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(bu)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。
所謂熔(rong)模(mo)(mo)(mo)鑄造工藝(yi),簡單說就是用(yong)易(yi)熔(rong)材(例如(ru)蠟(la)料或塑料)制成可熔(rong)性模(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)(簡稱熔(rong)模(mo)(mo)(mo)或模(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)),在其(qi)上涂覆若(ruo)干(gan)層(ceng)特(te)制的耐火(huo)涂料,經(jing)過(guo)干(gan)燥和硬化形(xing)成一個整體型(xing)(xing)殼(ke)后,再用(yong)蒸(zheng)汽(qi)或熱(re)水從型(xing)(xing)殼(ke)中熔(rong)掉模(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing),然后把型(xing)(xing)殼(ke)置于砂箱中,在其(qi)四(si)周填充干(gan)砂造型(xing)(xing),最后將鑄型(xing)(xing)放入焙(bei)燒爐中經(jing)過(guo)高溫焙(bei)燒(如(ru)采(cai)用(yong)高強度型(xing)(xing)殼(ke)時,可不(bu)必(bi)造型(xing)(xing)而將脫模(mo)(mo)(mo)后的型(xing)(xing)殼(ke)直(zhi)接焙(bei)燒),鑄型(xing)(xing)或型(xing)(xing)殼(ke)經(jing)焙(bei)燒后,于其(qi)中澆注熔(rong)融(rong)金屬而得到鑄件(jian)。
熔(rong)模鑄(zhu)(zhu)件尺(chi)寸精度較高,一般可(ke)達CT4~6(砂型鑄(zhu)(zhu)造(zao)為CT10~13,壓鑄(zhu)(zhu)為CT5~7),當然由于熔(rong)模鑄(zhu)(zhu)造(zao)的(de)(de)(de)工藝(yi)過程復雜,影響鑄(zhu)(zhu)件尺(chi)寸精度的(de)(de)(de)因素較多(duo),例如模料的(de)(de)(de)收(shou)縮、熔(rong)模的(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)形、型殼在加熱和冷卻過程中的(de)(de)(de)線量變(bian)(bian)(bian)化、合金的(de)(de)(de)收(shou)縮率(lv)以(yi)及在凝(ning)固(gu)過程中鑄(zhu)(zhu)件的(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)形等(deng),所以(yi)普(pu)通熔(rong)模鑄(zhu)(zhu)件的(de)(de)(de)尺(chi)寸精度雖然較高,但其(qi)一致性(xing)仍(reng)需提高(采用中、高溫(wen)蠟料的(de)(de)(de)鑄(zhu)(zhu)件尺(chi)寸一致性(xing)要提高很多(duo))。
壓制熔模時,采用(yong)型(xing)(xing)腔表(biao)(biao)面(mian)光(guang)潔度(du)高(gao)的(de)壓型(xing)(xing),因此,熔模的(de)表(biao)(biao)面(mian)光(guang)潔度(du)也比較高(gao)。此外,型(xing)(xing)殼由耐高(gao)溫的(de)特殊黏結劑和耐火材料配制成的(de)耐火涂(tu)料涂(tu)掛在熔模上而制成,與熔融金屬直接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸的(de)型(xing)(xing)腔內(nei)表(biao)(biao)面(mian)光(guang)潔度(du)高(gao)。所以(yi),熔模鑄件的(de)表(biao)(biao)面(mian)光(guang)潔度(du)比一般(ban)鑄件的(de)高(gao),一般(ban)可達Ra1.6~3.2μm。
熔模(mo)鑄造最(zui)大的優點就是由于熔模(mo)鑄件有著很高的尺寸(cun)精度(du)和表面(mian)光潔(jie)度(du),所以(yi)可減少(shao)機(ji)械(xie)加(jia)工(gong)工(gong)作,只是在(zai)零件上要(yao)求較高的部位(wei)留(liu)(liu)少(shao)許(xu)加(jia)工(gong)余量即可,甚至某些鑄件只留(liu)(liu)打磨、拋(pao)光余量,不必機(ji)械(xie)加(jia)工(gong)即可使(shi)用。由此可見,采用熔模(mo)鑄造方(fang)法(fa),可以(yi)大量節省機(ji)床(chuang)設備和加(jia)工(gong)工(gong)時,大幅度(du)節約原材(cai)料金屬。
