淺談蠟模精密鑄造制程

鑄造利潤源泉的發(fā)動機

淺談蠟模精密鑄造制程

精密鑄造法是指使用非金屬鑄模，制品尺寸精度高于普通砂模鑄件之鑄造法的總稱，包括脫蠟法(LostWaxCasting或InvestmentCasting)，石膏模法(PlasterMoldCasting)和陶瓷模(CeramicMoldCasting)法三大類。

脫蠟鑄造法有兩大類：實心模(SolidMold)法和陶殼模(CeramicShellMold)法，后者為前者的改良法。

實心模法系在考慮蠟型的冷凝收縮量，鑄模的加熱膨脹量和熔融金屬的冷凝收縮量之后，制作與最終鑄件尺寸近似的模具。將融化的蠟質(zhì)押灌注入此以金屬或硅膠做成之模具內(nèi)，取出蠟型后，浸入微粉耐火材料與粘結(jié)劑混泡而成之漿液。滴凈之后，撒布粗粒耐火材料，使之干燥。放入鑄框，將混練有粘結(jié)劑的耐火物粒填滿之，然后干燥。接著加熱使蠟質(zhì)熔化流出來，作成鑄模。以高溫加熱鑄模，燒除少量殘余之蠟質(zhì)并提高其強度，接著注入金屬熔液。

陶殼模法直到蠟型的制作都跟實心模法相同，只是在一次沾漿和淋砂（或浮砂）之后，并不進行包模作業(yè)，而是反復多次地進行沾漿和淋砂，直至獲得預定的外殼厚度。干燥、加熱、熔流出蠟質(zhì)，高溫加熱再行澆注，這種方法為目前的脫蠟精密鑄造業(yè)者所廣泛采用，因其具有下列優(yōu)點：

(1)尺寸穩(wěn)定性較佳

(2)耐火材料使用量較少

(3)重量輕，易于搬運、處理、制作大型鑄件

(4)制程可局部自動化，以節(jié)省人力，提高生產(chǎn)速率

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(5)生產(chǎn)成本較低

(6)陶殼模較薄，澆注后鑄件的冷卻速率較高而均勻，故其機械性質(zhì)較佳。

(A)主模型(MasterPattern)

主模型的外形與最終制品的近似，制作時須將蠟的冷凝收縮，鑄模的加熱膨脹與鑄造金屬的冷凝收縮列入考慮。例如蠟型的冷縮率是1。2%，鑄模的熱脹率是0。7%，鑄造金屬的冷縮率是1。7%時，則主模型的尺寸增加率則為2。2%，常用的材質(zhì)有鋁合金、銅合金和不銹鋼等。

青縣鼎佳精密鑄造有限公司，是河北省規(guī)模最大的精密鑄造企業(yè)之一，專業(yè)生產(chǎn)各種精密鑄件，如：不銹鋼鑄件，五金鑄件，縫制鑄件，紡織鑄件。

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精密鑄造中蠟模制造的有關(guān)問題

各行各業(yè)對精密鑄件有著不同的要求,為滿足需要,精密鑄造技術(shù)展示出它廣泛的適應性,例如表現(xiàn)在材料的多樣性、形狀的復雜性、生產(chǎn)的成批性、尺寸的精確性、均一性、穩(wěn)定性及表面精度等方面,在這些特性里,今天都有著新的進展和提高。例如材質(zhì)為不銹鋼重量40g,外廓尺寸為長55mm、寬3216mm、厚13mm的精密鑄件,對它的要求是:①鑄態(tài)直接使用,全免機加工;②鑄件上軸孔的圓度和表面粗糙度必須滿足日本工業(yè)標準(JIS)的規(guī)定;③軸孔周圍的4個孔與另一部件配合,其相關(guān)尺寸除滿足JIS的規(guī)定外,并要求鑄件不能撓曲變形;④鑄件的最小尺寸公差為±012mm;⑤鑄出的文字、符號等的深度為013mm,要求線條清晰;⑥平面間的最小尺寸公差為011mm;⑦毛翅、圓角、表面粗糙度、縮陷、變形等末特殊指定的,均按生產(chǎn)單位標準執(zhí)行。作為精密鑄件的一個例子,從中可感到當今工業(yè)生產(chǎn)對精密鑄件的要求和生產(chǎn)者可以達到的水平。從現(xiàn)代熔模鑄造工藝流程可以知道,要做到上述的要求并不是一件很容易的事。因此,如果不從每個工序、每個環(huán)節(jié)、每個崗位進行嚴格管理、正確操作、前后配合的話,要達到上述目的是很困難的。本文僅就蠟模制造的有關(guān)問題作概要的討論。一、蠟料

