酸性；熱膨脹系數(shù)小，(0.51～0.63)×10-6℃-1

（幾乎是所有耐火材料中最小的）；優(yōu)良的熱震穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。價(jià)格昂貴熔融石英的應(yīng)用

熔融石英是理想的熔模鑄造制型、芯的耐火材料，已被廣泛用于陶瓷型芯及型殼的面層或背層用耐火材料。熔融石英型殼性能較好，但價(jià)格昂貴，在生產(chǎn)精密昂貴鑄件時(shí)適合作為型殼。

③電熔剛玉電熔剛玉用工業(yè)氧化鋁（晶型為γ-Al2O3）加碳在電弧爐內(nèi)熔融后制得的結(jié)晶α-Al2O3，則稱為電熔剛玉。品種主要有電熔棕剛玉和電熔白剛玉兩種。白剛玉的氧化鋁含量大于98％）。

自然界天然存在的α-Al2O3晶體叫做剛玉。電熔剛玉性能特點(diǎn)熔點(diǎn)2050℃線膨脹系數(shù)小（8.6×10-6℃-1）且均勻中性化學(xué)穩(wěn)定性高價(jià)格昂貴（約為石英砂的數(shù)十倍）、資源短缺電熔剛玉應(yīng)用

熔模鑄造用電熔白剛玉。用電熔剛玉制得的型殼，其尺寸穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及高溫化學(xué)穩(wěn)定性均優(yōu)于石英，是熔模鑄造良好的耐火材料。電熔剛玉價(jià)格昂貴，目前僅應(yīng)用于耐熱高合金鋼、不銹鋼和鎂合金等鑄件的制殼耐火材料，也可以用于制作陶瓷型芯。④鋯砂

鋯砂又稱硅酸鋯或鋯英石，是天然存在的礦物材料，其分子式為ZrO2·SiO2或ZrSiO4，理論組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為

ZrO267.3%SiO232.77%

常含有w(HfO2)0.5%～3.0%、w(TiO2)0%～2%和微量稀土氧化物。

鋯砂是ZrO2-SiO2二元系中唯一的化合物。硅酸鋯在低于液相線溫度下分解為ZrO2和SiO2。純硅酸鋯在1540℃開始緩慢分解，隨溫度升至1760℃而快速分解。其分解是可逆反應(yīng)，即分解產(chǎn)物可重新形成硅酸鋯。鋯砂性能特點(diǎn)熔點(diǎn)2430℃弱酸性熱膨脹較小而均勻（4.6×10-6℃-1）導(dǎo)熱系數(shù)較大熱震穩(wěn)定性好應(yīng)用

鋯砂作為面層材料具有細(xì)化晶粒的作用，常用作配面層涂料及撒砂材料，多用于不銹鋼等熔模鑄件的生產(chǎn)，有利于提高鑄件的表面質(zhì)量及尺寸精度。

鋯砂較貴，目前僅用于除高合金鋼外的其他高精度熔模鑄件的型殼面層。⑤鋁-硅系耐火材料

鋁-硅系耐火材料是以Al2O3和SiO2為基本化學(xué)組成的鋁硅酸鹽，在自然界蘊(yùn)藏量很大,是熔模鑄造中應(yīng)用的重要耐火材料。Al2O3-SiO2二元相圖耐火度高線膨脹系數(shù)比較?。ū裙枭凹皠傆裥。嵴鸱€(wěn)定性和熱化學(xué)穩(wěn)定性都比較好價(jià)格便宜鋁-硅系耐火材料的特點(diǎn)A高嶺石類熟料

高嶺石分子式為：Al2O32SiO22H2O，是組成高嶺土的主要礦物。

高嶺石

純高嶺石為白色，密度為2.6g·cm-3，熔融溫度1750～1787℃。高嶺石類熟料

高嶺石類熟料是將生高嶺石經(jīng)高溫煅燒，再經(jīng)破碎而成的。其主要相組成為莫來石和玻璃相或有少量的方石英。相組成與原材料中的Al2O3

含量、煅燒工藝等有關(guān)。高嶺石熟料性能特點(diǎn)耐火度約1800℃弱酸性熱膨脹系數(shù)6～8×10-61℃-1高溫下化學(xué)穩(wěn)定性良好

高嶺石熟料是一種性能良好、適用于熔模鑄造型殼背層（由于高嶺土本身含有較多的雜質(zhì)，不能用作面層）的耐火材料，在國內(nèi)外應(yīng)用廣泛。此類耐火材料有英國的莫洛卡特Molochite，美國的馬來粉砂以及我國的仿M合成料、陜西上店土、唐山和淮北等地的煅燒高嶺石。

B鋁礬土類熟料

鋁礬土是指Al2O3≥48％的鋁-硅系耐火材料。礦物組成：高嶺石和水鋁石(Al2O33H2O)

我國鋁礬土產(chǎn)地分布廣，以河南、貴州的質(zhì)量為佳。耐火度約1800℃弱酸性熱膨脹系數(shù)較小6～8×10-61℃-1高溫下化學(xué)穩(wěn)定性良好鋁礬土熟料性能特點(diǎn)應(yīng)用

