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(suo)謂熔(rong)(rong)(rong)模鑄造工藝,簡單(dan)說就是用(yong)易熔(rong)(rong)(rong)材(例(li)如(ru)蠟(la)料或塑料)制成可(ke)(ke)熔(rong)(rong)(rong)性模型(xing)(xing)(xing)(xing)(簡稱熔(rong)(rong)(rong)模或模型(xing)(xing)(xing)(xing)),在其(qi)上涂覆若干層特制的耐火(huo)涂料,經過(guo)干燥和硬化形成一個整體型(xing)(xing)(xing)(xing)殼后,再用(yong)蒸汽或熱水(shui)從型(xing)(xing)(xing)(xing)殼中熔(rong)(rong)(rong)掉模型(xing)(xing)(xing)(xing),然(ran)后把型(xing)(xing)(xing)(xing)殼置于砂(sha)箱(xiang)中,在其(qi)四周填(tian)充(chong)干砂(sha)造型(xing)(xing)(xing)(xing),最后將鑄型(xing)(xing)(xing)(xing)放入焙燒(shao)(shao)爐中經過(guo)高溫焙燒(shao)(shao)(如(ru)采用(yong)高強度型(xing)(xing)(xing)(xing)殼時,可(ke)(ke)不必造型(xing)(xing)(xing)(xing)而將脫模后的型(xing)(xing)(xing)(xing)殼直(zhi)接焙燒(shao)(shao)),鑄型(xing)(xing)(xing)(xing)或型(xing)(xing)(xing)(xing)殼經焙燒(shao)(shao)后,于其(qi)中澆注(zhu)熔(rong)(rong)(rong)融金屬而得到鑄件。
熔(rong)(rong)模(mo)鑄件尺寸(cun)精(jing)度較高(gao)(gao),一般(ban)可達CT4~6(砂型鑄造為CT10~13,壓鑄為CT5~7),當然(ran)(ran)由于熔(rong)(rong)模(mo)鑄造的工藝過(guo)程復雜,影響鑄件尺寸(cun)精(jing)度的因素(su)較多,例如(ru)模(mo)料(liao)的收縮、熔(rong)(rong)模(mo)的變形(xing)、型殼在(zai)加熱和冷卻過(guo)程中的線量變化(hua)、合(he)金的收縮率(lv)以及在(zai)凝固過(guo)程中鑄件的變形(xing)等,所以普通熔(rong)(rong)模(mo)鑄件的尺寸(cun)精(jing)度雖然(ran)(ran)較高(gao)(gao),但其一致(zhi)性仍需提(ti)高(gao)(gao)(采(cai)用中、高(gao)(gao)溫蠟料(liao)的鑄件尺寸(cun)一致(zhi)性要提(ti)高(gao)(gao)很多)。
壓制(zhi)熔模(mo)(mo)時,采用型(xing)腔表面(mian)光潔度高的(de)(de)壓型(xing),因(yin)此,熔模(mo)(mo)的(de)(de)表面(mian)光潔度也比較高。此外,型(xing)殼由耐(nai)高溫的(de)(de)特殊黏結(jie)劑和(he)耐(nai)火材料(liao)配制(zhi)成的(de)(de)耐(nai)火涂(tu)料(liao)涂(tu)掛在熔模(mo)(mo)上(shang)而制(zhi)成,與熔融金(jin)屬(shu)直(zhi)接(jie)接(jie)觸的(de)(de)型(xing)腔內表面(mian)光潔度高。所以,熔模(mo)(mo)鑄件的(de)(de)表面(mian)光潔度比一(yi)般(ban)鑄件的(de)(de)高,一(yi)般(ban)可達Ra1.6~3.2μm。
