不銹鋼精密鑄造的機械性能比鑄鐵高,但其鑄造性能卻比鑄鐵差,屬于熔模精密鑄造或精密鑄造。不(bu)銹鋼具有熔點較高,鋼液易氧化、鋼水的流動性差、收縮性大等特點,精密鑄造適用于各種類型不銹鋼的鑄造。
硅溶膠工藝不銹鋼鑄造屬于熔模精密鑄造或精密鑄造,是一種少切削或無切削的鑄造工藝,是鑄造行業中的一項優異的工藝技術,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、表面質量比其他鑄造方法更高,甚至其他鑄造方法難以鑄造的復雜、耐高溫、不易于加工的鑄件,均可采用熔模精密鑄造鑄得。
所謂熔(rong)(rong)模鑄造工藝,簡(jian)單說就(jiu)是用易熔(rong)(rong)材(例如蠟(la)料或塑(su)料)制成(cheng)可熔(rong)(rong)性模型(xing)(xing)(簡(jian)稱熔(rong)(rong)模或模型(xing)(xing)),在(zai)其(qi)上(shang)涂(tu)覆若(ruo)干(gan)層特制的耐火(huo)涂(tu)料,經過干(gan)燥和硬化形成(cheng)一個整體型(xing)(xing)殼(ke)(ke)(ke)(ke)后(hou)(hou)(hou),再用蒸(zheng)汽(qi)或熱水從型(xing)(xing)殼(ke)(ke)(ke)(ke)中(zhong)熔(rong)(rong)掉(diao)模型(xing)(xing),然(ran)后(hou)(hou)(hou)把型(xing)(xing)殼(ke)(ke)(ke)(ke)置于砂箱中(zhong),在(zai)其(qi)四周填充干(gan)砂造型(xing)(xing),最(zui)后(hou)(hou)(hou)將鑄型(xing)(xing)放入(ru)焙(bei)燒(shao)爐中(zhong)經過高(gao)(gao)溫焙(bei)燒(shao)(如采用高(gao)(gao)強(qiang)度型(xing)(xing)殼(ke)(ke)(ke)(ke)時,可不必造型(xing)(xing)而(er)將脫模后(hou)(hou)(hou)的型(xing)(xing)殼(ke)(ke)(ke)(ke)直接(jie)焙(bei)燒(shao)),鑄型(xing)(xing)或型(xing)(xing)殼(ke)(ke)(ke)(ke)經焙(bei)燒(shao)后(hou)(hou)(hou),于其(qi)中(zhong)澆注熔(rong)(rong)融金屬而(er)得到鑄件。
熔(rong)模(mo)鑄(zhu)(zhu)件(jian)尺寸(cun)(cun)精度較高,一(yi)(yi)般(ban)可達CT4~6(砂型鑄(zhu)(zhu)造為CT10~13,壓鑄(zhu)(zhu)為CT5~7),當然(ran)由于(yu)熔(rong)模(mo)鑄(zhu)(zhu)造的(de)(de)(de)工藝過(guo)程復雜,影響鑄(zhu)(zhu)件(jian)尺寸(cun)(cun)精度的(de)(de)(de)因素(su)較多(duo),例如模(mo)料(liao)的(de)(de)(de)收縮(suo)(suo)、熔(rong)模(mo)的(de)(de)(de)變形、型殼在加熱(re)和冷卻過(guo)程中(zhong)的(de)(de)(de)線量變化、合金的(de)(de)(de)收縮(suo)(suo)率以及(ji)在凝固過(guo)程中(zhong)鑄(zhu)(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)變形等,所(suo)以普(pu)通熔(rong)模(mo)鑄(zhu)(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)尺寸(cun)(cun)精度雖然(ran)較高,但其(qi)一(yi)(yi)致性(xing)仍需提(ti)高(采用(yong)中(zhong)、高溫蠟料(liao)的(de)(de)(de)鑄(zhu)(zhu)件(jian)尺寸(cun)(cun)一(yi)(yi)致性(xing)要(yao)提(ti)高很多(duo))。
