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    我國精密(失蠟)鑄造技術的研究現狀及澆注方法

    作者:真人斗牛鑄業 日期:2019-03-29
    內容摘要:​失蠟鑄造法為較古老的鑄造技術之一,殷朝時代的青銅就用此技術製造。精密鑄造技術是指以熔模精密鑄造技術為主逐漸容括消失模鑄造、壓力鑄造、金屬鑄造、陶資瓷型鑄造、石膏型鑄造等先進鑄造技術。

    失蠟鑄造法為較古老的鑄造技術之一,殷朝時代的青銅就用此技術製造。精密鑄造技術是指以熔模精密鑄造技術為主逐漸容括消失模鑄造、壓力鑄造、金屬鑄造、陶資瓷型鑄造、石膏型鑄造等先進鑄造技術。熔模鑄造又稱“失蠟鑄造”,是用易熔材料如蠟料製成模樣,然後在模樣上包覆若幹層耐火材料,待其硬化幹燥後,將其中的蠟模熔去而製成型殼,再經過焙燒,然後進行澆注而獲得鑄件的一種方法,由於獲得的鑄件具有較高的尺寸精度和較低的表麵粗糙度,故又俗稱為“熔模精密鑄造”。熔模精密鑄造技術適用於機車車輛、機械、汽車、船舶等行業的精密鑄件的生產。

    精密鑄造工藝特點:

    1)尺寸精度高,光潔度好

    尺寸精度較好可達到名義尺寸的5%,粗糙度水平為Ra0.8-3.2μm,從而大大減輕了後續機械加工的工作負擔。在近淨形甚至淨形情況下,機械加工幾乎全部被取消。

    2)鑄件的機械性能優越,成型成本低

    由於該工藝本身的優越性和穩定性,鑄件的機械性能可以保持在較高水平上。失蠟精密鑄造特別適合於結構形狀複雜的情況。合理設計的單一鑄件有時可以代替多個零件的裝備,其中可以包括普通鑄造、機械加工、衝壓、鍛造、注塑、板金等。同時鑒於該工藝的強大靈活性,成型顯得容易,零部件的重量可以明顯減輕,從而大大降低加工成本。此外,還非常有利於節約和環保。

    3)廣泛的材質適應性

    矽溶膠失蠟精密鑄造適合於大部分鑄造合金,包括各種鑄鐵、碳素鋼、低合金鋼、工具鋼、不鏽鋼、耐熱鋼、鎳合金、鑽合金、欽合金、青銅、黃銅、鋁合金等。並且其總體加工效果比較穩定,尤其適合難於鍛造、焊接、機械加工的材料。

    4)優良的生產柔性

    對於大批量、小批量、甚至單件生產均非常適合,有時甚至沒有生產成本的區別。無需非常複雜的機械設備,模具加工方案也靈活多樣。此外,我國的鑄造類企業和其他的研究單位還研究開發出了一些新的熔模精密鑄造工藝及技術。如:多孔道精密鑄造工藝設備模具及精密鑄造用易熔合金模具技術等。

    其中多孔道精密鑄造工藝設備模具是用於在超塑性和蠕變狀態下大規格薄壁零部件的精密鑄造的工藝技術設備。它特別適用於航空流體動力複雜結構荷載部件的小批量生產製作。該工藝技術設備廣泛應用於航空製造、船舶製造、無線電工業和其它機械製造工業領域。該工藝技術設備的技術特性是設備具有通用性、模具幾何形狀可以變化、成型質量較高。

    熔模鑄造具有尺寸精度高、表麵質量好等優點,並且熔模鑄造是一項被廣泛采用的少、無切削的先進工藝,該工藝簡單來說就是用易熔材料製成可熔性模型,采用熔模鑄造方法可大量儉省機床設備和加工工時,還能夠大幅度節約金屬原材料。因此熔模鑄造在鑄造領域中是一種被廣泛運用的鑄造方式,這種鑄造方式有效降低了成本,提高了鑄造企業的競爭力。熔模鑄造中較重要的一個步驟就是澆注成型,那麽熔模鑄造有哪些常見的澆注方法呢?

