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    精密鑄造

    2021-10-22 08:47:33

    文章摘要:

    精密鑄造,指的是獲得精準尺寸鑄件工藝的總稱。相對于傳統砂型鑄造工藝,精密鑄造獲得鑄件尺寸更加精準,表面光潔度更好。它包括:熔模鑄造、陶瓷型鑄造、金屬

    精密鑄造,指的是獲得精準尺寸鑄件工藝的總稱。相對于傳統砂型鑄造工藝,精密鑄造獲得鑄件尺寸更加精準,表面光潔度更好。它包括:熔模鑄造、陶瓷型鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、消失模鑄造。精密鑄造又叫失蠟鑄造,它的產品精密、復雜、接近于零件最后形狀??刹患庸せ蚝苌偌庸ぞ椭苯邮褂?,是一種近凈形成形的先進工藝。

    1.基本概念

    它包括:熔模鑄造、陶瓷型鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、消失模鑄造。

    其中較為常用的事熔模鑄造,也稱失蠟鑄造:選用適宜的熔模材料(如石蠟)制造熔模;在熔模上重復沾耐火涂料與撒耐火砂工序,硬化型殼及干燥;再將內部的熔模熔化掉,獲得型腔;焙燒型殼以獲得足夠的強度,及燒掉殘余的熔模材料;澆注所需要的金屬材料;凝固冷卻脫殼后清砂,從而獲得高精度的成品,再根據產品需要或進行熱處理與冷加工和表面處理。

    2.工藝流程

    壓蠟(射蠟制蠟模)---修蠟---蠟檢---組樹(蠟模組樹)---制殼(先沾漿、淋砂、再沾漿、最后模殼風干)---脫蠟(蒸汽脫蠟)---模殼焙燒--化性分析---澆注(在模殼內澆注鋼水)---震動脫殼---鑄件與澆棒切割分離---磨澆口---初檢(毛坯檢)---拋丸清理---機加工---拋光---成品檢---入庫

    鑄造生產流程大體總的來說可以分為壓蠟---制殼---澆注---后處理---檢驗

    壓蠟包括(壓蠟、修蠟、組樹)

    壓蠟---利用壓蠟機進行制作蠟模

    修蠟---對蠟模進行修正

    組樹---將蠟模進行組樹

    制殼包括(掛砂、掛漿、風干)

    澆注包括(焙燒、化性分析也叫打光譜、澆注、震殼、切澆口、磨澆口)

    后處理包括(噴砂、拋丸、修正、酸洗)

    檢驗包括(蠟檢、初檢、中檢、成品檢)

    3.發展

    精密鑄造又叫失蠟鑄造,它的產品精密、復雜、接近于零件最后形狀,可不加工或很少加工就直接使用,故熔模鑄造是一種近凈形成形的先進工藝。

    我國古代:王子午鼎、銅禁、銅獅等等,都是熔模鑄造的杰作。自20世紀40年代熔模鑄造用于工業生產后,半個世紀中一直以較快的速度發展著,特別是歐美國家發展迅速。熔模鑄造用于航空、兵器部門外,幾乎應用于所有工業部門,特別是電子、石油、化工、能源、交通運輸、輕工、紡織、制藥、醫療器械、泵和閥等部門,近幾年我國發展也非常迅速。

    熔模技術發展使熔模鑄造不僅能生產小型鑄件,而且能生產較大的鑄件,最大的熔模鑄件的輪廓尺寸已近2m,而最小壁厚卻不到2mm,同時熔模鑄件也更趨精密,除線形公差外,零件也能達到較高的幾何公差,熔模鑄件的表面粗糙度也越來越小,可達到Ra0.4μm。