鋁礬土熟料被用來作為背層制殼耐火材料。用于制造澆注不銹鋼和高溫合金的型殼，也可取代石英砂用于制造高強(qiáng)度水玻璃型殼。C莫來石

莫來石亦稱高鋁紅柱石。分子式：3Al2O3·2SiO2

自然界中天然的莫來石比較罕見,主要產(chǎn)于蘇格蘭莫爾島上。

莫來石通常是人工合成（高溫?zé)Y(jié)）的。

莫來石的性能特點(diǎn)密度為3.16g/cm3；膨脹系數(shù)約為5.4×10-6℃-1；熔點(diǎn)為1850℃；機(jī)械強(qiáng)度高，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)高溫抗變形能力強(qiáng)。

莫來石是一種優(yōu)良的制殼耐火材料。⑥特種耐火材料

鑄造鈦合金的發(fā)展史,從某種程度也可以說就是型殼的發(fā)展過程,主要包括耐火材料和粘結(jié)劑的發(fā)展。鈦合金熔模鑄造用耐火材料

迄今為止,在鑄鈦工業(yè)目前使用的鈦和鈦合金熔模精密鑄造的型殼材料有:①難熔金屬(鎢、鉬、鉭、鈮等)粉；②特種耐火氧化物(ZrO2、Y2O3、一些稀土金屬氧化物以及CaO等)。

面層：氧化鋯和氧化釔（氧化鋯主要用于民品件生產(chǎn)，而氧化釔則主要用于航空鑄件的生產(chǎn)）

過渡層：莫來石、鋁礬土，粘結(jié)劑為硅酸乙酯

背層：鋁礬土，粘結(jié)劑為硅溶膠鈦合金熔模精密鑄造的型殼材料

面層：剛玉，粘結(jié)劑為硅溶膠

背層：莫來石，粘結(jié)劑為硅溶膠高溫合金熔模鑄造型殼用耐火材料耐火材料化學(xué)性質(zhì)熔點(diǎn)/℃

密度/g·cm-3熱膨脹系數(shù)/10-6℃-1

應(yīng)用石英酸性17132.612.5精度不高件面、背層石英玻璃酸性17132.20.5高精度件型殼、芯電熔剛玉兩性20503.99～4.028.6高精度件面層（高合金鋼），芯鋯砂弱酸性＜19484.5～4.94.6高精度件（非高合金鋼）面層高嶺石熟料弱酸性1700～17902.4～2.65.0背層鋁礬土熟料弱酸性18003.1～3.55.0～5.8背層常用制殼耐火材料性能及應(yīng)用耐火材料選用原則是否可以生產(chǎn)高精度鑄件看熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù)較小而均勻的材料可以生產(chǎn)高精度鑄件是否可以生產(chǎn)合金鋼看酸堿性不同金屬材質(zhì)具有不同的酸堿性。各種耐火材料的酸堿性要和金屬材質(zhì)的酸堿性相適應(yīng)。酸性材料會(huì)與合金鋼中堿性元素發(fā)生反應(yīng)，故酸性材料不能生產(chǎn)合金鋼用在面層還是背層看酸堿性面層材料要不與材料發(fā)生反應(yīng)；看經(jīng)濟(jì)性面層材料用量較少，一般價(jià)格高的材料用在面層2.3.2制殼黏結(jié)劑（1）粘結(jié)劑的性能要求很好的潤濕模組，又不與模料反應(yīng)，準(zhǔn)確的復(fù)制出熔模輪廓，并獲得表面光潔的型腔。黏結(jié)劑與耐火材料有牢固的結(jié)合能力，在不同溫度、外力及應(yīng)力作用下而不破壞。型殼焙燒后能形成耐火的物質(zhì)，具有高溫化學(xué)穩(wěn)定性，不與澆注金屬液反應(yīng)適當(dāng)?shù)酿ざ燃戳髯冃?，制殼時(shí)有良好的涂掛性和滲透性。易于貯存，來源廣，價(jià)廉。能潤濕能粘住能耐火能涂掛

（2）黏結(jié)劑種類硅溶膠硅酸乙酯水基醇基水玻璃目前熔模鑄造及陶瓷型鑄造使用的粘結(jié)劑包括：

硅溶膠、硅酸乙酯、水玻璃粘結(jié)劑中起粘結(jié)作用的都是硅酸膠體。

膠體是分散質(zhì)粒子直徑在1nm～100nm之間的分散系。（3）硅酸膠體TEM（納米級(jí)）下的硅酸膠體照片①硅酸分子結(jié)構(gòu)硅酸分子式：Si(OH)4硅酸超過一定濃度時(shí)，發(fā)生縮聚反應(yīng)：②膠核的形成

隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行,形成越來越多的Si-O-Si鍵，逐步連接成三維結(jié)構(gòu)的球狀聚合物，即膠核。