熔模(mo)鑄(zhu)(zhu)造(zao)最大(da)(da)的優點就是由于熔模(mo)鑄(zhu)(zhu)件有(you)著很高的尺(chi)寸精度和表面光(guang)潔度,所以(yi)可(ke)(ke)減少機械加工(gong)工(gong)作,只(zhi)(zhi)是在零件上(shang)要(yao)求較高的部位留(liu)少許(xu)加工(gong)余量即可(ke)(ke),甚至某些鑄(zhu)(zhu)件只(zhi)(zhi)留(liu)打磨、拋(pao)光(guang)余量,不(bu)必機械加工(gong)即可(ke)(ke)使用。由此可(ke)(ke)見,采用熔模(mo)鑄(zhu)(zhu)造(zao)方法,可(ke)(ke)以(yi)大(da)(da)量節省機床設備和加工(gong)工(gong)時,大(da)(da)幅度節約原(yuan)材料金屬(shu)。
不(bu)銹鋼各種鑄(zhu)(zhu)造(zao)工(gong)藝(yi)(yi)的主要特點比較(jiao),見表2-2。表中包括利用金(jin)屬型永久型模及壓(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)方面的鑄(zhu)(zhu)造(zao)工(gong)藝(yi)(yi)。實際直到最近,由于所用壓(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)機的金(jin)屬配件,包括壓(ya)(ya)型要承受強烈的熱(re)沖擊,使金(jin)屬配件的使用壽命縮短,因(yin)此還沒有(you)哪類(lei)鋼應用該鑄(zhu)(zhu)造(zao)工(gong)藝(yi)(yi)可(ke)進行大(da)批量生(sheng)(sheng)產(chan)。但是(shi)壓(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)工(gong)藝(yi)(yi)具有(you)很(hen)(hen)高的生(sheng)(sheng)產(chan)率,故研究不(bu)銹鋼壓(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)法發展(zhan)很(hen)(hen)快,已成為現(xian)在生(sheng)(sheng)產(chan)鑄(zhu)(zhu)件可(ke)行方法之(zhi)一。
熔(rong)模(mo)鑄造(zao)方法的(de)(de)另(ling)一優(you)點(dian)是,它(ta)可以鑄造(zao)各種合(he)(he)金(jin)的(de)(de)復雜的(de)(de)鑄件,特(te)別是可以鑄造(zao)高(gao)溫合(he)(he)金(jin)鑄件。如噴氣式發(fa)動機的(de)(de)葉片,其流線型外廓與(yu)冷卻用(yong)(yong)內腔,用(yong)(yong)機械加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi)幾乎(hu)無法形(xing)成(cheng)。用(yong)(yong)熔(rong)模(mo)鑄造(zao)工(gong)(gong)藝(yi)生產不僅可以做到批量生產,保證了鑄件的(de)(de)一致性,而且避(bi)免(mian)了機械加工(gong)(gong)后殘留刀紋(wen)的(de)(de)應力集中。它(ta)們的(de)(de)基本工(gong)(gong)藝(yi)還是差距不大(da)的(de)(de),主要(yao)是不銹鋼熔(rong)煉(lian)溫度略高(gao),所(suo)采用(yong)(yong)的(de)(de)造(zao)型材料(liao)(liao)及熔(rong)煉(lian)爐(lu)的(de)(de)筑爐(lu)材料(liao)(liao)有差異。
另外(wai)如果(guo)需(xu)(xu)要(yao)(yao)準確區別鑄造(zao),則還需(xu)(xu)要(yao)(yao)說(shuo)明兩者采用的是什么工(gong)藝生產(chan),例如普通砂鑄、熔模(mo)鑄造(zao),熔模(mo)鑄造(zao)又分水(shui)玻璃工(gong)藝、硅酸乙酯工(gong)藝或硅溶膠(jiao)工(gong)藝等等,沒有具(ju)體說(shuo)明及產(chan)品生產(chan)要(yao)(yao)求,很(hen)難明確說(shuo)明兩者間的具(ju)體差(cha)異。