蠟料是精鑄生產(chǎn)中的第一個環(huán)節(jié)。眾所周知,由于鑄件生產(chǎn)的發(fā)展,相應地對蠟料的要求也是多種多樣的。生產(chǎn)者最簡便的方法是從市售的蠟料中選用，也可以自己配制，還可以委托專業(yè)工廠按要求生產(chǎn)。但無論何種蠟料其要求的性質(zhì)是相同的,即:熔點、凝固點、軟化點、導熱性、流動性、收縮性、縮陷性、強度、硬度、韌性、離型性、涂掛性、回用性、尺寸穩(wěn)定性及高溫灼燒后的殘留灰分量等。我們在具體鑄件生產(chǎn)的基礎(chǔ)上,選用一種蠟料,要求蠟料在某些方面具有的特點、有主有次；同時從成本上加以考慮也是重要因素。為了滿足各種鑄件的具體要求，蠟料分為液態(tài)、半液態(tài)、半固態(tài)、固態(tài)；有填充料的和無填充料的；水溶性的和非水溶性的；再生的和非再生的；蠟模用的、澆注系統(tǒng)用的、粘接用的、修補用的、密封用的,樹脂類蠟料等。單從蠟模用蠟料來說,其品種也極多,并且在繼續(xù)發(fā)展中。有填充料的蠟料(FILLERWAX)應用得比較廣泛，常用的填充料是粉狀聚乙烯、聚苯乙烯、有機酸、脂肪酸及淀粉等。其加入量為總量的30%～45%,這類蠟料有很好的保溫性,即在較低溫度下能成形,其流動性好,蠟模細部可清晰再現(xiàn),例如加有熱硬性苯乙烯、加有異苯二甲酸及加有商品名為P2FILLER的三種蠟料,從104℃降到49℃的時間各為59秒、62秒及99秒,這說明填充料的種類對蠟料性能的影響是較大的。這類蠟料的收縮率比無填充料的要小5%以上。與蠟料性能密切相關(guān)的問題是蠟料的制備、使用及處理方法對蠟料性能的影響。

1、防止蠟料在熔化過程中過熱

(1)使用間接加熱的油浴爐并使導熱油強制循環(huán),熔化溫度控制在84～98℃范圍內(nèi),并使其始終處于攪動狀態(tài),目的除了使溫度均勻以外,對含填充料的蠟料還有防止沉淀的作用。過高的溫度及局部過熱均會因蠟料氧化、炭化等問題而使蠟料的性能變壞。過熱的表現(xiàn)是蠟的顏色發(fā)生變化,盛蠟桶內(nèi)壁產(chǎn)生黑斑,因填充料的分離而呈半透明狀,盛蠟桶內(nèi)產(chǎn)生煙霧或蒸發(fā)物。

(2)蠟在回用處理時,為了去除雜質(zhì)和水分,必須加熱到蠟的熔點以上,通�？刂圃�120℃以下,在保證蠟料有一定的流動能力以去除雜質(zhì)外,其所含水分也會因攪拌器的攪動而得以蒸發(fā)。

(3)對于在保溫筒保溫下使用的壓蠟棒,其加熱溫度只需比射出溫度高2～3℃就可以了。

(4)蠟料在高壓釜(壓力罐)內(nèi)脫除時,蒸氣溫度可高達150℃以上,這種條件是造成蠟料性能變壞的主要環(huán)節(jié),所以設(shè)法降低脫蠟溫度、降低脫蠟壓力以保持蠟料的性能。

2、保持環(huán)境溫度

在蠟模制造室內(nèi),無論是冬季或夏季,室內(nèi)溫度都應保持在20～25內(nèi),使蠟模的尺寸處于一個穩(wěn)定的環(huán)境中,同時與沾漿制殼工序的環(huán)境條件相配合,以保證型殼的質(zhì)量。

(1)、蠟料的加熱保溫

蠟料在壓力下從盛蠟桶進入壓型,在型中冷卻凝固。在這一過程中,溫度差是影響蠟模的形狀、尺寸及穩(wěn)定性的主要因素。因此,在用蠟桶保溫蠟料而進行壓蠟時,蠟桶溫度的均勻性是極為重要的,同于蠟料的導熱性差,借助蠟桶的熱量使蠟料均勻是困難的,溫度不均勻的蠟桶是生產(chǎn)不出健全的蠟模的。為此,通常用保溫槽對蠟桶進行加熱保溫,保溫槽通常可設(shè)定在58～62℃內(nèi),略高于射出溫度。在較長時間,至少8小時以上加熱均勻化以后才能使用。保溫槽是一個油浴加熱裝置,導熱油在油泵壓力下循環(huán)流動,使蠟桶在均勻溫度下加熱保溫,保溫槽的溫度控制器可按需要設(shè)定所要求的溫度。溫度不均勻的蠟桶在壓蠟時,蠟模會產(chǎn)生充不滿、冷隔、粒狀表面、流紋及網(wǎng)狀紋等缺陷。

(2)、蠟模的成形方法

根據(jù)鑄件的大小、形狀和技術(shù)要求產(chǎn)生不同的成形方法。而不同的成形方法又有不同的蠟料相配合。從壓蠟的動力分,有手動、電動、氣動、液壓等;從壓力分,有低壓、中壓、高壓等;從蠟料狀態(tài)分,有液態(tài)、半液態(tài)、半固態(tài)、固態(tài)等;從壓型分,有金屬型、橡膠型、石膏型等,從鑄件分,有工業(yè)品、藝術(shù)品等等。二、壓蠟成型機(壓蠟機)