    4.分類

    陶瓷型鑄造

    用陶瓷漿料制成鑄型生產鑄件的鑄造方法。陶瓷漿料由硅酸乙酯水解液和質地較純、熱穩定性較高的細耐火砂如電熔石英、鋯英石、剛玉等混合而成。為使陶瓷漿料在短時間內結膠,常加入氫氧化鈣或氧化鎂作為催化劑。由于使用的耐火材料成分及其外觀都與陶瓷相似,故稱為陶瓷型。陶瓷型鑄造是在普通砂型鑄造基礎上發展起來的一種新工藝。陶瓷型有兩種類型:1.陶瓷型全由陶瓷漿料澆灌而成。其制作過程是先將模樣固定于型板上,外套砂箱,再將調好的陶瓷漿料倒入砂箱,待結膠硬化后起模,經高溫焙燒即成為鑄型。2.  采用襯套,在襯套和模樣之間的空隙澆灌陶瓷漿料制造鑄型。襯套可用砂型,也可用金屬型。用襯套澆灌陶瓷殼層可以節省大量陶瓷漿料,在生產中應用較多。陶瓷型鑄件表面粗糙可達Ra10-1.25微米,尺寸精度高達3-5級,能達到少無切削加工的目的。陶瓷型鑄造生產周期短,金屬利用率高。最大鑄件可達十幾噸,主要用于鑄造大型厚壁精密鑄件和鑄造單件小批量的沖模、鍛模、塑料模、金屬模、壓鑄模、玻璃模等各種模具。陶瓷型鑄造模具的使用壽命可與用機械加工方法制成的模具相媲美,而制造成本則比用機械加工方法制成的模具低。

    砂型鑄造

    在全部鑄件產量匯總,60-70%的鑄件是用砂型生產的,而且其中70%左右是用粘土砂型生產的。主要原因是砂型鑄造較之其它鑄造方法成本低、生產工藝簡單、生產周期短。所以像汽車的發動機氣缸體、汽缸蓋、曲軸等鑄件都是用粘土濕型砂工藝生產的。當濕型不能滿足要求時再考慮使用粘土砂表干砂型、干砂型或其它砂型。粘土濕型砂鑄造的鑄件重量可從幾公斤到幾十公斤,而粘土干型生產的鑄件可重達幾十噸。

    一般來講,對于中、大型鑄件,鑄鐵件可以用樹脂自硬砂型、鑄鋼件可以用水玻璃砂型來生產,可以獲得尺寸精確、表面光潔的鑄件,但成本較高。

    當然,砂型鑄造生產的鑄件精度、表面光潔度、材質的密度和金相組織、機械性能等方面往往較差,所以當鑄件的這些性能要求更高時,應該采用其它鑄造方法,例如熔模(失蠟)鑄造、壓鑄、低壓鑄造等等。

    5.技術要求

    方法適應

    例如砂型鑄造 ,大量生產的工廠應創造條件采用技術先進的造型、造芯方法。老式的震擊式或鎮壓式造型機生產線生產率不夠高,工人勞動強度大,噪聲大,不適應大量生產的要求,應逐步加以改造。對于小型鑄件,可以采用水平分型或垂直分型的無箱高壓造型機生產線、實型造型生產效率又高,占地面積也少;對于中件可選用各種有箱高壓造型機生產線、氣沖造型線,以適應快速、高精度造型生產線的要求,造芯方法可選用:冷芯盒、熱芯盒、殼芯等高效制芯方法。

    中等批量的大型鑄件可以考慮應用樹脂自硬砂造型和造芯。

    單件小批生產的重型鑄件,手工造型仍是重要的方法,手工造型能適應各種復雜的要求比較靈活,不要求很多工藝裝備??梢詰盟A靶?、VRH法水玻璃砂型、有機酯水玻璃自硬砂型、粘土干型、樹脂自硬砂型及水泥沙型等;對于單件生產的重型鑄件,采用地坑造型法成本低,投產快。批量生產或長期生產的定型產品采用多箱造型、劈箱造型法比較適宜,雖然模具、砂箱等開始投資高,但可從節約造型工時、提高產品質量方面得到補償。

    低壓鑄造、壓鑄、離心鑄造等鑄造方法,因設備和模具的價格昂貴,所以只適合批量生產。

    條件方法應適合

    例如同樣是生產大型機床床身等鑄件,一般采用組芯造型法,不制作模樣和砂箱,在地坑中組芯;而另外的工廠則采用砂箱造型法,制作模樣。不同的企業生產條件(包括設備、場地、員工素質等)、生產習慣、所積累的經驗各不一樣,應該根據這些條件考慮適合做什么產品和不適合(或不能)做什么產品。

    精度要求和成本

    各種鑄造方法所獲得的鑄件精度不同,初投資和生產率也不一致,最終的經濟效益也有差異。因此,要做到多、快、好、省,就應當兼顧到各個方面。應對所選用的鑄造方法進行初步的成本估算,以確定經濟效益高又能保證鑄件要求的鑄造方法。

