精密鑄造的工藝流程及分析

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， 包括脫蠟法或石膏模法和陶瓷模法三大類。
2 脫蠟法精密鑄造
2-1 特征與優(yōu)
（1）鑄件的最大界限長度為700mm,易作之長度在200mm 以下。鑄件之最大重量約100公斤，一般常為10公斤以下。
（2）鑄件之尺寸公差20mm ±0.13mm,100mm ±0.30mm,200mm ±0.43mm,而小件之尺寸精度不易達到 ±0.10mm 以內(nèi)。 角度公差為 ±0.5~±2.0度， 鑄件最小厚度0.5~1.5mm.鑄件表面粗度約 Rmax 4S~12S.
（3）鑄件材質(zhì)幾無任何限制，如鋁合金、鎂合金、鈦合金、銅合金，各種鋼材、鈷基和鎳基耐熱合金，硬材料。

（4）制作形狀復(fù)雜之工件，尺寸精度良好，切削加工少。

（5）節(jié)省材料浪費，并可大量生產(chǎn)。
脫蠟精密鑄件廣用于噴射引擎、燃氣渦輪、蒸汽渦輪、飛機零件、內(nèi)燃機、車輛、食品機械、印刷機械、制紙機械、壓縮機、閥件、幫浦、計測儀、縫紉機、武器、事務(wù)機器、及其它機器零件
2-2 制程
脫蠟鑄造法有兩大類：實心模法和陶殼模法，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(fù)多次地進行沾漿和淋砂，直至獲得預(yù)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
（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
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。
（B） 蠟型成形模
大量生產(chǎn)機械零件用之蠟型成形模一般均使用鋁合金以機械加工的方法制成，此時系根據(jù)客戶所提供之藍圖加工，無須用到主模型。鋁合金模由數(shù)件組成，射蠟之前由手工組合、鎖定、射蠟完成之后再以手工拆卸，取出蠟型，部份成形模系利用主模型倒入或噴涂低熔點合金而作成，或?qū)⒅髂Ｐ蛿D壓入超塑性金屬板而成形。
（C）射蠟蠟質(zhì)系凝固溫度范圍大者，以半固狀態(tài)押入裝于射蠟機的模具內(nèi)部，押射壓力常為7~12kg/cm2,有時為50 kg/cm2,制作蠟型時，須注意金屬模溫度，蠟的押入溫度、押入壓力、離模時間、蠟型的溫度以獲得尺寸安定性。因此射蠟室須保持恒溫。有時候使用塑料取代蠟，生產(chǎn)量大而不十分要求尺寸精度的小鑄件使用聚苯乙烯，具有厚截面的大件則使用尿素樹脂（尿素粒85%,聚乙烯醇粉末10%，水5%）但是押射壓力須高達140 kg/cm2。
（D）心型
形狀簡單的中空制品，有細長孔，狹深溝的制品或中空部份的形狀復(fù)雜而涂覆漿無法附著的制品均須使用心型。心型的種類有金屬心型，可溶蠟心型和陶心型。
金屬心型法是先將金屬心固定于金屬模中，注入蠟后凝固，將金屬心型從蠟型中抽出，這局限于中空部份形狀簡單的制品才能采用。中空部份形狀較為復(fù)雜或內(nèi)孔曲折者，可用可溶蠟作成心型，固定于金屬模內(nèi)，注入蠟質(zhì)凝固后，將蠟型浸泡水中，溶出心型。但是，可溶蠟作成的心型強度不佳，易于折斷，因此，中空部份細長者，可使用氧化鋁粉，尖晶石粉、鈦酸鋇粉等與硅酸乙酯、膠硅土或樹脂等粘結(jié)劑混合作成陶心型，于成品澆注，疑固后，再以溶劑將陶心型溶出。渦輪葉片之中空部份即使用這種方法作成。
