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1、冰模铸造工艺zbz（湖北汽车工业学院 材料科学与工程学院，湖北 十堰2014）摘要：冷冻铸造是一种环境友好的清洁成形技术，适应当今铸造技术的发展方向。与其它精密铸造工艺相 比,既可实现铸件的近净形化，又避免或降低了模具材料、造型材料对环境带来的压力。本文阐述冷冻铸造 技术的社会意义，介绍冷冻铸造的发展状况，并分析目前发展中的各种冷冻铸造技术的基本工艺原理和工 艺方法，讨论其存在的基本问题，包括冷冻铸造对冰模的基本要求、冰模的制作方法、在冷冻条件下型壳 及造型材料所应具有的性能、材料的选择和处理工艺，探讨该工艺发展中的一些方向。关键词：冷冻铸造;工艺;制模Ice Casting Process
2、Based on Research Investment CastingZHANG Bingzhou(Materials Science and Engineering ,Hubei University Automotive of Technology,ShiyanHubei,China)Abst ract： Frozen casting is an environmentally friendly clean forming technology, adapt to todays development direction of casting technology. Compared w
3、ith other casting process, can achieve near net shape cas ting t echnology, but also to avoid or reduce the mold mat erials, molding materials to bring pressure on the environment. This paper describes the social significance of freeze casting technology, the introduction of frozen cast of developme
4、nt, and analyzes the basic process principles and process met hods curren tly developing a varie ty of frozen cas ting t echnology, discuss the basic problems of its existence, including the freezing of the ice mold casting basic requirements, ice mold production methods, in terms of performance, ma
5、terial selection and processing t echnology under freezing cond itions and shell molding mat erial should have discussed some of the direction of the process development.Keywords: frozen casting; technology; molding 这是冰雕艺术作品(0賜绞懈封塞(小密封噩(e)罗汉笔筒图2T2几种零件和艺术件的原型与冰模“马踏飞燕”身高34.5厘米，身长45厘米，宽13厘米。“马踏飞燕”自出土以来
6、一直 被视为中国古代高超铸造业的象征。看了这几个艺术品，有没有什么联想呢？在学习熔模铸造的时候我在想水具有与石蜡差不多的性质，能不能用水代替石蜡进行“熔 模铸造”呢？通过查阅相关资料，我了解到真的有这种铸造技术冰模铸造技术。1熔模铸造的优缺点熔模铸造因其能够生成表面光洁度很高的型壳和复杂的形状，因此能够生产出高质量的铸 件。熔模铸造又称失腊法。失腊法是通过铸件原型的结构特点制作出与之相适应的模具，用硅 橡胶或者其他材料涂挂在铸件原型表面，形成材质相对较为柔软的铸件型壳，然后将熔融的石 蜡倒入型腔中形成与原铸件形状相同的蜡模，然后在蜡模的表面涂挂泥浆或者其他材料形成 一层坚硬的外壳，通过加热让石
7、蜡从型壳中融出，然后将熔融的金属倒入型壳中，冷却后将型 壳打碎后将得到的铸件进行清型即可得到与原铸件形同的铸件。用蜡料做模样时，熔模铸造又 称失蜡铸造。熔模铸造通常是指在易熔材料制成模样，在模样表面包覆若干层耐火材料制 成型壳，再将模样熔化排出型壳，从而获得无分型面的铸型，经高温焙烧后即可填砂浇注的铸 造方案。由于模样广泛采用蜡质材料来制造，故常将熔模铸造称为“失蜡铸造”。可用熔模铸 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。熔模铸造所铸零件一般来所形状相对都比较复杂。 通过熔模铸造，其所产生的铸件可达到的尺寸很小
8、，最小可铸造0.5mm的孔径和0.3mm的 壁厚。在生产中可将一些原来由几个零件组合而成的部件，通过改变零件的结构，设计成为整 体零件而直接由熔模铸造铸出，以节省加工工时和金属材料的消耗，使零件结构更为合理。熔 模铸件的重量大多为零点几十牛(从几克到十几千克，一般不超过25千克)，太重的铸件用 熔模铸造法生产较为麻烦，但目前生产大的熔模铸件的重量已达800牛左右。熔模铸造工艺 过程较复杂，且不易控制，使用和消耗的材料较贵，故它适用于生产形状复杂、精度要求高、 或很难进行其它加工的小型零件，如涡轮发动机的叶片等。熔模铸造生产的第一个工序就是制 造熔模，熔模是用来形成耐火型壳中型腔的模型，所以要获
