熔模鑄造

熔模鑄造

在易熔材料制成模樣從而獲得鑄型的鑄造方案
熔模鑄造又稱失蠟鑄造,包括壓蠟、修蠟、組樹、沾漿、熔蠟、澆鑄金屬液及後處理等工序。熔模鑄造通常是指在易熔材料制成模樣,在模樣表面包複若幹層耐火材料制成型殼,再将模樣熔化排出型殼,從而獲得無分型面的鑄型,經高溫焙燒後即可填砂澆注的鑄造方案。失蠟鑄造是用蠟制作所要鑄成零件的蠟模,然後蠟模上塗以泥漿,這就是泥模。泥模晾幹後,在焙燒成陶模。一經焙燒,蠟模全部熔化流失,隻剩陶模。一般制泥模時就留下了澆注口,再從澆注口灌入金屬熔液,冷卻後,所需的零件就制成了。
    中文名:熔模鑄造 外文名: 别名: 别稱:失蠟法 起源于:春秋時期 材料:石英和剛玉 處理工序:壓蠟、修蠟、組樹等 生産合金:碳素鋼、合金鋼、耐熱合金等 最早鑄件:河南淅川下寺2号楚墓出土的春秋時代的銅禁

曆史

我國的失蠟法至遲起源于春秋時期。河南淅川下寺2号楚墓出土的春秋時代的銅禁是迄今所知的最早的失蠟法鑄件。此銅禁四邊及側面均飾透雕雲紋,四周有十二個立雕伏獸,體下共有十個立雕狀的獸足。透雕紋飾繁複多變,外形華麗而莊重,反映出春秋中期我國的失蠟法已經比較成熟。戰國、秦漢以後,失蠟法更為流行,尤其是隋唐至明、清期間,鑄造青銅器采用的多是失蠟法。

制作鑄件

用這種方法鑄出的銅器既無範痕,又無墊片的痕迹,用它鑄造镂空的器物更佳。中國傳統的熔模鑄造技

術對世界的冶金發展有很大的影響。現代工業的熔模精密鑄造,就是從傳統的失蠟法發展而來的。雖然無論在所用蠟料、制模、造型材料、工藝方法等方面,它們都有很大的不同,但是它們的工藝原理是一緻的。四十年代中期,美國工程師奧斯汀創立以他命名的現代熔模精密鑄造技術時,曾從中國傳統失蠟法得到啟示。1955年奧斯汀實驗室提出首創失蠟法的呈請,日本學者鹿取一男根據中國和日本曆史上使用失蠟法的事實表示異議,最後取得了勝訴。

模料

制模材料的性能不單應保證方便地制得尺寸精确和表面光潔度高,強度好,重量輕的熔模,它還應為型殼的制造和獲得良好鑄件創造條件。模料一般用蠟料、天然樹脂和塑料(合成樹脂)配制。凡主要用蠟料配制的模料稱為蠟基模料,它們的熔點較低,為60~70℃;凡主要用天然樹脂配制的模料稱為樹脂基模料,熔點稍高,約70~120℃。

配制回收

模料的配制

配制模料的目的是将組成模料的各種原材料混合成均勻的一體,并使模料的狀态符合壓制熔模的要求。

配制時主要用加熱的方法使各種原材料熔化混合成一體,而後在冷卻情況下,将模料劇烈攪拌,使模料成為糊膏狀态供壓制熔模用。有時也有将模料熔化為液體直接澆注熔模的情況。

模料的回收

使用樹脂基模料時,由于對熔模的質量要求高,大多用新材料配制模料壓制鑄件的熔模。而脫模後回收的模料,在重熔過濾後用來制作澆冒口系統的熔模。

使用蠟基模料時,脫模後所得的模料可以回收,再用來制造新的熔模。可是在循環使用時,模料的性能會變壞,脆性增大,灰分增多,流動性下降,收縮率增加,顔色由白變褐,這些主要與模料中硬脂酸的變質有關。因此,為了盡可能地恢複舊模料的原有性能,就要從舊模料中除去皂鹽,常用的方法有鹽酸(硫酸)處理法,活性白土處理法和電解回收法。

材料

制造型殼用的材料可分為兩種類型,一種是用來直接形成型殼的,如耐火材料、粘結劑等;另一類是為了獲得優質的型殼,簡化操作、改善工藝用的材料,如熔劑、硬化劑、表面活性劑等。

