熔模铸造发展概述

观海听鸥 · 发表于 2006-3-16 10:12:00

熔模铸造，又称失蜡铸造、熔模精密铸造，在我国源远流长。战国时期，我们的祖先采用蜂蜡配制模料，生产曾侯乙铜尊、大型铜禁器座等铸件。现代熔模铸造进入工业领域，始于二次世界大战期间。因军事的需要，美、英等国用该种工艺方法生产了大量的涡轮喷气发动机的静叶片。  我国于20世纪50年代初期，首先在航空、军品等领域引进苏联技术，开始了现代熔模铸造生产。引进技术的耐火涂料粘结剂是采用硅酸乙酯水解液，因当时硅酸乙酯缺乏、价格贵、水解控制复杂，我国在引进的同时，着手开发代用粘结剂。《铸造》1957年第5期刊登文章《熔模精密铸造法》，介绍中科院机械电机研究所于1953年开始试验用水玻璃作粘结剂的研究工作，1957年开始推广应用。该工艺用石蜡-硬脂酸制作模样，采用氯化铵溶液预处理水玻璃液，以提高其模数，胶凝硬化剂为20%氯化铵溶液，制壳耐火材料用石英粉和石英砂。该工艺简单、处理方便、制壳快，非常适合我国当时的国情。《铸造》1958年第12期胡有珍发表文章介绍他们应用该工艺的生产情况：对模样采用中性肥皂水进行脱脂处理，增加涂料的涂挂性；型壳面层和加固层分别采用100#和20#～30#石英砂，增加透气性；在硬化剂氯化铵的水溶液中辅加硝酸铵，以调整硬化时间；脱蜡的热水中附加12%的氯化铵，补充硬化型壳，提高强度。20世纪50年代，以水玻璃-氯化铵技术为代表的熔模铸造在我国得到迅速的发展，特别是应用该工艺方法，替代锻造工艺生产各种合金钢刀具，节约了大量的合金钢材料，取得了显著的效益。  20世纪60年代，我国熔模铸造基本处于停顿状态，从20世纪70年代起，进入新的发展时期，针对水玻璃型壳，开展了快速制壳，开发新的硬化剂，提高型壳强度的研究；同时，进行了完善硅酸乙酯，开发硅溶胶，改善模料性能，提高制芯技术，发展新的熔模铸造工艺方法等研究。