膠核的表面仍存在著很多-OH

運(yùn)動(dòng)著的膠粒碰撞在一起，膠粒之間仍會(huì)發(fā)生聚合膠粒間聚合漫延到整個(gè)溶膠體系，膠粒連接成一體，體系體積收縮、粘度增大、失去流動(dòng)性，變成凝膠阻力——膠核帶電，相互排斥pH值電解質(zhì)動(dòng)力——膠粒運(yùn)動(dòng)，碰撞聚合溫度濃度硅酸膠體從溶膠轉(zhuǎn)變到凝膠的過程③硅酸膠體的狀態(tài)

凝膠是溶膠失去流動(dòng)性后,富含液體的半固態(tài)物質(zhì)；

凝膠再繼續(xù)干燥脫水后，得到固態(tài)的干凝膠。溶膠凝膠④型殼強(qiáng)度的建立

硅酸膠體由溶膠變?yōu)槟z的過程稱為膠凝。

型殼強(qiáng)度建立的過程就是涂料中的粘結(jié)劑由溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)槟z，再變成干凝膠的過程。膠凝過程膠凝溶膠凍膠凝膠加熱

溶劑揮發(fā)細(xì)微的二氧化硅結(jié)晶900～1000℃

水玻璃又稱泡花堿，是可溶性堿金屬的硅酸鹽溶于水后形成的，其分子式用化學(xué)通式表示：。①水玻璃（4）熔模鑄造用粘結(jié)劑水玻璃作型殼粘結(jié)劑的特點(diǎn)

總而言之，比硅酸乙酯、硅溶膠所制型殼性能差。

優(yōu)點(diǎn)：①來源廣，價(jià)格廉

缺點(diǎn)：①與蠟?zāi)櫇裥圆睥谡扯却螈酆琋a2O→型殼高溫強(qiáng)度低

→抗變形能力低→鑄件精度低涂料粉液比低涂層致密性降低鑄件表面不光熔模鑄造中水玻璃粘結(jié)劑的硬化機(jī)理

水玻璃的基本組成是硅酸鈉和水（聚硅酸鈉水溶液）。硅酸鈉是強(qiáng)堿弱酸鹽，在水中極易水解：

加入酸性物質(zhì)，有利于聚硅酸鈉水解，使水解反應(yīng)向右進(jìn)行。在熔模鑄造中常用酸性鹽作硬化劑，如：NH4Cl、結(jié)晶AlCl3、聚合AlCl3和結(jié)晶MgCl2。

當(dāng)用NH4Cl水溶液作硬化劑，與水玻璃型殼相遇時(shí)，將發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：

水解的結(jié)果使水玻璃溶液中硅酸濃度升高，硅酸分子中硅羥基不斷脫水聚合成聚硅酸大分子，繼而成為硅酸溶膠，最后凝聚成為不可逆的硅酸凝膠，使型殼具有常溫強(qiáng)度。

水解同時(shí)有NaCl和NH3產(chǎn)生。其中NaCl當(dāng)用熱水脫模后并經(jīng)800℃以上高溫焙燒去除。NH3則污染空氣，惡化環(huán)境，這是NH4Cl水溶液作硬化劑存在的主要問題。熔模鑄造用水玻璃的性能指標(biāo)

水玻璃的模數(shù)、密度對(duì)型殼的質(zhì)量及制殼工藝有很大的影響。

模數(shù)

M=3.0～3.6密度

ρ=1.29～1.31g/cm3

水玻璃的表征指標(biāo)主要有模數(shù)與密度。熔模鑄造用水玻璃的性能指標(biāo)為：模數(shù)

模數(shù)（M）：是水玻璃中的SiO2摩爾數(shù)與Na2O摩爾數(shù)之比值，可表示為：密度

密度ρ一般可間接表示水玻璃溶液中硅酸鈉的含量（單位g/cm3）表示。

低密度的水玻璃黏結(jié)劑可保證型殼密度（有利于提高粉液比），硬化時(shí)收縮小，硬化速度快，強(qiáng)度低，僅在面層涂料中使用。

型殼強(qiáng)度（硬化速度快）

M涂料穩(wěn)定性（易老化、結(jié)皮、分層）涂料粉液比（型殼致密程度降低）降低模數(shù)，加NaOH，提高Na2O含量提高模數(shù)，加入無定形SiO2（硅膠粉末或沉淀白炭黑）降低密度加入水

氯化鈉是水玻璃中有害雜質(zhì)，因此不宜用HCl或NH4Cl來調(diào)高水玻璃的模數(shù)。水玻璃模數(shù)與密度調(diào)整水玻璃作型殼粘結(jié)劑的特點(diǎn)Na2O·2SiO2共晶物在熔點(diǎn)793℃時(shí)出現(xiàn)液相，并使型殼軟化變形，因此，水玻璃作粘結(jié)劑的型殼所澆鑄件尺寸精度、表面光潔度都較差，用于一些要求不高的碳素鋼件和有色金屬鑄件，在近凈形熔模鑄造中用得較少。硅酸乙酯又稱正硅酸乙酯。一般硅酸乙酯呈油性，為無色、透明或棕黃色液體（有雜質(zhì)）閃點(diǎn)為53℃，易燃，應(yīng)注意防火有醚味，對(duì)眼睛、呼吸道有刺激作用，應(yīng)密封保存硅酸乙酯的物理性質(zhì)