鑄造是(shi)將液體金屬(shu)澆注到(dao)(dao)鑄型,待其冷(leng)卻(que)凝固后(hou),以獲得一定形狀(zhuang)和性能鑄件(jian)的(de)(de)成型方(fang)法(fa)。多數鑄件(jian)需(xu)要機(ji)械加工后(hou)方(fang)可使用,這(zhe)類(lei)鑄件(jian)叫做鑄造毛坯。也有的(de)(de)不(bu)經過(guo)機(ji)械加工直接裝配(pei)到(dao)(dao)機(ji)器上即可使用。
鑄(zhu)造(zao)(zao)(zao)方(fang)法有很多(duo),常分為(wei)砂(sha)型(xing)鑄(zhu)造(zao)(zao)(zao)和特(te)種(zhong)鑄(zhu)造(zao)(zao)(zao)兩類。砂(sha)型(xing)鑄(zhu)造(zao)(zao)(zao)即為(wei)型(xing)砂(sha)緊實(shi)成型(xing)的鑄(zhu)造(zao)(zao)(zao)方(fang)法。特(te)種(zhong)鑄(zhu)造(zao)(zao)(zao)是(shi)與砂(sha)型(xing)鑄(zhu)造(zao)(zao)(zao)不同(tong)的其他鑄(zhu)造(zao)(zao)(zao)方(fang)法,如金屬型(xing)鑄(zhu)造(zao)(zao)(zao)、壓(ya)力鑄(zhu)造(zao)(zao)(zao)、離心(xin)鑄(zhu)造(zao)(zao)(zao)、熔模鑄(zhu)造(zao)(zao)(zao)、陶瓷鑄(zhu)造(zao)(zao)(zao)等(deng)。
熔模鑄造(zao)工(gong)藝流程(cheng),見圖 2-13。
熔模(mo)(mo)鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)、精(jing)密鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)及失蠟鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)在本質上都是完全相同的(de)。精(jing)密鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)的(de)特點是在設計(ji)上較其他(ta)(ta)金(jin)屬成型(xing)(xing)(xing)法(fa)具有更(geng)大的(de)靈(ling)活性。當鑄(zhu)(zhu)件形狀復雜而精(jing)度要(yao)求(qiu)又較高(gao)時,許多合(he)金(jin)包(bao)括不(bu)銹鋼都可用此法(fa)生產。鑄(zhu)(zhu)件可達(da)到較高(gao)的(de)精(jing)度,因此鑄(zhu)(zhu)件可以(yi)少加工或不(bu)需(xu)切削加工。此法(fa)與(yu)砂(sha)型(xing)(xing)(xing)鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)相似,即(ji)在金(jin)屬澆(jiao)注、凝固后破(po)壞鑄(zhu)(zhu)型(xing)(xing)(xing)取(qu)出(chu)鑄(zhu)(zhu)件。但精(jing)密鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)又與(yu)其他(ta)(ta)鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)方法(fa)不(bu)同,即(ji)模(mo)(mo)樣和鑄(zhu)(zhu)型(xing)(xing)(xing)都是一次性的(de)。
生產蠟模的(de)壓型根(gen)據(ju)所需鑄件(jian)的(de)精度及壓型的(de)使(shi)用壽命,可選用鋼、鋁、軟金屬或橡膠替(ti)材料來制造(zao)。
