關(guān)于精密（失蠟）鑄造工藝的研究

劉旭，向東湖，陳學(xué)勇

關(guān)于精密（失蠟）鑄造工藝的研究

Study on the Casting Technique of Precision Casting(Lost Wax Casting)

劉旭，向東湖，陳學(xué)勇

中材裝備集團(tuán)熱工分公司的第四代冷卻機(jī)用凹、凸密封件，對表面光潔度、裝配尺寸以及直線度的要求很高，采用傳統(tǒng)的砂型鑄造法鑄造成型，達(dá)不到產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。在《水泥技術(shù)》雜志2013年第5期《關(guān)于V法鑄造工藝的研究》一文中，介紹了V法鑄造工藝制作凹凸密封的研究，而本文主要介紹了另外一種制作凹凸密封的鑄造工藝——精密（失蠟）鑄造。

所謂精密（失蠟）鑄造，簡單地說就是用易熔材料（蠟料）制成可熔性的模型（簡稱熔模），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(gè)整體型殼后，再用蒸汽或熱水從型殼中熔掉模型，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高溫焙燒（如采用高強(qiáng)度型殼時(shí)，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，澆注入熔融金屬而得到鑄件[1]。

精密（失蠟）鑄造，具有以下優(yōu)點(diǎn)[1]：

（1）尺寸精度高，光潔度好——尺寸精度最高可達(dá)到名義尺寸的5‰，粗糙度水平為Ra0.8～3.2μm，從而大大減輕了后續(xù)機(jī)械加工的工作負(fù)擔(dān)，在近凈形甚至凈形情況下，機(jī)械加工幾乎全部被取消。

（2）能鑄造外形復(fù)雜的鑄件。

（3）能鑄異形復(fù)雜小孔及薄壁件鑄件。

（4）可用以鑄造的合金不受限制——適合于大部分鑄造合金，包括各種鑄鐵、碳素鋼、低合金鋼、工具鋼、不銹鋼、耐熱鋼、鎳合金、鈷合金、鈦合金、青銅、黃銅、鋁合金等。并且其總體加工效果比較穩(wěn)定，尤其適合難于鍛造、焊接、機(jī)械加工的材料。

目前，中材裝備集團(tuán)冷卻機(jī)設(shè)備的凹凸密封件采用該鑄造工藝制作。

1 精密（失蠟）鑄造工藝流程[1]

（1）設(shè)計(jì)澆注工藝；

（2）制作模具；

（3）向模具內(nèi)注蠟，再把蠟件取出，蠟件的形狀即澆注后鑄件的樣子；

（4）修理蠟件；

（5）將蠟件組到澆注系統(tǒng)上；

（6）制殼——首先將組好的蠟件放到漿料桶中，沾上漿料，然后取出，把蠟件放到砂子中，這樣蠟件表面就會(huì)沾上一層砂子，晾干，待這一層干燥后，繼續(xù)這樣的程序，一般五至六層即可，最后一層只沾漿料，不沾砂子；

（7）脫蠟——在制殼時(shí)，蠟件表面不是完全被砂子包住，而是在水口頂露出一部分，這時(shí)將蠟件放到設(shè)備中，加熱，使蠟熔化，流出；

（8）澆注——澆注時(shí)需要把殼預(yù)熱一下；

（9）振殼、清理。

圖1為精密（失蠟）鑄造工藝流程簡圖。

圖1 精密（失蠟）鑄造工藝流程簡圖

2 精密（失蠟）鑄造工藝的操作流程

精密（失蠟）的工藝如上所述，下面以本公司第四代冷卻機(jī)凹、凸密封件的制作流程為例來詳細(xì)解析該鑄造的操作流程。

2.1 制作鋼模模具

鋼模模具的制作是保證工件尺寸精度、外觀質(zhì)量的根本所在，鋼模制作的好壞，直接影響到蠟?zāi)Ｖ谱鞯馁|(zhì)量，故在制作采購鋼模時(shí)，一定要選擇質(zhì)量優(yōu)良的模具廠家，見圖2。

圖2 凹凸密封用的鋼模模具

2.2 鋼模內(nèi)注蠟，制作工件蠟?zāi)?/p>

使用熔蠟設(shè)備將蠟融化，使用注射槍將熔融狀態(tài)的蠟從鋼模中間的小孔向其內(nèi)部注蠟，蠟充滿鋼模內(nèi)腔后，會(huì)從兩端的小冒口冒出，此時(shí)，型腔內(nèi)充滿了蠟，工件蠟?zāi)Ｐ纬桑妶D3。

圖3 熔蠟平臺及注蠟工藝孔

工藝參數(shù)：室溫20～24℃，壓射蠟溫50～55℃，壓射壓力0.2～0.5MPa，保壓時(shí)間10～20s，冷卻水溫度12～18℃。

2.3 冷卻鋼模，將工件蠟?zāi)Ｈ〕觯ζ溥M(jìn)行修邊、防變形

當(dāng)蠟充滿整個(gè)型腔內(nèi)壁后，為了加速開啟鋼模速率，在注完蠟后，將鋼模放入水中快速冷卻，冷卻完畢后將蠟?zāi)Ｈ〕觥Ｈ〕鱿災(zāi)：螅瑢⑵浞胖迷谛拚脚_上進(jìn)行修邊，使其邊角平整光滑。