    1.定向結晶

    一些熔模鑄件如渦輪機葉片、磁鋼等,如果它們的結晶組織是按一定方向排列的柱狀晶,它們的工作性能便可提高很多,所以熔模鑄造定向結晶技術正迅速地得到發展。

    2.壓力下結晶

    將型殼放在壓力罐內進行澆注,結束後,立即封閉壓力罐,向罐內通入高壓空氣或惰性氣體,使鑄件在壓力下凝固,以增大鑄件的致密度。

    3.熱型重力澆注

    這是用得較廣泛的一種澆注形式,即型殼從焙燒爐中取出後,在高溫下進行由澆注。這時金屬在型殼中冷卻較慢,能在流動性較高的情況下充填鑄型,因此鑄件能很好複製型腔的形狀,提高了鑄件的精度。但鑄件在熱型中的緩慢冷卻會使晶粒粗大,這就降低了鑄件的機械性能。在澆注碳鋼鑄件時,冷卻較慢的鑄件表麵還易氧 化和脫碳,從而降低了鑄件的表麵硬度、光潔度和尺寸精度。

    4.真空吸氣澆注

    將型殼放在真空澆注箱中,通過型殼中的微小孔隙吸走型腔中的氣體,使液態金屬能更好地充填型腔,複製型腔的形狀,提高鑄件精度,防止氣孔、澆不足的缺陷。這種方法國外較常見。

    熔模鑄造的澆注是一項嚴格的步驟,不同的澆注方法有著不同的特點,因此在熔模鑄造過程中要選擇合適的澆注方法,鑄造出好的熔具。

    一般情況下,精密鑄件尺寸精度是受鑄件結構、鑄件材質、製模、製殼、焙燒、澆注等多方因素影響的,其中任何一個環節設置、操作不合理都會使鑄件的收縮率產生變化,導致鑄件尺寸精度與要求有偏差。以下是可造成精密鑄件尺寸精度缺陷的因素:

    (1)鑄件結構的影響:a.鑄件壁厚,收縮率大,鑄件壁薄,收縮率小。b.自由收縮率大,阻礙收縮率小。

    (2)鑄件材質的影響:a.材料中含碳量越高,線收縮率越小,含碳量越低,線收縮率越大。b.常見材質的鑄造收縮率如下:鑄造收縮率K=(LM-LJ)/LJ×100%,LM為型腔尺寸,LJ為鑄件尺寸。K受以下因素的影響:蠟模K1、鑄件結構K2、合金種類K3、澆注溫度K4。

    (3)製模對鑄件線收縮率的影響:a.射蠟溫度、射蠟壓力、保壓時間對熔模尺寸的影響以射蠟溫度較明顯,其次為射蠟壓力,保壓時間在保證熔模成型後對熔模較終尺寸的影響很小。b.蠟(模)料的線收縮率約為0.9-1.1%。c.熔模存放時,將進一步產生收縮,其收縮值約為總收縮量的10%,但當存放12小時後,熔模尺寸基本穩定。d.蠟模徑向收縮率僅為長度方向收縮率的30-40%,射蠟溫度對自由收縮率的影響遠遠大於對受阻收縮率的影響(較佳射蠟溫度為57-59℃,溫度越高收縮越大)。

    (4)製殼材料的影響:采用鋯英砂、鋯英粉、上店砂、上店粉,因其膨脹係數小,僅為4.6×10-6/℃,因此可以忽略不計。

    (5)型殼焙燒的影響:由於型殼的膨脹係數小,當型殼溫度為1150℃時,僅為0.053%,因此也可以忽略不計。

    (6)澆鑄溫度的影響:澆注溫度越高,收縮率越大,澆注溫度低,收縮率越小,因此澆注溫度應適當。