蠟料在壓蠟機中被壓成蠟模,也就是蠟模的性質(zhì)在很大程度上受壓蠟機參數(shù)的制約,這直接關(guān)系到壓蠟機的設(shè)計、結(jié)構(gòu)和性能。例如對一臺直立式高壓半固態(tài)壓蠟機來說,在進行壓蠟操作以前,必須先檢查蠟料溫度、射出壓力、壓射時間、冷卻時間、壓型溫度。然后根據(jù)工藝卡的規(guī)定進行操作。壓蠟成形機的性能主要表現(xiàn)在它所能調(diào)節(jié)的工藝參數(shù),其中包括,手動式、自動式;蠟桶溫度調(diào)節(jié)、注蠟口溫度調(diào)節(jié);合型力調(diào)節(jié)、合型行程調(diào)節(jié);壓射壓力調(diào)節(jié)、壓射速度調(diào)節(jié)、壓射時間調(diào)節(jié);回程速度調(diào)節(jié)等。例如有的鑄件,其蠟模兩端各有兩個孔環(huán),由于孔環(huán)與本體的連接比較薄弱,所以在連接處易發(fā)生肉眼可見的微裂紋,后來通過調(diào)節(jié)射出速度和保持時間,這種缺陷就消除了。由此可知,壓蠟機所能調(diào)節(jié)的工藝參數(shù)及其調(diào)節(jié)范圍、調(diào)節(jié)方法及正確控制對制造合格蠟模是極為重要的。壓蠟機的中心部分是蠟筒。其尺寸為密集分布;另一種是蠟模深層的氣泡,通常是集中性的較大的氣泡,肉眼無法看到,但從蠟模的局部鼓起,出現(xiàn)于蠟模的中心部分和最后冷卻的部分,這是內(nèi)壓力的釋放,氣體膨脹的結(jié)果。

3、表面皺紋

由于蠟料溫度不夠,壓射速度較低,蠟料運動與壓型溫度的配合不當;或由于壓型內(nèi)表面受損或不清潔;激冷金屬塊放置不當?shù)?在蠟模表面留下運動的痕跡。紋路較深的,類似金屬鑄件的冷隔缺陷;輕微的皺紋可以打磨除去。還有就是在型芯周圍、孔洞的周圍,有時可見到接縫,略呈凹陷,實際是二股蠟流的會合處未能很好熔合,這是蠟料的溫度不夠、壓力不足的結(jié)果。

4、表面粗糙

由于射出壓力過小、或射出速度不夠,蠟料與壓型內(nèi)表面的接觸密度不夠,不能如實地反映壓型的表面狀態(tài),嚴重的還伴有皺紋。

5、縮凹

蠟模表面凹陷,主要是射出壓力及時間不夠,或是蠟料溫度較高,冷卻時間不夠有時離型脫模劑太多,也可能使蠟料性質(zhì)下降。表面縮凹涉及較大面積,修理比較困難。

6、變形

蠟模從壓型中取出后,除了尺寸發(fā)生縮小變化外,因取出時手法不妥而人為造成變形;由于蠟模仍在冷卻而使溫度場發(fā)生變化而撓曲變形是常見的。所以剛從壓型中取出的蠟模仍要小心安放,通常以較大平面為基準放平,必要時使用與變形部位相適應的形狀,做成金屬塊嵌入蠟模防止變形,也即使其充分冷卻。也可能蠟料太軟,壓型的組成部件不合適等。

7、毛翅(披縫)

這是最常見的一種缺陷,即在壓型合型處,壓型組合塊的接合處,型芯與芯座的連接處等地方有很薄的蠟片逸出。其產(chǎn)生的原因主要是壓型精度不夠,壓型分型面或型內(nèi)部件接合面受到損傷或附著不潔物,或合型力不夠,射出壓力過高�；蛘呦灥臏囟冗^高。毛翅必須徹底清除掉,蠟模才能使用。

8、粘著

蠟模與壓型粘著是因為沒有使用離型劑,或是蠟與壓型的溫度均太高,或是壓型受損害、壓型不清潔所造成。四、結(jié)語

蠟模制造與隨后的組裝、制殼、脫蠟、澆注、清整一樣,要強調(diào)的是操作工藝的重要性,各個環(huán)節(jié)之間的配合,必須執(zhí)行各個工序的工藝卡及相關(guān)的技術(shù)管理文件。并要在貫徹執(zhí)行中不斷完善有關(guān)文件以適應正常生產(chǎn)的需要。每個崗位上的工作人員必須對有關(guān)的工藝卡中的內(nèi)容和要求有充分的理解和切實的執(zhí)行,否則盡管有各類技術(shù)文件,其結(jié)果形同虛設(shè)。在缺陷的防止、材料利用、設(shè)備維修,工夾具制造和檢驗、廢品分析、修補、報廢等方面都要有章可循,有人負責,將工藝制度切實地貫徹在整個生產(chǎn)活動中。

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