牢固离心铸造 地将耐火材料颗粒黏结起来

　　熔模铸造的历史、工艺以及应用_历史学_高等教育_教育专区。熔模铸造 ? 历史 ? 工艺 ? 应用 失蜡法 作为文明古国，中国是使用这一技术较早的国家 之一，远在公元前数百年，我国古代劳动人民就 创造了这种失蜡精密铸造技术，用来精密铸造带 有各种精细花纹和

　　熔模铸造 ? 历史 ? 工艺 ? 应用 失蜡法 作为文明古国，中国是使用这一技术较早的国家 之一，远在公元前数百年，我国古代劳动人民就 创造了这种失蜡精密铸造技术，用来精密铸造带 有各种精细花纹和文字的钟鼎及器皿等制品，如 春秋时的曾侯乙墓尊盘等。曾侯乙墓尊盘底座为 多条相互缠绕的龙，它们首尾相连，上下交错， 形成中间镂空的多层云纹状图案，这些图案用普 通精密铸造工艺很难制造出来，而用失蜡法精密 铸造工艺，可以利用石蜡没有强度、易于雕刻的 特点，用普通工具就可以雕刻出与所要得到的曾 侯乙墓尊盘一样的石蜡材质的工艺品，然后再附 加浇注系统，涂料、脱蜡、浇注，就可以得到精 美的曾侯乙墓尊盘。 失蜡法 我国的失蜡法至迟起源于春秋时期。河南淅川 下寺2号楚墓出土的春秋时代的铜禁是迄今所 知的早的失蜡法铸件。此铜禁四边及侧面均 饰透雕云纹，四周有十二个立雕伏兽，体下共 有十个立雕状的兽足。透雕纹饰繁复多变，外 形华丽而庄重，反映出春秋中期我国的失蜡法 已经比较成熟。除了艺术品、兵器和器皿，建 筑物的部件制作也会使用失蜡法。失蜡法在我 国古代已经得到了相当广泛的应用。 失蜡法的工艺 战国、秦汉以后，失蜡法更为流行，尤其 是隋唐至明、清期间，铸造青铜器采用的 多是失蜡法。失蜡铸造技术原理起源于焚 失法，焚失法早见于商代中晚期，这种 技术在无范线失蜡法出现之后逐渐消亡。 失蜡法主要应用于青铜等金属器物的铸造。 做法是，用蜂蜡做成铸件的模型，再用别 的耐火材料填充泥芯和敷成外范。加热烘 烤后，蜡模全部熔化流失，使整个铸件模 型变成空壳。再往内浇灌溶液，便铸成器 物。以失蜡法铸造的器物可以玲珑剔透， 有镂空的效果。 熔模铸造的发展 现代熔模铸造在工业中得到应用是在二十世纪 四十年代。航空喷气发动机迅速发展，要求制 造叶片、叶轮、喷嘴等形状复杂，尺寸以 及表面光洁的耐热合金零件。由于耐热合金材 料难于机械加工，零件形状复杂，以致不能或 难于用其它方法制造，因此，需要寻找一种新 的精密的成型工艺，于是借鉴古代流传下来的 失蜡精密铸造，经过对材料和工艺的改进，现 代熔模精密铸造方法在古代工艺的基础上获得 重要的发展。 熔模铸造的发展 航空工业的发展推动了熔模精密铸造的应用， 而熔模精密铸造的不断改进和完善，也为航空 工业进一步提高性能创造了有利的条件。 我国是于上世纪五、六十年代开始将熔模精密 铸造应用于工业生产。其后这种先进的精密铸 造工艺得到巨大的发展，相继在航空、汽车、 机床、船舶、内燃机、气轮机、电讯仪器、武 器、医疗器械以及刀具等制造工业中被广泛采 用，同时也用于工艺美术品的制造。 一、什么是熔模铸造？ 熔模铸造又称失蜡铸造。通常是在蜡模表 面涂上数层耐火材料，待其硬化干燥后，将 其中的蜡模熔去而制成型壳，焙烧后进行浇 注，而获得铸件的一种方法。由于获得的铸 件具有较高的尺寸精度和表面光洁度，故又 称熔模精密铸造。 