壓制(zhi)熔(rong)模時,采用型(xing)腔(qiang)表(biao)面(mian)(mian)(mian)光(guang)潔(jie)(jie)度(du)高(gao)(gao)的(de)壓型(xing),因此(ci),熔(rong)模的(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)光(guang)潔(jie)(jie)度(du)也比(bi)較(jiao)高(gao)(gao)。此(ci)外,型(xing)殼由耐高(gao)(gao)溫的(de)特殊(shu)黏(nian)結劑和耐火(huo)材料(liao)配制(zhi)成的(de)耐火(huo)涂(tu)料(liao)涂(tu)掛在熔(rong)模上而制(zhi)成,與熔(rong)融金屬直接(jie)接(jie)觸的(de)型(xing)腔(qiang)內表(biao)面(mian)(mian)(mian)光(guang)潔(jie)(jie)度(du)高(gao)(gao)。所以,熔(rong)模鑄件(jian)的(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)光(guang)潔(jie)(jie)度(du)比(bi)一(yi)般鑄件(jian)的(de)高(gao)(gao),一(yi)般可(ke)達Ra1.6~3.2μm。
熔(rong)模鑄(zhu)造最大的優點就是(shi)由于(yu)熔(rong)模鑄(zhu)件有著很高的尺寸(cun)精(jing)度和表(biao)面光(guang)潔度,所以(yi)可減少(shao)機械加(jia)工(gong)工(gong)作,只是(shi)在零件上要求較高的部位留(liu)少(shao)許加(jia)工(gong)余量(liang)即可,甚(shen)至某(mou)些鑄(zhu)件只留(liu)打磨、拋光(guang)余量(liang),不必(bi)機械加(jia)工(gong)即可使用。由此(ci)可見,采用熔(rong)模鑄(zhu)造方法,可以(yi)大量(liang)節省機床設(she)備和加(jia)工(gong)工(gong)時,大幅度節約原(yuan)材料金屬(shu)。
不銹鋼各種鑄(zhu)(zhu)造(zao)工藝的(de)(de)(de)主要(yao)特點(dian)比較(jiao),見表2-2。表中包括利用(yong)金(jin)(jin)屬(shu)型(xing)(xing)永久型(xing)(xing)模(mo)及壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)方(fang)(fang)面(mian)的(de)(de)(de)鑄(zhu)(zhu)造(zao)工藝。實際直(zhi)到最近,由于所用(yong)壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)機的(de)(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)配件,包括壓(ya)(ya)(ya)型(xing)(xing)要(yao)承受強烈的(de)(de)(de)熱沖擊,使金(jin)(jin)屬(shu)配件的(de)(de)(de)使用(yong)壽命(ming)縮短(duan),因此還沒有哪類鋼應用(yong)該鑄(zhu)(zhu)造(zao)工藝可(ke)進行大批量生(sheng)產。但是壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)工藝具(ju)有很高的(de)(de)(de)生(sheng)產率,故研究(jiu)不銹鋼壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)法(fa)(fa)發展很快(kuai),已成為現(xian)在生(sheng)產鑄(zhu)(zhu)件可(ke)行方(fang)(fang)法(fa)(fa)之一。
熔(rong)(rong)模鑄(zhu)(zhu)(zhu)造方法的(de)另一(yi)優(you)點(dian)是(shi),它可以鑄(zhu)(zhu)(zhu)造各種合(he)金的(de)復(fu)雜的(de)鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian),特別是(shi)可以鑄(zhu)(zhu)(zhu)造高(gao)溫合(he)金鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)。如噴氣式(shi)發動(dong)機的(de)葉片,其流線型外(wai)廓與冷卻(que)用內腔,用機械加(jia)工(gong)工(gong)藝(yi)幾乎(hu)無(wu)法形成。