精密铸造

1 概述

    精密铸造又称"脱蜡铸造"，凡是是在蜡模概况涂上数层耐火材料，待其硬化干燥后，将其中的蜡模熔去而制成型壳，再经过焙烧，然掉队行浇注，而获得铸件的一种编制，由于获得的铸件存在较高的尺寸精度和概况光洁度，故又称"熔模精密铸造"

    精密铸造的工艺过程见图1。可用精密铸造法生产的合金种类有碳素钢、合金钢、耐热合金、不锈钢、精密合金、永磁合金、轴承合金、铜合金、铝合金、钛合金和球墨铸铁等。

    蜡模铸件的外形个别都斗劲复杂，铸件上可铸出孔的最小直径可达0.5mm，铸件的最小壁厚为0.3mm。在生产中可将一些本出处几个零件组合而成的部件，经过过程转变零件的结构，设计成为整体零件而直接由精密铸造铸出，以俭仆加工工时和金属材料的破耗，使零件结构加倍公道。

    熔模铸件的分量大多为零点几十牛（即几十克到几公斤），太重的铸件用精密铸造法生产较为麻烦，但今朝生产大的熔模铸件的分量已达800牛摆布。

    精密铸造工艺过程较复杂，且不轻易节制，操作和破耗的材料较贵，故它合用于生产外形复杂、精度请求高、或很难进行其它加工的小型零件，如涡轮筹谋机的叶片等。

 图1是熔模铸件的照片。精密铸造的工艺过程见图2。

 

图1 熔模铸件照片

2 熔模的制作

    精密铸造生产的第一个工序就是制作熔模，熔模是用来组成耐火型壳中型腔的模子，所以要获得尺寸精度和概况光洁度高的铸件，首先熔模本人就应当存在高的尺寸精度和概况光洁度。此外熔模本人的性能还应尽可能使随后的制型壳等工序简略易行。为获得上述高质量请求的熔模，除了应有好的压型（压抑熔模的模具）外，还必须选择合适的制模材料（简称模料）和公道的制模工艺。

   2.1 模料

    制模材料的性能不单应保障便利地制得尺寸切确和概况光洁度高，强度好，分量轻的熔模，它还应为型壳的制作和获得精采铸件创作创造条件。模料个别用蜡料、自然树脂和塑料（合成树脂）配制。凡重要用蜡料配制的模料称为蜡基模料，它们的熔点较低，为60～70℃；凡重要用自然树脂配制的模料称为树脂基模料，熔点稍高，约70～120℃。

经常常操作来配制模料的原材料的性能见表1。

表1. 常常操作模料原材料的性能

名称  熔点

(oC)  灰分

(分量％) 重度25 oC时

(牛/米2) 抗拉强度

(牛/米2) 迟误率

(%)   线缩短率

(%)   软化点

(o　C)

石蜡 58-66    < 0.11   (8.5-8.7)X103    2.21-2.94)X105   2-2.5    0.5-0.7 约30

硬脂酸   70-71    < 0.02   8.4-8.7)X103 1.72-1.96)X105   2.0-3.0 0.6-0.69    约35

松香 89-93    < 0.03   8.8-10.7)X103    　 　 0.07-0.09 52-66

川蜡 80-85    0.036-0.051   9.0-9.3)X103 11.3-12.7)X105   1.6-2.2 0.8-1.2    　

白蜡 67-80    0.03 9.8X104 71.74X105 　 2.0   约40

褐煤蜡   82-87    0.1-0.5 8.6-10.1)X103    　 　 　 　

聚乙烯   115-130 0.04-0.08 8.8-9.1)X103 118-137)X105 　 1-1.5    约80

 

