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(gang)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)模(mo)(mo)鑄造工藝,簡(jian)單說就是用(yong)易熔(rong)材(例如蠟(la)料(liao)或(huo)(huo)塑料(liao))制(zhi)成可(ke)熔(rong)性模(mo)(mo)型(xing)(簡(jian)稱熔(rong)模(mo)(mo)或(huo)(huo)模(mo)(mo)型(xing)),在其上涂覆(fu)若(ruo)干層特制(zhi)的耐火(huo)涂料(liao),經(jing)(jing)(jing)過干燥(zao)和硬化形成一(yi)個整體型(xing)殼后,再(zai)用(yong)蒸汽或(huo)(huo)熱水從(cong)型(xing)殼中熔(rong)掉模(mo)(mo)型(xing),然后把型(xing)殼置于砂箱中,在其四周填充干砂造型(xing),最后將鑄型(xing)放入焙(bei)燒(shao)(shao)(shao)爐中經(jing)(jing)(jing)過高(gao)(gao)溫焙(bei)燒(shao)(shao)(shao)(如采(cai)用(yong)高(gao)(gao)強度型(xing)殼時,可(ke)不必造型(xing)而將脫模(mo)(mo)后的型(xing)殼直接焙(bei)燒(shao)(shao)(shao)),鑄型(xing)或(huo)(huo)型(xing)殼經(jing)(jing)(jing)焙(bei)燒(shao)(shao)(shao)后,于其中澆注(zhu)熔(rong)融金屬(shu)而得到鑄件。
熔模鑄(zhu)(zhu)件(jian)尺(chi)寸(cun)(cun)精度(du)較高,一般可達CT4~6(砂型鑄(zhu)(zhu)造(zao)為CT10~13,壓(ya)鑄(zhu)(zhu)為CT5~7),當(dang)然(ran)由于熔模鑄(zhu)(zhu)造(zao)的工藝過程(cheng)復雜,影響(xiang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)尺(chi)寸(cun)(cun)精度(du)的因素較多,例如模料的收(shou)縮、熔模的變(bian)形、型殼在(zai)加熱和冷卻過程(cheng)中(zhong)的線量(liang)變(bian)化、合(he)金的收(shou)縮率以(yi)(yi)及在(zai)凝(ning)固過程(cheng)中(zhong)鑄(zhu)(zhu)件(jian)的變(bian)形等(deng),所以(yi)(yi)普通(tong)熔模鑄(zhu)(zhu)件(jian)的尺(chi)寸(cun)(cun)精度(du)雖(sui)然(ran)較高,但(dan)其(qi)一致(zhi)性仍需提(ti)高(采用中(zhong)、高溫(wen)蠟料的鑄(zhu)(zhu)件(jian)尺(chi)寸(cun)(cun)一致(zhi)性要提(ti)高很(hen)多)。
壓制(zhi)(zhi)熔(rong)模(mo)(mo)時,采用(yong)型(xing)(xing)腔(qiang)(qiang)表(biao)(biao)面(mian)(mian)光潔(jie)度(du)(du)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)壓型(xing)(xing),因此,熔(rong)模(mo)(mo)的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)光潔(jie)度(du)(du)也比(bi)較高(gao)(gao)。此外,型(xing)(xing)殼(ke)由耐高(gao)(gao)溫的(de)(de)(de)特殊黏結(jie)劑和耐火材料(liao)配(pei)制(zhi)(zhi)成的(de)(de)(de)耐火涂料(liao)涂掛在(zai)熔(rong)模(mo)(mo)上而制(zhi)(zhi)成,與熔(rong)融金屬(shu)直接(jie)接(jie)觸的(de)(de)(de)型(xing)(xing)腔(qiang)(qiang)內表(biao)(biao)面(mian)(mian)光潔(jie)度(du)(du)高(gao)(gao)。所(suo)以,熔(rong)模(mo)(mo)鑄件的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)光潔(jie)度(du)(du)比(bi)一般鑄件的(de)(de)(de)高(gao)(gao),一般可達(da)Ra1.6~3.2μm。