二、工艺流程 压型制造 熔模样件 制造 组装模组 型壳制造、 脱蜡、焙烧 填砂、浇注 三、熔模铸造的特点 1.铸件尺寸精度高（CT4-CT7）；表面粗糙度低 （Ra1.6-6.3μm）。减少了铸件的切削加工余量， 甚至可实现近净型铸造。 2.能生产形状复杂的薄壁铸件。如前机匣 （由内、外环和14件叶片组成）。如发动机 叶片，叶型的小壁厚可达0.7mm。 3.熔模铸造存在一定局限性。工艺流程烦琐， 生产周期长、铸件尺寸不宜太大。 4.合金材料不受限制. 钢铁、铜、铝、钛、 镁等。熔点高的镍基高温合金；锌、锡等 低熔点金属。 四、熔模铸件工艺设计 1.铸件结构设计 目的就是对于一些零件图做必要修改，得到 适合熔模铸造特点的合理的铸件结构。 1.1 铸件结构的合理性 铸件结构是否合理，对于铸件质量、生产工 艺的可行性和简易性以及生产成本等影响很 大，根据生产实际，总结出铸件结构合理性 的几条基本原则。 1）易于从压型中取模 合理 不合理 2）易于抽芯 合理 不合理 3）减少不通孔 合理 不合理 1.2 铸件结构要素 1）小壁厚 由于熔模铸造的型壳内表面光洁，并且一般 为热型壳浇注，因此熔模铸件壁厚允许设计 得较薄，小壁厚与合金种类及铸件轮廓尺 寸有关。 2）圆角 一般情况下铸件上各转角处都设计成圆角， 否则容易产生裂纹、缩松。 3）铸造斜度 为了便于取模，抽芯，在拔模面应设有铸造 斜度，铸造斜度的取值如下。 熔模铸件的铸造斜度 铸造斜度面高 h/mm 非加工面斜度 外表面 内表面 ≤20 取值 0? 20? 0? 15? 0? 10? 0? 10? 1? 0? 30? 0? 30? 0? 15? 20-50 50-100 100 铸件越高，斜度越小 4）加工余量 熔模铸件单面加工余量（单位 mm） ≤50 铸件尺寸 单面加工余量 浇口面加工余量 0.5 ＞50 -120 ＞120 -250 ＞250 - ＞ -630 0.50.1 1.0-1.5 2.0-4.0 1.5-2.0 2.0-3.0 5）小铸出孔 小铸出孔的孔径与深度（单位：mm） 孔的直径 孔深 通孔 不通孔 3-5 ＞5-10 ＞10-20 ＞20-40 ＞40-60 ＞60-100 ＞100 5-10 ＞10-30 ＞30-60 ＞60-120 ＞120-200 ＞200-300 ＞300-350 ≈5 ＞5-15 ＞15-25 ＞25-50 ＞50-80 ＞80-100 ＞100-120 五、易熔模铸造 易熔模简称熔模，熔模的质量影响铸件的尺寸精 度及表面粗糙度，易熔模制造工艺流程如图所示。 压型准 原材料 定 量 热机械混 合均匀化 浇注成 料锭 料锭 破碎 重熔 模料 模料 压注 模组检 验标号 模组 组焊 蜡模及浇注 系统除油 蜡模 修补 蜡模 检验 蜡模 校型 1.模料 1.1 对模料的基本要求 概括为工作性能要求和工艺性能要求 1）熔化温度和凝固温度区间 兼顾模料耐热性要求并考虑到工艺操作方 便，熔化温度常选在50~80℃之间，凝固 温度区间以5~10℃为宜。 2）耐热性 模料耐热性是指温度升高时其抗软化变形的能 力，它影响着熔模和铸件的精度。通常用热变 形量来表示，要求35℃温度时模量热变形量 △H35-2≤2mm。 3）收缩率 模料热胀冷缩小，才能提高熔模尺寸精度，也才能 减少脱腊时因模料膨胀引起的型壳胀裂现象。