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1、历史工艺应用作为文明古国，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
2、春秋时代的铜禁是迄今所知的最早的失蜡法铸件。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，焚失法最早见于商代中晚期，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
3、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。失蜡法的工艺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，尺寸精确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。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
4、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。熔模铸造的发展一、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、工艺流程压型制造压型制造熔模样件熔模样件制造制造组装模组组装模组型壳制造、型壳制造、脱蜡、焙烧脱蜡、
5、焙烧填砂、浇注填砂、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（Ra1.6-6.3m）。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，叶型的最小壁厚可达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
6、出铸件结构合理性的几条基本原则。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最合理的铸件结构。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）最小壁厚最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，最小壁厚与合金种类及铸件轮廓尺寸有关。2）圆角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。取值铸造斜度面高h/mm非加工面斜度外表面内表面20020120-5001503050-10001
7、0030100010015熔模铸件的铸造斜度铸件越高，斜度越小4）加工余量加工余量熔模铸件单面加工余量（单位 mm）铸件最大尺寸5050-120120-250250-400400-630单面加工余量0.50.5-0.11.0-1.51.5-2.02.0-3.0浇口面加工余量2.0-4.05）最小铸出孔最小铸出孔最小铸出孔的孔径与深度（单位：mm）孔的直径最大孔深通孔不通孔3-55-1055-1010-305-1510-2030-6015-2520-4060-12025-5040-60120-20050-8060-100200-30080-100100300-350100-120五、易熔模铸造易
8、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。原材料原材料定定 量量热机械混热机械混合均匀化合均匀化浇注成浇注成料锭料锭重熔重熔模料模料模模 料料压注压注压型准备压型准备模组检模组检验标号验标号模组模组组焊组焊蜡模及浇注蜡模及浇注系统除油系统除油蜡模蜡模修补修补蜡模蜡模检验检验料锭料锭破碎破碎蜡模蜡模校型校型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5080之间，凝固温度区间以510为宜。2）耐热性耐热性模料耐热性是指温度升高时其抗软
9、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H35-22mm。3）收缩率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%。优质模料线收缩率仅为0.3%0.5%。4）强度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，最好为5.08.0MPa。5）硬度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46度（1度=10-1mm）6）粘度和流动性粘度和流动性
10、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310-3310-2Pa.S 。为得到清晰的熔模，模料应具有良好的流动性。7）灰分灰分模料灼烧后的残留物称灰分，它将影响铸件的质量，也是模料最重要的指标之一。一般模料灰分的质量分数应低于0.05%。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1736。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5864石蜡。 2. 模料的种类1）蜡基模料蜡基模料蜡基模料由石蜡和硬脂酸两种材料组成。2）树脂基模料树脂基模料树脂基模
11、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。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。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。蜡膏制备方法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
12、压时间和起模时间。1）压射蜡温和压型温度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
13、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
14、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）电熔刚玉电熔刚玉电熔刚玉就是a-A12O3，熔
15、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（锆英石）锆砂又称硅酸锆或锆英石。分子式为ZrO2SiO2（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
16、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.硅溶胶型壳的制备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
17、需厚度的多层型壳。4.2 各工序目的及注意事项1)上涂料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 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第一步、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，浇铸杨进 董才智 吴家玉 鲍亚光THE ENDTHANK YOU