不銹(xiu)鋼各(ge)種鑄(zhu)(zhu)(zhu)造工(gong)(gong)藝的(de)(de)主要(yao)特點比較,見表2-2。表中(zhong)包括(kuo)利用金(jin)屬(shu)型永久型模及壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)(zhu)方面(mian)的(de)(de)鑄(zhu)(zhu)(zhu)造工(gong)(gong)藝。實際直到最近,由于所用壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)(zhu)機的(de)(de)金(jin)屬(shu)配件(jian),包括(kuo)壓(ya)(ya)(ya)型要(yao)承(cheng)受強烈的(de)(de)熱沖擊,使金(jin)屬(shu)配件(jian)的(de)(de)使用壽命縮短,因此(ci)還沒(mei)有(you)哪(na)類鋼應(ying)用該鑄(zhu)(zhu)(zhu)造工(gong)(gong)藝可(ke)(ke)進行大(da)批量(liang)生(sheng)產。但是壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)(zhu)工(gong)(gong)藝具有(you)很(hen)高的(de)(de)生(sheng)產率,故研究不銹(xiu)鋼壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)(zhu)法發(fa)展很(hen)快,已(yi)成為現在生(sheng)產鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)可(ke)(ke)行方法之一。
熔(rong)(rong)模鑄(zhu)造(zao)方(fang)法的另一優點是(shi),它可以(yi)鑄(zhu)造(zao)各(ge)種合金(jin)的復雜的鑄(zhu)件,特別是(shi)可以(yi)鑄(zhu)造(zao)高(gao)溫(wen)合金(jin)鑄(zhu)件。如(ru)噴氣(qi)式發動(dong)機(ji)的葉(xie)片,其流線型(xing)(xing)外廓與冷(leng)卻用(yong)(yong)內腔,用(yong)(yong)機(ji)械(xie)加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi)幾乎無法形成(cheng)。用(yong)(yong)熔(rong)(rong)模鑄(zhu)造(zao)工(gong)(gong)藝(yi)生(sheng)產不僅可以(yi)做到批(pi)量生(sheng)產,保(bao)證了鑄(zhu)件的一致(zhi)性,而且避免(mian)了機(ji)械(xie)加工(gong)(gong)后殘留刀紋的應力(li)集中(zhong)。它們(men)的基本工(gong)(gong)藝(yi)還是(shi)差距不大的,主要是(shi)不銹鋼熔(rong)(rong)煉溫(wen)度略高(gao),所采用(yong)(yong)的造(zao)型(xing)(xing)材料及熔(rong)(rong)煉爐的筑爐材料有(you)差異。
另外如(ru)果需要(yao)準確(que)區別鑄(zhu)造,則還(huan)需要(yao)說明(ming)兩者采用的是什么工(gong)藝(yi)生產(chan),例如(ru)普通砂鑄(zhu)、熔(rong)模鑄(zhu)造,熔(rong)模鑄(zhu)造又分水玻璃工(gong)藝(yi)、硅酸乙酯工(gong)藝(yi)或(huo)硅溶膠(jiao)工(gong)藝(yi)等等,沒(mei)有具(ju)體(ti)說明(ming)及產(chan)品生產(chan)要(yao)求,很難(nan)明(ming)確(que)說明(ming)兩者間的具(ju)體(ti)差異。
鑄(zhu)(zhu)造是將(jiang)液體(ti)金屬澆注到鑄(zhu)(zhu)型,待其冷(leng)卻(que)凝(ning)固后,以獲得一定形狀和(he)性能鑄(zhu)(zhu)件(jian)的(de)成型方法(fa)。多數(shu)鑄(zhu)(zhu)件(jian)需要機械(xie)加(jia)工(gong)后方可使用,這類(lei)鑄(zhu)(zhu)件(jian)叫做鑄(zhu)(zhu)造毛坯。也有的(de)不經過機械(xie)加(jia)工(gong)直(zhi)接裝配到機器上即可使用。
鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)方法(fa)有很多(duo),常分為砂型鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)和特(te)種鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)兩類。砂型鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)即為型砂緊(jin)實成(cheng)型的鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)方法(fa)。