②硅酸乙酯

硅酸乙酯是優(yōu)質(zhì)粘結(jié)劑，型殼性能好：表面張力低，黏度小，涂料涂掛性好（醇基）涂料粉液比高（粘度?。?，涂層致密，鑄件光潔型殼室溫、高溫強(qiáng)度高，尺寸穩(wěn)定，高溫變形及開裂的傾向小，表面粗糙度低，鑄件表面質(zhì)量好烘干（氨催化）生產(chǎn)周期短價(jià)格較貴（＞1萬元/噸）對(duì)環(huán)境有一定污染，工業(yè)發(fā)達(dá)國家現(xiàn)使用有下降的趨勢硅酸乙酯黏結(jié)劑特點(diǎn)原硅酸乙酯是由下列物質(zhì)組成的

化學(xué)通式，n=1時(shí)，稱為正乙酯或單乙酯，n=2,3…，稱為貳乙酯，叁乙酯…

。單乙酯

貳乙酯

捌乙酯

混合物

……

硅酸乙酯32以單—貳乙酯混合物為主,

SiO2=32～34%

硅酸乙酯40以肆—陸乙酯混合物為主,

SiO2=40～42%

由于硅酸乙酯中的SiO2全部以乙酯化合物存在，沒有單獨(dú)的SiO2溶膠，因此，硅酸乙酯需水解后才能作為黏結(jié)劑。

實(shí)質(zhì)上是硅酸乙酯中的乙氧基（C2H5O或RO）被水中羥基（OH）所取代的過程。水解反應(yīng)硅酸乙酯的水解過程（硬化原理）

由于Si-OH之間脫水聚合傾向很強(qiáng)，故乙氧基硅醇極不穩(wěn)定，易發(fā)生如下縮聚反應(yīng)：硅酸乙酯的水解過程可表述為

隨著膠凝過程進(jìn)一步進(jìn)行，乙氧基不斷被羥基取代，水解作用趨于完全。網(wǎng)狀的有機(jī)硅聚合物逐漸變?yōu)闊o機(jī)硅聚合物，其分子結(jié)構(gòu)式為：

制好型殼硬化時(shí)，希望分子聚合形式從線型轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型，水解液變成凝膠，失去流動(dòng)性，有一定強(qiáng)度。

硅酸乙酯水解就是要通過加水量的多少以控制硅醇的聚合形式。

縮聚產(chǎn)物的分子聚合形式—線型和體型兩類

配涂料時(shí)，希望其中分子聚合以線型為主，以使水解液流動(dòng)性好。多SiO2全部形成膠體中線形高聚物少貳乙酯

因此，水解硅酸乙酯時(shí)，加入的水量應(yīng)使之間。加水量對(duì)硅酸乙酯水解產(chǎn)物的影響

生產(chǎn)實(shí)踐表明多加水量形成的一次溶膠，不穩(wěn)定，易凝，型殼易開裂，強(qiáng)度低。生產(chǎn)中多使用中等加水量，水解后形成部分溶膠，在整個(gè)制殼中，繼續(xù)水解縮聚，制殼完成時(shí)，SiO2全部變?yōu)槿苣z并迅速膠凝,這樣的型殼強(qiáng)度更佳。

因水和硅酸乙酯不能互溶，如單獨(dú)把它們放在一起，水解反應(yīng)很難在整個(gè)體系內(nèi)均勻進(jìn)行，在硅酸乙酯不能和水充分接觸的地方，會(huì)形成不完全水解產(chǎn)物—有機(jī)硅聚合物。水解時(shí)常用酒精或丙酮作媒介。水解時(shí)加入少量鹽酸或醋酸作催化劑（同時(shí)為加快反應(yīng)速度）。水解加入物硅酸乙酯水溶劑（酒精）催化劑（鹽酸）附加物水解計(jì)算（以水解1gk硅酸乙酯計(jì)算）水的加入量B（g）式中，M—置換1mol-OC2H5所需水的摩爾數(shù)

a—硅酸乙酯中-OC2H5的含量硅酸乙酯32硅酸乙酯40-OC2H5%82.672.9酒精的加入量C（mL）式中，ρ乙—酒精密度，0.8g/cm3；

S—原硅酸乙酯中SiO2%；

S′—水解液中SiO2%；

B—水解1kg硅酸乙酯的加水量實(shí)際加水量B′

生產(chǎn)中使用的是工業(yè)酒精，不是化學(xué)純酒精工業(yè)酒精本身含水2.3%，故實(shí)際加水量B′：鹽酸加入量D（mL）

式中，b—原硅酸乙酯中HCl%；

b＇—水解液中HCl%；

ρ鹽—鹽酸密度1.18g/cm3；

C鹽—鹽酸濃度35.4%

硅酸乙酯40M0.35SiO216～18%

陳化時(shí)間20～24h最佳水解參數(shù)提示：以上公式是水解1kg硅酸乙酯時(shí)的加水量、酒精、實(shí)際加水量及鹽酸加入量計(jì)算式

除水解液成分對(duì)型殼性能有影響外，水解工藝對(duì)型殼性能也有影響，應(yīng)重視水解工藝。水解工藝方法有：一次水解，二次水解和綜合水解三種。使用最多的為一次水解。硅酸乙酯水解工藝一次水解：先將全部酸、水、酒精攪拌成酸化水，然后在攪拌狀態(tài)下加入硅酸乙酯。要點(diǎn)：使水解反應(yīng)的溫度保持在40℃～50℃之間加完硅酸乙酯后繼續(xù)攪拌30～60min停放16h以上，備用