耐火材料

熔模鑄造中所用的耐火材料主要為石英和剛玉,以及矽酸鋁耐火材料,如耐火粘土、鋁釩土、焦寶石等。有時也用锆英石、鎂砂(MgO)等。

粘結劑

在熔模鑄造中用得最普遍的粘結劑是矽酸膠體溶液(簡稱矽酸溶膠),如矽酸乙酯水解液、水玻璃和矽溶膠等。組成它們的物質主要為矽酸(H2SiO3)和溶劑,有時也有穩定劑,如矽溶膠中的NaOH。

矽酸乙酯水解液是矽酸乙酯經水解後所得的矽酸溶膠模鑄造中用得最早、最普遍的粘結劑;水玻璃殼型易變形、開裂,用它澆注的鑄件尺寸精度和表面光潔度都較差。但在我國,當生産精度要求較的碳素鋼鑄件和熔點較低的有色合金鑄件時,水玻璃仍被廣泛應用于生産;矽溶膠的穩定性好,可長期存放,制型殼時不需專門的硬化劑,但矽溶膠對熔模的潤濕稍差,型殼硬化過程是一個幹燥過程,需時較長。

制殼工藝

制殼過程中的主要工序和工藝為:

1)模組的除油和脫脂

在采用蠟基模料制熔模時,為了提高塗料潤濕模組表面的能力,需将模組表面的油污去除掉。

2)在模組上塗挂塗料和撒砂

塗挂塗料以前,應先把塗料攪拌均勻,盡可能減少塗料桶中耐火材料的沉澱,調整好塗料的粘度或比重,以使

塗料能很好地充填和潤濕熔模,挂塗料時,把模組浸泡在塗料中,左右上下晃動,使塗料能很好潤濕熔模,均勻複蓋模組表面。塗料塗好後,即可進行撒砂。

3)型殼幹燥和硬化

每塗複好一層型殼以後,就要對它進行幹燥和硬化,使塗料中的粘結劑由溶膠向凍膠、凝膠轉變,把耐火材料連在一起。

4)自型殼中熔失熔模

型殼完全硬化後,需從型殼中熔去模組,因模組常用蠟基模料制成,所以也把此工序稱為脫蠟。根據加熱方法的不同,有很多,脫蠟方法,用得較多的是熱水法和同壓蒸汽法。

5)焙燒型殼

如需造型(填砂)澆注,在焙燒之前,先将脫模後的型殼埋箱内的砂粒之中,再裝爐焙燒。如型殼高溫強度大,不需造型澆注,則可把脫模後的型殼直接送入爐内焙燒。焙燒時逐步增加爐溫,将型殼加熱至800-1000℃,保溫一段時間,即可進行澆注。

澆注

熔模鑄造時常用的澆注方法有:

1)熱型重力澆注方法有以下幾種。

這是用得最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。此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,故鑄件能很好複制型腔的形狀,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,冷卻較慢的鑄件表面還易氧化和脫碳,從而降低了鑄件的表面硬度、光潔度和尺寸精度。

2)真空吸氣澆注

将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,使液态金屬能更好地充填型腔,複制型腔的形狀,提高鑄件精度,防止氣孔、澆不足的缺陷。該法已在國外應用。

3)壓力下結晶

将型殼放在壓力罐内進行澆注,結束後,立即封閉壓力罐,向罐内通入高壓空氣或惰性氣體,使鑄件在壓力下凝固,以增大鑄件的緻密度。在國外最大壓力已達150atm。

4)定向結晶(定向凝固)

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。

鑄件清理

熔模鑄件清理的内容主要為

(1)從鑄件上清除型殼;

(2)自澆冒系統上取下鑄件;

(3)去除鑄件上所粘附的型殼耐火材料;

(4)鑄件熱處理後的清理,如除氧化皮、盡邊和切割澆口殘餘等。

熔模鑄造工藝設計的任務為

(1)分析鑄件結構的工藝性;

(2)選擇合理的工藝方案,确定有關的鑄造工藝參數,在上述基礎上繪制鑄件圖;

(3)設計澆冒系統,确定模組結構。

這裡要注意的是,在考慮上面三方面問題時,主要的依據仍舊是一般鑄造過程的基本原則,尤其是在确定工藝方案、工藝參數時(如鑄造圓角、加工餘量、工藝筋等),除了具體數據由于熔模鑄造的工藝特點稍有不同之外,設計原則與砂型鑄造完全相同。

熔模鑄造工藝設計的任務及其重要性

熔模鑄造是一種少切削或無切削的鑄造工藝,在以前也被稱為失蠟法鑄造,由于采用熔模鑄造工藝生産出來的鑄件在尺寸精度、表面質量方面均比其他鑄造方法鑄造出來的鑄件要高,此外,熔模鑄造法可完成一些複雜度高、不易加工的鑄件生産,因此深受企業的喜愛。

