好书：熔模精密铸造技术及应用

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好书：熔模精密铸造技术及应用

熔模精密铸造的计算机技术在熔模精密铸造中的应用

熔模铸造的制作铸件

熔模精密铸造工艺的发展

一、好书：熔模精密铸造技术及应用

熔模精密铸造是一种能生产精密铸件的近终形工艺，在我国历史悠久，是我国为世界铸造业做出的重大贡献之一。熔模精密铸造是一种少切削、无切削的铸造工艺，是铸造行业中的一项优异的工艺技术。20世纪90年代以后，我国铸造工程技术人员充分吸收国外熔模精密铸造的新技术、新工艺，使熔模精密铸造在工业生产领域的应用日益广泛。

为了帮助广大技术人员全面学习熔模精密铸造的各项知识与应用技术，给大家推荐《熔模精密铸造技术及应用》这本书。

《熔模精密铸造技术及应用 》一书紧密结合当前铸造技术的发展和应用情况，深入浅出地介绍了熔模精密铸造过程中涉及的原辅材料计算方法、熔炼浇注工艺，给出了提高精铸件质量的新工艺、新材料、操作细则和专项技术。

本书既有原理的叙述、工艺参数的给出，也有工厂的应用实例，可供铸造领域的技术人员、管理人员以及企业技术工人在实践中参考。

本书以国内多家铸造企业精铸件实际铸造工艺为研究素材，归纳总结了各类精铸件的典型工艺，提出了相应的工艺设计原则与设计方法，列举了典型精铸件工艺设计的成功案例。

书中从基本工艺出发，对铸件生产操作中的细节进行了详尽解读，有原理的叙述，有工艺参数的给出，有在工厂应用的实例，给出了提高精铸件质量的新工艺、新材料、操作细则与专项技术。