用熔(rong)(rong)模鑄(zhu)(zhu)(zhu)造工(gong)藝(yi)生產不(bu)僅(jin)可以做到批量生產,保證了鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)的(de)一(yi)致性,而且避免了機械加(jia)工(gong)后殘(can)留刀紋(wen)的(de)應力集(ji)中(zhong)。它們的(de)基本工(gong)藝(yi)還是(shi)差距不(bu)大(da)的(de),主要是(shi)不(bu)銹鋼熔(rong)(rong)煉溫度略高(gao),所(suo)采用的(de)造型材料及熔(rong)(rong)煉爐的(de)筑爐材料有差異。
另(ling)外如(ru)果需(xu)要(yao)準(zhun)確區別鑄(zhu)造(zao),則還需(xu)要(yao)說明(ming)(ming)兩者(zhe)采用的是什么工(gong)藝(yi)生產,例如(ru)普(pu)通(tong)砂(sha)鑄(zhu)、熔模鑄(zhu)造(zao),熔模鑄(zhu)造(zao)又分水玻璃工(gong)藝(yi)、硅酸(suan)乙酯工(gong)藝(yi)或硅溶(rong)膠工(gong)藝(yi)等(deng)等(deng),沒有具體說明(ming)(ming)及(ji)產品生產要(yao)求,很難明(ming)(ming)確說明(ming)(ming)兩者(zhe)間(jian)的具體差異。
鑄(zhu)造(zao)是(shi)將液體金(jin)屬澆注到鑄(zhu)型,待其冷卻凝固(gu)后(hou),以獲得一定形狀和性能鑄(zhu)件的成型方法(fa)。多(duo)數(shu)鑄(zhu)件需要機(ji)械加(jia)工后(hou)方可(ke)使用(yong),這類鑄(zhu)件叫做鑄(zhu)造(zao)毛(mao)坯(pi)。也(ye)有的不經(jing)過(guo)機(ji)械加(jia)工直接(jie)裝配(pei)到機(ji)器上(shang)即可(ke)使用(yong)。
鑄(zhu)(zhu)造(zao)方(fang)法有很多,常分為(wei)砂(sha)型(xing)鑄(zhu)(zhu)造(zao)和特種(zhong)鑄(zhu)(zhu)造(zao)兩類。砂(sha)型(xing)鑄(zhu)(zhu)造(zao)即(ji)為(wei)型(xing)砂(sha)緊實成(cheng)型(xing)的(de)鑄(zhu)(zhu)造(zao)方(fang)法。特種(zhong)鑄(zhu)(zhu)造(zao)是與砂(sha)型(xing)鑄(zhu)(zhu)造(zao)不同的(de)其(qi)他鑄(zhu)(zhu)造(zao)方(fang)法,如金屬(shu)型(xing)鑄(zhu)(zhu)造(zao)、壓力鑄(zhu)(zhu)造(zao)、離心鑄(zhu)(zhu)造(zao)、熔模鑄(zhu)(zhu)造(zao)、陶(tao)瓷(ci)鑄(zhu)(zhu)造(zao)等。
熔模鑄(zhu)造工藝流程(cheng),見(jian)圖 2-13。
熔模鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)、精密鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)及失蠟(la)鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)在本質上都(dou)是(shi)完全相(xiang)同的(de)。精密鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)的(de)特(te)點是(shi)在設計上較其他(ta)金屬(shu)(shu)成型(xing)法(fa)具有(you)更大的(de)靈活性。當鑄(zhu)(zhu)件(jian)形狀復雜(za)而精度要求(qiu)又(you)(you)較高時,許多(duo)合金包括(kuo)不(bu)銹鋼都(dou)可(ke)用此法(fa)生產。鑄(zhu)(zhu)件(jian)可(ke)達(da)到較高的(de)精度,因此鑄(zhu)(zhu)件(jian)可(ke)以少(shao)加(jia)工或(huo)不(bu)需(xu)切削加(jia)工。此法(fa)與砂型(xing)鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)相(xiang)似,即(ji)在金屬(shu)(shu)澆注、凝固(gu)后破壞鑄(zhu)(zhu)型(xing)取出鑄(zhu)(zhu)件(jian)。但精密鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)又(you)(you)與其他(ta)鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)方法(fa)不(bu)同,即(ji)模樣和鑄(zhu)(zhu)型(xing)都(dou)是(shi)一(yi)次(ci)性的(de)。