观海听鸥 · 发表于 2006-3-16 10:12:00

1.1 水玻璃粘结剂及其制壳技术  水玻璃硬化胶凝时，硬化剂与涂料中的水玻璃发生界面反应，生成硅凝胶膜，包覆在涂层表面，隔离了水玻璃与硬化剂，需通过浓度扩散及毛细微孔隙渗透，进一步接触反应硬化。加入表面活性剂，改善硬化剂与涂料的润湿、扩散和渗透，可缩短制壳工序。《铸造》1973年第2期刊登了沈阳铸造研究所研究应用农乳130活性剂的情况。农乳130属非离子型表面活性剂，在涂料中加入0.04%～0.05%，可提高硬化速度3～8倍，实现快速制壳。同时，农乳130能改善涂料的分散均匀性，降低凝聚倾向，显著降低涂料中石英砂与水玻璃的表面张力及粘度，提高涂挂性。沈阳风动工具厂、第一汽车制造厂，选用农乳100，南京新联机械厂用磷辛10号、泛用乳化剂进行生产。氯化铵硬化水玻璃具有一定的优点，但型壳的高温强度不高，析出的氨污染工作环境，车间设备易锈蚀，再加上当时氯化铵的供应较紧张，70年代我国开展了以氯化铝、氯化镁为硬化剂的研究工作。氯化铝有液态的聚合氯化铝和固态的结晶氯化铝两种。《铸造》1975年第1期报道清华大学进行聚合氯化铝硬化剂的研究。聚合氯化铝采用废铝灰与盐酸反应，再经聚合熟化而制取。聚合氯化铝水解液呈酸性，形成多羟基含水络合物的多聚体混合溶胶。与水玻璃反应除形成硅凝胶外，还形成铝凝胶，增加型壳中Al2O3含量，提高型壳的高温强度及抗热变形能力。清华大学同时还研究了在聚合氯化铝中引入硅酸分子制成酸性硅铝胶，增强其粘结能力及湿态强度。利用聚合氯化铝能形成铝胶的特点，内蒙古工学院用高碱化度的聚合氯化铝与水玻璃分别作粘结剂配制涂料，研究开发了交替硬化新工艺。无锡刀具厂应用聚合氯化铝与水玻璃交替硬化工艺，节约制壳时间1/3以上。结晶氯化铝性能稳定，包装运输方便，溶液呈单体聚合态，扩散渗透能力相对强，其应用日趋广泛。《铸造》1977年第1期，发表了刘玉超的《应用氯化镁作水玻璃硬化剂》的文章，氯化镁由生产食盐后的废液，提取KCl和溴素后，经高温蒸发浓缩制得。氯化镁与水玻璃硬化，硬化产物除硅凝胶外，还有Mg(OH)2。沉积在型壳上的Mg(OH)2可增加型壳的湿强度，同时，经焙烧型壳上的Mg(OH)2能形成MgSiO3，增加型壳的高温强度，可单壳浇注。但硬化剂有效成分降低较快，稳定性差。  石英粉（砂）是最早应用于水玻璃型壳的耐火材料。石英型壳残留强度低，价格便宜，但石英易产生晶型转变，线量变化大，热震稳定性及高温强度低。通过使用不同的耐火材料及颗粒级配，改善和提高水玻璃型壳的性能，是熔模铸造的一大革新。《铸造》1972年第3期报道北京永定机械厂，在加固层涂料中加入30%左右的高岭石质耐火粘土，显著提高型壳的强度，减少线量变化。青海第一机床厂在加固层涂料中加入粘土熟料和长石英获得同样的效果。南京新联机械厂在面层涂料中加入80%～90%的高岭土熟料，加固层中加入65%左右高岭土熟料，制作高强度型壳，生产铜合金和铝合金铸件。高岭土熟料不存在胶质价，加入涂料中作为增强材料时涂料的性能变化小、稳定性好[5]。清华大学等在加固层涂料中掺入铝矾土熟料，制备的型壳强度高，总厚度减薄，线量变化显著减小，并可加快胶凝。《铸造》1984年第2期刊登了包彦堃的文章，面层涂料中石英粉采用粗细双峰值颗粒料配比，利用其非等径粗细颗粒间互相镶嵌，空隙小，涂料的粉液比可从1∶1提高到1.4～1.5∶1，涂料的流动性及涂挂性改善，制得的型壳内表面致密平整，铸件的表面质量得到提高。粗细颗粒的直径比值及细颗粒的加入量对双峰颗粒级配料的性能影响很大。

观海听鸥 · 发表于 2006-3-16 10:13:00

1.2 硅酸乙酯、硅溶胶及其制壳技术  在发展水玻璃粘结剂熔模铸造的同时，对硅酸乙酯粘结剂及其制壳工艺不断完善，并开发了硅溶胶粘结剂。哈尔滨汽轮机厂利用铝矾土熟料呈多孔性、吸附能力强的特点，采用铝矾土熟料替代刚玉与硅酸乙酯水解液配制涂料，用于生产碳钢伞齿轮及钴铬钨合金叶片，加快了型壳的干燥及硬化，干燥速度比石英和刚玉快3倍。621所采用高铝矾土原料与优质粘土，按莫来石成分配方，锻烧制成铝矾土合成料与硅酸乙酯配制涂料，在无余量涡轮叶片的定向凝固工艺上应用。《铸造》1984年第2期报道了张家骏等对硅酸乙酯32浓缩制得硅酸乙酯40，提高硅酸乙酯的SiO2含量，增加粘结强度，延长有效使用时间。已开发了硅酸乙酯50以及无溶剂水解、预水解硅酸乙酯和混合粘结剂，提高硅酸乙酯粘结剂的性能，扩大其应用。  我国从60年代开始研制硅溶胶，70年代建立离子交换生产装置。《铸造》1972年第3期报道了沈阳新光机械厂采用离子交换法制备硅溶胶，进行熔模铸造生产的情况。用蒸馏水将水玻璃稀释，先后经过阳离子、阴离子交换树脂，加入NaOH水溶液，调整pH值后，再经浓缩制得硅溶胶。加入乙醇配成硅溶胶乙醇溶液作粘结剂，与硅酸乙酯相比，制作的型壳强度高，型壳层数可减少1～2层。硅溶胶中二氧化硅呈胶体颗粒状分布，其胶团的结构及形态大小对其粘结能力、涂层的致密和粉液比都有一定的影响。硅溶胶采用失水干燥胶凝，即变容胶凝，可获得高的强度和硬度及高温性能，操作环境好。硅溶胶型壳的干燥过程，与干燥环境湿度、干燥环境温度和风速有很大的关系,采用远红外热风联合干燥，可实现快速制壳。利用水玻璃、硅酸乙酯水解液、硅溶胶各自的优点，联合交替使用，制作型壳，可实现优质低耗的熔模铸造生产。《铸造》1981年第4期报道南京化工机械厂用硅酸乙酯水解液作面层涂料粘结剂，用水玻璃作加强层涂料，生产高合金钢叶轮；《铸造》1990年第7期介绍蒋育华等应用硅溶胶作面层涂料粘结剂，并在其中加入铝酸钴作孕育剂，硅酸乙酯水解液作加固层粘结剂，生产高精度细晶结构的涡轮叶片。