本书秉承“创新、智能、绿色”的发展理念，增加了大量铸造创新技术、创新工艺、创新材料的内容，可供铸造领域的技术人员、管理人员以及企业技术工人在实践中参考。

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目录

第1章熔模铸造工艺11.1熔模铸造发展概况11.1.1发展历史11.1.2现代熔模铸造11.2熔模铸造的工艺过程21.3熔模铸造工艺的特点21.4熔模制造对模料的要求31.5模料31.5.1蜡基模料31.5.2石蜡-低分子聚乙烯模料41.5.3树脂基模料51.5.4填料模料51.6制壳耐火材料61.7熔模铸造用黏结剂81.7.1水玻璃黏结剂81.7.2硅溶胶黏结剂81.7.3硅酸乙酯黏结剂91.8熔模铸造用硬化剂91.9熔模铸造用涂料10第2章熔模铸造型壳制造112.1型壳铸造的基本情况112.2水玻璃型壳的铸造实践112.2.1正辛醇能改善涂挂性132.2.2磷酸氢二钠能提高型壳强度162.2.3水玻璃工艺的改进及质量控制172.2.4水玻璃黏结剂工艺的严细操作192.2.5水玻璃型壳新型硬化剂222.2.6水玻璃面层工艺的开发262.3硅溶胶型壳的铸造282.3.1对型壳性能的要求282.3.2校正插块的应用302.3.3大平面上设置工艺钉312.3.4支撑架铸件的铸造工艺322.3.5调节臂铸件的工艺改善332.3.6狭槽灌浆工艺352.3.7大平面铸件的表面涂层强化处理362.3.8熔模铸造麻点麻坑缺陷的持续工艺改善372.3.9熔模铸造表面层制壳工艺的研究402.3.10锆英粉+熔融石英粉混合浆料的应用452.3.11带狭窄内腔叶轮的灌砂512.3.12涡轮熔模铸造生产过程的工艺控制512.3.13硅溶胶熔模铸造工艺的改进措施552.3.14对熔模铸造现行制壳工艺的改进602.3.15熔模铸造负压充型-加压凝固工艺生产发动机叶轮622.3.16面层喷浆工艺652.3.17复合型壳工艺662.3.18硅溶胶涂料的质量控制及管理662.3.19有气密性要求的精铸件工艺682.3.20专用粉替代莫来粉应用于背层制壳722.3.21防止泵阀类铸件产生气缩孔的工艺措施79第3章熔模铸造表面层耐火材料893.1精铸专用砂（粉）替代锆英砂（粉）的应用实践893.1.1迎接挑战挖潜降成本893.1.2精铸专用粉浆料的配制893.1.3精铸专用粉浆料的特性与维护903.1.4精铸专用砂（粉）的生产应用903.1.5结果与讨论933.1.6经济效益分析943.2改性刚玉粉脱壳性改善的应用研究953.2.1刚玉粉面层脱壳性差的缘由953.2.2利用面层材料内部相变机理降低残留强度的方法探讨953.2.3锆砂不锈钢面层及熔融石英碳钢面层脱壳性良好的原因及启示963.2.4严格按防粘砂理论对刚玉粉进行改性处理963.3降低烧结温度及玻璃相对刚玉面层脱壳性的影响973.3.1刚玉面层脱壳性差的机理973.3.2材料内部相变微裂纹机制解决刚玉与面层脱壳性973.3.3仿照锆砂面层高温形成玻璃相解决刚玉面层脱壳性983.3.4外加物质生成足量玻璃相解决刚玉面层脱壳性983.4钛合金熔模铸造耐火材料的研究及应用1003.4.1早期的研究——以石墨材料为主的阶段1003.4.2中期的研究——以钨面层为主的多种材料和工艺阶段1003.4.3近期的研究——以Y2O3为主的熔模陶瓷型阶段1003.4.4耐火材料的发展101第4章熔模铸造的型芯1024.1熔模铸造对型芯的要求1024.2熔模铸造用型芯的分类1024.3熔模铸造型芯的应用实践1024.3.1自制型芯1024.3.2采用处理后一般型砂工艺生产精铸件1044.3.3自硬型芯工艺在异型铸件生产中的应用1054.3.4熔模铸造工艺应用树脂砂型芯1084.3.5精铸覆膜砂型芯的开发应用1094.3.6热压成型型芯1114.3.7二元复合型芯1124.3.8砂浆自硬型芯工艺1134.3.9填料中氧化钠含量对陶瓷型芯质量的影响1154.3.10易芯替代陶瓷型芯1154.3.11一种应用于熔模铸造的新型砂芯118第5章熔模铸造的熔炼1275.1铸钢的分类、牌号与性能1275.2铸钢的熔炼1285.2.1金属材料1285.2.2气体和非金属夹杂物对碳素钢力学性能的影响1295.3铸钢熔炼的应用实践1325.3.1炉底吹氩气精炼1325.3.2对中频感应电炉脱氧的再认识1345.3.3石油焦增碳剂对灰铸铁件的影响及改进措施1375.4真空熔炼1415.5钛合金熔炼1415.5.1水冷铜坩埚凝壳熔炼1415.5.2热源种类1425.5.3感应凝壳熔炼1425.5.4钛合金真空熔炼研究1425.5.5扣箱造就还原性气氛在熔模精密铸造中的应用1445.5.6定向凝固技术研究148第6章浇注补缩系统的设计1526.1浇注补缩系统设计要点1526.2熔模铸造浇注补缩系统设计应用实践1526.2.1有气密性要求的精铸件工艺1526.2.2抗氧化钢铸件的熔模铸造工艺1566.2.3阀门精铸件浇注系统设计实践1596.2.4冒口的设计与计算1626.2.5航空件浇注系统设计和实践1686.2.6叉形铸件环形内浇道的应用1726.2.7发动机用钛合金部件精密铸造工艺1736.2.8消除地漏盖缩孔的方法1756.2.9解决螺纹盖缩孔的方法1776.2.10抓住充型、排气两个环节,小微铸件生产实例1806.3浇注系统设计经验小结182第7章熔模铸造生产应用实例1837.1模料处理1837.1.1问题的提出1837.1.2实验与机理1837.1.3红蜡处理工艺参数1857.1.4操作程序1857.1.5验证和结果1857.1.6模料酸值测定方法1867.1.7分析方法1867.2全自动低温蜡压蜡机的应用体会1867.2.1结构原理及工艺参数1877.2.2生产实例及工艺参数1877.2.3应用体会1887.3低温蜡六工位全自动射蜡机的研制及应用1887.3.1设计布局1897.3.2应用效果1907.4精铸设备的节能改进1917.5第三代脱模剂和清洗剂的研发和应用1927.6二苯基碳酰二肼显色剂稳定性的改进1957.7熔模铸钢2Cr13的热处理1987.8覆膜砂型芯在熔模铸造中的应用1997.9低温受压铸钢件的双相区热处理202附录一数理统计在化学实验室的应用204附录二金相法测试镀层208附录三用光谱仪检测材料元素时的注意事项211附录四熔炼工上岗技能培训212附录五不锈钢铸件用热处理替代酸洗的工艺探索220附录六蠕墨铸铁件的生产控制223附录七狭窄长槽铸件的整形工艺实践227参考文献231

