熔模鑄造用工業(yè)硅溶膠起草單位

一、熔模鑄造的原理及特點(diǎn)

熔模鑄造又稱精密鑄造或失蠟鑄造，它是用易熔材料(蠟料及塑料等)制成精確的可熔性模型，在模型上涂以若干層耐火涂料，經(jīng)過(guò)干燥、硬化成整體型殼，然后加熱型殼熔失模型，再經(jīng)高溫焙燒而成為耐火型殼，將液體金屬澆入型殼中，待冷卻后即成鑄件。

模料-壓蠟?zāi)?組模-修模-涂掛-撒砂-脫模-焙燒-澆注-冷卻-落砂-清理。

與其它鑄造方法相比，熔模鑄造的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

鑄件尺寸精度較高和表面粗糙度較低，可以澆注形狀復(fù)雜的鑄件，一般精度可達(dá)5~7級(jí)，粗糙度達(dá)兩Ra25-6.3μm；

可以鑄造薄壁鑄件以及重量很小的鑄件，熔模鑄件的最小壁厚可達(dá)0.5mm，重量可以小到幾克；

可以鑄造花紋精細(xì)的圖案、文字、帶有細(xì)槽和彎曲細(xì)孔的鑄件；

熔模鑄件的外形和內(nèi)腔形狀幾乎不受限制，可以制造出用砂型鑄造、鍛壓、切削加工等方法難以制造的形狀復(fù)雜的零件，而且可以使有些組合件、焊接件在稍進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)后直接鑄造成整體零件，從而減輕零件重量、降低生產(chǎn)成本；

鑄造合金的類型幾乎沒(méi)有限制，常用來(lái)鑄造合金鋼件、碳鋼件和耐熱合金鑄件；

生產(chǎn)批量沒(méi)有限制，可以從單件到成批大量生產(chǎn)。

這種鑄造方法的缺點(diǎn)就是工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，不適用于生產(chǎn)輪廓尺寸很大的鑄件。

二、模料種類及性能要求

1、模料的分類

隨著熔模鑄造工藝的發(fā)展，模料的種類日益繁多，組成各不相同。通常按模料熔點(diǎn)的高低將其分為高溫、中溫和低溫模料。

低溫模料的熔點(diǎn)低于60°C，我國(guó)目前廣泛應(yīng)用的石蠟—硬脂酸各50%的模料屬于這一類；

高溫模料的熔點(diǎn)高于120°C，組成為松香50%、地蠟20%、聚苯乙烯30%的模料即為較典型的高溫模料。

中溫模料的熔點(diǎn)介于上述兩類模料之間，現(xiàn)用的中溫模料基本上可分為松香基和蠟基模料兩種。

2、模料性能的基本要求

熱物理性能：合適的熔化溫度和凝固區(qū)間、較小的熱膨脹和收縮、較高的耐熱性（軟化點(diǎn)）和模料在液態(tài)時(shí)應(yīng)無(wú)析出物，固態(tài)時(shí)無(wú)相變。

力學(xué)性能：主要有強(qiáng)度、硬度、塑性、柔韌性等。

工藝性能：主要有粘度（或流動(dòng)性）、灰分、涂掛性等。

三、制模工藝

按照模料的規(guī)定成分和配比，將各種原料熔融成液態(tài)，混合并攪拌均勻，濾去雜質(zhì)澆制成糊狀模料，即可以壓制熔模。壓制熔模普遍采用壓制成型的辦法。該方法允許使用液態(tài)、半液態(tài)以及固態(tài)、半固態(tài)模料。液態(tài)和半液態(tài)模料在低的壓力下壓制成型，稱為壓注成型；半固態(tài)或固態(tài)模料在高的壓力下壓制成型，稱為擠壓成型。無(wú)論是壓注成型還是擠壓成型，都必須考慮充填和凝固時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)。

1、壓注成型

壓注成型的注蠟溫度多在熔點(diǎn)以下，此時(shí)模料是液、固兩相共存的漿狀或糊狀。呈漿狀的模料中，液相量顯著超過(guò)固相量，所以仍保留著液體的流動(dòng)性。在這種狀態(tài)下壓注，熔模表面具有較低的粗糙度，而且不易出現(xiàn)由于紊流、飛濺帶來(lái)的表面缺陷。糊狀模料的溫度比漿狀模料更低，已失去流動(dòng)性，雖少有表面缺陷，但卻具有較高的表面粗糙度。