硅溶膠即膠體二氧化硅，是一類無定形二氧化硅粒子在水介質(zhì)中的分散體系。硅溶膠是將水玻璃經(jīng)過離子交換后去掉其中的鈉離子和其它雜質(zhì)，再經(jīng)濃縮制得的。它是硅酸的多分子聚合物，為較純凈的硅酸水溶液，也稱硅酸溶膠。白乳色或青白色溶液，分子式為nH2O·mSiO2。③硅溶膠

優(yōu)點(diǎn)：配制涂料工藝簡單，制殼時(shí)不需專門的硬化劑穩(wěn)定性好，可長期存放不需氨干，有利于環(huán)保型殼高溫強(qiáng)度比硅酸乙酯更高缺點(diǎn)：潤濕性、涂掛性較差，故鑄件光潔度差些型殼干燥速度慢，生產(chǎn)周期長濕強(qiáng)度低硅溶膠黏結(jié)劑及其所制型殼特點(diǎn)熔模鑄造用硅溶膠的物化參數(shù)SiO2含量

Na2O含量密度

PH值粘度膠粒直徑

它們與硅溶膠涂料和型殼性能關(guān)系密切硅溶膠的物化參數(shù)對(duì)涂料及型殼性能的影響

硅溶膠SiO2含量與型殼高溫強(qiáng)度的關(guān)系SiO2含量密度反映硅溶膠中膠體多少型殼強(qiáng)度高低硅溶膠的物化參數(shù)對(duì)涂料及型殼性能的影響

SiO2-H2O體系膠凝時(shí)間與pH值關(guān)系NaO2含量pH值反映硅溶膠的穩(wěn)定性

涂料粉液比與型殼強(qiáng)度的關(guān)系曲線運(yùn)動(dòng)粘度反映硅溶膠的粘稠程度決定粉液比，影響型殼強(qiáng)度硅溶膠的物化參數(shù)對(duì)涂料及型殼性能的影響粒子直徑大小型殼強(qiáng)度、溶膠的穩(wěn)定性

膠粒大小不同其凝膠結(jié)構(gòu)硅溶膠的物化參數(shù)對(duì)涂料及型殼性能的影響幾種黏結(jié)劑性能比較

表面致密度低，表面易產(chǎn)生缺陷；高溫強(qiáng)度差，僅為后兩者的幾十分之一；易開裂、變形。

成本低，型殼強(qiáng)度高、尺寸精度高、鑄件光潔度好，較水玻璃質(zhì)量好，比硅酸乙酯價(jià)廉

制殼周期短，無需另加潤濕劑、消泡劑；工藝較復(fù)雜，成本較高。

水玻璃

硅溶膠

硅酸乙酯幾種黏結(jié)劑應(yīng)用黏結(jié)劑應(yīng)用硅溶膠

生產(chǎn)高精度鑄件，是綠色（水基）黏結(jié)劑，應(yīng)用日益增多硅酸乙酯生產(chǎn)高精度鑄件水玻璃生產(chǎn)精度低鑄件2.3.3型殼制造制殼原理

制殼過程是硅酸膠體凝膠的過程。涂料中的粘結(jié)劑把耐火材料及撒砂粘結(jié)在模組外邊，形成所需形狀的型殼。硅溶膠型殼采用干燥硬化，即讓型殼干燥，水分蒸發(fā)，使硅溶膠濃度增加，達(dá)到膠凝臨界濃度時(shí)，硅溶膠則膠凝。每制一層型殼有三個(gè)工序：上涂料、撒砂、干燥，如此反復(fù)多次就可以得到所需厚度的多層型殼。制殼工藝流程配涂料上涂料撒砂干燥硬化脫蠟焙燒

制殼時(shí)，每涂掛和撒砂一層后，必須進(jìn)行充分的干燥和硬化。制殼過程——分層制造

鋯英粉剛玉粉石英粉——用于碳鋼莫來石粉石英玻璃粉鋁礬土高嶺土涂料常用耐火粉料主要用于高溫合金——（1）配制涂料涂料組成涂料中的附加物表面活性劑消泡劑濕強(qiáng)度添加劑水玻璃硅酸乙酯硅溶膠涂料常用黏結(jié)劑