特(te)種鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)是與砂型鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)不同的其他(ta)鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)方法(fa),如(ru)金屬(shu)型鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)、壓力鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)、離(li)心鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)、熔模鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)、陶瓷鑄(zhu)(zhu)造(zao)(zao)(zao)(zao)(zao)等。
熔(rong)模鑄造工藝流程,見圖 2-13。
熔模鑄造(zao)(zao)(zao)、精密鑄造(zao)(zao)(zao)及(ji)失蠟鑄造(zao)(zao)(zao)在本(ben)質上(shang)都是(shi)完全相(xiang)同(tong)的(de)。精密鑄造(zao)(zao)(zao)的(de)特點是(shi)在設計上(shang)較(jiao)其(qi)他金(jin)屬(shu)成(cheng)型(xing)法(fa)具有更大的(de)靈活性(xing)。當鑄件形(xing)狀復雜而精度要求又較(jiao)高(gao)時(shi),許多合金(jin)包括不銹鋼都可用(yong)此法(fa)生產。鑄件可達到較(jiao)高(gao)的(de)精度,因(yin)此鑄件可以(yi)少加工(gong)或不需切(qie)削加工(gong)。此法(fa)與砂型(xing)鑄造(zao)(zao)(zao)相(xiang)似,即在金(jin)屬(shu)澆注、凝固后破壞鑄型(xing)取出鑄件。但精密鑄造(zao)(zao)(zao)又與其(qi)他鑄造(zao)(zao)(zao)方法(fa)不同(tong),即模樣和鑄型(xing)都是(shi)一次性(xing)的(de)。
生產蠟(la)模的壓型(xing)根據所(suo)需鑄(zhu)件的精度及壓型(xing)的使(shi)用壽命(ming),可選用鋼、鋁、軟金(jin)屬或(huo)橡膠替材料來制造。
精(jing)(jing)密(mi)(mi)鑄(zhu)件可由實型(xing)(xing)法(fa)或陶(tao)瓷殼型(xing)(xing)法(fa)生產。實型(xing)(xing)法(fa)(見圖(tu)2-14)是用(yong)細(xi)的(de)(de)硅(gui)膠涂料(liao)先在(zai)一(yi)次性(xing)的(de)(de)模(mo)樣上涂刷一(yi)層,再撒上耐(nai)火沙子(zi),然(ran)后在(zai)模(mo)樣周圍灌以漿料(liao),并讓其凝(ning)固。模(mo)樣因為(wei)沒有(you)(you)分(fen)型(xing)(xing)面(mian),所以所有(you)(you)尺(chi)寸公差都保證一(yi)定的(de)(de)精(jing)(jing)度。振動砂(sha)(sha)箱使模(mo)樣周圍的(de)(de)漿料(liao)密(mi)(mi)實而無氣泡,并使水和(he)固體材料(liao)分(fen)離(li),由型(xing)(xing)箱上部排出(chu)。將砂(sha)(sha)箱倒置在(zai)烘爐中,使蠟模(mo)熔(rong)化蠟液流(liu)出(chu),即(ji)剩下(xia)鑄(zhu)型(xing)(xing)。鑄(zhu)型(xing)(xing)在(zai)高(gao)溫下(xia)進(jin)行焙(bei)燒,熔(rong)燒后當(dang)鑄(zhu)型(xing)(xing)還處在(zai)熱(re)狀(zhuang)態即(ji)準備進(jin)行澆(jiao)注。鑄(zhu)型(xing)(xing)按垂直方(fang)(fang)式排列,通常采用(yong)重力澆(jiao)注,有(you)(you)時也采用(yong)離(li)心(xin)、真空或大氣壓力的(de)(de)方(fang)(fang)法(fa),在(zai)熱(re)的(de)(de)鑄(zhu)型(xing)(xing)中進(jin)行澆(jiao)注。澆(jiao)注完(wan)畢后,使鑄(zhu)型(xing)(xing)冷卻,然(ran)后破(po)壞鑄(zhu)型(xing)(xing)取出(chu)鑄(zhu)件。