一、熔模精密铸造的计算机技术在熔模精密铸造中的应用

计算机技术在熔模精密铸造中的应用，包括铸件结构设计、工艺制定、压型、熔模、型壳及型芯制造等的最新成果，展望了计算机技术对未来精铸业带来的巨大变革。
关键词：计算机 精密铸造 压型
熔模精密铸造生产具有许多优点，但其同时具有工序多，工艺过程复杂，生产周期长，影响铸件质量的因素较多的缺点，在一定程度上制约了精密铸造的应用和发展。随着计算机技术的快速发展，计算机技术在精铸中的应用，从精铸件的结构设计、工艺制定到压型设计与制造、蜡模成型、型壳制造、型芯的制造等，给精铸件的生产带来了巨大变革。
1.计算机技术数值模拟技术在熔模精铸件结构设计及工艺制定中的应用
熔模铸件向更轻、薄及精整化方向发展，近年来提出了净形或近净形化铸造，以发挥熔模铸造的优势，满足现代工业对高质量零件的需求。这就要求熔模精铸件的结构更加合理，制定的工艺方案更加优化，对精铸技术提出了越来越高的要求。
传统的精铸件生产工艺，包括以下5个步骤：
1）铸件用户给铸造厂下达设计蓝图；
2）铸造厂作预算并从利于生产和降低成本的角度对设计提出改进意见；
3）铸造厂设计铸造工艺装备；
4）铸造厂向模具车间或造型车间下达工装图纸；
5）浇注铸件，铸件检验。
在铸件结构设计、压型设计、注蜡工艺参数制定、浇注系统等过程，传统的生产主要依靠工程技术人员的实际工作经验，缺乏科学的理论依据。特别对于复杂件和重要件，生产中往往要反复地修改铸件结构、压型或铸造工艺方案来达到最终的技术要求，计算机具有强大的计算能力和图形处理能力，能将数值分析技术、数据库技术、可视化技术结合经典传热、流动和凝固理论，通过模拟铸件充型、凝固及冷却，分析精密铸造过程的流场、温度场和应力场，预测铸件组织和许多铸造缺陷如冷隔、缩孔、热裂和变形等。因此可以通过并行工程，利用计算机技术对铸件的结构工艺性、铸造工艺进行模拟，为技术人员设计较合理的铸件结构和确定合理的工艺方案提供了有效的依据，从而避免传统的依靠经验进行结构设计和工艺制定的盲目性，可以缩短生产准备周期，节约试制成本。数值模拟过程见示意图1。
2。快速样件制造技术在压型及熔模制造中的应用
快速样件制造技术的出现，使压型和熔模的制造周期大大缩短。所谓快速样件制造就是首先在计算机上，形成熔模铸件的三维CAD数据文件，将之沿高度方向切割成许多薄片，然后按次序制造和组合，最终形成一个立体形状的制品。
1）用快速样件成型方法制造压型
根据成型方法，将快速样件成型方法制造压型可分为两种：一种是先用快速样件制作方法制成树脂或蜡质母模（原型），再用它来翻制环氧树脂或硅橡胶压型。此法生产压型可以满足小批量精铸件生产。如在SLA法制作的塑料母模表面喷涂约2mm厚的金属层，并在其后部充填环氧树脂制成金属-环氧树脂复合压型，可以满足数百件批量的精铸件生产。
另一种方法是根据CAD系统生产的压型型块几何模型，直接由SLA、SLS等法制成树脂压型。SLS法制造压型是将加工对象由树脂粉末换成表面带一薄层热固性树脂的钢粉，经激光烧结后，粘结成压型，然后再焙烧制品，将树脂烧掉，最后以铜液渗入，就可获得与金属性能相似的压型。
2）快速样件成型方法制造熔模
快速样件成型方法-SLA法、SLS法、FDM法和LOM法，均可用于快速制造熔模。使用SLS法和FDM法制作的蜡模，可以直接用于精铸件生产用的熔模；LOM法生产的纸制品，需对其外表面喷涂聚氨酯后，方可作为熔模进行制壳，或直接将纸制品外涂挂陶瓷型壳，而后将纸模烧掉。SLA法是用新型树脂生产树脂模样，将未固化的树脂倒出，而形成中空模样，硬化后，用蜡将树脂排出口密封，然后装上蜡质浇注系统，就可制壳了。表1 快速样件制造方法的比较
特点熔融堆积法(FDM)立体平板印刷法(SLA)选择激光烧结法(SLS)层合物制造法(LOM)工艺原理热塑性材料熔融,从活动口挤出,冷却固化成层堆积UV光固化液态光敏树脂激光加热烧结铺展的热塑性材料粉末激光切割片材层,粘合.能源挤出头加热器激光器或UV灯或光纤CO2激光器CO2激光器原材料热塑性材料液态光敏树脂热塑性材料粉末胶粘衬底片材目前常用材料ABS树脂、尼龙、蜡专用光聚合树脂树脂粉、蜡粉纸层 厚（um）最小：50　一般：127-254最小：50　一般：127-254最小：60　一般：127最小：94