強(qiáng)度透氣性熱化學(xué)穩(wěn)定性脫殼性涂掛性覆蓋性黏度流動(dòng)性涂料性能要求涂料性能控制

涂料的黏度懸浮液內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦。流杯黏度生產(chǎn)中常用流杯黏度計(jì)來控制涂料工藝性能，流杯黏度用100ml流杯涂料的流空時(shí)間表示。各國用的流杯中國美國英國流杯

測定流杯黏度

配涂料時(shí)，一般希望提高涂料的粉液比（保證型殼強(qiáng)度），但往往其流動(dòng)性不好，會(huì)使涂料的覆蓋性惡化。涂料粉液比和流動(dòng)性

粉液比高低，取決于硅溶膠的粘度和耐火粉料的粒度及粒度級(jí)配。配涂料時(shí)，使用粒度分布具有兩個(gè)峰值的粉料，可在一定程度上提高涂料的粉液比，又不降低涂料的流動(dòng)性，其原因在于，大顆粒間隙中的液相被小顆粒擠出。涂料黏度及其影響因素

涂料的黏度對(duì)型殼性能的影響：流動(dòng)性、涂層厚度、涂掛性。影響涂料黏度的因素：黏結(jié)劑黏度粉液比耐火材料性質(zhì)涂料攪拌與存放時(shí)間①水玻璃涂料組成水玻璃耐火粉料表面活性劑面層加固層石英粉鋁硅系粉②硅酸乙酯涂料

硅酸乙酯水解液本身具有強(qiáng)的潤濕能力和滲透力，所以涂料中無需潤濕劑，另外醇類形成的液膜強(qiáng)度低、易揮發(fā)，因此氣泡易破裂，無需消泡劑。③硅溶膠涂料

硅溶膠中SiO2的含量越高，型殼強(qiáng)度越高，可根據(jù)用途和生產(chǎn)合金的情況進(jìn)行稀釋（用蒸餾水作稀釋劑）。稀釋后硅溶膠中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不應(yīng)低于20%，否則將因型殼的表面強(qiáng)度不高而造成鑄件表面質(zhì)量惡化。目前大多數(shù)工廠均直接使用w(SiO2）為30%的硅溶膠配涂料。

涂料配制常采用連續(xù)式沾漿機(jī)

一般先加黏結(jié)劑（對(duì)于硅溶膠黏結(jié)劑，還應(yīng)加入潤濕劑、消泡劑以及增黏劑等），在攪拌中再加入粉料總量的90%左右進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁?4小時(shí)）混合后，最后加入剩余的粉料以調(diào)整涂料黏度。硅溶膠涂料制備方法

通用沾漿機(jī)

真空沾漿機(jī)攪拌桶（2）上涂料

涂料要均勻，不可缺涂、局部堆積或積存氣泡。方法：模組在涂料中不斷的翻轉(zhuǎn)和上下移動(dòng)。

硅溶膠型殼上涂料前要采用三氯乙烯、酒精、丁酮等有機(jī)溶劑清洗模組，清洗后的熔模晾干后就可以上涂料。

ABB機(jī)械手（3）撒砂

撒砂方法：

撒砂是為了增強(qiáng)型殼和固定涂料，可防止涂料干燥時(shí)因?yàn)槭湛s而產(chǎn)生穿透性裂紋。雨淋法沸騰法撒砂手工撒砂機(jī)械撒砂

撒砂由細(xì)到粗

80/100目（面層）

30/60目（過渡層）6/30目（背層）撒砂注意事項(xiàng)撒砂種類：應(yīng)與該層涂料耐火粉料一致，相同的膨脹系數(shù)，以加強(qiáng)撒砂與涂層結(jié)合力。嚴(yán)格控制砂的含水量，一般質(zhì)量分?jǐn)?shù)均應(yīng)小于0.3%。砂子濕度大極易產(chǎn)生浮砂堆積而導(dǎo)致型殼分層。合理選擇砂子粒度，通常從面層到背層粒度逐漸加粗。面層撒砂不能過粗，否則會(huì)穿透涂層造成鑄件表面凹凸不平，但撒砂過細(xì)又不利于形成較粗早的背層，不利于同下層牢固結(jié)合，容易造成型殼分層。每次撒砂的粒度分布都不宜過于集中，這樣才能使砂粒相互鑲嵌，提高型殼的致密度。嚴(yán)格限制砂中粉塵含量，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)小于0.3%。因?yàn)榉蹓m覆蓋在涂料上就不易掛上砂粒美國制殼車間機(jī)械手

干燥過程中型殼發(fā)生收縮，如果砂層薄、強(qiáng)度低就會(huì)形成裂紋。特別是對(duì)于面層，因面層厚度很薄，如果控制不當(dāng)容易產(chǎn)生裂紋和剝離。根據(jù)所用的粘結(jié)劑的不同，所用干燥、硬化方法也不同。（4）干燥①水玻璃型殼的干燥和硬化

水玻璃黏結(jié)劑需要通過干燥和化學(xué)硬化兩個(gè)環(huán)節(jié)才能完成水玻璃黏結(jié)劑型殼的干燥硬化。自然干燥化學(xué)硬化硬化后干燥干燥和硬化工藝過程為：自然干燥（硬化前干燥）