（E） 組樹
小工件的蠟型須以人工的方式逐件地焊粘于澆流導(dǎo)上面，組裝成蠟樹，這是脫蠟鑄造濧全工程中最耗費時間的一導(dǎo)步驟，組樹時系用平頭型的電烙鐵熱熔樹干或基板和蠟型，再予以粘合。裝配時應(yīng)注意的事項如下：
（1）盡量將多個蠟型組裝成一群；
（2）組裝時應(yīng)使蠟型于熔融時易于沿著樹干或基座流出；
（3）裝配成品部份應(yīng)最先凝固，澆池最后凝固；
（4）澆注、凝固后，工件易于從樹干或基座上切斷；
（F） 沾漿與淋砂。
組樹先以丙酮或酒精洗凈蠟型表面的離型劑、油脂等，接著，浸泡入粘結(jié)劑與微粉耐火材料泡成之漿液，滴盡過剩的附著漿液，然后淋撒耐火物小粒，予以干燥，這項操作的重點在于均勻涂漿于蠟型表面，并且不使氣泡附著、殘留。
如此反復(fù)多次，直到獲得預(yù)定的厚度，操作的次數(shù)及陶殼的厚度系視工件的尺寸與重量而定，其厚度須能支撐澆注時金屬熔液的重量與掙壓力而不致破裂。
漿體的主要成份業(yè)界多使用硅酸膠，填充劑則使用鋯粉，其重量比約為1:35,漿體須添加適量的潤濕劑（使?jié){液易于附著在蠟型表面）和消泡劑泡漿后須經(jīng)十二小時的攪拌才可使用，漿體的管理項目有粘度，比重和 PH 值
第一層之面漿使用填充劑添加量較多的高粘度者，第二層以后的背漿使用低粘度而滲透性較佳者，漿桶附近須保持22~25℃，以防止?jié){液迅速老化。在漿液滴畢未干之前，撒布粗大的耐火物粒，撒布的方法一般使用簡易而效果較佳的凈砂桶，少數(shù)使用淋砂機，涂覆層內(nèi)側(cè)部份使用50~100目的細粒，往外側(cè)則增粗為20~40目，干燥于輸送帶式，控制溫、濕度的強制送風(fēng)干燥室內(nèi)進行。
（G）脫蠟與燒成
工業(yè)上使用的方法是將涂覆的蠟型組樹放入高壓容器內(nèi)鎖緊，通入150℃的蒸汽加熱，使蠟質(zhì)訊速地熔化、流出，燒成的目的在于使殘附鑄模表面的少量蠟質(zhì)完全燃燒，去除，并提高鑄模的強度，鑄模的燒成溫度在700~1100℃之間，視澆注金屬的材質(zhì)而定，時間為20~60分鐘，鑄模取出加熱爐之，隨即進行澆注，以使鑄件具有良好的金相組織。
3 石膏模法
石膏之化學(xué)成份以硫酸鈣為主體，依結(jié)晶水的方式而分成無水石膏（CaSO4） ，半水石膏（CaSO4 ,1/2H2O,燒石膏）和二水石膏（CaSO4,2H2O）三種，石膏模法限用于生產(chǎn)非鐵合金鑄件，具有下述特色：
（1）適于非量產(chǎn)之精密鑄造，鑄模費用高；
（2）鑄件表面平滑，尺寸精度高，形狀復(fù)雜，表面有微細凹凸（例如12μm）也能鑄出；
（3）由于冷卻速率小，可鑄出薄壁鑄件，如0.6~1.5mm；
（4）鑄造應(yīng)變小，組織與機械性質(zhì)均勻；
（5）制造成本高，為砂模鑄件的5~10倍，從造模干燥到澆注，需時2~3日；
（6）石膏模之熱傳導(dǎo)性不佳，鑄件易生收縮缺陷，良品率較低；
（7）石膏模的透氣性不良，澆注時需加壓或減壓。
鑄模用石膏系以石膏為粘結(jié)劑，配合多種添加劑，以提高其耐火度，降低干燥時之收縮應(yīng)力和加熱燒成時之膨脹應(yīng)力。