模料壓注成型時(shí)，在保證良好充填情況下應(yīng)盡量采用最低的模料溫度和壓型工作溫度。壓力的選擇并不是越大越好，雖然壓力大熔模收縮率小，但壓力和壓注速度過(guò)大，會(huì)使熔模表面不光滑，產(chǎn)生“鼓泡”(熔模表皮下氣泡膨脹)，同時(shí)，使模料飛濺出現(xiàn)冷隔缺陷。在制模過(guò)程中，為了避免模料粘附壓型，提高熔模表面光潔度，應(yīng)使用分型劑，特別是對(duì)于松香基模料。

2、擠壓成型

擠壓成型把在低溫塑性狀態(tài)下的模料擠壓入型腔，在高壓下成型，以減少和防止熔模收縮。擠壓成型時(shí)的模料處于半固態(tài)或固態(tài)，該模料在正常條件下比較硬，但在高壓下能夠流動(dòng)，其特點(diǎn)是粘度大。因此擠壓時(shí)壓力的大小取決于模料的粘度及在注料孔和型腔中的流動(dòng)阻力。模料的粘度愈大，注料孔徑愈小，型腔尺寸愈大而橫截面積愈小以及模料行程愈長(zhǎng)，則模料流動(dòng)時(shí)的阻力愈大，因此需要愈高的擠壓壓力。采用半固態(tài)模料擠壓成型，熔模的凝固時(shí)間縮短，因而生產(chǎn)率增高，特別適用于生產(chǎn)具有厚大截面的鑄件。

四、制殼工藝

制殼包括涂掛和撒砂兩道工序。涂掛涂料之前，熔模需經(jīng)脫油脂處理。涂掛時(shí)要采用浸涂法。涂掛操作時(shí)應(yīng)保持熔模表面均勻地涂掛上涂料，避免空白和局布堆積；焊合處、圓角、棱角和凹槽等應(yīng)用毛筆或特制工具涂刷均勻，避免氣泡；涂掛每層加固層涂料前應(yīng)清理前一層上的浮砂；涂掛過(guò)程中要定時(shí)攪拌涂料，掌握和調(diào)整涂料的粘度。

涂掛后進(jìn)行撒砂。最常用的撒砂方法是流態(tài)化撒砂和雨淋式撒砂。通常熔模自涂料槽中取出后，待其上剩余的涂料流動(dòng)均勻而不再連續(xù)下滴時(shí)，表示涂料流動(dòng)終止，凝凍開(kāi)始，即可撒砂。過(guò)早撒砂易造成涂料堆積；過(guò)遲撒砂造成砂粒粘附不上或粘附不牢。撒砂時(shí)熔模要不斷回轉(zhuǎn)和上下倒置。撒砂的目的是用砂粒固定涂料層；增加型殼厚度，獲得必要的強(qiáng)度；提高型殼的透氣性和退讓性；防止型殼硬化時(shí)產(chǎn)生裂紋。撒砂的粒度按涂料層次選擇，并與涂料的粘度相適應(yīng)。面層涂料的粘度小，砂粒度要細(xì)，才能獲得表面光潔的型腔，一般面層撒砂粒度可選擇組別為30或21的砂；加固層撒砂采用較粗的砂粒，最好逐層加粗。制殼時(shí)，每涂掛和撒砂一層后，必須進(jìn)行充分的干燥和硬化。

五、缺陷及防止方法

熔模鑄件的缺陷分為表面和內(nèi)部缺陷以及尺寸和粗糙度超差。

表面和內(nèi)部缺陷指欠鑄、冷隔、縮松、氣孔、夾渣、熱裂、冷裂等；

尺寸和粗糙度超差主要包括鑄件的拉長(zhǎng)和變形。

產(chǎn)生表面和內(nèi)部缺陷主要與合金液的澆注溫度，型殼的焙燒溫度與制備工藝，澆注系統(tǒng)與鑄件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等因素有關(guān)。

鑄件尺寸和粗糙度超差的主要原因是壓型的設(shè)計(jì)與使用磨損，鑄件結(jié)構(gòu)、型殼的焙燒及其強(qiáng)度，鑄件的清理等因素有關(guān)。

例如，熔模鑄件出現(xiàn)欠鑄時(shí)，其原因可能是澆注溫度和型殼溫度低使金屬液降低了流動(dòng)性，鑄件壁太薄、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理、型殼焙燒不充分或透氣性差、澆注速度過(guò)慢、澆注時(shí)不足，這時(shí)應(yīng)根據(jù)鑄件的具體結(jié)構(gòu)和涉及到的相關(guān)工藝，有針對(duì)性地解決問(wèn)題，消除缺陷。