精密鑄(zhu)件可由(you)實型(xing)(xing)法(fa)或(huo)陶瓷(ci)殼型(xing)(xing)法(fa)生(sheng)產。實型(xing)(xing)法(fa)(見圖(tu)2-14)是用細的(de)(de)硅(gui)膠涂料先在(zai)(zai)(zai)一(yi)次性(xing)的(de)(de)模(mo)(mo)樣上(shang)涂刷一(yi)層,再撒上(shang)耐火沙(sha)子,然后(hou)在(zai)(zai)(zai)模(mo)(mo)樣周圍灌(guan)以(yi)漿料,并讓(rang)其凝(ning)固。模(mo)(mo)樣因為沒有分(fen)型(xing)(xing)面(mian),所以(yi)所有尺(chi)寸公差都(dou)保證一(yi)定(ding)的(de)(de)精度。振動砂箱使模(mo)(mo)樣周圍的(de)(de)漿料密實而無氣泡(pao),并使水和固體材(cai)料分(fen)離,由(you)型(xing)(xing)箱上(shang)部排(pai)出(chu)(chu)。將砂箱倒置在(zai)(zai)(zai)烘爐中,使蠟模(mo)(mo)熔(rong)化蠟液(ye)流(liu)出(chu)(chu),即剩下(xia)鑄(zhu)型(xing)(xing)。鑄(zhu)型(xing)(xing)在(zai)(zai)(zai)高溫下(xia)進行焙(bei)燒,熔(rong)燒后(hou)當鑄(zhu)型(xing)(xing)還處在(zai)(zai)(zai)熱(re)狀(zhuang)態即準備進行澆(jiao)注(zhu)。鑄(zhu)型(xing)(xing)按垂(chui)直方式排(pai)列,通常采用重力澆(jiao)注(zhu),有時也采用離心、真空(kong)或(huo)大氣壓力的(de)(de)方法(fa),在(zai)(zai)(zai)熱(re)的(de)(de)鑄(zhu)型(xing)(xing)中進行澆(jiao)注(zhu)。澆(jiao)注(zhu)完畢后(hou),使鑄(zhu)型(xing)(xing)冷卻(que),然后(hou)破壞鑄(zhu)型(xing)(xing)取出(chu)(chu)鑄(zhu)件。
陶瓷殼(ke)型鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)由于制作鑄(zhu)(zhu)(zhu)型的(de)(de)費用較實(shi)型鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)法(fa)便宜,這已被證實(shi)對精(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)生產者(zhe)是(shi)有利的(de)(de)。精(jing)(jing)(jing)鑄(zhu)(zhu)(zhu)法(fa)的(de)(de)模樣(yang)是(shi)用蠟模在中(zhong)(zhong)心(xin)直澆口棒上(shang)(見(jian)圖2-14)。經組成好的(de)(de)模組在合適的(de)(de)溶劑中(zhong)(zhong)仔(zi)細(xi)清洗,浸(jin)人硅酸乙酯中(zhong)(zhong)滴流幾(ji)分(fen)鐘。停(ting)止滴流后(hou),將模組放(fang)入流態床中(zhong)(zhong)涂(tu)(tu)(tu)(tu)刷熔融(rong)(rong)過的(de)(de)細(xi)石(shi)英粉漿(jiang)。浸(jin)漬(zi)、滴流及涂(tu)(tu)(tu)(tu)刷重復(fu)進行。第三次以(yi)后(hou)可(ke)用較粗的(de)(de)熔融(rong)(rong)過的(de)(de)石(shi)英砂涂(tu)(tu)(tu)(tu)刷,一般涂(tu)(tu)(tu)(tu)刷5層就足夠(gou)了。陶瓷殼(ke)型鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)占所有精(jing)(jing)(jing)密(mi)(mi)鑄(zhu)(zhu)(zhu)件的(de)(de)85%以(yi)上(shang)。