1 作業(yè)工程
（1）模型與離型劑
模型的材質(zhì)可使用金屬、橡膠、木材等，使用木制模型須先加以涂裝以防止產(chǎn)生滲粘現(xiàn)象，離型劑有溶解于燈油之硬脂酸，凡士林、硅利康滑脂等。
（2）混水與攪拌
水使用純水或性質(zhì)相近者，半水石膏粉的混水量30~35%之間，以螺旋狀葉片于容器內(nèi)攪拌均勻，成奶油狀漿體，在漿體有充分流動性的期間倒入裝有模型的成形框內(nèi)，略為施以振動或施以10~10-1 torr之減壓以脫泡，避免氣泡沾附于模型表面，此時半水石膏產(chǎn)生水和反應(yīng)，漿體的粘性上升，失去流動性，凝結(jié)而硬化，形成二水石膏，隨結(jié)晶成長發(fā)熱，引起凝結(jié)膨脹，歷數(shù)十小時才結(jié)束膨脹。
（3）干燥
干燥石膏模法全工程中最耗費時間，也是最重要的步驟，急熱會造成鑄模破裂，因此應(yīng)設(shè)定數(shù)段干燥溫度，緩緩升溫、加熱，最終干燥溫度為200~230℃，鑄模反應(yīng)，去水而成無水石膏。干燥裝置最好使用溫度自動控制的熱風(fēng)強制循環(huán)排風(fēng)式電氣干燥爐，爐內(nèi)溫度分布均勻，以縮短干燥時間，即直接設(shè)定最終干燥溫度，鑄模也很少產(chǎn)生破裂的情形。
2 利用石膏模的脫蠟鑄造法牙科用、戒指、首飾、裝飾品和小型工藝品均應(yīng)用這種方法作成，石膏作為粘結(jié)劑用，主體為白硅石等耐火材料。將金屬制作之成品原模型，放在兩片橡膠之間，放于熱壓機上加熱加壓，使橡膠產(chǎn)生永久變形，而形成模型物之空模穴。將兩片橡膠對合、鎖緊，使注入口緊靠于注蠟機之注出口，以0.2~0.5 kg/cm2 之力力將熔蠟注滿橡膠模。冷凝之后打開橡膠模， 取出蠟型， 使用低功率之烙鐵局部熔化蠟型， 將之焊接于充當(dāng)流道之蠟干上，進行組樹作業(yè)，將組樹放入不銹鋼環(huán)內(nèi)，倒入石膏漿，然后振動和真空脫泡。石膏模硬化后在室溫放置12小時以上，使用電爐（120~150℃）或壓力鈉蒸汽脫蠟，脫蠟后的鑄模緩緩升溫到650~800℃燒成，將滲附于石膏表面的蠟質(zhì)完全燒除。殘余蠟質(zhì)燃燒不完全時，成為碳殘留會在鑄件表面形成缺陷。在燒成溫度保持一段時間，使鑄模內(nèi)外溫度均勻，在爐內(nèi)徐徐冷邿到適于澆注的溫度，然后取出石膏模放入真空鑄造機或離心鑄造機內(nèi)進行澆注。首飾如戒指、胸針等形狀十分復(fù)雜，具有細微凹凸紋路之成品均以離心鑄造法制成。鑄造機附設(shè)有高周波加熱裝置以熔化坩堝內(nèi)之貴金屬，再藉離心力（400~1000rpm）使熔融金屬注滿石膏模，冷凝后錘打不銹鋼環(huán)，取出石膏模，再以水槍沖散石膏，取出鑄件處理之。如佛像花瓶或其它較大件之工藝品則使用真空鑄造機制成。
4 陶殼模法
陶殼模鑄件大都是少量生產(chǎn)，不易機械化、自動化、成本高，因而，其適用范圍頗受限制，主要對像有：
（1）本為焊接而成者可一體鑄成
（2）切削性不良的材料可大減細加工量
（3）美術(shù)工藝品形狀復(fù)雜跟脫蠟鑄造比較，可作成大鑄件或厚肉件或者在數(shù)量上脫蠟鑄造法嫌太少者。適用制品有：
1）各種金屬模具：壓鑄用、塑料成形用（射出成形、熱壓成形）玻璃制品用、橡膠制品用、鍛造用；
（2）葉片：大型蒸汽渦輪，各種動葉輪；
（3）零件：電子導(dǎo)波管、飛機用安定器、閥體等；陶殼模法系以硅酸膠溶體為結(jié)合劑，混合耐火材料粉末填充劑及膠凝體化促。進劑，作成漿體。將有充分流動性的漿體澆覆于模型表面，待漿體凝結(jié)，后脫模，以700℃脫水，干燥，以1000℃燒成以提高強度，做成陶殼模。陶殼模的厚度為3~20mm,澆注大型鑄件時，其背面須襯墊，以托撐材料以承體金屬熔液之重量。
模型材料在量少時使用表面處理過的材料，大量生產(chǎn)時使用金屬或樹脂，填充劑使用高純度、高熔點的耐火材料以防止與熔融金屬產(chǎn)生反應(yīng)，其材質(zhì)依澆鑄金屬的種類而定，耐火材料的粒度分布是大粒子混以小粒子粉粒，可獲得適度的強度與表面度，膠凝體化促進劑使用的目的在于加速結(jié)合劑的固化，一般使用堿性物如碳酸銨等。調(diào)整填充劑與結(jié)合劑之重量百分比，可控制漿體之流動性，陶殼模之強度與透氣性。填充劑之使用量使泡成漿體之體積為結(jié)劑體積的1.5~2.5倍。
陶殼模之背托撐模可以使用干燥模、油砂模、二氧化碳模，也可以使用永久性的金屬模。陶殼模在澆鑄前須預(yù)熱，澆鑄鋼鐵材料為500℃，低熔點金屬則為200℃，澆鑄中或澆鑄后，最好是于惰性氣體中進行以防止氧化或脫碳之發(fā)生。

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