一、熔模鑄造的原理及特點(diǎn)

熔模鑄造又稱精密鑄造或失蠟鑄造，它是用易熔材料(蠟料及塑料等)制成精確的可熔性模型，在模型上涂以若干層耐火涂料，經(jīng)過(guò)干燥、硬化成整體型殼，然后加熱型殼熔失模型，再經(jīng)高溫焙燒而成為耐火型殼，將液體金屬澆入型殼中，待冷卻后即成鑄件。

模料-壓蠟?zāi)?組模-修模-涂掛-撒砂-脫模-焙燒-澆注-冷卻-落砂-清理。

與其它鑄造方法相比，熔模鑄造的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

1）鑄件尺寸精度較高和表面粗糙度較低，可以澆注形狀復(fù)雜的鑄件，一般精度可達(dá)5~7級(jí)，粗糙度達(dá)兩Ra25-6.3μm；

2）可以鑄造薄壁鑄件以及重量很小的鑄件，熔模鑄件的最小壁厚可達(dá)0.5mm，重量可以小到幾克；

可以鑄造花紋精細(xì)的圖案、文字、帶有細(xì)槽和彎曲細(xì)孔的鑄件；

3）熔模鑄件的外形和內(nèi)腔形狀幾乎不受限制，可以制造出用砂型鑄造、鍛壓、切削加工等方法難以制造的形狀復(fù)雜的零件，而且可以使有些組合件、焊接件在稍進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)后直接鑄造成整體零件，從而減輕零件重量、降低生產(chǎn)成本；

4）鑄造合金的類型幾乎沒(méi)有限制，常用來(lái)鑄造合金鋼件、碳鋼件和耐熱合金鑄件；

5）生產(chǎn)批量沒(méi)有限制，可以從單件到成批大量生產(chǎn)。

這種鑄造方法的缺點(diǎn)就是工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，不適用于生產(chǎn)輪廓尺寸很大的鑄件。

二、模料種類及性能要求

（1） 模料的分類

隨著熔模鑄造工藝的發(fā)展，模料的種類日益繁多，組成各不相同。通常按模料熔點(diǎn)的高低將其分為高溫、中溫和低溫模料。

低溫模料的熔點(diǎn)低于60°C，我國(guó)目前廣泛應(yīng)用的石蠟—硬脂酸各50%的模料屬于這一類；

高溫模料的熔點(diǎn)高于120°C，組成為松香50%、地蠟20%、聚苯乙烯30%的模料即為較典型的高溫模料。

中溫模料的熔點(diǎn)介于上述兩類模料之間，現(xiàn)用的中溫模料基本上可分為松香基和蠟基模料兩種。

（2）模料性能的基本要求

熱物理性能：合適的熔化溫度和凝固區(qū)間、較小的熱膨脹和收縮、較高的耐熱性（軟化點(diǎn)）和模料在液態(tài)時(shí)應(yīng)無(wú)析出物，固態(tài)時(shí)無(wú)相變；

力學(xué)性能：主要有強(qiáng)度、硬度、塑性、柔韌性等；

工藝性能：主要有粘度（或流動(dòng)性）、灰分、涂掛性等。

三、制模工藝

按照模料的規(guī)定成分和配比，將各種原料熔融成液態(tài)，混合并攪拌均勻，濾去雜質(zhì)澆制成糊狀模料，即可以壓制熔模。壓制熔模普遍采用壓制成型的辦法。該方法允許使用液態(tài)、半液態(tài)以及固態(tài)、半固態(tài)模料。液態(tài)和半液態(tài)模料在低的壓力下壓制成型，稱為壓注成型；半固態(tài)或固態(tài)模料在高的壓力下壓制成型，稱為擠壓成型。無(wú)論是壓注成型還是擠壓成型，都必須考慮充填和凝固時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)。

（1）壓注成型

壓注成型的注蠟溫度多在熔點(diǎn)以下，此時(shí)模料是液、固兩相共存的漿狀或糊狀。呈漿狀的模料中，液相量顯著超過(guò)固相量，所以仍保留著液體的流動(dòng)性。在這種狀態(tài)下壓注，熔模表面具有較低的粗糙度，而且不易出現(xiàn)由于紊流、飛濺帶來(lái)的表面缺陷。糊狀模料的溫度比漿狀模料更低，已失去流動(dòng)性，雖少有表面缺陷，但卻具有較高的表面粗糙度。