熔(rong)(rong)模鑄造(zao)最大的(de)(de)優(you)點就(jiu)是由于熔(rong)(rong)模鑄件(jian)有(you)著很(hen)高的(de)(de)尺(chi)寸(cun)精度(du)和(he)表(biao)面光潔度(du),所以可(ke)減少機械加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)作,只(zhi)是在零件(jian)上要求較高的(de)(de)部位留少許加(jia)工(gong)(gong)余(yu)量(liang)即(ji)可(ke),甚(shen)至某些鑄件(jian)只(zhi)留打磨(mo)、拋光余(yu)量(liang),不必機械加(jia)工(gong)(gong)即(ji)可(ke)使用。由此可(ke)見(jian),采用熔(rong)(rong)模鑄造(zao)方(fang)法,可(ke)以大量(liang)節(jie)省機床(chuang)設備和(he)加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)時,大幅度(du)節(jie)約原材(cai)料金屬(shu)。
不銹鋼各(ge)種鑄(zhu)(zhu)造(zao)工藝(yi)的(de)(de)主要特點(dian)比較(jiao),見表(biao)2-2。表(biao)中包(bao)括(kuo)利用(yong)金屬(shu)(shu)型(xing)永久型(xing)模及壓鑄(zhu)(zhu)方面的(de)(de)鑄(zhu)(zhu)造(zao)工藝(yi)。實(shi)際直到最近,由于所(suo)用(yong)壓鑄(zhu)(zhu)機的(de)(de)金屬(shu)(shu)配件,包(bao)括(kuo)壓型(xing)要承受強烈的(de)(de)熱沖擊,使金屬(shu)(shu)配件的(de)(de)使用(yong)壽命縮短,因此還(huan)沒有哪類鋼應用(yong)該(gai)鑄(zhu)(zhu)造(zao)工藝(yi)可進行(xing)大批量生(sheng)產(chan)。但是(shi)壓鑄(zhu)(zhu)工藝(yi)具有很高(gao)的(de)(de)生(sheng)產(chan)率,故研(yan)究不銹鋼壓鑄(zhu)(zhu)法發展(zhan)很快,已(yi)成(cheng)為(wei)現在(zai)生(sheng)產(chan)鑄(zhu)(zhu)件可行(xing)方法之(zhi)一。
熔模鑄(zhu)(zhu)造(zao)方法的(de)(de)另(ling)一(yi)優(you)點是(shi),它(ta)可以(yi)鑄(zhu)(zhu)造(zao)各(ge)種合金的(de)(de)復雜(za)的(de)(de)鑄(zhu)(zhu)件,特(te)別是(shi)可以(yi)鑄(zhu)(zhu)造(zao)高溫合金鑄(zhu)(zhu)件。如噴(pen)氣(qi)式發(fa)動機的(de)(de)葉片(pian),其流線型外廓與冷(leng)卻(que)用(yong)內腔,用(yong)機械(xie)加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)幾乎無法形(xing)成。用(yong)熔模鑄(zhu)(zhu)造(zao)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)生產不僅可以(yi)做到批量生產,保證了鑄(zhu)(zhu)件的(de)(de)一(yi)致性,而且避免了機械(xie)加(jia)工(gong)(gong)后(hou)殘留刀紋(wen)的(de)(de)應力集中(zhong)。它(ta)們的(de)(de)基本(ben)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)還(huan)是(shi)差距不大的(de)(de),主要(yao)是(shi)不銹鋼熔煉溫度(du)略(lve)高,所(suo)采用(yong)的(de)(de)造(zao)型材料及熔煉爐的(de)(de)筑爐材料有差異。
另外如果(guo)需(xu)(xu)要(yao)準(zhun)確區別鑄(zhu)(zhu)造,則還需(xu)(xu)要(yao)說明兩(liang)者采用的是(shi)什(shen)么工(gong)(gong)藝(yi)生產(chan),例如普(pu)通砂鑄(zhu)(zhu)、熔模(mo)鑄(zhu)(zhu)造,熔模(mo)鑄(zhu)(zhu)造又分水玻璃工(gong)(gong)藝(yi)、硅酸乙酯工(gong)(gong)藝(yi)或硅溶膠(jiao)工(gong)(gong)藝(yi)等(deng)等(deng),沒有具(ju)體說明及產(chan)品生產(chan)要(yao)求,很難明確說明兩(liang)者間的具(ju)體差(cha)異。