图2 精密铸造工艺过程

   2.2 模料的配制及收受领受

    1）模料的配制

    配制模料的方针是将组成模料的各类原材料同化成均匀的一体，并使模料的状态合适压抑熔模的请求。

    配制时重要用加热的编制使各类原材料融化同化成一体，尔后在冷却景象下，将模料强烈搅拌，使模料成为糊膏状态供压抑熔模用。有时也有将模料融化为液体直接浇注熔模的景象。

    2）模料的收受领受。

    操作树脂基模料时，由于对熔模的质量请求高，大多用新材料配制模料压抑铸件的熔模。而脱模后收受领受的模料，在重熔过滤后用来建造浇冒口系统的熔模。

    操作蜡基模料时，脱模后所得的模料可以收受领受，再用来制作新的熔模。可是在循环操作时，模料的性能会变坏，脆性增大，灰分增多，勾当性降落，缩短率增长，色彩由白变褐，这些重要与模料中硬脂酸的变质有关。是以，为了尽可能地复原旧模料的原有性能，就要从旧模料中除去皂盐，常常操作的编制有盐酸（硫酸）措置法，活性白土措置法和电解收受领受法。

   2.3 熔模和模组的制作

    1）熔模的制作

    生产中大多采用压利巴糊状模料压入压型的编制制作熔模。压抑熔之前，需先在压型概况涂薄层分型剂，以便从压型中取出熔模。压抑蜡基模料时，分型剂可为机油、松节油等；压抑树脂基模料时，常常操作 麻油和酒精的同化液或硅油作分型剂。分型剂层越薄越好，使熔模能更好地复制压型的概况，前进熔模的概况光洁度。压抑熔模的编制有三种，柱塞加压法、气压法和活塞加压法。

    2）熔模的组装

    熔模的组装是把组成铸件的熔模和组成浇冒口系统的熔模组合在一路，重要有两种编制：

    1.焊接法 用薄片状的烙铁，将熔模的毗连部位融化，使熔模焊在一路。此法较广泛。

    2.机械组装法 在大批生产小型熔模铸件时，国外已广泛采有机械组装法组合模组，采用此种模组可使模组组合和效率大猛前进，工作条件也获得了改良。

3 型壳的制作

    精密铸造的铸型可分为实体型和多层型壳两种，今朝广泛采用的是多型壳。

    将模组浸涂耐火涂料后，撒上料状耐火材料，再经干燥、硬化，如此几次再三多次，使耐火涂挂层达到需要的厚度为止，这样便在模组上组成了多层型壳，凡是快要其停放一段时刻，使其充实硬化，而后熔失模组，便获很多层型壳。

    多层壳有的需要装箱填砂；有的则不需要，经过焙烧后便可直接进行浇注。

    在熔失熔模时，型壳会遭到体积正在增大的熔融模料的压力；在焙烧和注时，型壳各部分会产生彼此牵制而又不均的膨胀的缩短，是以，金属还可能与型壳材料产生低温化学反响。所以对型壳便有必定的性能请求，如小的膨胀率和缩短率；高的机械强度、抗热震性、而火度和低温下的化学不变性；型壳还应有必定的透气性，以便浇注时型壳内的气体能顺遂外逸。这些都与制作型壳时所采用的耐火材料、粘结剂以及工艺有关。

   3.1 制作型壳用的材料

    制作型壳用的材料可分为两种类型，一种是用来直接组成型壳的，如耐火材料、粘结剂等；此外一类是为了获得精良的型壳，简化独霸、改良工艺用的材料，如熔剂、硬化剂、概况活性剂等。

    1）耐火材料

    今朝精密铸造中所用的耐火材料重要为石英和刚玉，以及硅酸铝耐火材料，如耐火黏土、铝钒土、焦宝石等。有时也用锆英石、镁砂（MgO）等。

    2）粘结剂

    在精密铸造中用得最广泛的粘结剂是硅酸胶体溶液（简称硅酸溶胶），如硅酸乙酯水解液、水玻璃和硅溶胶等。组成它们的物质重要为硅酸（H2SiO3）和溶剂，有时也有不变剂，如硅溶胶中的NaOH。

    硅酸乙酯水解液是硅酸乙酯经水解后所得的硅酸溶胶模铸造中用得最早、最广泛的粘结剂；水玻璃壳型易变形、开裂，用它浇注的铸件尺寸精度和概况光洁度都较差。但在我国，当生产精度请求较的碳素钢铸件和熔点较低的有色合金铸件时，水玻璃仍被广泛操作于生产；硅溶胶的不变性好，可长久存放，制型壳时不需专门的硬化剂，但硅溶胶对熔模的润湿稍差，型壳硬化过程是一个干燥过程，需时较长。