模料壓注成型時(shí)，在保證良好充填情況下應(yīng)盡量采用最低的模料溫度和壓型工作溫度。壓力的選擇并不是越大越好，雖然壓力大熔模收縮率小，但壓力和壓注速度過(guò)大，會(huì)使熔模表面不光滑，產(chǎn)生“鼓泡”(熔模表皮下氣泡膨脹)，同時(shí)，使模料飛濺出現(xiàn)冷隔缺陷。在制模過(guò)程中，為了避免模料粘附壓型，提高熔模表面光潔度，應(yīng)使用分型劑，特別是對(duì)于松香基模料。

（2）擠壓成型

擠壓成型把在低溫塑性狀態(tài)下的模料擠壓入型腔，在高壓下成型，以減少和防止熔模收縮。擠壓成型時(shí)的模料處于半固態(tài)或固態(tài)，該模料在正常條件下比較硬，但在高壓下能夠流動(dòng)，其特點(diǎn)是粘度大。因此擠壓時(shí)壓力的大小取決于模料的粘度及在注料孔和型腔中的流動(dòng)阻力。模料的粘度愈大，注料孔徑愈小，型腔尺寸愈大而橫截面積愈小以及模料行程愈長(zhǎng)，則模料流動(dòng)時(shí)的阻力愈大，因此需要愈高的擠壓壓力。采用半固態(tài)模料擠壓成型，熔模的凝固時(shí)間縮短，因而生產(chǎn)率增高，特別適用于生產(chǎn)具有厚大截面的鑄件。

四、制殼工藝

制殼包括涂掛和撒砂兩道工序。涂掛涂料之前，熔模需經(jīng)脫油脂處理。涂掛時(shí)要采用浸涂法。涂掛操作時(shí)應(yīng)保持熔模表面均勻地涂掛上涂料，避免空白和局布堆積；焊合處、圓角、棱角和凹槽等應(yīng)用毛筆或特制工具涂刷均勻，避免氣泡；涂掛每層加固層涂料前應(yīng)清理前一層上的浮砂；涂掛過(guò)程中要定時(shí)攪拌涂料，掌握和調(diào)整涂料的粘度。

涂掛后進(jìn)行撒砂。最常用的撒砂方法是流態(tài)化撒砂和雨淋式撒砂。通常熔模自涂料槽中取出后，待其上剩余的涂料流動(dòng)均勻而不再連續(xù)下滴時(shí)，表示涂料流動(dòng)終止，凝凍開(kāi)始，即可撒砂。過(guò)早撒砂易造成涂料堆積；過(guò)遲撒砂造成砂粒粘附不上或粘附不牢。撒砂時(shí)熔模要不斷回轉(zhuǎn)和上下倒置。撒砂的目的是用砂粒固定涂料層；增加型殼厚度，獲得必要的強(qiáng)度；提高型殼的透氣性和退讓性；防止型殼硬化時(shí)產(chǎn)生裂紋。撒砂的粒度按涂料層次選擇，并與涂料的粘度相適應(yīng)。面層涂料的粘度小，砂粒度要細(xì)，才能獲得表面光潔的型腔，一般面層撒砂粒度可選擇組別為30或21的砂；加固層撒砂采用較粗的砂粒，最好逐層加粗。制殼時(shí)，每涂掛和撒砂一層后，必須進(jìn)行充分的干燥和硬化。

五、缺陷及防止方法

熔模鑄件的缺陷分為表面和內(nèi)部缺陷以及尺寸和粗糙度超差。

表面和內(nèi)部缺陷指欠鑄、冷隔、縮松、氣孔、夾渣、熱裂、冷裂等；

尺寸和粗糙度超差主要包括鑄件的拉長(zhǎng)和變形。

產(chǎn)生表面和內(nèi)部缺陷主要與合金液的澆注溫度，型殼的焙燒溫度與制備工藝，澆注系統(tǒng)與鑄件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等因素有關(guān)。

鑄件尺寸和粗糙度超差的主要原因是壓型的設(shè)計(jì)與使用磨損，鑄件結(jié)構(gòu)、型殼的焙燒及其強(qiáng)度，鑄件的清理等因素有關(guān)。

例如，熔模鑄件出現(xiàn)欠鑄時(shí)，其原因可能是澆注溫度和型殼溫度低使金屬液降低了流動(dòng)性，鑄件壁太薄、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理、型殼焙燒不充分或透氣性差、澆注速度過(guò)慢、澆注時(shí)不足，這時(shí)應(yīng)根據(jù)鑄件的具體結(jié)構(gòu)和涉及到的相關(guān)工藝，有針對(duì)性地解決問(wèn)題，消除缺陷。

來(lái)源：鑄造裝備