    雖然我國的鑄造產業發展處在一個比較困難的時期,但是,從長遠的角度來看,我國的精密鑄造產業發展還是有一定的希望,市場需求已經慢慢的開始回暖,而且加上我國鑄造產業發展擁有的雄厚的實力,相信我國的鑄造產業一定會取得喜人的成績。

    專家表示,要從根本上提高鑄造技術水平就必須做到以下四點:第一,發展模擬技術。提高預測的準確性,加強工藝控制,提高成品率。規律性的問題掌握得還不是很好,從而影響批量生產中的成品率。第二,產學研結合。企業的自主創新除了創新意識的增強和研發能力的提升外,還需要重視和加強以精密鑄造企業為主體的“產、學、研”相結合。第三,重視材料研發。材料是工業的基礎,當前還有很多工作要做。在航空航天領域,合金材料尤其是高溫合金等一些新型材料的研究、熔煉技術還有待改進。第四,注重裝備技術的提升。工藝上主要還是設備問題,很多關鍵設備,如一些定向凝固設備主要還是依靠進口,因此精密鑄造設備的研發仍是重點。

    6.產業發展

    我國鑄造產業在技術、質量及價格上,相對于東南亞及中東等國家,都占有很大的優勢,出口前景非常喜人。而外資企業進入我國,其鑄造的返銷及出口也將成為我國鑄造出口的重要組成部分。由于我國鑄造生產成本大大低于國外,而隨著鑄造技術的逐漸完善和質量的提高,不僅可以減少鑄造的出口,而且有可能逐步開拓出口市場,向國外出口更多的鑄造產品。“十二五”期間,鑄造進口在短期內將繼續保持持續增長的勢頭,鑄造出口將會有很大的發展。

    據悉,經濟全球化浪潮中,產業發展過程的國際分工正在逐漸形成,基于成本的壓力,外商大量的在我國采購鑄造件,甚至還在我國設立精密鑄造生產基地,可以預見,未來一段時間內,我國仍會承擔著國際有色金屬鑄件及制品的生產制造任務。另一方面,由于鑄造同仁的不懈努力,我國鑄造模具制作水平和能力也有了很大的提高,鑄造質量與先進工業國家差距逐步縮小,價格低廉促使國外采購量劇增,巨大的海外鑄造市場的需求對我國鑄造產業的興旺起著很大的推動作用。

    7.產業要求

    精密鑄造是世界鑄造行業的領頭羊,作為鑄造行業在高新領域的代表,精密鑄造必須要發揮它的模范作用和帶頭作用,但是精密鑄造要發揮這兩大作用的前提是強大自身,因此我國的精密鑄造應該被優先的發展起來,發展需要既定的方針和發展的目標,精密鑄造行業的發展目標是以下幾個方面:

    第一,完成在增長方式上由勞動、資源密集型向技術資本密集型的轉變,由粗放污染型向綠色集約型轉變,產品的質量、品種、數量與世界先進水平相當,優質材料的比重迅速增加,整個精密鑄件廠的生產效率、經濟效益成倍增長;環境污染得到有效治理,初步建起與環境協調一致的中國鑄造材料產業系統。

    第二,形成一些結構合理、整體水平高的產學研結合的研發和教育培訓基地,能不斷向企業輸送專業人才,不斷開發出高質量、高檔次鑄造材料新品種,滿足對鑄造材料日益增長的需要,同時逐步加大技術出口的力度。

    第三,要完成產業結構調整,淘汰一批技術水平低,產品質量差,污染嚴重,經濟效益不好的小型精密鑄件廠,形成相對集中的“小型巨人”和“明星企業”,實現“專業化、規?;鄙a。特別是要涌現一、兩個可與世界知名企業抗衡的骨干企業,他們的技術水平高,工藝裝備精良,資金雄厚,管理水平先進,能不斷向市場提供高檔、優質的鑄造材品,市場占有率高。

    精密鑄造行業若能達到以上的發展目標,壯大自己,那么精密鑄造行業定能發它在鑄造行業內的先鋒模范和帶頭作用,帶動鑄造產業發展。

    8.產業改革

    為促進鑄造產業發展,使精密鑄造企業的規模在合理的范圍之內?!段覈荑T造產業在“十二五”發展規劃》中提出,到2015年精密鑄造企業數量將從3萬家減少到2萬家左右,到2020年減少到1萬家左右,同時,大幅度降低鑄造能源消耗,30%企業達到發達工業化國家水平;鑄造企業的廢物廢氣排放達到國家標準或地方標準;在“十一五”基礎上,節能減排目標達到能耗降低10%,排污降低15%,實施“我國精密鑄造產業準入條件”,關閉浪費資源、污染環境和不具備安全生產條件的企業。