鑄造是將液(ye)體金屬澆注到(dao)鑄型,待其冷(leng)卻凝(ning)固后(hou),以獲得一定形狀和性(xing)能鑄件(jian)的(de)成型方法。多數鑄件(jian)需要(yao)機(ji)械(xie)加工后(hou)方可(ke)使用,這類鑄件(jian)叫做鑄造毛坯。也有的(de)不經(jing)過機(ji)械(xie)加工直接(jie)裝配到(dao)機(ji)器上(shang)即可(ke)使用。
鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)方(fang)法有(you)很多,常分為(wei)砂型(xing)鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)和特種鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)兩類。砂型(xing)鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)即為(wei)型(xing)砂緊實成型(xing)的鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)方(fang)法。特種鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)是與砂型(xing)鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)不同的其他鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)方(fang)法,如金(jin)屬型(xing)鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)、壓力鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)、離心鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)、熔模鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)、陶瓷鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)等(deng)。
熔模鑄造工藝流程,見(jian)圖(tu) 2-13。
熔模鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)(zao)、精密鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)(zao)及(ji)失蠟鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)(zao)在(zai)本質上都是(shi)完(wan)全相(xiang)同的(de)。精密鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)(zao)的(de)特點是(shi)在(zai)設計上較其他(ta)金(jin)屬(shu)成型(xing)法(fa)具有更大的(de)靈活性。當鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)形狀復雜而(er)精度(du)要求又較高時,許多合金(jin)包括不銹鋼(gang)都可用此法(fa)生產(chan)。鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)可達到較高的(de)精度(du),因此鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)可以(yi)少加(jia)工或不需切削加(jia)工。此法(fa)與砂(sha)型(xing)鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)(zao)相(xiang)似,即(ji)在(zai)金(jin)屬(shu)澆注、凝固(gu)后破壞(huai)鑄(zhu)(zhu)(zhu)型(xing)取出(chu)鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)。但精密鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)(zao)又與其他(ta)鑄(zhu)(zhu)(zhu)造(zao)(zao)方法(fa)不同,即(ji)模樣和(he)鑄(zhu)(zhu)(zhu)型(xing)都是(shi)一次(ci)性的(de)。
生(sheng)產(chan)蠟模的(de)(de)壓(ya)型根據所(suo)需鑄件的(de)(de)精度(du)及(ji)壓(ya)型的(de)(de)使(shi)用壽命,可(ke)選(xuan)用鋼、鋁、軟金屬或橡膠替材料(liao)來(lai)制造。