同時(shí)，蠟?zāi)Ｔ谛拚笠欢ㄒ胖迷谄秸牟Ａ嫔希ν姑芊庀災(zāi)＿M(jìn)行壓平，對凹密封蠟?zāi)Ｔ诎疾蹆?nèi)放置一硬桿進(jìn)行固定，防止蠟?zāi)Ｔ诶鋮s過程中變形，見圖4。

圖4 蠟?zāi)Ｐ拚胺雷冃?/p>

2.4 蠟?zāi)＝M裝澆注系統(tǒng)

制作完工件蠟?zāi)：螅谱鳚沧⑾到y(tǒng)的蠟?zāi)＃⒃诮M裝臺上對澆注蠟?zāi)＿M(jìn)行加熱，再將其融合在工件蠟?zāi)Ｉ希纬梢唤M蠟?zāi)＃唤M模完畢后使用三氯乙烷和酒精對其進(jìn)行清洗，并晾干。

2.5 制殼

當(dāng)蠟?zāi)＝M裝完畢后，開始進(jìn)行制殼，首先涂覆面層涂料，最關(guān)鍵的一步是在蠟?zāi)け砻嫔辖佑|的第一層面層涂料，它是與鋼液直接接觸的，所以第一層面層涂料的好壞，直接影響工件的外觀質(zhì)量以及尺寸精度。

第一層面層涂料有水玻璃溶劑和鋯英粉（240目）。將蠟?zāi)７胖迷谒Ａ軇┲袧櫇瘢又鴮櫇竦南災(zāi)７湃?40目的鋯英粉中，將鋯英粉粘接在蠟?zāi)ど希俜湃胗陕然@和氯化鋁組成的殼體硬化劑溶液中，浸泡25min后取出，用風(fēng)扇將其晾干。

其中，鋯英粉用于配置面層涂料；水玻璃溶劑用于蠟?zāi)１砻鏉櫇瘢ＷC鋯英粉與蠟?zāi)Ｄ芡繏焐稀ＫＡ軇┲兴ＡШ退呐浔仁?：3，見圖5。

圖5 第一層面層涂料所用的240目鋯英粉及水玻璃溶劑

第二層面層涂料使用80～120目的鋯英粉，其水玻璃溶劑的水玻璃含量比第一層的高出10%左右，其余步驟同上。

第三層、第四層面層涂料使用40～60目的鋯英粉，其水玻璃溶劑的水玻璃含量比第二層的又高出10%左右，其余步驟同上（即所用鋯英粉越粗，所需水玻璃溶劑的濃度越高，易于粘接）。

在完成面層涂料的四次涂覆后，開始進(jìn)行背層涂料的涂覆，背層涂料的主要功能在于加強(qiáng)殼體強(qiáng)度。背層涂料主要由濃度更高的水玻璃溶劑和煤矸石粉砂（16～30目）組成。其中水玻璃溶劑的水玻璃含量比面層涂料的第四層又高出10%左右。

第一層背層涂料涂覆完畢后，取出晾干，再放入由氯化銨和氯化鋁組成的殼體硬化劑溶液中，浸泡25min后取出，晾干，用細(xì)鐵絲將型殼進(jìn)行捆繞固定，加強(qiáng)殼體的強(qiáng)度。

重復(fù)進(jìn)行第二、三、四次的背層涂料涂覆，硬化、晾干，所用煤矸石粉砂和水玻璃溶劑均與第一層背層涂料相同，即將第一層背層涂料的工序再重復(fù)3次，鎳鐵絲只需在第一次背層涂料完成后捆綁一次即可，見圖6。

圖6 第一層背層涂料所用煤矸石粉及硬化處理

2.6 脫蠟、型殼焙燒

將殼體放入脫蠟設(shè)備中，將蠟脫出，并自然放置一天的時(shí)間。將脫完蠟的殼體放入爐中進(jìn)行焙燒，將殼體烘干并且燒結(jié)，焙燒溫度為860℃，保溫1.5h，即可。

2.7 澆注、清理

在冶煉時(shí)，按照配方進(jìn)行合金冶煉，在鋼液澆注前，對型殼進(jìn)行加熱，減少型腔和鋼液的溫度差，避免薄壁件急冷而引起的熱裂，同時(shí)延長排氣時(shí)間，更有利于鑄件內(nèi)部質(zhì)量，見圖7。

圖7 精密（失蠟）鑄造制作的凹凸密封

3 結(jié)語

經(jīng)過實(shí)踐證明，采用精密（失蠟）鑄造工藝制作凹凸密封件，可確保產(chǎn)品的高、精質(zhì)量，且外觀較好。同時(shí)，該鑄造工藝也應(yīng)用在冷卻機(jī)最新式的活頁式篦板葉片的制作上，效果同樣較好。

[1]中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì).特種鑄造[M]//鑄造手冊（第二版）：第6卷.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.■

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2017-03-29； 編輯：趙 蓮