一般：188制品尺寸精度（mm）±0.127±0.1-0.2±0.2±0.1 3．DSPC法直接制造型壳
直接型壳制造又称DSPC法，与迄今所有的制壳工艺都有本质的不同，主要由型壳设计（SDV）和型壳制造（SPU）两大部分组成。
SDV法是将所制零件的CAD模型转换为型壳的数字化零件，并显示在屏幕上，当确定好每个型壳上零件的数量、型壳壁厚以及收缩率、浇注系统等铸造参数后，计算机就很快显示所制铸件型壳的几何形状，并进行铸造工艺的模拟，然后将有关数据传输给SPU。
SPU控制着一个可以精确上下移动的活塞，活塞上连接着一个料箱；与装有细陶瓷粉料斗相连的喷头，首先在料箱中均匀喷铺一薄层细陶瓷粉末；另外，计算机根据SPU数据控制着一个喷射印刷头，从中可以喷射出硅溶胶粘结剂，当印刷头在料箱中掠过细陶瓷粉时，根据指令喷出粘结剂。这样在有粘结剂的区域，将耐火材料粘在一起，形成型壳的一个截面，然后活塞向下移动，喷头再喷出一层粉料……。这样一层一层进行，最后制成整体型壳。未被粘结的耐火材料粉料可对粘结层起支撑作用，焙烧后，回收未粘结的粉末，就可以浇注金属液了。其工作原理见图2。DSPC法使熔模铸造省去了制造压型、制造蜡模及涂挂工序，工艺过程大大简化，而且由于不用考虑蜡模变形等因素，可制得近净形零件。利用此工艺的工厂，可在收到定单后的一周内交付熔模铸件。
3. 利用计算机控制激光制作陶瓷型芯
许多精铸件需要制作陶瓷型芯特别是复杂、精细的陶瓷型芯，如涡轮发动机空心叶片等，计算机可以根据CAD数据，控制激光束在陶瓷型芯上精确地加工出各种不同结构的型芯，特别是对于用传统制芯工艺很难制出的型芯，更显出其优点。
4．并行工程和集成技术在精铸业中的应用展望
计算机技术的不断发展和普及，并行工程和集成技术在精铸业中的应用将会逐渐广泛，将成为精铸业未来的发展趋势。
1）并行工程
并行工程就是将精铸件用户与精铸厂之间建立起紧密联系的电子数据通讯网，使用户和铸造厂之间进行并行的产品和工艺设计。用户通过此网向铸造厂下达精铸件的电子化模型图，铸造工程师可从计算机工作站中看到所生产零件的三维图象，确定几组工艺方案后在计算机上进行工艺方案的数值模拟，可以显示出不同工艺条件下可能存在的问题，如热裂、缩孔等，铸造工程师再迅速将有缺陷的电子化模型数据文件传递给用户和设计师，以便作出改进而获得高质量铸件。同样，压型、熔模、型壳制造的过程也可以实现并行，这样可以极大缩短研制、开发生产周期，降低成本，提高产品的市场竞争力。
2）集成技术
对于一个未采用CAD系统设计的零件或要复制某一样件，可以采用CT检测技术、数值模拟和快速样件制造集成技术。
CT技术即计算机层析射线摄影法，是一种X射线检测技术，能用来获得零件断面的二维图象，将各断面二维图象组合，就可以获得被测对象的三维立体形态。利用此技术，可以精确获得铸件的CAD模型数据，结合快速样件制造和数值模拟，可以缩短生产准备时间，降低制造型壳的成本。同时，CT技术测得的零件形状，可以用来对比设计铸件和生产铸件的尺寸；检测实际铸件和设计铸件的缺陷位置和数值模拟预测结果的符合程度。
结束语
计算机在精铸业中的应用，克服了精铸生产过程的缺点，使得精铸生产技术更加灵活，适应性更强，更适应现代工业对铸件快速、优质、复杂的要求。
1.计算机技术数值模拟技术在熔模精铸件结构设计及工艺制定中的应用，为技术人员设计较合理的铸件结构和确定合理的工艺方案提供了有效的依据。
2.快速样件制造技术在压型及熔模制造中的应用，使压型和熔模制造周期大大缩短。
3.DSPC法直接制造型壳，省去了传统制壳一层一层涂挂型壳的漫长周期。
4.利用计算机控制激光制作陶瓷型芯，可以生产出复杂的陶瓷型芯。
5.计算机技术的不断发展和普及，并行工程和集成技术在精铸业中的应用将会逐渐广泛，将成为精铸业未来的发展趋势。