目的：去除水分（物理硬化）表面涂料層硬化前含水15%～20%。硬化前自然干燥（空干）是水玻璃型殼脫除自由水的過程。實(shí)踐表明，在其他條件相同時(shí)，硬化前經(jīng)干燥的型殼比不干燥的常溫強(qiáng)度高一倍左右。因?yàn)橹芷陂L，目前工廠只有面層采取空干，背層型殼沒有空干工序。①水玻璃型殼的干燥和硬化化學(xué)硬化

目的：通過化學(xué)反應(yīng)，使化合物中的SiO2以溶膠狀態(tài)析出；改變pH值使溶膠膠凝。硬化方法：將型殼放在硬化劑溶液（酸或酸性鹽水溶液）中進(jìn)行硬化。

如浸在濃度為25%左右的NH4Cl溶液中，此時(shí)發(fā)生反應(yīng)：

析出的溶膠很快膠凝，使型殼硬化。①水玻璃型殼的干燥和硬化

當(dāng)型殼一浸入NH4Cl溶液中，在涂料層外表面上很快形成堅(jiān)硬的膠膜，影響NH4Cl溶液向型殼內(nèi)層滲透。為加速NH4Cl溶液向內(nèi)層滲透，可在NH4Cl溶液中加入非離子型表面活性劑，可使型殼的硬化時(shí)間由原來的15～20分縮短至2～3分鐘。脈動(dòng)式制殼機(jī)①水玻璃型殼的干燥和硬化

①水玻璃型殼的干燥和硬化

氯化銨（NH4Cl）結(jié)晶氯化鋁（AlCl3）結(jié)晶氯化鎂（MgCl2）水玻璃型殼常用硬化劑①水玻璃型殼的干燥和硬化硬化后干燥（晾干）

目的：滴除殘留硬化劑；繼續(xù)完成擴(kuò)散硬化。干燥時(shí)間與溫度、濕度、硬化劑種類、硬化工藝及熔模結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。干燥方法可以采用自然干燥和熱風(fēng)干燥。②硅酸乙酯型殼的干燥

型殼干燥過程中的物理和化學(xué)變化：干燥—溶劑的揮發(fā)過程（物理過程）；硬化—硅酸乙酯繼續(xù)水解-縮聚（化學(xué)硬化）。

每制一層型殼需要五道工序：

上涂料→撒砂→空氣→氨干→去味②硅酸乙酯型殼的干燥

涂料層干燥后雖然也會(huì)變成很堅(jiān)硬的殼層，但與溶劑相遇又會(huì)回溶，硬化之后再遇溶劑就不會(huì)回溶。②硅酸乙酯型殼的干燥

硅酸乙酯黏結(jié)劑型殼干燥硬化的實(shí)質(zhì)：

是涂料中的硅酸乙酯水解液繼續(xù)水解—縮聚反應(yīng)而達(dá)到最終膠凝及溶劑揮發(fā)的過程。

空干②硅酸乙酯型殼的干燥通過堿解反應(yīng)，加快水解提高pH值，加快縮聚反應(yīng)（使膠體迅速膠凝）

生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用

空氣中干燥硬化潮濕的氨氣中干燥硬化氨干②硅酸乙酯型殼的干燥

去除NH3，使型殼的pH值回到原來值，以便進(jìn)行下一層上涂料。去味②硅酸乙酯型殼的干燥涂料粉液比高制殼過程涂料膠凝均勻硅酸乙酯工藝為什么能生產(chǎn)高精度鑄件？注意事項(xiàng)每層型殼硬化后須將氨氣散發(fā)干凈，再掛下一層。有時(shí)為提高強(qiáng)度，可在涂掛全部結(jié)束后，將帶型殼的模組浸泡在含SiO2較多的水解液中超過5分鐘，使水解液滲入型殼中，而后在空干、氨干過程中使粘結(jié)不好的耐火材料顆粒得到補(bǔ)充粘結(jié)?？諝飧稍锛鞍睔庥不浜线m當(dāng)才能獲得較高強(qiáng)度的型殼并縮短制殼周期。未經(jīng)空氣干燥而直接氨氣固化的型殼，由于隨后溶劑的揮發(fā)使得涂層開裂，而強(qiáng)度較低。如僅采用空氣干燥固化，如每層干燥8～10h以上，型殼強(qiáng)度最高，但生產(chǎn)效率低。而將空氣干燥與氨氣硬化相結(jié)合就能獲得較高的型殼強(qiáng)度，制殼周期也大為縮短。

硅溶膠的膠凝過程是粒子首先連接成枝鏈，枝鏈再連接成三維的網(wǎng)絡(luò)，最后隨著水分的不斷蒸發(fā)，形成凝膠。粒子之間有牢固的Si-O-Si化學(xué)鍵連接著，所以它具有高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和硬度，并能承受高溫作用。硅溶膠的膠凝過程可通過兩種方法來完成：一種是在硅溶膠中加入電解質(zhì)，調(diào)節(jié)器PH值，使粒子表面所帶電荷減少，粒子碰撞機(jī)會(huì)增多，使其發(fā)生膠凝。這種方法膠凝速度快，但凝膠強(qiáng)度低，且因混入電解質(zhì)，降低型殼的耐火度和高溫強(qiáng)度。③硅溶膠型殼的干燥硬化另一種干燥方法即脫水——目前廣泛采用的方法隨著干燥脫水進(jìn)行，不斷發(fā)生硅醇基的脫水縮聚反應(yīng)：