   3.2 制壳工艺

    制壳过程中的重要工序和工艺为：

    1）模组的除油和脱脂

    在采用蜡基模料制熔模时，为了前进涂料润湿模组概况的能力，需将模组概况的油污去除掉。

    2）在模组上涂挂涂料和撒砂

    涂挂涂料之前,应先把涂料搅拌均匀,尽可能削减涂料桶中耐火材料的沉淀,调剂好涂料的粘度或比重，以使涂料能很好地充填和润湿熔模，挂涂料时,把模组浸泡在涂料中,摆布高低晃荡,使涂料能很好润湿熔模，均匀笼盖模组概况。涂料涂好后，便可进行撒吵。

    3）型壳干燥和硬化

    每涂复好一层型壳往后，就要对它进行干燥和硬化，使涂料中的粘结剂由溶胶向冻胶、凝胶转变，把耐火材料连在一路。

    4）自型壳中熔失熔模

    型壳完整硬化后，需从型壳中熔去模组，因模组常常操作蜡基模料制成，所以也把此工序称为脱蜡。遵守加热编制的分歧，有很多，脱蜡编制，用得较多的是热水法和同压蒸汽法。

    5）焙烧型壳

    如需造型（填砂）浇注，在焙烧之前，先将脱模后的型壳埋箱内的砂粒傍边，再装炉焙烧。如型壳低温强度大，不需造型浇注，则可把脱模后的型壳直接送入炉内焙烧。焙烧时逐步增长炉温，将型壳加热至800-1000C，保温一段时刻，便可进行浇注。

4 熔模铸件的浇注和清算

   4.1熔模铸件的浇注

    精密铸造经常常操作的浇注编制有：

    1）热型重力浇注编制有以下几种。

    这是用得最广泛的一种浇注情势，即型壳从焙烧炉中取出后，在低温下进行由浇注。此时金属在型壳中冷却较慢，能在勾当性较高的景象下充填铸型，故铸件能很好复制型腔的外形，前进了铸件的精度。但铸件在热型中的缓慢冷却会使晶粒粗大，这就降落了铸件的机械性能。在浇注碳钢铸件时，冷却较慢的铸件概况还易氧化和脱碳，从而降落了铸件的概况硬度、光洁度和尺寸精度。

    2）真空吸气浇注

    将型壳如图3所示放在真空浇注箱中，经过过程型壳中的藐小孔隙吸走型腔中的气体，使液态金属能更好地充填型腔，复制型腔的外形，前进铸件精度，防止气孔、浇不足的毛病舛误。该法已在国外操作。

 

图3 真空吸气浇注拆卸示意图

    3）压力下结晶

    将型壳放在压力罐内进行浇注，竣事后，立即关闭压力罐，向罐内通入低压空气或惰性气体，使铸件在压力下凝固，以增大铸件的致密度。在国外最大压力已达150Mpa。

    4）定向结晶（定向凝固）

    一些熔模铸件如涡轮机叶片、磁钢等，若是它们的结晶组织是按必定标的方针列举的柱状晶，它们的工作性能便可前进很多，所以精密铸造定向结晶手艺正活络地获得成长。

   4.2 熔模铸件的清算

    熔模铸件清算的内容重要为：（1）从铸件上断根型壳；（2）自浇冒系统上取下铸件；（3）去除铸件上所粘附的型壳耐火材料；（4）铸件热措置后的清算，如除氧化皮、尽边和切割浇口残存等。

5 精密铸造工艺设计

    如同个别铸造工艺设计，精密铸造工艺设计的使命为：

    （1）分化铸件结构的工艺性；

    （2）选择公道的工艺方案，必定有关的铸造工艺参数，在上述根底上绘制铸件图；

    （3）设计浇冒系统，必定模组结构。

    在考虑上述三方面的问题问题时，重要的按照还是个别铸造过程的根底原则，出格在必定工艺方案、工艺参数时（如铸造圆角，拨模斜度、加工余量、工艺筋等），除了具体数据由于精密铸造的工艺特点稍有分歧以外，而设计原则与砂型铸造完整不异

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