生產蠟(la)模的壓型根據所需(xu)鑄件的精(jing)度及壓型的使用壽命,可選用鋼、鋁、軟金屬或橡膠替(ti)材料來(lai)制(zhi)造。
精密鑄(zhu)(zhu)件(jian)可(ke)由實型(xing)法(fa)(fa)或(huo)陶瓷殼型(xing)法(fa)(fa)生產。實型(xing)法(fa)(fa)(見圖2-14)是(shi)用(yong)細的(de)(de)(de)硅膠涂(tu)料(liao)(liao)先(xian)在(zai)一(yi)(yi)次性的(de)(de)(de)模(mo)(mo)樣(yang)上(shang)涂(tu)刷(shua)一(yi)(yi)層,再撒(sa)上(shang)耐(nai)火(huo)沙子,然后在(zai)模(mo)(mo)樣(yang)周(zhou)圍(wei)灌以漿(jiang)料(liao)(liao),并(bing)讓其凝固。模(mo)(mo)樣(yang)因為沒有(you)分型(xing)面(mian),所(suo)以所(suo)有(you)尺寸(cun)公差都保證一(yi)(yi)定(ding)的(de)(de)(de)精度。振(zhen)動砂箱(xiang)使(shi)模(mo)(mo)樣(yang)周(zhou)圍(wei)的(de)(de)(de)漿(jiang)料(liao)(liao)密實而無氣(qi)泡(pao),并(bing)使(shi)水和固體材料(liao)(liao)分離,由型(xing)箱(xiang)上(shang)部排出。將(jiang)砂箱(xiang)倒置在(zai)烘爐中(zhong)(zhong),使(shi)蠟模(mo)(mo)熔(rong)(rong)化蠟液流出,即剩下(xia)鑄(zhu)(zhu)型(xing)。鑄(zhu)(zhu)型(xing)在(zai)高(gao)溫下(xia)進行(xing)焙燒(shao),熔(rong)(rong)燒(shao)后當鑄(zhu)(zhu)型(xing)還(huan)處在(zai)熱狀態即準備(bei)進行(xing)澆注(zhu)(zhu)。鑄(zhu)(zhu)型(xing)按垂直方式排列(lie),通常采(cai)用(yong)重力澆注(zhu)(zhu),有(you)時也采(cai)用(yong)離心(xin)、真空(kong)或(huo)大氣(qi)壓(ya)力的(de)(de)(de)方法(fa)(fa),在(zai)熱的(de)(de)(de)鑄(zhu)(zhu)型(xing)中(zhong)(zhong)進行(xing)澆注(zhu)(zhu)。澆注(zhu)(zhu)完畢(bi)后,使(shi)鑄(zhu)(zhu)型(xing)冷卻,然后破壞鑄(zhu)(zhu)型(xing)取出鑄(zhu)(zhu)件(jian)。
陶瓷殼型鑄(zhu)(zhu)造由于制作鑄(zhu)(zhu)型的費用較實(shi)型鑄(zhu)(zhu)造法便宜,這(zhe)已(yi)被證實(shi)對精(jing)密鑄(zhu)(zhu)造生產(chan)者是有(you)利(li)的。精(jing)鑄(zhu)(zhu)法的模(mo)樣是用蠟模(mo)在中(zhong)(zhong)(zhong)心(xin)直澆口棒上(見圖(tu)2-14)。經組成(cheng)好的模(mo)組在合適的溶劑中(zhong)(zhong)(zhong)仔細清洗(xi),浸(jin)人硅酸乙酯中(zhong)(zhong)(zhong)滴(di)流幾分(fen)鐘。停止滴(di)流后(hou),將模(mo)組放入流態床中(zhong)(zhong)(zhong)涂(tu)刷(shua)熔融(rong)過的細石(shi)英粉漿(jiang)。浸(jin)漬(zi)、滴(di)流及涂(tu)刷(shua)重復進行。第三(san)次以(yi)后(hou)可用較粗的熔融(rong)過的石(shi)英砂涂(tu)刷(shua),一般涂(tu)刷(shua)5層就足夠(gou)了。陶瓷殼型鑄(zhu)(zhu)造占所有(you)精(jing)密鑄(zhu)(zhu)件的85%以(yi)上。