观海听鸥 · 发表于 2006-3-16 10:13:00

1.3 模料及制芯技术  模料直接影响熔模铸件的表面质量。石蜡-硬脂酸是应用最早的模料，具有优良的成形工艺性能，但软化点低，强度不高，属低温模料，线收缩较大。人们针对这一情况进行了改进及新模料的开发。《铸造》1959年第11期报道了机械制造与工艺科学研究院铸造研究所开发的硫酸铝胺、硫酸锌的硫酸铝盐混合物的可溶性硫酸盐模料。该模料强度大，比石蜡-硬脂酸模料大3～5倍，收缩小，软化点高，但粘度大，易吸潮，质脆，起模时间较长。《铸造》1972年第3期报道了沈阳黎明机械厂采用苹果酸树脂、硬脂酸、改性尿素粉、地蜡作模料的生产情况。沈阳新光机械厂用松香、地蜡、聚乙烯热塑性酸硅树脂，配制蜡料。济南第一机床厂试用低分子聚乙烯替代硬脂酸，提高模料的强度、熔点（《铸造》1976年第3期）。北京钢铁学院对低分子聚乙烯替代硬脂酸与石蜡配成模料进行了研究（《铸造》1977年第4期）。低分子聚乙烯溶解于石蜡中，细化石蜡晶粒，提高模料的力学性能，但使流动性变差，对温度敏感，起模时间延长。北京油泵油咀厂等单位开发了褐煤蜡、聚合松香、低分子聚乙烯及石蜡的四元模料，即5-5-5-85模料（《铸造》1978年第5期）。沈阳风动工具厂采用褐煤蜡、低分子聚乙烯和石蜡模料即2-3-95模料进行生产。褐煤蜡属高熔点硬质蜡，可提高模料的耐热性；低分子聚乙烯，能细化蜡料的晶粒，减少收缩；聚合松香提高模料的充填能力，改善压注工艺性。沈阳铸造研究所开发了F-01蜡基中温模料（见《铸造》1987年第4期），该模料由EVA、精蜡、热塑性树脂、地蜡和石蜡组成。利用EVA细化蜡基晶粒，减少收缩；热塑性树脂，改善耐热性，提高软化点及强度；利用精蜡、地蜡与石蜡混合，增大模料的结晶温度间隔，提高流动性及工艺成形性。国内已开发了系列模料，供不同产品对象及不同工艺过程要求选用。    熔模铸造中，形状复杂、细小的型腔通常使用陶瓷型芯成形。熔模铸造使用的陶瓷芯，要求有一定的烧结作用，良好的高温性能，同时保持有相当数量的孔隙及良好的脱芯性。西北工业大学研究了以石英玻璃为基，附加刚玉莫来石、锆英粉，并采用硅溶胶强化，制作在1500℃保持1h、进行定向凝固的铸件的型芯（《铸造》1987年第4期）。621所用透明石英玻璃为耐火材料，石蜡作增塑剂，氯化铝或MH-1为矿化剂，油酸作表面活性剂，采用热压注成形，高温烧结浸渍处理制造陶瓷型芯，生产镍基涡轮空心叶片（《铸造》1990年第12期）。沈阳第一机床厂采用精制石英粉砂、耐火粘土、水玻璃β-C2S作一次硬化剂和溃散剂，采用氨水硬化，硅酸乙酯强化处理，制作陶瓷复合芯，生产高压喷射泵集水管。