蠟模通(tong)(tong)常(chang)優于塑料模。因(yin)為(wei)它價(jia)格比較便宜而(er)且容(rong)易焊成樹狀。由于蠟模尺寸(cun)對溫度(du)具有敏(min)感(gan)性,故通(tong)(tong)常(chang)為(wei)它提供(gong)具有空調的(de)房間。精(jing)密鑄(zhu)造(zao)法尺寸(cun)公差的(de)控制不僅要(yao)考(kao)慮(lv)鑄(zhu)件本(ben)身尺寸(cun)的(de)變(bian)(bian)化,也要(yao)計(ji)算蠟模及(ji)鑄(zhu)型(xing)(xing)尺寸(cun)的(de)變(bian)(bian)化。液態蠟注入(ru)壓型(xing)(xing)后凝固(gu)及(ji)冷卻時收縮,陶(tao)瓷殼型(xing)(xing)在(zai)高溫加(jia)熱時引起尺寸(cun)的(de)變(bian)(bian)化,鑄(zhu)造(zao)合金在(zai)凝固(gu)及(ji)隨后冷卻時的(de)收縮,所有這些尺寸(cun)的(de)變(bian)(bian)化,都(dou)要(yao)通(tong)(tong)過制造(zao)壓型(xing)(xing)時來加(jia)以補償,而(er)蠟模是由壓型(xing)(xing)直接制造(zao)出來的(de)。
常用的精密鑄(zhu)造混(hun)合(he)料(liao)中的耐(nai)火(huo)材(cai)(cai)料(liao)為細石英砂和石英粉。有時由于要獲得(de)高熔點或改進熱穩定(ding)性,也采用其他耐(nai)火(huo)材(cai)(cai)料(liao),如鋯(gao)石英、剛(gang)玉、氧化鎂,黏結(jie)劑包括硅酸(suan)乙(yi)酯及磷酸(suan)鎂。
圖(tu)2-14是熔(rong)模鑄造工藝過程的示意圖(tu)。
這(zhe)些黏結劑在鑄型(xing)脫蠟后(hou)經過(guo)高溫(980~1100℃)焙燒,使可獲得(de)足夠的(de)強(qiang)度。
精密(mi)鑄造的(de)(de)設計(ji)者在(zai)鑄件(jian)幾何形(xing)狀的(de)(de)設計(ji)方面(mian)有著廣(guang)闊的(de)(de)天地。在(zai)蠟(la)模中(zhong)(zhong)應(ying)用水溶性蠟(la)芯(xin),就完全能生產出內部輪廓相(xiang)當(dang)復雜的(de)(de)鑄件(jian)。這(zhe)些芯(xin)子在(zai)形(xing)成整個鑄型之前,便從蠟(la)模中(zhong)(zhong)被熔掉。在(zai)澆注后(hou),不銹鋼鑄件(jian)可在(zai)專(zhuan)門的(de)(de)鹽浴池中(zhong)(zhong)清理,從型芯(xin)形(xing)成的(de)(de)空(kong)腔中(zhong)(zhong)去除耐火(huo)鑄型。
精(jing)密鑄造的主(zhu)要特點:
①. 精鑄(zhu)件(jian)尺(chi)寸能(neng)很好地控制(zhi)且表面光潔度極佳(jia)。
②. 適用于生(sheng)產(chan)幾(ji)何形(xing)狀復雜的鑄件。除表面需要進行(xing)切削加工外(wai),可避免昂貴的裝配或(huo)加工費用。
③. 沒有(you)像(xiang)采用(yong)上、下箱方法(fa)生產時那樣,在(zai)(zai)鑄件上存在(zai)(zai)分型線。
④. 成本較砂型鑄造為(wei)高。
鑄(zhu)造(zao)(zao)設計者一直在(zai)考慮按(an)照砂(sha)型(xing)鑄(zhu)造(zao)(zao)方法或(huo)陶瓷型(xing)鑄(zhu)造(zao)(zao)方法來(lai)生產質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)超過4.54kg的精密(mi)鑄(zhu)件(jian)。用(yong)精密(mi)鑄(zhu)造(zao)(zao)法生產尺寸較(jiao)小、形狀復雜的鑄(zhu)件(jian)已得到普遍的認可和承認。但這(zhe)種(zhong)情況還正(zheng)在(zai)變化,已經生產了許多質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)為22.7~45.4kg的精密(mi)鑄(zhu)件(jian),事實上(shang)已生產過一些鋼鑄(zhu)件(jian),其質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)已達227kg。
由此可(ke)見,如(ru)果零(ling)件尺寸較大,設計(ji)者沒有理由排除采用精(jing)密鑄造法生產的可(ke)能(neng)性。