因此 模料的线收缩率是模料重要的性能指标之一，一般 应小于1%。优质模料线）强度 为保证生产过程中不损坏，熔模需要有一定 强度，模料强度多以抗弯强度表示，一般模 料抗弯强度应不低于2.0MPa，为 5.0~8.0MPa。 5）硬度 为保持熔模表面质量，模料应有足够的硬度， 以防表面损伤。模料硬度常以针入度表示， 常为4~6度（1度=10-1mm） 6）粘度和流动性 为便于脱模和模料回收，模料粘度不能太大，在 90℃附近的粘度应为3×10-3~3×10-2Pa.S 。为得 到清晰的熔模，模料应具有良好的流动性。 7）灰分 模料灼烧后的残留物称灰分，它将影响铸 件的质量，也是模料重要的指标之一。 一般模料灰分的质量分数应低于0.05%。 2. 模料的种类 1）蜡基模料 蜡基模料由石蜡和硬脂酸两种材料组成。 石蜡属烃蜡。为饱和固体碳氢化合物的混合 物，分子式通式为CnH2n+2. n为17—36。n 越大，石蜡熔点越高，硬度越高，热稳定性 越好，收缩也越小，按熔点石蜡可分为56， 58，60，62，64，66，70等牌号。熔模铸造 多使用58~64石蜡。 硬脂酸的分子式为C17H35COOH，是以动植物油 脂为原材料，经加压蒸馏和水解制得。由于 硬脂酸比碳原子数相同的石蜡熔点高，故其 热稳定性好，收缩性较小。此外硬脂酸，是 极性分子，有利改善模料的涂挂性。 2）树脂基模料 树脂基模料的基体组成是树脂，与蜡基模 料相比具有强度和热稳定性高，收缩小的 优点，可用于生产高精度铸件。用于涡轮 叶片等航空件及高精度机械零件生产。 3.制模工艺 3.1制模时模料状态 采用压力制模工艺时，模料有三种状态：液态、 糊状、膏状、前者称液态压注，后两者称为膏 态压注。 蜡膏制方法 3.2制模工艺参数 将已配制好的蜡膏，在压力下注入压型，冷凝 后从压型中取出熔模。影响着熔模质量的工艺 参数有压射蜡温、压型温度、压射压力、保压 时间和起模时间。 1）压射蜡温和压型温度 压注熔模时模料的温度为压射蜡温。压射蜡 温和压型温度的变化对制出的熔模表面粗糙 度和尺寸变化明显。压射蜡温和压型温度偏 高，熔模表面粗糙度较低，但收缩较大；反 之，熔模表面粗糙、收缩较小。 2）压射压力 适当提高模料的压射压力，有利于减小熔模收 缩率，提高熔模尺寸精度。 3）保压时间和起模时间 模料充满压型型腔后，保压的时间愈长则 熔模的线收缩率愈小。熔模在压型中停留 冷却的时间称起模时间。取模时间过短， 熔模易变形，表面会出现“鼓泡”。 六、型壳制造 1.型壳概述 1）型壳组成及结构 熔模铸造有实体型壳和多层型壳两种铸型， 除石膏型采用实体铸型外，一般都用多层型 壳。型壳是由黏结剂、耐火粉料和撒砂材料 等，经浸涂料、撒砂、干燥硬化、脱蜡和焙 烧等工序制成。从宏观上看，型壳除硅凝胶 和耐火粉、砂这些固相外，还存在气孔和裂 隙，它是一种多相的非均质体系。 型壳的组成与耐火制品和陶瓷有相似之处，但型壳焙烧 温度不高、保温时间不长，浇注温度虽高、作用时间很 短，所以型壳的烧结程度达不到陶瓷和耐火制品。 2）型壳主要性能 为保证生产出优质铸件，对型壳有一系列 性能要求：强度、抗变形能力、透气性、 线量变化、导热性、热震稳定性、热化学 稳定性等。 型壳强度 常温强度又称湿强度，它是指制好型壳后型壳 的强度。它取决于型壳黏结剂干燥和硬化的程 度等。