關于熔模鑄造流程,在整個熔模鑄造流程中,熔模鑄造工藝設計是至關重要的環節之一,該環節技術難度系數大,對于整個熔模鑄造工序起着非常重要的意義,這也是該環節多為一些專業性、技術性較強的人的原因。

如同其他鑄造工藝設計,熔模鑄造工藝的設計任務為:a.根據具體要求,分析鑄件結構的工藝性;b.策劃合理的工藝方案,确定相關的鑄造工藝參數,在此基礎上繪制鑄件圖;c.設計澆冒系統,确定模組結構,除了具體數據由于熔模鑄造的工藝特點稍有不同之外,設計原則與砂型鑄造完全相同。

由于熔模鑄造工藝設計環節對于整個鑄造流程有非常重要的意義,加上該環節對于設計人員自身素質要求非常高,企業對于該環節應該給予相當的重視。

發展趨勢

鑄造是現代機械制造工業的基礎工藝之一,因此鑄造業的發展标志着一個國家的生産實力。我國目前已經成為世界鑄造機械大國之一,在鑄造機械制造行業近年來取得了很大的成績。

“八五”期間鑄造機械制造受到了原機電部高度重視,投入了建國以來最大的一次專項技改貸款和攻關費用,扶持了鑄造機械行業産品的開發和發展。“大型抛丸清理機的制造”,“垂直分型無箱射壓造型機”,“水玻璃砂舊砂再生設備的研制”,“金屬型鑄造設備”等等相繼被開發應用。

“九五”期間,鑄造機械行業承擔并樹立完成了“轎車鑄件毛坯精化高效造型與清理成套技術與裝備”的任務,“缸體高效連續抛丸清理線的開發與研制”也取得圓滿成功,1999年完成了國家攻關高水平的氣沖造型線項目的成功。

“十五”期間,鑄造機械行業主要經濟指标的年均增長都在30%以上,高于機床工具全行業平均增長水平,特别是利潤增長更快,年均利潤增長高達46%,同時也保持較高的市場銷售水平。另外,樹脂砂鑄造成套設備,基本可以滿足國内市場需求,改變了過去主要依賴進口的局面;已經能夠生産出較高水平的鑄造自動生産線,達到可部分替代進口的水平,部分的解決了轎車發動機缸體、缸蓋等鑄件毛坯也要進口的情況;高水平自動制芯機、自動鑄件清理機、自動砂處理機、大型自動壓鑄機以及精密鑄造設備等鑄造機械,國内基本上都能生産制造。應當說“十五”期間鑄造機械行業的産品水平有了很大提高,為中國鑄造機械行業今後的進一步發展打下良好基礎。

“十一五”期間,鑄造業在巨大市場需求的刺激下,仍将繼續保持較高速度增長。由于鑄造機械産品的技術水平仍然與市場需求差距較大,使行業的發展存在巨大的發展潛力和擴展空間,為鑄造機械行業的快速增長帶來機遇。(資料來源:江陰市林興不鏽鋼制品有限公司)

國内優勢

信息技術對各行各業的發展是非常重要的,對壓鑄模具業的發展更是如此,開發并利用好信息資源,使生産經營活動借助信息的及時處理、順暢流通而高質量、高效率的運作,才能使行業更好更快的發展。

從國家的宏觀政策、行業發展、國際和國内的市場容量來看,大型精密複雜熔模鑄造模具和壓鑄模具的國際、國内的市場很大,僅世界汽車工業巨頭美國克萊斯勒一家在中國尋找模具設計制造意向的模具訂單有3億元人民币,隻要合作公司技術設備實力就有可能拿到訂單,同時,我國的熔模鑄造模具用料考究、制作精良、尺寸精度高、符合客戶标準要求、使用壽命和鑄件質量達到了國際先進水平,同時具有明顯的價格優勢。

海外市場

我國出口的熔模鑄造模具集中在歐洲、北美、日本、韓國等地,部分企業的出口模具量已占總産值的30%以上。從國家的宏觀政策、行業發展、國際和國内的市場容量來看,大型精密複雜熔模鑄造模具和壓鑄模具的國際、國内的市場巨大,僅世界汽車工業巨頭美國克萊斯勒一家在我國尋找模具設計制造意向的模具訂單有3億元人民币,隻要合作公司技術設備實力就有可能拿到訂單,因此投資大型精密模具項目有理論和實踐根據,才能不至于盲目,才有可能獲得更好的收益。

據悉,我國模具出口到歐洲的汽車油底盤壓鑄模由于價格優勢強、設計先進、制作精湛等優點,一再得到外商認可,一再追加訂單。可見我國的熔模鑄造模具産業的海外市場發展非常火速,未來定會步步高升。

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