精密鑄(zhu)(zhu)件可由實型(xing)(xing)(xing)(xing)法或陶瓷殼型(xing)(xing)(xing)(xing)法生產。實型(xing)(xing)(xing)(xing)法(見圖(tu)2-14)是用細的(de)硅膠涂(tu)料(liao)先在(zai)一(yi)次性的(de)模樣(yang)(yang)上涂(tu)刷一(yi)層,再撒上耐火沙(sha)子,然后在(zai)模樣(yang)(yang)周圍灌以漿料(liao),并讓其凝(ning)固(gu)。模樣(yang)(yang)因為(wei)沒有(you)分(fen)型(xing)(xing)(xing)(xing)面,所以所有(you)尺寸公差都(dou)保證(zheng)一(yi)定的(de)精度。振動(dong)砂箱(xiang)使(shi)模樣(yang)(yang)周圍的(de)漿料(liao)密實而無氣泡,并使(shi)水(shui)和固(gu)體材料(liao)分(fen)離,由型(xing)(xing)(xing)(xing)箱(xiang)上部排出(chu)。將砂箱(xiang)倒置(zhi)在(zai)烘爐(lu)中,使(shi)蠟模熔(rong)化蠟液流出(chu),即(ji)剩(sheng)下鑄(zhu)(zhu)型(xing)(xing)(xing)(xing)。鑄(zhu)(zhu)型(xing)(xing)(xing)(xing)在(zai)高溫(wen)下進(jin)行焙(bei)燒(shao),熔(rong)燒(shao)后當鑄(zhu)(zhu)型(xing)(xing)(xing)(xing)還處在(zai)熱(re)(re)狀態即(ji)準備進(jin)行澆(jiao)注。鑄(zhu)(zhu)型(xing)(xing)(xing)(xing)按垂直方(fang)式(shi)排列,通常采用重力澆(jiao)注,有(you)時也(ye)采用離心(xin)、真空(kong)或大氣壓(ya)力的(de)方(fang)法,在(zai)熱(re)(re)的(de)鑄(zhu)(zhu)型(xing)(xing)(xing)(xing)中進(jin)行澆(jiao)注。澆(jiao)注完畢后,使(shi)鑄(zhu)(zhu)型(xing)(xing)(xing)(xing)冷卻,然后破壞(huai)鑄(zhu)(zhu)型(xing)(xing)(xing)(xing)取出(chu)鑄(zhu)(zhu)件。
陶(tao)瓷(ci)殼型(xing)(xing)鑄(zhu)(zhu)(zhu)造由于制作鑄(zhu)(zhu)(zhu)型(xing)(xing)的(de)(de)(de)費用較(jiao)實型(xing)(xing)鑄(zhu)(zhu)(zhu)造法便(bian)宜,這已被(bei)證實對精密鑄(zhu)(zhu)(zhu)造生產者是(shi)有利(li)的(de)(de)(de)。精鑄(zhu)(zhu)(zhu)法的(de)(de)(de)模(mo)樣是(shi)用蠟模(mo)在中(zhong)心直(zhi)澆口棒上(見(jian)圖2-14)。經組成好的(de)(de)(de)模(mo)組在合適的(de)(de)(de)溶劑中(zhong)仔細清洗,浸人硅(gui)酸乙(yi)酯中(zhong)滴(di)(di)(di)流幾分鐘。停止(zhi)滴(di)(di)(di)流后(hou),將模(mo)組放(fang)入流態床中(zhong)涂刷(shua)熔融(rong)過(guo)的(de)(de)(de)細石(shi)英(ying)粉漿。浸漬、滴(di)(di)(di)流及涂刷(shua)重(zhong)復進行(xing)。第三次以后(hou)可用較(jiao)粗的(de)(de)(de)熔融(rong)過(guo)的(de)(de)(de)石(shi)英(ying)砂涂刷(shua),一般(ban)涂刷(shua)5層就(jiu)足夠了。陶(tao)瓷(ci)殼型(xing)(xing)鑄(zhu)(zhu)(zhu)造占所(suo)有精密鑄(zhu)(zhu)(zhu)件的(de)(de)(de)85%以上。