蠟(la)模(mo)(mo)通常優于塑料(liao)模(mo)(mo)。因為它價格(ge)比較(jiao)便宜而且容(rong)易焊成樹(shu)狀(zhuang)。由于蠟(la)模(mo)(mo)尺寸(cun)對(dui)溫度(du)具有敏(min)感性,故通常為它提供具有空調的(de)(de)房間。精密(mi)鑄(zhu)造(zao)法尺寸(cun)公差的(de)(de)控制(zhi)(zhi)不僅(jin)要考慮鑄(zhu)件本(ben)身尺寸(cun)的(de)(de)變(bian)化,也要計(ji)算蠟(la)模(mo)(mo)及(ji)鑄(zhu)型(xing)尺寸(cun)的(de)(de)變(bian)化。液態蠟(la)注(zhu)入(ru)壓型(xing)后凝(ning)固及(ji)冷卻時收縮(suo),陶瓷殼型(xing)在高溫加(jia)熱(re)時引(yin)起尺寸(cun)的(de)(de)變(bian)化,鑄(zhu)造(zao)合金在凝(ning)固及(ji)隨(sui)后冷卻時的(de)(de)收縮(suo),所有這些尺寸(cun)的(de)(de)變(bian)化,都要通過制(zhi)(zhi)造(zao)壓型(xing)時來加(jia)以補償,而蠟(la)模(mo)(mo)是由壓型(xing)直接制(zhi)(zhi)造(zao)出來的(de)(de)。
常用的精(jing)密(mi)鑄造混合料(liao)中的耐火(huo)材料(liao)為細石(shi)英砂(sha)和石(shi)英粉。有時由于要(yao)獲得高熔(rong)點或改進(jin)熱(re)穩(wen)定(ding)性(xing),也采用其他耐火(huo)材料(liao),如鋯石(shi)英、剛(gang)玉、氧化鎂,黏結劑包(bao)括硅(gui)酸乙酯及(ji)磷酸鎂。
圖(tu)2-14是熔模鑄造(zao)工藝(yi)過程的示意圖(tu)。
這些黏(nian)結劑在鑄型脫蠟(la)后經過高溫(980~1100℃)焙(bei)燒(shao),使可獲得足夠的強度。
精密鑄(zhu)造的(de)(de)設計者(zhe)在(zai)鑄(zhu)件幾(ji)何形狀的(de)(de)設計方面有著(zhu)廣闊的(de)(de)天地。在(zai)蠟模中(zhong)應用水溶性蠟芯,就(jiu)完(wan)全能生產出內部輪(lun)廓相當(dang)復(fu)雜(za)的(de)(de)鑄(zhu)件。這些芯子在(zai)形成整個鑄(zhu)型(xing)之(zhi)前,便從(cong)蠟模中(zhong)被熔(rong)掉。在(zai)澆注后,不銹鋼(gang)鑄(zhu)件可在(zai)專門的(de)(de)鹽浴池中(zhong)清理(li),從(cong)型(xing)芯形成的(de)(de)空腔中(zhong)去除耐火鑄(zhu)型(xing)。
精密(mi)鑄造的主要特點(dian):
①. 精鑄件尺寸能很好地控制(zhi)且表面光潔度極佳(jia)。
②. 適用于生產幾何形(xing)狀復雜的鑄件。除表(biao)面(mian)需要進行(xing)切削加(jia)工(gong)外,可避(bi)免昂貴的裝配或加(jia)工(gong)費用。
③. 沒有(you)像采用上(shang)、下(xia)箱方法(fa)生產時那樣(yang),在鑄件上(shang)存在分(fen)型線。
④. 成(cheng)本較砂型鑄(zhu)造(zao)為高。
鑄造設計者一直(zhi)在(zai)考慮(lv)按(an)照砂(sha)型鑄造方(fang)法或陶瓷型鑄造方(fang)法來生產(chan)質量超(chao)過(guo)4.54kg的(de)精密鑄件(jian)。用(yong)精密鑄造法生產(chan)尺寸較小、形狀復雜(za)的(de)鑄件(jian)已得到普遍的(de)認(ren)可和承認(ren)。但(dan)這種情況還正在(zai)變化,已經生產(chan)了許多質量為22.7~45.4kg的(de)精密鑄件(jian),事實上已生產(chan)過(guo)一些鋼鑄件(jian),其質量已達227kg。
由此(ci)可見,如果零件尺寸較(jiao)大,設計(ji)者沒有理由排除采用精密鑄造(zao)法(fa)生產(chan)的可能性(xing)。