1、1第 四章石膏型铸造23天然石膏天然石膏44.1 概述定义：石膏性铸造是以石膏为主要造型材料的一种铸造工艺方法。从本质上来说是一种以石膏为胶凝材料的实体熔模铸造法以石膏为胶凝材料的实体熔模铸造法。4.1.1 工艺简介 石膏型铸造按脱模方法分类可分为熔模石熔模石膏型铸造和起模石膏型铸造膏型铸造和起模石膏型铸造两类，前者是加热熔模使其从石膏模中流出，后者是通过人力机械方法将模样从型中拔出。起模石膏型铸造又可分为普通石膏型和发泡石普通石膏型和发泡石膏型膏型。5图4-1 熔模石膏型铸造工艺流程图6图4-2 起模石膏型的工艺过程示意 7图4-3 发泡石膏型的石膏内部构造 8 石膏型铸造的特点：1）石膏浆
2、料的流动性很好，凝结时有轻微的膨胀，所制铸型轮廓清晰、花纹精细。2）石膏型溃散性好，易于清除。3）石膏型的导热性很差，金属浇入后散热缓慢，流动性好，适于生产薄壁铸件。4）石膏型的透气性极差，铸件易产生气孔、浇不足等缺陷。5）石膏型耐火度低，适于生产铝、锌、铜、金、银等合金铸件。9 石膏型铸造的应用范围：适用于生产尺寸精确表面光洁的精密铸件,尤其是大型复杂薄壁铝合金铸件,最小壁厚可达0.5mm。目前，石膏型精密铸造已被广泛应用于航空航天、船舶舰艇、仪器仪表等行业的精密零件制造上。104.2 石膏型铸造工艺4.2.1 制备石膏型的各种原材料（1）石膏（CaSO42H2O）制作石膏型常用型半水石膏，
3、也可用型半水石膏，前者混水量少，铸型强度高，后者则相反。两种石膏在微观结构上基本相似，但宏观性能上却差别较大，如下表。11铸造用石膏粉的主要性能要求 石膏类型抗压强度MPa凝结时间min标准稠度混水量粒度0.075mm（200目筛余1）初凝 终凝15810121840585771250512（2）填料 单纯使用型石膏并不能用于铸型制作，须加入耐火材料的填料。其主要目的是减小主要目的是减小石膏型的线收缩和裂纹倾向。石膏型的线收缩和裂纹倾向。填料应具有合适的熔点、耐火度、良好的化学稳定性、合适的线膨胀率、发气量少、吸湿性小等性能。常用填料的种类较多，其中以SiO2-Al2O3系材料应用较广泛。各种
4、填料对石膏型性能的影响见下表。13与陶瓷型铸造有何不同？与陶瓷型铸造有何不同？14填料类型对石膏混和料抗弯强度的影响（单位：MPa）填料硅石粉硅线石莫来石高岭土高铝矾土工业氧化铝灌浆后2h0.250.400.750.801.000.80灌浆后7d0.501.502.302.402.602.00烘干904h1.302.803.403.804.603.50700焙烧后0.200.650.800.860.850.6515填料类型对石膏混和料裂纹倾向的影响填料半水石膏100硅石粉硅线石高岭土莫来石高铝矾土工业氧化铝锆英粉石英玻璃300 空冷微裂极轻微裂不裂不裂不裂不裂不裂不裂不裂700 空冷碎裂微裂不
5、裂极轻微裂或不裂极轻微裂极轻微裂轻微裂轻微裂不裂16填料类型对石膏混和料浆体胶凝时间的影响（单位：min）填料硅石粉硅线石高岭土莫来石高铝矾土工业氧化铝锆英粉半水石膏100初凝时间7.08.58.010.012.09.010.08终凝时间10.010.510.012.013.511.012.01017（3）添加剂及其他 石膏型铸型的添加剂一般有促凝剂、缓凝剂和增促凝剂、缓凝剂和增强剂强剂等。常用的促凝剂有各类钠盐、镁盐、钾盐等，如：NaSiF6、NaCl、NaF MgCl2、MgSO4 NaNO3 KNO3。18缓凝剂主要有三类：（a）磷酸盐、碱金属硼酸盐、硼砂、硼酸等。（b）有机酸及可溶性盐
6、，如柠檬酸及其盐、琥珀酸钠、乙基酸钠、甲基酸钠、草酸等。琥珀酸钠的缓凝作用很强，只需要加入千分之几就有明显的效果。（c）蛋白胶、皮胶、硅溶胶、纸浆废液等。增强剂用来增加石膏型的湿强度、干强度、焙烧后强度以及高温强度。一般用某些硫酸盐硫酸盐如Na2SO4、K2SO4、NiSO4、MgSO4等，其中以MgSO4的效果最好。19（4）模样材料 对于熔模石膏型：熔模材料熔模材料（中小件与熔模铸造通用，中大件或尺寸精度要求高的铸件，使用专用模料）、气化模气化模（聚苯乙烯泡沫等）、水溶性模水溶性模（尿素模料、无机盐模料）等。对于起模石膏型：金属、硬质木材、橡胶、金属、硬质木材、橡胶、塑料塑料等。脱模剂有变