    我國精密鑄造鑄造技術除廠點多,從業人員多,產量大以外,與發達國家相比,在質量好、效率、能源與材料消耗、勞動條件與環境保護等方面都存在差距。據悉,當前世界上工業發達國家精密鑄造技術的發展歸納起來大致有四個目標,我國的精密鑄造行業也應該向這四個方面挺進:1.提高鑄件質量和可靠性,生產優質近終型鑄件;2.縮短交貨期;3.保護環境,減少以至消除污染;4.降低生產成本。我國精密鑄造還不能達到這幾點目標,要使我國精密鑄造產業達到世界先進水平就必須從我國的實際出發,以盡快促進精密鑄造產業發展。

    9.我國發展

    從改革開放以來,隨著國內市場對精密鑄造工業產品的需求不斷增強,我國相關企業也開始擺脫國外產品的制約,開始走向自主開發的轉型之路,提供產品的市場競爭力。自2010年,自主研發已經成為國內鑄造企業發展的首要目標。國際模協秘書長羅百輝表示,只有從技術上完全脫離依靠才能從根本花上獨立。為了擺脫這種長期依賴的局勢,國內的部門鑄造企業開始通過自主開發獲取市場。

    10.影響精度因素

    一般情況下,精密鑄造件尺寸精度是受鑄件結構、鑄件材質、制模、制殼、焙燒、澆注等多方因素影響的,其中任何一個環節設置、操作不合理都會使鑄件的收縮率產生變化,導致鑄件尺寸精度與要求有偏差。以下是可造成精密鑄件尺寸精度缺陷的因素:

    1)鑄件結構的影響:a.鑄件壁厚,收縮率大,鑄件壁薄,收縮率小。B.自由收縮率大,阻礙收縮率小。

    2)鑄件材質的影響:a.材料中含碳量越高,線收縮率越小,含碳量越低,線收縮率越大。B.常見材質的鑄造收縮率如下:鑄造收縮率K=(LM-LJ)/LJ*100%,LM為型腔尺寸,LJ為鑄件尺寸。K受以下因素的影響:蠟模K1、鑄件結構K2、合金種類K3、澆注溫度K4。

    3)制模對鑄件線收縮率的影響:a.射蠟溫度、射蠟壓力、保壓時間對熔模尺寸的影響以射蠟溫度最明顯,其次為射蠟壓力,保壓時間在保證熔模成型后對熔模最終尺寸的影響很小。b.蠟料的線收縮率約為0.9-1.1%。C.熔模存放室,將進一步產生收縮,其收縮值約為總收縮量的10%,但當存放12小時后,熔模尺寸基本穩定。D.蠟模徑向收縮率僅為長度方向收縮率的30-40%,射蠟溫度對自由收縮率的影響遠遠大于對受阻收縮率的影響(最佳射蠟溫度為57-59℃,溫度越高收縮率越大)。

    4)制殼材料的影響:采用鋯英砂、鋯英粉、上店砂、上店粉,因其膨脹系數小,僅為4.6*10-6/℃,因此可以忽略不計。

    5)型殼焙燒的影響:由于型殼的膨脹系數小,當型殼溫度為1150℃時,僅為0.053%,因此也可以忽略不計。

    6)澆鑄溫度的影響:澆注溫度越高,收縮率越大,澆注溫度低,收縮率越小,因此澆注溫度應適當。

    11.發展前景廣闊

    熔模精密鑄造是指用易熔材料制成可熔性模型,在其上涂覆若干層特制的耐火涂料,經過干燥和硬化形成一個整體型殼后,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經過高溫焙燒,鑄型或型殼經焙燒后,于其中澆注熔融金屬而得到鑄件。

    世界的熔模精密鑄造成型工藝發展迅速、應用廣泛,未來該工藝將來的發展趨勢是鑄件產品越來越接近零部件產品,傳統的精鑄件只作為毛坯,已經不適應市場的快速應變。零部件產品的復雜程度和質量檔次越來越高,研發手段越來越強,專業化協作開始顯現,CAD、CAM、CAE的應用稱為零部件產品開發的主要技術。

    從反戰情況分析,熔模精密鑄造技術的應用面非常廣泛,未來其發展前景相當廣闊。

       


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