可切削石蠟在熔模鑄造中的應用

胡增榮

（南京鐵道職業(yè)技術學院，江蘇 蘇州 215137）

如何快速經(jīng)濟地生產形狀復雜的單件或批量很小的產品，尤其是當零件材料為難加工材料的，是當前很多單位關注的一個問題。比如在設備維修中一些復雜配件可能也需要快速的生產制造出來，還有在新產品開發(fā)的時候，更是需要能夠快速，精確地制造出原型產品，再有就是各種難加工的合金或高溫合金零件，難以應用普通的機加工方法制造。相應地各種快速成型技術也應運而生，其中熔模鑄造是快速成型精度較高實體零件的一種重要方法。

1 熔模鑄造

熔模精密鑄造又稱失蠟法鑄造，是一種少切削或無切削的零件制造工藝，是鑄造行業(yè)中的一項優(yōu)異的工藝技術，其應用非常廣泛。它不僅適用于各種類型、各種合金的鑄造，而且生產出的鑄件尺寸精度、表面質量比其它鑄造方法要高，甚至其它鑄造方法難于實現(xiàn)的復雜、耐高溫、不易于加工的鑄件，均可采用熔模精密鑄造鑄得。

現(xiàn)代熔模精密鑄造是在古代蠟模鑄造的基礎上發(fā)展起來的。 熔模鑄造工藝，簡單說就是用易熔材料（例如蠟料或塑料）制成可熔性模型（簡稱熔模或模型），在其上涂覆若干層特制的耐火涂料，經(jīng)過干燥和硬化形成一個整體型殼后，再用蒸汽或熱水或加熱的方法從型殼中熔掉模型，然后把型殼置于砂箱中，在其四周填充干砂造型，最后將鑄型放入焙燒爐中經(jīng)過高溫焙燒（如采用高強度型殼時，可不必造型而將脫模后的型殼直接焙燒），鑄型或型殼經(jīng)焙燒后，于其中澆注熔融金屬而得到鑄件。

熔模鑄造最大的優(yōu)點就是由于熔模鑄件有著很高的尺寸精度和表面光潔度，所以可減少機械加工工作，只是在零件上要求較高的部位留少許加工余量即可，甚至某些鑄件只留打磨、拋光余量，不必機械加工即可使用。由此可見，采用熔模鑄造方法可大量節(jié)省機床設備和加工工時，大幅度節(jié)約金屬原材料。

熔模鑄造方法的另一優(yōu)點是，它可以鑄造各種合金的復雜的鑄件，特別可以鑄造高溫合金鑄件。如噴氣式發(fā)動機的葉片，其流線型外廓與冷卻用內腔，用機械加工工藝幾乎無法形成。用熔模鑄造工藝生產不僅可以做到批量生產，保證了鑄件的一致性，而且避免了機械加工后殘留刀紋的應力集中。

2 可切削石蠟

所謂的可切削石蠟就是具有良好的硬度，優(yōu)秀的抗拉性和韌性，可滿足各種機床的切削要求的石蠟材料。該材料國內外均有生產，目前主要用于數(shù)控加工的首件試切，驗證加工程序；CNC教學實訓，以及新產品原型制作等。

3 可切削石蠟應用于熔模鑄造

將可切削石蠟用于熔模精密鑄造可以快速制作出具有實際功能的原型零件，在設備維修和新產品試制中有著廣泛的應用。其思路是使用可切削石蠟在在數(shù)控機床上直接加工出熔模，對加工出的熔模進行處理后用于熔模制作中。相較于傳統(tǒng)的使用壓型制作熔模的方法，用切削加工就可以省去熔模壓型模具的制造，對于單件或小批零件能節(jié)約成本，增加工藝靈活性和反應速度，有很大的現(xiàn)實意義。

4 實驗及結果分析

為了驗證這一思路的效果，我們與一熔模鑄造廠聯(lián)合進行了相關實驗。實驗材料用的是青島同泰蠟業(yè)有限公司生產的可切削石蠟，其物理特性為：比重為 0.9 g/cm3～1.98 g/cm3邵氏硬度（Shore D）為40-50軟化點溫度為140℃。采用萬能加工中心機床在整塊蠟的坯料上加工出零件的完整外形，然后再將零件從坯料上切下來，然后對蠟模進行表面處理，先后經(jīng)過制殼，燒芯，用砂圍芯，澆鑄，去殼去毛刺，清理噴丸最后得到成品零件如圖1所示。所得零件表面光潔，尺寸符合預設要求，經(jīng)過簡單打磨便可以直接使用。

蠟模在機械加工中發(fā)現(xiàn)以下問題：首先由于石蠟材料硬度較低，使得對工件夾持幾乎無可避免的造成材料表明損傷，這樣就要求零件最好一次裝夾完成全部或絕大部分加工工作，并且夾持的部位不能位于零件上，如圖1實驗零件就是夾持方形石蠟底部，一次裝夾加工完上面的形狀，然后用小的立銑刀將其切割下來，再修整得到的。這樣既增加加工難度，也浪費材料。再有就是，由于石蠟材料強度的限制，被加工零件上不能有大的懸伸結構，也不能有復雜的腔體，另外由于受排屑的影響，被加工零件上也不宜有深溝、窄的不通槽，否則由于切屑磨損并粘結到被加工表面，會使被加工表明質量明顯惡化。蠟模機加工的過程中還要控制溫升，當溫度高的時候蠟會變軟，加工后的制件不容易保持精度。所以在選擇使用機加工的方法制作蠟模時，首先要盡量選擇硬度、強度較高，軟化點溫度較高的可切削石蠟材料，同時要考察被加工零件的結構特點，看其是否適合用石蠟進行機加工得到，如上面提到的很多結構形式并不適合使用石蠟切削加工。

圖1 試驗零件

5 總 結

由于使用可切削石蠟能夠快速加工出原型零件，并且石蠟材料成本較低，可以使用大切削量高速切削，對刀具幾乎無磨損，也不需要使用切削液，與傳統(tǒng)的熔模制造方法相比可以省去蠟模，能夠快速的將設計意圖轉變?yōu)閷嵨铮材軌蛑圃祀y以加工的單件零件，如各種合金和高溫合金的復雜鑄件，有些零件地材料用普通機加工的方法很難加工，卻可以方便地使用機加工蠟模進行熔模快速鑄造。所以其主要用于結構適合的，新零件試制、單件小批量生產，維修件制作，蠟模壓模制造前的零件驗證等。

［1］胡增榮.快速模具制造技術在砂型鑄造模具上的應用［J］.鑄造設備研究,2005（5）：29-32.

［2］姜不居.精密熔模鑄造［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2007.