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制造。鑄造技術是指以熔模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、石膏型鑄造等鑄造技術。熔模鑄造又稱“失蠟鑄造”,是用易熔材料如蠟料制成模樣,然后在模樣上包覆若干層耐火材料,待其硬化干燥后,將其中的蠟模熔去而制成型殼,再經過焙燒,然后進行澆注而獲得鑄件的一種方法,由于獲得的鑄件具有較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度,故又俗稱為“熔模鑄造”。熔模鑄造技術適用于機車車輛、機械、汽車、船舶等行業(yè)的鑄件的生產。
鑄造工藝特點:
1)尺寸,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,從而減輕了后續(xù)機械加工的工作負擔。在近凈形甚至凈形情況下,機械加工幾乎全部被取消。
2)鑄件的機械性能優(yōu)越,成型成本低
由于該工藝本身的優(yōu)越性和穩(wěn)定性,鑄件的機械性能可以保持在較上。失蠟鑄造特別適合于結構形狀復雜的情況。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、沖壓、鍛造、注塑、板金等。同時鑒于該工藝的靈活性,成型顯得容易,零部件的重量可以明顯減輕,從而降低加工成本。此外,還非常有利于節(jié)約和環(huán)保。
3)廣泛的材質適應性
硅溶膠失蠟鑄造適合于大部分鑄造合金,包括各種鑄鐵、碳素鋼、低合金鋼、工具鋼、不銹鋼、耐熱鋼、鎳合金、鉆合金、欽合金、青銅、黃銅、鋁合金等。并且其總體加工效果比較穩(wěn)定,尤其適合難于鍛造、焊接、機械加工的材料。
4)優(yōu)良的生產柔性
對于大批量、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(qū)別。無需非常復雜的機械設備,模具加工方案也靈活多樣。此外,我國的鑄造類企業(yè)和其他的研究單位還研究出了一些新的熔模鑄造工藝及技術。如:多孔道鑄造工藝設備模具及鑄造用易熔合金模具技術等。
其中多孔道鑄造工藝設備模具是用于在超塑性和蠕變狀態(tài)下大規(guī)格薄壁零部件的鑄造的工藝技術設備。它特別適用于航空流體動力復雜結構荷載部件的小批量生產制作。該工藝技術設備廣泛應用于航空制造、船舶制造、無線電工業(yè)和其它機械制造工業(yè)。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、表面質量好等優(yōu)點,并且熔模鑄造是一項被廣泛采用的少、無切削的工藝,該工藝簡單來說就是用易熔材料制成可熔性模型,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(jié)約金屬原材料。因此熔模鑄造在鑄造中是一種被廣泛運用的鑄造方式,這種鑄造方式降低了成本,提高了鑄造企業(yè)的競爭力。熔模鑄造中較重要的一個步驟就是澆注成型,那么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地發(fā)展。
2.壓力下結晶
將型殼放在壓力罐內進行澆注,結束后,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后,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,因此鑄件能很好復制型腔的形狀,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。
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(tài)金屬能地充填型腔,復制型腔的形狀,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,鑄件尺寸精度是受鑄件結構、鑄件材質、制模、制殼、焙燒、澆注等多方因素影響的,其中任何一個環(huán)節(jié)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)制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,保壓時間在熔模成型后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小時后,熔模尺寸基本穩(wěn)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于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)制殼材料的影響:采用鋯英砂、鋯英粉、上店砂、上店粉,因其膨脹系數小,僅為4.6×10-6/℃,因此可以忽略不計。
(5)型殼焙燒的影響:由于型殼的膨脹系數小,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。