形成硅醚鍵同時(shí)析出水，干燥的結(jié)果使溶膠→凍膠→凝膠。此時(shí)在硅醚鍵的結(jié)構(gòu)間還含有一定量的物理水及以SiOH形式存在的結(jié)構(gòu)水，需在高溫下才能去除。③硅溶膠型殼的干燥硬化③硅溶膠型殼的干燥硬化排除水分

強(qiáng)制通風(fēng)干燥（空氣的溫度、相對(duì)濕度）

硅溶膠型殼的硬化過程主要是水分的揮發(fā)干燥過程，與此同時(shí)膠體進(jìn)行凝聚。將型殼放在溫度為22～25℃的干燥空氣中進(jìn)行干燥，每層型殼的干燥時(shí)間約為2～6h，最后一層涂料涂掛完后，型殼要自然干燥一晝夜。硅溶膠型殼的干燥特點(diǎn)

由于硅溶膠采用脫水干燥，而水的蒸發(fā)速度很慢，所以硅溶膠型殼的干燥硬化時(shí)間比水玻璃型殼和硅酸乙酯型殼長。

干燥條件

硅溶膠自然干燥時(shí)，環(huán)境溫度和濕度對(duì)熔模尺寸影響很大，應(yīng)嚴(yán)格控制，以確保熔模尺寸穩(wěn)定。因此制殼車間應(yīng)具有恒溫、恒濕和良好的通風(fēng)條件，一般要求制殼車間溫度控制在22～25℃，濕度為40%～50%左右。模殼的硬化和干燥現(xiàn)場原始狀態(tài)使用前處理硅溶膠全部溶膠—硅酸乙酯全部化合物水解水玻璃部分溶膠調(diào)整密度三種黏結(jié)劑型殼比較粘結(jié)劑原始狀態(tài)型殼名稱制殼原理制殼效率硅溶膠型殼SiO2濃度低硅酸乙酯型殼SiO2濃度、PH值高水玻璃型殼SiO2濃度、電解質(zhì)、PH值高制殼原理型殼名稱制殼工序硅溶膠型殼上涂料→撒砂→干燥硅酸乙酯型殼上涂料→撒砂→空干→氨干→去味水玻璃型殼上涂料→撒砂→自干→硬化→涼干制殼工序型殼表面光潔度型殼高溫強(qiáng)度/MPa硅溶膠型殼面層涂料粉液比高，光潔7.0～12.0，高硅酸乙酯型殼面層涂料粉液比高，光潔6.0～8.0，高水玻璃型殼面層涂料粉液比低，光潔度低0.3左右，低型殼性能型殼名稱應(yīng)用硅溶膠型殼做高精度鑄件綠色，日益增多硅酸乙酯型殼做高精度鑄件水玻璃型殼做精度低鑄件應(yīng)用情況（5）脫蠟

熔模熔失的過程稱為脫蠟，是熔模鑄造的主要工序之一。

涂掛完畢后一般要停放一段時(shí)間（2～4h）方可進(jìn)行脫蠟。停放期間型殼中殘留硬化劑對(duì)涂料層繼續(xù)硬化，強(qiáng)度增加。

原理利用型殼與熔模熔點(diǎn)差異極大這點(diǎn)，將型殼和熔模同時(shí)加熱，當(dāng)溫度達(dá)到熔模熔點(diǎn)時(shí)，熔模即從型殼中熔出。但

熔模膨脹＞＞型殼的膨脹脫蠟工藝關(guān)鍵

要經(jīng)盡可能在短時(shí)間內(nèi)使熔模熔化,避免由于熔模受熱膨脹造成型殼的損壞。

如何提高脫蠟速度,減少熔模膨脹對(duì)型殼造成的損壞是脫蠟工藝的關(guān)鍵。

熱水、熱空氣、蒸汽、熱溶劑、閃燒、微波、熱砂及遠(yuǎn)紅外脫蠟法等。現(xiàn)應(yīng)用最廣泛的為高壓蒸氣脫蠟法，另外水玻璃型殼多采用熱水脫蠟法。常用脫蠟方法

蒸氣脫蠟是當(dāng)前世界熔模鑄造脫蠟方法的主流。

優(yōu)點(diǎn)：型殼質(zhì)量好，蠟料回收率高，效率高

缺點(diǎn)：設(shè)備費(fèi)高蒸汽脫蠟法

用松香基模料制成的熔模及采用硅酸乙酯水解液或硅溶膠作粘結(jié)劑制殼時(shí)普遍采用蒸氣脫蠟。

將模組澆口杯朝下放在高壓釜中，通入熱蒸氣，使型殼與熔模加熱，在1min內(nèi)熔模就開