蠟(la)模(mo)通常優于塑料模(mo)。因為它價格比較便(bian)宜而(er)且容易焊(han)成樹狀。由于蠟(la)模(mo)尺(chi)(chi)寸(cun)(cun)對溫(wen)(wen)度具有(you)敏感性(xing),故(gu)通常為它提供具有(you)空調的(de)(de)(de)房(fang)間(jian)。精密鑄(zhu)造(zao)法尺(chi)(chi)寸(cun)(cun)公差的(de)(de)(de)控制(zhi)(zhi)不僅要考慮鑄(zhu)件本(ben)身尺(chi)(chi)寸(cun)(cun)的(de)(de)(de)變(bian)化,也要計算蠟(la)模(mo)及鑄(zhu)型(xing)尺(chi)(chi)寸(cun)(cun)的(de)(de)(de)變(bian)化。液(ye)態蠟(la)注(zhu)入壓型(xing)后凝固及冷(leng)卻(que)時(shi)(shi)(shi)收縮,陶瓷殼型(xing)在高溫(wen)(wen)加(jia)熱(re)時(shi)(shi)(shi)引起尺(chi)(chi)寸(cun)(cun)的(de)(de)(de)變(bian)化,鑄(zhu)造(zao)合(he)金在凝固及隨后冷(leng)卻(que)時(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)收縮,所有(you)這些(xie)尺(chi)(chi)寸(cun)(cun)的(de)(de)(de)變(bian)化,都(dou)要通過制(zhi)(zhi)造(zao)壓型(xing)時(shi)(shi)(shi)來加(jia)以補償,而(er)蠟(la)模(mo)是由壓型(xing)直接制(zhi)(zhi)造(zao)出來的(de)(de)(de)。
常(chang)用的精密(mi)鑄造(zao)混(hun)合料(liao)中(zhong)的耐火(huo)材料(liao)為細石(shi)英砂和石(shi)英粉。有時由(you)于要獲(huo)得高熔點或(huo)改進熱穩定性,也采(cai)用其他耐火(huo)材料(liao),如鋯石(shi)英、剛玉、氧化鎂(mei),黏結(jie)劑(ji)包(bao)括硅酸乙酯及磷酸鎂(mei)。
圖2-14是熔(rong)模鑄造工藝過程的示(shi)意圖。
這些黏結劑在鑄型脫蠟后經過高溫(980~1100℃)焙燒,使(shi)可獲(huo)得足夠(gou)的強度(du)。
精密鑄(zhu)(zhu)造的(de)設(she)計者在(zai)(zai)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)幾何形狀的(de)設(she)計方面有(you)著廣闊的(de)天地(di)。在(zai)(zai)蠟模中(zhong)應(ying)用水溶性蠟芯(xin),就(jiu)完全(quan)能(neng)生產出內部輪廓相當復雜(za)的(de)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)。這(zhe)些芯(xin)子在(zai)(zai)形成(cheng)整個鑄(zhu)(zhu)型(xing)之前,便從(cong)蠟模中(zhong)被(bei)熔掉(diao)。在(zai)(zai)澆(jiao)注后,不銹鋼鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)可(ke)在(zai)(zai)專門的(de)鹽浴池中(zhong)清理(li),從(cong)型(xing)芯(xin)形成(cheng)的(de)空腔中(zhong)去(qu)除耐(nai)火鑄(zhu)(zhu)型(xing)。
精密(mi)鑄造的主要特(te)點:
①. 精鑄(zhu)件尺寸能很好地控制(zhi)且表面(mian)光潔度極佳。
②. 適(shi)用于(yu)生產幾(ji)何形(xing)狀復雜的(de)鑄件。除表面需要進行切削加(jia)工外,可避免(mian)昂貴的(de)裝配或(huo)加(jia)工費用。
③. 沒有像(xiang)采用(yong)上(shang)、下(xia)箱方法生產(chan)時那樣,在(zai)鑄件上(shang)存在(zai)分型線(xian)。
④. 成本較砂型(xing)鑄造為高。
鑄(zhu)(zhu)(zhu)造設計者一直(zhi)在考慮按照砂型鑄(zhu)(zhu)(zhu)造方(fang)法或陶瓷(ci)型鑄(zhu)(zhu)(zhu)造方(fang)法來生(sheng)產(chan)(chan)質量(liang)(liang)超過(guo)4.54kg的精密鑄(zhu)(zhu)(zhu)件。用精密鑄(zhu)(zhu)(zhu)造法生(sheng)產(chan)(chan)尺寸較(jiao)小、形狀(zhuang)復(fu)雜(za)的鑄(zhu)(zhu)(zhu)件已(yi)(yi)得到普遍的認(ren)可和承(cheng)認(ren)。但這(zhe)種情況還正(zheng)在變(bian)化,已(yi)(yi)經生(sheng)產(chan)(chan)了許多質量(liang)(liang)為22.7~45.4kg的精密鑄(zhu)(zhu)(zhu)件,事實(shi)上已(yi)(yi)生(sheng)產(chan)(chan)過(guo)一些鋼鑄(zhu)(zhu)(zhu)件,其質量(liang)(liang)已(yi)(yi)達227kg。
由(you)此(ci)可見(jian),如果零件尺寸較大,設計(ji)者沒有理由(you)排除采用精(jing)密(mi)鑄造法生產的(de)可能性。