石膏型精密铸造模具新技术的应用

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1、石膏型精密铸造模具新技术的应用 广东省机械研究所陈政新 [提要]本文阐述了在石膏型精密铸造锌合金模具中，应用硅橡胶造型、负压浇注及顺序凝固等新技术，使复杂模具可进行整体模造型和铸造。优化模具结构，提高模具精度，模具型腔表面粗糙度达Ral.2～1.7μm、尺寸精度达100土0.06mm，铸造成品率达100％。 　　关键词：石膏型精密铸造模具 一引言 50年代，石膏型精密铸造技术已在美、苏等国进行系统研究。80年代由于电子和塑料工业的发展，促进了该技术迅速发展，广泛用于锌、铝或铜合金的精铸件和塑料模

2、具，缩短制模周期与降低成本。由于石膏型导热性差、透气性低及脆性大给复杂模具的铸造带来困难，一般要采用真空和低压铸造才能获得成功。我们采用硅橡胶造型、负压浇注及顺序凝固等新技术精铸优质的锌合金模具，其工艺流程如图1。7 二、铸型特性及造型工艺 1．铸型特性 铸型材料由粉料(A)、石膏(B)与水按一定比例组成，并配成浆料后用于造型。粉料使铸型具有一定的透气性和降低收缩率；石膏主要起粘结作用，保证铸型有足够强度。铸型的主要特性是导热性、强度σ和收缩率γ0其强度σ、收缩率γ及粉料与石膏重量比(A／B)的

3、关系，见图2、图3。其中σ1和γ1，代表未经烘烤的湿铸型的强度与收缩率；σ2、γ2代表经烘烤的干铸型的强度与收缩率。从图2、图3可知：σ1、σ2都随着A／B值的增大而降低，γ1γ2也都随着A／B值的增大而接近于零值。当A／B值等于4左右时，铸型仍有足够的强度，铸型不发生开裂，有利于获得优良的铸型。77 2．造型工艺 对尺寸要求不严格的产品，可以直接用产品作母模进行造型。对尺寸要求精确的产品，应考虑合金的收缩率，重新加工一个模样作母模。如果产品结构复杂、花纹精细、无拔模斜度或带有凹槽时，需采用无收

4、缩率、弹性好及复制性好的硅橡胶进行造型。造型工艺过程如图4。在图4a中，A处表示母模带有凹槽的部位，采用硅橡胶可以很容易实现整体模造型，而无须分模造型。解决了复杂模具造型难的问题。由于该工艺所制成的铸型型腔表面光滑，同时能真实地复制母模的外形，因而用该铸型铸造的模具，其型控表面粗糙度可达Ral.2～1.7μm，尺寸精度可达100±0.06mm。 三、烘烤铸型工艺 7石膏有α型和β型两种，都属于半水石膏(CaSO4·l／2H2O)，加水后都变为二水石膏(CaSO4·2H2O)。在不同温度下石膏发生

5、结晶状态的转变，并伴随发生体积收缩现象。在120℃左右时，由(CaSO4·2H2O)变成(CaSO4·l／2H2O)；在164℃以上时，由(CaSO4·l／2H2O)变成CaSO4，即无水石膏。由此可知，要使铸型完全脱水，其最低烘烤温度须在170℃以上。 在烘烤时，影响铸型开裂的主要因素是导热性和体积收缩。所以提高导热性和减少体积收缩是防止铸型开裂的主要措施。在铸型材料组成中，粉料具有比石膏优良得多的导热性和高温下有一定的膨胀率。所以当粉料与石膏比例增大到4倍左右时，铸型导热性得到较大的提高，且

6、粉料的膨胀与石膏的收缩几乎相抵消，铸型的综合收缩率接近零值。由于这个理由，可采用快速烘烤工艺来烘烤铸型，其过程如下：即把湿态铸型直接从室温连续快速升温到200℃左右，并在该温度下保温5～10小时，铸型已完全脱水，铸型不发生开裂，完全满足浇注工艺的要求。该烘烤工艺与现在通常采用阶梯式逐级升温和保温的烘烤工艺相比，能大大缩短烘型周期和节省能耗。7 四、浇注工艺 1．负压浇注工艺及装置 众所周知，石膏铸型的透气性差。对于形状复杂、花纹精细及带有狭小深槽的铸型来讲，在大气下重力法浇注工艺是很难能获得成功

7、的。一般应采用真空、负压或低压浇注工艺才能取得成功，但设备投资大。 经研究分析认为，在浇注时只要能对铸型型腔部位产生一定的负压，即低的真空度，就可以取得如同真空浇注工艺一样的效果。由于这个理由，我们研制成功如图5所示的负压浇注装置。该装置结构简单、占地面积小、投资小及操作简便。铸型型腔部位产生负压的过程如下：当铸型灌满液态合金后，整个铸型就被框板1、液态合金3及负压箱4的平台所密封(见图5)。当启动真空装置进行抽真空时，铸型中的气体借助于铸型本身的透气性，从抽气孔被抽出。在铸型型腔部位就形成负压

8、状态。一般控制压力在100～200mmHg，锌合金浇注温度在480～500℃。 2．顺序凝固工艺 在大气下，采用重力浇注工艺，在铸件厚大部位容易产生缩陷、缩孔及疏松等缺陷。为了克服这些缺陷，依据金属顺序凝固原理。液态合金在凝固过程中始终要保持一个稳定的温度梯度。为此，可以选择铸件最厚大的部位用加热装置所产生的热源不断加热该部位，见图5b7，使该部位的液态合金始终保持高温状态，直至最后凝固为止。那么，越远离开该部位的液态合金的温度就越低，合金也就最先凝固洛部位的液态合金都沿着温度梯度的高温方向进行