如果湿强度太低，脱蜡过程中型壳就会 开裂或变形。 高温强度是指焙烧或浇注时型壳的强度，取决 于黏结剂中硅凝胶在高温下形成硅氧键，以及 高温下黏结剂与耐火材料的反应产物。高温强 度不足的型壳在焙烧和浇注时就会发生变形或 破裂。 残留强度是指浇注后型壳脱壳时的强度，它影 响着铸件清理的难易程度。残留强度过高，清 理困难，并易因清理使铸件变形或破坏。 2.制壳用耐火材料 1）石英 是一种资源丰富、价格低廉的耐火材料。熔模精 铸通常采用的是经机械加工粉碎的石英砂（粉）。 石英中， SiO2量愈高，其他杂物含量愈低则耐 火度愈高。 SiO2溶点为1713℃。 2）电熔刚玉 电熔刚玉就是a-A12O3，熔点高（2050℃）、 密度大、结构致密，导热性好，热膨胀小。 是熔模铸造的良好耐火材料。但由于资源短 缺、价格昂贵，目前仅应用于耐火高合金钢、 不锈钢及镁合金等精铸件的制壳材料。 3）锆砂（锆英石） 锆砂又称硅酸锆或锆英石。分子式为ZrO2· SiO2 （或Zr-SiO2），理论组成（质量分数）为 67.23% ZrO2、32.77% SiO2，热膨胀性小，蓄 热能力大，耐火度高。作为面层材料具有细化 晶粒的作用，故常用做表面层涂料及撒砂材料， 多用于不锈钢精铸件的生产。 3.制壳用黏结剂 三种黏结剂简述 黏结剂是熔模铸造制壳用的主要原材料，它 直接影响着型壳及铸件质量、生产周期和成 本。1939年熔模铸造工业在美国产生时就采 用醇基硅酸乙酯水解液做黏结剂，1960年又 引入水基硅溶胶黏结剂。长期以来，美、英、 法、德、日等国熔模铸造均采用这两种黏结 剂。20世纪50年代，前苏联在生产精度要求 不高的汽车、拖拉机零件时，为降低生产成 本采用水玻璃作为黏结剂，并将此工艺推广 到中国、波兰、捷克等国。以上三种黏结剂 在中国现均有使用。 4.硅溶胶型壳的制 4.1制壳原理 制壳过程是硅酸胶体胶凝的过程。涂料 中的黏结剂把耐火粉料及撒砂黏结在模 组外边，形成所需形状的型壳。硅溶胶 型壳采用干燥硬化，即让型壳干燥，水 分蒸发，使硅溶胶浓度增加，达到胶凝 临界浓度时，硅溶胶则胶凝。每制一层 型壳有三个工序：上涂料、撒砂、干燥， 如此反复多次就可得到所需厚度的多层 型壳。 4.2 各工序目的及注意事项 1)上涂料 涂料的浸涂是制壳的关键工序之一，各处都 要均匀涂上涂料。浸涂面层涂料时，要根据 熔模的结构特点在涂料桶中转动或上下移动， 防止熔模上的凹角、沟槽和小孔集存气泡。 2)撒砂 撒砂是为了增强型壳和固定涂料，防止涂 层干燥时由于胶凝收缩而产生穿透性裂纹。 撒砂的种类、粒度和撒砂方式均应合理进 行选择。 3）干燥 型壳干燥是制壳工艺的又一关键工序。随着型 壳的干燥，硅溶胶含量提高，胶体颗粒碰撞几 率增加，溶胶便胶凝而形成冻胶、凝胶，牢固 地将耐火材料颗粒黏结起来，同时耐火材料颗 粒彼此接近，这就使得型壳获得了强度。 七、熔模铸造工艺举例 产品：制药机械上的大型不锈钢叶片 步、浇注系统设计 第二步、压型制造 第三步、配制磨料 第四步、制造模样 模样 第五步、组装模组 第六步、制造型壳 第七步、脱蜡 第八步、焙烧，浇铸 THE END THANK YOU 杨进 董才智 吴家玉 鲍亚光
以上信息由江苏亚立特钢有限公司整理编辑，了解更多离心铸造信息请访问http://www.jsyltg.com