精鑄葉片熔模鑄造工藝研究

陳雷

摘? 要：為了保證精鑄葉片有良好的制造質量，應認識到精鑄葉片零部件型殼質量的重要性，并能結合精鑄葉片運轉環境特點以及精鑄葉片制造工藝特點，制定科學的精鑄葉片零部件熔模鑄造方案。本文就精鑄葉片零部件熔模鑄造工藝制模、制殼過程進行了分析。

關鍵詞：精鑄葉片;鑄造;熔模;工藝

在當前航空發動機、燃氣輪機運轉階段中，精鑄葉片是運轉狀態最為嚴苛的轉動零部件，尤其是溫度條件、所受應力大小以及綜合環境條件方面的復雜度尤為明顯。因此也就需要制造人員能重點做好精鑄葉片的制造操作，保證精鑄葉片的制造質量。

1 蠟模壓制操作

由于精鑄葉片運行工況較為嚴苛，因此也就需要精鑄葉片制造工藝能具有良好的科學性以及規范性，嚴格控制好精鑄葉片制造細節，讓精鑄葉片整體質量得以強化。

在進行精鑄葉片制造的階段中，蠟模是鑄件結構、外形最為直觀的體現，因此蠟模的質量也就會影響到精鑄葉片零部件鑄件的實際尺寸精度。因此也就需要對制模材料的質量進行更為嚴格的控制，不僅需要蠟模能有良好的表面光潔度，同時為了保證精鑄葉片的成品質量，也就需要蠟模材料與面層涂料能有良好的潤濕性，為精鑄葉片型殼的制造創造良好基礎，促進精鑄葉片制造質量的提升。

從當前精鑄葉片蠟模制造方面看，在進行模型制造的階段中，對于尺寸要求不高或尺寸通過加工保證的葉片蠟模通常會選擇50%的石蠟和50%的硬脂酸配制而成。這種蠟料的全熔溫度為70℃～90℃。為加速蠟料凝固，減少蠟料收縮，制模時蠟料是45℃～48℃的糊狀稠蠟，用0.2～0.4MPa壓力壓入制好的壓型中成型。從壓型中取出模型后完全放入14℃～24℃的水中冷卻，以防止變形。最好室溫保持在18℃～25℃間，使蠟模具有足夠的強度，并保持準確的尺寸和形狀。對于尺寸要求較高的葉片蠟模通常選用收縮率小、尺寸穩定的中溫模型蠟，這種蠟料化蠟溫度為110℃-120℃，使用前將其完全融化并充分攪拌8小時以上，在90℃-95℃靜置12小時以上，最后在55℃-65℃保溫12小時后使用壓蠟機壓制蠟模。而目前在蠟模材料制備階段中也存在多種不同制備方式，比如在進行蠟模材料制備的時候也可能直接蠟模材料處理為液體狀態，這樣在后續的制造中直接使用液體狀態的模型材料進行澆注，這些不同的模型材料加工方式之間有一定的差異性，需要制備人員在操作中結合實際情況進行科學選擇。

壓制蠟基模料時，分型劑可為機油、松節油等，分型劑層越薄越好，使熔模能更好地復制壓型的表面，提高熔模的表面光潔度。

2 制備型殼分析

2.1 撒砂分析

它是使浸漬涂料的蠟模組均勻地粘附一層耐火材料，以形成有一定厚度的型殼。小批量用手工撒砂，大批量在專門的撒砂設備上進行。目前，精鑄葉片熔模鑄造中所用的耐火材料主要為石英、剛玉以及莫來石、煤矸石等。

2.2 浸涂料分析

浸涂料是將蠟模組置于涂料中浸漬，使涂料均勻地覆蓋在蠟模組表面。涂料是由耐火材料、粘結劑、添加劑等組成的漿狀混合物，它使型腔獲得光潔的面層。在精鑄葉片熔模鑄造中，用得最普遍的粘結劑是硅酸膠體溶液（簡稱硅酸溶膠），如硅酸乙酯水解液、水玻璃和硅溶膠等。其組成物質主要為硅酸（H2SiO3）和溶劑，有時也有穩定劑，如硅溶膠中的NaOH等。硅酸乙酯水解液是硅酸乙酯經水解后所得的硅酸溶膠，是熔模鑄造中用得最早、最普遍的粘結劑。水玻璃殼型易變形、開裂，用它澆注的鑄件尺寸精度和表面光潔度都較差。但在我國，當生產精度要求較低的碳素鋼鑄件和熔點較低的有色合金鑄件時，水玻璃仍被廣泛應用于生產。

2.3 硬化及干燥分析

為使耐火材料層結成堅固的型殼，撒砂后需進行硬化及干燥。硅溶膠型殼通常在溫度18～25℃濕度40～70%環境下風干17小時以上。以水玻璃為凝結劑時，在空氣中干燥一段時間后，將蠟模組浸在飽和濃度（25%）的NH4CL中1～3min，這樣硅酸凝膠就將石英砂粘的很牢，而后在空氣中干燥7～10min，形成1～2mm厚的薄殼。為使型殼具有一定的厚度與強度，上述的浸涂料、撒砂、硬化及干燥過程根據鑄件尺寸大小需重復4～6次，最后形成5～12mm厚的耐火型殼。

3 脫蠟操作分析

脫蠟也是精鑄葉片熔模鑄造過程中不可缺少的必要流程，脫蠟環節的開展對于最終精鑄葉片熔模鑄造效果具有很大的影響，只有做好脫蠟工作，才能真正滿足鑄造的要求。由此可見，做好脫蠟工作極為重要，這就要求有關人員能夠做好以下幾點：首先，工作人員應該結合實際情況選擇適合的脫蠟方法，比較常見的脫蠟方法有水浴脫模、常壓蒸汽脫模等。其次，還要按照有關操作要求進行脫蠟。針對精鑄葉片脫蠟而言，通常采用蒸汽脫蠟法，將帶有型殼的模組放入160℃的高壓蒸汽環境下迅速進行脫蠟，可以防止蠟料受熱膨脹使型殼開裂。如型殼數量較少也可以采用簡單的熱水脫蠟方法，先將帶型殼的蠟模組浸泡在90攝氏度的水中，從而將蠟料加以融化，最后經朝上的澆口上浮，使得蠟料得以脫離，而脫離的蠟料也能進行回收利用。

4 焙燒操作分析

除了以上工藝流程外，焙燒也是比較關鍵的工藝流程環節，通過進行焙燒，使得型殼的強度能夠有所提升，能夠更好的完成精鑄葉片熔模鑄造工作。為此，這就要求有關人員能夠提高對于焙燒環節的重視程度，并且嚴格要求自己，加強這方面知識的了解，同時能夠結合自身經驗合理的進行焙燒，保證焙燒的質量，滿足實際鑄造的要求。具體而言，在實際焙燒的過程中做好焙燒前的雜質去除工作，盡量避免雜質進入型腔影響后續工序的順利進行。焙燒后，需要檢查型殼是否有裂紋現象的出現，同時需要搖殼檢查是否有型殼表層脫落現象，必要時可以使用清水洗殼，適合時可以對型殼進行修補。

5 結束語

鑄造精鑄葉片是熔模鑄件中的佼佼者，它的發展集中了熔模鑄造技術的精華，對航空發動機、燃氣輪機的發展起著極其重要的作用，需要制造人員能不斷提升制造技術、注意先進制造技術發展動向，推動精鑄葉片制造質量提升。

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