所谓熔模铸造工艺,简单说就是用易熔材料制成可熔性模型,在其上涂覆若干层特制的耐火涂料,经过干燥和硬化形成一个整体型壳后,再用蒸汽或热水从型壳中熔掉模型,然后把型壳置于砂箱中,在其四周填充干砂造型,最后将铸型放入焙烧炉中经过高温焙烧(如采用高强度型壳时,可不必造型而将脱模后的型壳直接焙烧),铸型或型壳经焙烧后,于其中浇注熔融金属而得到铸件。
熔模铸造的优点
1、熔模铸件尺寸精度较高,一般可达CT4-6(砂型铸造为CT10~13,压铸为CT5~7),当然由于熔模铸造的工艺过程复杂,影响铸件尺寸精度的因素较多,例如模料的收缩、熔模的变形、型壳在加热和冷却过程中的线量变化、合金的收缩率以及在凝固过程中铸件的变形等,所以普通熔模铸件的尺寸精度虽然较高,但其一致性仍需提高(采用中、高温蜡料的铸件尺寸一致性要提高很多)。
2、熔模的表面光洁度比较高,因为在压制熔模时,采用了型腔表面光洁度高的压型。此外,型壳由耐高温的特殊粘结剂和耐火材料配制成的耐火涂料涂挂在熔模上而制成,与熔融金属直接接触的型腔内表面光洁度高。所以,熔模铸件的表面光洁度比一般铸造件的高,一般可达Ra.1.6~3.2μm。
3、熔模铸造最大的优点就是提高金属材料的利用率,由于熔模铸件有着很高的尺寸精度和表面光洁度,所以可减少机械加工工作,节省加工台时和刃具材料的消耗,只是在零件上要求较高的部位留少许加工余量即可,甚至某些铸件只留打磨、抛光余量,不必机械加工即可使用。由此可见,采用熔模铸造法可大量节省机床设备和加工工时,大幅度节约金属原材料。
4、熔模铸造方法的另一优点是,它可以铸造各种合金的复杂的铸件,特别可以铸造高温合金铸件。如喷气式发动机的叶片,其流线型外廓与冷却用内腔,用机械加工工艺几乎无法形成。用熔模铸造工艺生产不仅可以做到批量生产,保证了铸件的一致性,而且避免了机械加工后残留刀纹的应力集中
熔模铸造生产的第一个工序就是制造熔模,熔模是用来形成耐火型壳中型腔的模型,所以要获得尺寸精度和表面光洁度高的铸件,首先熔模本身就应该具有高的尺寸精度和表面光洁度。此外熔模本身的性能还应尽可能使随后的制型壳等工序简单易行。为得到上述高质量要求的熔模,除了应有好的压型(压制熔模的模具)外,还必须选择合适的制模材料(简称模料)和合理的制模工艺。
熔模铸造的分类
熔模铸造模料可分为低温模料、中温模料和高温模料。低温模料的熔点低于60℃。目前,我国广泛使用的低温模料具有制备方便、制模和脱模容易、模料回收简单、复用性好等许多优点,但是此模料也存在着强度低和热稳定性不高、易发生皂化反应、夏季和炎热地区使用时熔模易变形等缺点,所以有必要对其进行改进。
中温模料的熔点在80~100℃之间,热稳定性35℃左右。中温模料基本上适用于制造尺寸精度要求较高的熔模。高温模料的熔点高于120℃,其具有较高的稳定性和强度,但是其膨胀量大、制模工艺复杂。
熔模铸造的分析
熔模铸造水玻璃型壳工艺制模生产采用低温模料制模,普遍采用的三种配比工艺方法将随着环保的要求,杜绝有害物质排放和降低制造成本的需求。石蜡—低分子EP模料将会取代石蜡—硬脂酸模料。
表1 三种低温蜡料工艺性能分析
项 目 | 石蜡:硬脂酸=1:1 | 石蜡:硬脂酸=1:0.5 | 石蜡:低分子EP=0.95:0.05 |
熔点(℃) | 50—51 | 50—53 | 60—70 |
软化点(℃) | 31 | 30 | 34 |
收缩率(%) | 2.05 | 2.25 | 1.04 |
抗弯强度(Mpa) | 1.90 | 2.10 | 3.30 |
优 点 | 互熔性较好、制模方便、脱蜡容易、回收率高、复用性能好 | 同前 | 强度高、韧性好、收缩率低、表面光洁、不皂化、回收不需酸处理 |
缺 点 | 强度和热稳定性不高、皂化物用盐酸(或硫酸)处理、排放物污染环境 | 同前,表面质量较差、涂挂性、流动性下降 | 粘度较大、厚大件制模效率低 |
成 本 (元/kg) | 9.15 | 8.86 | 8.98 |
制模材料的性能不单应保证方便地制得尺寸精确和表面光洁度高,强度好,重量轻的熔模,它还应为型壳的制造和获得良好铸件创造条件。模料一般用蜡料、天然树脂和塑料(合成树脂)配制。凡主要用蜡料配制的模料称为蜡基模料,它们的熔点较低,为60~70℃;凡主要用天然树脂配制的模料称为树脂基模料,熔点稍高,约70~120℃。