观海听鸥 · 发表于 2006-3-16 10:13:00

1.4 新型熔模铸造工艺方法  在发展完善常规工艺的基础上，开发了新的工艺方法，进一步改善铸件质量，提高生产效率，扩大熔模铸造的应用范围。《铸造》1978年第6期，报道了北京油泵油咀厂采用笼型组合大模组工艺。笼型的各构件，保证模组足够的刚度，并兼作浇注系统，钢水利用率提高10%左右。河北工学院等通过控制铸件、内浇道、浇口棒的凝固时间，使M件≤M内≤M棒，并使凝固截止于内浇道与浇口棒之间，浇口棒中的液态金属倾回炉缸，实现无浇口熔模铸造。1982年第2期《铸造》报道清华大学等采用真空吸铸充填，控制凝固时间，在内浇道凝固、直浇道未凝固时，解除真空，直浇道内液态合金返回熔炉。该工艺充填性能强，生产薄壁铸件，钢水利用率高。吸铸真空的解除，根据型壳导热系数及吸铸件的凝固时间确定。《铸造》1984年第3期刊登了叶声容的文章介绍电泳制壳工艺。在蜡模组上浸涂导电涂层，电泳悬浮液中加入少量链式磷酸盐作电解质，使耐火材料的表面吸附阳离子，在电场的作用下，耐火材料发生电泳，沉积到模样表面上，并发生电渗现象，形成一定强度的型壳。电泳制壳工序少，生产周期短。《铸造》1984年第4期报道了西北工大采用半水石膏，外加石英粉、石英玻璃、粘土作耐火填料的石膏型铸造工艺，生产大型复杂铝合金铸件的研究。621所采用半水石膏，煤矸石作耐火填料，减少石膏型壳的收缩，降低开裂。  钛及其合金是重要的宇航、石化用材料，20世纪70年代末开始用熔模铸造生产钛合金铸件，我国是世界上五大熔模铸造钛合金生产国之一。《铸造》1979年第2期刊登上海钢铁研究所采用丙烷在高温真空状态下裂解，在刚玉－硅酸乙酯水解液型壳表面气相沉淀石墨，进行钛合金熔模铸造生产的工艺。北航材料研究所用酚醛树脂作粘结剂，石墨粉（砂）作耐火材料生产石墨型壳，在真空电阻炉中焙烧，炭化树脂粘结剂，制得具有良好强度和透气性的型壳，生产钛合金高速增压叶片。沈阳铸造研究所在《铸造》1986年第3期发表文章，介绍采用ZTS-1树脂与石墨粉配成涂料，对甲苯磺酸作固化剂，与石墨砂、乙醇配制覆膜砂，制作型壳，型壳经高温焙烧及真空处理生产钛合金铸件的工艺方法。《铸造》1987年第7期发表李邦盛的文章，采用氧化锆陶瓷粉料，锆溶胶作粘结剂，配制涂料，制备型壳，进行钛合金熔模铸造生产研究。  20世纪90年代以来，我国采用熔模铸造与实型铸造相结合，发展了集气化模-精铸-负压复合铸造工艺，即Replicast CS，该工艺为生产大型熔模铸件开辟了新的途径，应用快速成形技术制备薄壁铸件的（树脂）模样，制造压型以及制造陶瓷型壳和型芯，提高熔模铸造的精度，减少工序。

qwli · 发表于 2006-3-18 08:02:00

好!我顶一下

紫轩秀 · 发表于 2006-3-18 19:12:00

现在已经有人研究对于特复杂零件的消失精密铸造，具体内容不知道有没有什么资料可以找。

pandeqi · 发表于 2006-3-18 21:29:00

<div class="msgheader">QUOTE:</div><div class="msgborder">以下是引用紫轩秀在2006-3-18 19:12:00的发言： 现在已经有人研究对于特复杂零件的消失精密铸造，具体内容不知道有没有什么资料可以找。</div>消失精密铸造工艺不是很难滴！关键是模壳的透气性问题和型腔排气问题解决不好！

紫轩秀 · 发表于 2006-3-19 10:08:00

<div class="msgheader">QUOTE:</div><div class="msgborder">以下是引用pandeqi在2006-3-18 21:29:00的发言： <div class="msgheader">QUOTE:</div><div class="msgborder">以下是引用紫轩秀在2006-3-18 19:12:00的发言： 现在已经有人研究对于特复杂零件的消失精密铸造，具体内容不知道有没有什么资料可以找。</div>消失精密铸造工艺不是很难滴！关键是模壳的透气性问题和型腔排气问题解决不好！</div>ＬＩＡＯＪＩＥ！

luoruhua · 发表于 2006-3-23 21:17:00

找找看就知道了

zx80075 · 发表于 2008-1-5 14:59:12

:lol :lol 多谢

lj8116 · 发表于 2008-6-24 13:21:32

谢谢分享，支持一下。

hxdlb11 · 发表于 2008-11-18 16:59:41

W BIYE 我毕业设计就做这个，没头绪，参考文献找不好

YZYYMM · 发表于 2008-11-22 14:52:01

顶，支持一下谢谢

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