7、压器油、凡士林、肥皂液、经煤油稀释的石蜡硬脂酸等。204.2.2 石膏混合浆料的制备及灌浆（1）石膏混合浆料的配比 石膏混合浆料的配制应根据铸件的要求和石膏原材料性能来决定。常用的几种石膏浆料的成分配比如下表。2122（2）石膏混合浆体的搅拌、灌注 石膏混合料吸附大量的气体，在浆料搅拌时又石膏混合料吸附大量的气体，在浆料搅拌时又会卷入大量的气，致使浆料中有大量的气泡，影响石会卷入大量的气，致使浆料中有大量的气泡，影响石膏型腔表面的质量。膏型腔表面的质量。除发泡石膏型希望有大量孔洞可以在大气下搅拌及灌注外，普通石膏型浆料大多数在普通石膏型浆料大多数在真空下搅拌真空下搅拌，使浆料中所含的气体能够顺
8、利外排。常用的工艺参数为：真空度0.050.06MPa，搅拌时间23min，搅拌速度250300rmin。灌浆时搅拌室灌浆时搅拌室的真空度应该等于或略低于灌浆室的真空度应该等于或略低于灌浆室，以加强浆体的充填能力，但是压差不能太大以免造成浆体喷射。2324（3）石膏型的干燥、焙烧及浇注 石膏型需经一定时间的自然干燥后才能入炉加热干燥和焙烧。宜在热风炉中干燥焙烧，也可以在箱式电炉中进行；对一般石膏其工艺如下。起模石膏：（801008h1504h2502h3502h 熔模石膏：（801008h1504h2502h3502h 4501h5501h（680700）2h 石膏型需随炉冷却，当石膏型需随炉
9、冷却，当温度降至温度降至300以下以下时才可时才可以出炉，否则石膏型容易开裂，对复杂型温度应低以出炉，否则石膏型容易开裂，对复杂型温度应低些。些。2526填料半水石膏100硅石粉硅线石高岭土莫来石高铝矾土工业氧化铝锆英粉石英玻璃300 空冷微裂微裂极轻微极轻微裂裂不不裂裂不裂不裂不裂不裂不不裂裂不不裂裂不不裂裂不不裂裂700 空冷碎裂微裂不裂极轻微裂或不裂极轻微裂极轻微裂轻微裂轻微裂不裂27（4）石膏型的浇注 焙烧好的石膏型在空气中很容易受潮，必须尽快浇注。考虑到石膏型透气性低，导热性低的特点，可采取一些措施如如加压或负压浇加压或负压浇注注。浇注时石膏型温度不高于200，合金液的温度在保证流动
10、性的情况下，尽可能的低。如铝合金控制在650700左右，加压压力0.07MPa左右。284.2.3 石膏型应用实例 图4-6是铝合金轮胎样件模具的石膏型铸造实例。该样件从三维实体造型，制造LOM原型（图4-6b）、硅橡胶模（图4-6c）、石膏型（图4-6d）到将烘干及焙烧完毕的石膏型温度降低至180，浇注铝合金制造出模具（图4-6f），总制造周期为4天。29图4-6 石膏型成形的轮胎模具a）三维实体模型 b）LOM原型 c）硅橡胶模 d）石膏型e）非占位涂层铸型 f）铝合金轮胎模具304.3 石膏型精密铸件工艺设计4.3.1铸件工艺参数选择（1）铸造斜度：石膏型铸件的铸造斜度选择原则与熔模铸造
11、一致。（2）加工余量：加工面最大尺寸（加工面最大尺寸（mm）加工余量（加工余量（mm）1000.81003001.03005001.531（3）收缩率：石膏型铸造的收缩主要有熔模材料的收缩熔模材料的收缩，石膏型的脱水收缩，金属的收缩，石膏型的脱水收缩，金属的收缩等，统称为综合线收缩率。其中 熔模收缩率0.40.6%；石膏型脱水收缩率00.5%；金属收缩率1.11.3%。综合收缩率一般为综合收缩率一般为1.52.0%左右。左右。324.3.2浇注系统及冒口设计 对于石膏型铸造，浇注系统应满足如下要求：A A良好的排气能力，能顺利排出型腔气体，在顶部和易裹良好的排气能力，能顺利排出型腔气体，在顶部
12、和易裹气处开设出气口。气处开设出气口。B B保证金属液充型平稳，避免出现紊流，卷气现象。保证金属液充型平稳，避免出现紊流，卷气现象。C C合理设置冒口，保证补缩。合理设置冒口，保证补缩。D D脱模时浇注系统先熔脱，减小熔模对石膏型的胀型力。脱模时浇注系统先熔脱，减小熔模对石膏型的胀型力。E E浇注系统在铸件凝固时尽可能不阻碍铸件收缩，以防止浇注系统在铸件凝固时尽可能不阻碍铸件收缩，以防止铸件变形和开裂。铸件变形和开裂。33 浇注系统可分为顶注式、底注式、侧注式顶注式、底注式、侧注式、阶梯注式、阶梯注式等几种，高大的薄壁筒形、箱型件多采用阶梯式浇注系统，某些铸件也可采用平注或斜注式。由于石膏型表面硬度一般，导热率差，因此内浇口一般不应直对型壁和型芯，以防冲刷。为防止铸件变形开裂，内浇口应均匀分布，避免局部过热及浇不足等缺陷。内浇口尽量设在铸件热节处，利于补缩。个人观点供参考，欢迎讨论