9、得尺寸精度和表面光洁度高的铸 件，首先熔模本身就应该具有高的尺寸精度和表面光洁度。此外熔模本身的性能还应尽可能使摸具制作扌圭入检机44加库验工随后的制型壳等工序简单易行。为得到上述高质量要求的熔模，除了应有好的压型（压制熔模 的模具）夕卜，还必须选择合适的制模材料（简称模料）和合理的制模工艺。熔模铸造中蜡模铸 造的生产工艺路线如图所示：熔炼折 IKH RanF模1铸脱蜡壳冷冻铸造技术是一种亲近于环境的熔模铸造技术，是当今熔模铸造发展的方向。与其他精 密铸造相比不但能够实现铸件的近净形化，同时又降低了模具材料、造型材料对于环境的破坏。 世界上在冷冻铸造方面处于前列的工业发达国家在此技术上的发展方
10、向有四点：保护环境， 减少污染；提高铸件的质量和可靠性，能够生产出优质的铸件；降低工业生产的成本； 缩短铸件生产的周期。冷冻铸造技术相对于传统的铸造技术能够生产出高质量的形状复杂的精 密铸件，解决了传统铸造中存在的许多局限性，例如生产成本高、生产周期长、工艺过程复杂、 材料昂贵、批量大的问题。同时对于熔模铸造中失蜡铸造方法容易出现的壳模破裂的问题也得 到了进一步的改善。表2T几种铸造方法的比较锌造方袪形型铸造熔模铸造消决模铸造冷冻詩造缄尺才溟差in/IOin0.100无数据0,0770.027遊血橄2 （RMS）300-70012512590WftttW*差）105622熔模铸造的发展概况21
11、国内熔模铸造的发展概况熔模铸造业在我国有悠远的历史，我们的先人们在古时候就精湛于熔模铸造的工艺，中国 早在商代就已掌握了熔模铸造的工艺原理和技术。虽然我国有悠久的熔模铸造历史，但是在科技高速发展的今天，我国的熔模 铸造技术相 比较于同工业发达国家还是有不小的差距的。在合金的种类上，国内的熔模铸造一般采用的 是碳钢和不锈钢，合金钢和非铁合金用的非常少，而在国外，熔模铸造的材质有各种金属的 合金钢，而且所占比例比较大，因此，在合金的种类上，我们国内仍有不小的需要改进的。在 合金的质量上，国外的用的都是通过从熔炼长容量好的合金材料，他们的浇冒口等废料都会 送回厂家进行处理，而国内都是用一些废角料进行
12、熔炼后进行 浇铸的，这就严重影响了铸件 的内部成分，杂志比较多，进而产品的质量也会降一个档次。我们国内型壳和制模上的材料 方面，我国内仍用不小比例的低温模料和水玻璃,这就影响了模具和型壳的质量，造成浇铸 出的铸件存在缺陷，这一方面国内也需要不小的改进。在熔模铸造设备方面，国内在部分 步骤上采用了与国际持平的先进机械，比如真 空沾浆炉、雨淋式撒沙机等，但是在国外整 个工艺流程都是采用最先进的机械设备，比如美国早已成套的真空熔注设备在我国还是很少 见的，仍处于一种试验阶 段。在高质量的铸件的比重上看，国内一般的高质量精铸铸件都是 用在航空航 天方面，而在其他方面，高质量铸件比重非常小，大都是铸造一
13、些铸件精度要求 不 是很高的铸件，但是在国外，高质量的精铸铸件一般用在航空航天和军事上，他们的铸件质量 比于国内还是有不小的优势，因此，国外铸件的附加值比国内高 很多，其所带来的生产效益 显而易见。“精铸不精”的现象已经困扰了国内很多 年。2.2国外熔模铸造技术概况冷冻铸造在国内外尚处于起步阶段，据有关资料报道的只有美国的Duramax公司在 1991年投入冷冻铸造的研究并获得了美国专利。国外铸造行业为了能够得到高质量的铸件， 致力于冷冻铸造技术的研究，研究结果概括为两个方面：（1）冷冻造型和冷沙造型技术冷 冻造型使用液氮为冷冻介质使型砂中水分冷冻后形成冷冻造型。如英国发明的Hitachi法；
14、 前苏联发明的冷冻模板法及正空冷冻法；美国专利4150704覆盖法等等。这种方法产生的铸 件表面光洁度高，砂型溃散性好，生产成本低廉且对环境无害。（2）用冰冻模型生产铸件技术冷冻模型生产有两类具代表性的工艺技术，都是用冰模代替蜡模，脱模时型壳不会像 传统工艺那样受模料膨胀而开裂变形，从而这种工艺能够大大提高铸件的表面光洁度。发达 国家总体上铸造技术先进、环境污染小、耗材低、生产效率高、出产成品率 高、质量优异等 优点。3冰模铸造的特点31冷冻铸造技术相对于其他铸造技术的优点（1）精度高蜡模的膨胀率比较高，在失蜡过程中容易出现壳模破裂，而冰模完美的解决 了这个问题，而且冰模的表面光洁度更高，对于
15、保持铸件表面光洁度 有很大的作用。（2） 工艺性方面得到了改善，对于水的组成没有蜡模高，而且冰模的脱模性比较好。（3）水的 形态决定了冰模能够形成非常复杂的铸件模样。（4）成本低廉 水无处不在，而且非常便宜， 其成本几乎可以忽略不计，在其成型的时候能耗也是非常低的。（5）对环境造成的压力 小在整个模样的生产和后续处理过程中都是无害于环境的。3.2冰模铸造的局限性冰模铸造对于其特殊性，决定了它是有一定的限制性的，以下举例几点：（1）冰模铸造 不适用于大型的、薄壁、平板类铸件，尺寸太大造成模具的制作 相当困难，无论从所需的模 具材料还是制作过程都是一个很大的难题，薄壁造成的是冰模的强度不是很高，容易造成在 薄壁部分冰模的破裂和熔化。（2）制作过程必须在低温环境下进行，必须防止冰模的熔化， 如果温度过高，在生产冰模的过程中冰模表面变形熔化，造成铸件表面变化，造成铸造缺陷。（3）设备要求比较高，自动化进度较高，设备投入大，技术要求高，操作复杂。4冰模铸造工艺过程无论是熔模铸造还是陶瓷型铸造，必须首先制作与铸件外形和尺寸相对应的冰模。制作冰 模有两种方法，一是利用模具制作冰模，类似腊模熔模铸造中的压型；另一种是利用快速冷冻 原型技术（RFP）。4.1模具制造冰模4.1.1冰模对模具的要求冰模对模具的要求与蜡膜对压型的要求不同，制造冰模的模具应具有良好的密封性和退让 性