陶瓷殼型(xing)(xing)鑄(zhu)(zhu)造(zao)由于制(zhi)作鑄(zhu)(zhu)型(xing)(xing)的(de)費用較實型(xing)(xing)鑄(zhu)(zhu)造(zao)法便宜(yi),這已被(bei)證實對精密(mi)鑄(zhu)(zhu)造(zao)生(sheng)產者是(shi)有利的(de)。精鑄(zhu)(zhu)法的(de)模(mo)(mo)樣是(shi)用蠟模(mo)(mo)在(zai)中(zhong)心直澆(jiao)口(kou)棒(bang)上(見圖2-14)。經組成好的(de)模(mo)(mo)組在(zai)合適的(de)溶劑中(zhong)仔細(xi)清(qing)洗,浸(jin)人硅酸(suan)乙酯(zhi)中(zhong)滴(di)流(liu)(liu)幾(ji)分(fen)鐘。停(ting)止滴(di)流(liu)(liu)后(hou),將模(mo)(mo)組放入(ru)流(liu)(liu)態床(chuang)中(zhong)涂(tu)刷(shua)熔融過(guo)的(de)細(xi)石英粉(fen)漿。浸(jin)漬、滴(di)流(liu)(liu)及涂(tu)刷(shua)重復進行。第三次以后(hou)可用較粗(cu)的(de)熔融過(guo)的(de)石英砂(sha)涂(tu)刷(shua),一(yi)般涂(tu)刷(shua)5層就足夠了(le)。陶瓷殼型(xing)(xing)鑄(zhu)(zhu)造(zao)占(zhan)所有精密(mi)鑄(zhu)(zhu)件的(de)85%以上。
蠟(la)模(mo)通常(chang)優(you)于塑料模(mo)。因為它(ta)價格比較便宜而且容(rong)易焊成樹狀。由于蠟(la)模(mo)尺寸(cun)對溫度(du)具(ju)有敏感(gan)性,故通常(chang)為它(ta)提(ti)供具(ju)有空調的房間。精密鑄造(zao)法尺寸(cun)公(gong)差的控制(zhi)不僅要考慮鑄件本身(shen)尺寸(cun)的變化,也要計算(suan)蠟(la)模(mo)及鑄型(xing)(xing)尺寸(cun)的變化。液態(tai)蠟(la)注入(ru)壓(ya)型(xing)(xing)后(hou)凝固及冷(leng)卻(que)時收縮(suo),陶瓷殼型(xing)(xing)在高溫加(jia)熱時引起尺寸(cun)的變化,鑄造(zao)合金(jin)在凝固及隨后(hou)冷(leng)卻(que)時的收縮(suo),所(suo)有這些尺寸(cun)的變化,都(dou)要通過制(zhi)造(zao)壓(ya)型(xing)(xing)時來(lai)加(jia)以補償,而蠟(la)模(mo)是由壓(ya)型(xing)(xing)直接制(zhi)造(zao)出來(lai)的。
常用(yong)的精密鑄造(zao)混合料(liao)中的耐(nai)火材(cai)料(liao)為細石(shi)(shi)英(ying)砂和(he)石(shi)(shi)英(ying)粉。有時由于要獲得高熔點或改進熱穩(wen)定性,也采(cai)用(yong)其(qi)他耐(nai)火材(cai)料(liao),如(ru)鋯石(shi)(shi)英(ying)、剛玉(yu)、氧(yang)化鎂(mei)(mei),黏結劑(ji)包(bao)括(kuo)硅酸乙酯及磷酸鎂(mei)(mei)。
圖(tu)(tu)2-14是熔模鑄(zhu)造工藝過(guo)程(cheng)的示意(yi)圖(tu)(tu)。
這(zhe)些(xie)黏結劑在鑄型脫蠟后(hou)經過(guo)高溫(980~1100℃)焙燒,使可(ke)獲(huo)得(de)足夠的強(qiang)度。
精密(mi)鑄造的(de)(de)(de)設計(ji)者在(zai)鑄件(jian)幾何形狀的(de)(de)(de)設計(ji)方面(mian)有著廣(guang)闊的(de)(de)(de)天地。在(zai)蠟(la)模中(zhong)應用水溶性蠟(la)芯(xin),就(jiu)完全能生產出內部輪廓相當復雜(za)的(de)(de)(de)鑄件(jian)。這(zhe)些芯(xin)子在(zai)形成(cheng)整個(ge)鑄型(xing)之前,便從蠟(la)模中(zhong)被熔(rong)掉。在(zai)澆注后,不銹鋼鑄件(jian)可在(zai)專門(men)的(de)(de)(de)鹽(yan)浴(yu)池中(zhong)清理,從型(xing)芯(xin)形成(cheng)的(de)(de)(de)空(kong)腔中(zhong)去除耐火鑄型(xing)。
精密鑄造(zao)的主要特點:
①. 精鑄(zhu)件尺(chi)寸能(neng)很好地控(kong)制(zhi)且表面光潔度極佳。
②. 適用(yong)于生產幾何形狀(zhuang)復雜的鑄件。除表面需要(yao)進行切(qie)削加工外,可避免(mian)昂貴的裝配或加工費用(yong)。
③. 沒有(you)像采(cai)用上、下箱方法生產時那樣,在鑄(zhu)件上存在分型線。
④. 成(cheng)本(ben)較砂型鑄造為高。
鑄造設計(ji)者(zhe)一直在(zai)考慮按照砂型鑄造方(fang)法(fa)(fa)或陶瓷型鑄造方(fang)法(fa)(fa)來生產質量超(chao)過4.54kg的(de)精密(mi)鑄件。用(yong)精密(mi)鑄造法(fa)(fa)生產尺寸較小、形狀(zhuang)復雜的(de)鑄件已得到普遍的(de)認可和承認。但這種情況(kuang)還(huan)正(zheng)在(zai)變化,已經生產了許多質量為(wei)22.7~45.4kg的(de)精密(mi)鑄件,事(shi)實上已生產過一些(xie)鋼(gang)鑄件,其質量已達227kg。
由此可(ke)見,如果零(ling)件尺寸較大,設(she)計者(zhe)沒有理由排除(chu)采用精密鑄造法(fa)生產的可(ke)能性。