二、熔模铸造的制作铸件

用这种方法铸出的铜器既无范痕，又无垫片的痕迹，用它铸造镂空的器物更佳。中国传统的熔模铸造技术对世界的冶金发展有很大的影响。现代工业的熔模精密铸造，就是从传统的失蜡法发展而来的。虽然无论在所用蜡料、制模、造型材料、工艺方法等方面，它们都有很大的不同，但是它们的工艺原理是一致的。四十年代中期，美国工程师奥斯汀创立以他命名的现代熔模精密铸造技术时，曾从中国传统失蜡法得到启示。1955年奥斯汀实验室提出首创失蜡法的呈请，日本学者鹿取一男根据中国和日本历史上使用失蜡法的事实表示异议，最后取得了胜诉。

三、熔模精密铸造工艺的发展

现代熔模精密铸造是在古代蜡模精密铸造的基础上发展起来的。二战时期，驻云南保山的盟军技术专家见到当地人用这种方法制造工艺品深受启发，将其改进并用到机械构件的生产上，从此该种技术在世界各地迅速得到发展。现代熔模精密铸造方法在工业生产中得到实际应用是在20世纪40年代。当时航空喷气发动机的发展，要求制造像叶片、叶轮、喷嘴等形状复杂，尺寸精确以及表面光洁的耐热合金零件。由于耐热合金材料难于机械加工，零件形状复杂，以致不能或难于用其它方法制造，因此需要寻找一种新的精密的成型工艺，于是借鉴古代流传下来的失蜡精密铸造，经过对材料和工艺的改进，现代熔模精密铸造方法在古代工艺的基础上获得重要的发展。航空工业的发展推动了熔模精密铸造的应用，而熔模精密铸造的不断改进和完善也为航空工业进一步提高性能创造了有利的条件。 其后这种先进的精密铸造工艺得到巨大的发展，相继在航空、汽车、机床、船舶、内燃机、气轮机、电讯仪器、武器、医疗器械以及刀具等制造工业中被广泛采用，同时也用于工艺美术品的制造。 近十年来，熔模精密铸造一直以较高的速度向前发展着。世界各主要工业国平均以7%～12%的速度递增，特殊用途的铸件将以30%的惊人速度递增，从而推动了熔模精密铸造蜡开发技术的发展。
熔模铸造用蜡开发进展
精密铸造蜡是在熔模精密铸造中制造零件铸模的专用材料，是决定铸件质量的重要因素之一。熔模铸造用蜡品种主要有低温模料、中温模料和高温模料，目前主要使用的模料是低温模料和中温模料。我国进口的模料也主要是中温模料。
美国熔模铸造技术水平较高，得益于三大支柱，即先进的技术、优质的原材料和严格认真的操作。如美国熔模铸造厂每次使用的模料均是模料厂生产的新模料。熔模铸造厂不对使用过的模料回收处理，回收的模料送到模料专业生产厂统一处理。由于模料厂出厂的模料质量较高且均一，保障了熔模铸造厂蜡模的尺寸精度和表面质量，蜡的灰分和杂质也得到了控制。国外通常有专业公司，汇集相关技术专业生产熔模铸造模料。所生产的模料具有稳定性好、收缩率低、表面光洁、强度高、成型性好并针对不同的零件生产不同性能的模料。国外所生产的模料种类有加填料模料和非加填料模料，并细分为模型用蜡、修补蜡、可乳化蜡、浇口用蜡、嵌封用蜡的粘结蜡等。
近几年来，我国许多单位研制成功了许多系列模料且产品质量较高。我国北京正大德技术开发中心研制生产了WMⅡ系列模料。该系列模料品种多，可提供用于不同制壳材料、不同脱蜡温度、不同尺寸形状的模料，可用于替代进口产品。上海市金山模料厂生产WM系列模料，十余个品种，年产量约200吨。沈阳铸造研究所研制生产F-01等中温模料和填料模料。另外，沈阳风动工具厂、北京油泵油嘴厂、太原晋西机械厂和成都化工所也生产质量较高的蜡基中温模料。
国外熔模铸造用蜡的生产品种主要有美国生产的CL-162系列和Master系列模料、英国Dussek Campbell公司生产的Castylene系列模料、日本生产的K系列模料(如K512)和前苏联生产的P-3模料等。
模料性能的优劣是由其配方决定的，因此各生产厂非常重视模料配方的研究。