談?wù)勅勰ｈT造工藝摘要：關(guān)鍵詞：一：概述鑄造鑄造一一熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得具有一定形狀、尺寸和性能金屬零件毛坯的成型方法。鑄造是人類(lèi)掌握比較早的一種熱加工金屬工藝， 已有約6000年的歷史。中國(guó)約在公元前 1700前1000年之間已進(jìn)入青銅鑄件的全盛期， 工藝上已達(dá)到相當(dāng)高的水平。 鑄造是指將室溫中為液態(tài)但不久后將固化的物質(zhì)倒入特定形狀 的鑄模待其凝固成形的加工方式。被鑄物質(zhì)多為原為固態(tài)但加熱至液態(tài)的金屬（例：銅、鐵、鋁、錫、鉛等），而鑄模的材料可以是沙、金屬甚至陶瓷。因應(yīng)不同要求，使用的方法也會(huì) 有所不同。二：鑄造分類(lèi)鑄造種類(lèi)很多，按造型方法習(xí)慣上分為： 普通砂型鑄造，包括濕砂型、干砂型和化學(xué)硬化砂型3類(lèi)。 特種鑄造，按造型材料又可分為以天然礦產(chǎn)砂石為主要造型材料的特種鑄造（如熔模鑄造、泥型鑄造、鑄造車(chē)間殼型鑄造、負(fù)壓鑄造、實(shí)型鑄造、陶瓷型鑄造 等）和以金屬為主要鑄型材料的特種鑄造（如金屬型鑄造、壓力鑄造、連續(xù)鑄造、低壓鑄 造、離心鑄造等）兩類(lèi)。按照成型工藝可分為：1. 重力澆鑄：砂鑄，永久模鑄造。依靠重力將熔融金屬液澆入型腔。2.壓力鑄造：低壓澆鑄，高壓鑄造。依靠額外增加的壓力將熔融金屬液瞬間壓入鑄造型腔。鑄造工藝通常包括：鑄型（使液態(tài)金屬成為固態(tài)鑄件的容器）準(zhǔn)備，鑄型按所用材料可分為砂型、 金屬型、陶瓷型、泥型、石墨型等，按使用次數(shù)可分為一次性型、半永久型和永久型，鑄型準(zhǔn)備的優(yōu)劣是影響鑄件質(zhì)量的主要因素；鑄造金屬的熔化與澆注，鑄造金屬（鑄造合金）主要有鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色合金；鑄件處理和檢驗(yàn)，鑄件處理包括清除型芯和鑄件表面異物、切除澆冒口、鏟磨毛刺和披縫等凸出物以及熱處理、整形、防 銹處理和粗加工等。鑄造工藝可分為三個(gè)基本部分，即鑄造金屬準(zhǔn)備、鑄型準(zhǔn)備和鑄件處理。鑄造金屬是指鑄造生產(chǎn)中用于澆注鑄件的金屬材料，它是以一種金屬元素為主要成分，并加入其他金屬或非金屬元素而組成的合金，習(xí)慣上稱(chēng)為鑄造合金，主要有鑄鐵、鑄鋼 和鑄造有色合金。金屬熔煉不僅僅是單純的熔化，還包括冶煉過(guò)程，使?jié)策M(jìn)鑄型的金屬，在溫度、 化學(xué)成分和純凈度方面都符合預(yù)期要求。為此，在熔煉過(guò)程中要進(jìn)行以控制質(zhì)量為目 的的各種檢查測(cè)試，液態(tài)金屬在達(dá)到各項(xiàng)規(guī)定指標(biāo)后方能允許澆注。有時(shí)，為了達(dá)到 更高要求，金屬液在出爐后還要經(jīng)爐外處理，如脫硫、真空脫氣、爐外精煉、孕育或變質(zhì)處理 等。熔煉金屬常用的設(shè)備有沖天爐、電弧爐、感應(yīng)爐、電阻爐、反射爐等。三：熔模鑄造工藝熔模鑄造又稱(chēng)失臘法。失臘法是用臘制作所要鑄成器物的模子，然后在臘模上涂以 泥漿，這就是泥模。泥模晾干后，在焙燒成陶模。一經(jīng)焙燒，臘模全部熔化流失，只 剩陶模。一般制泥模時(shí)就留下了澆注口，再?gòu)臐沧⒖诠嗳脬~液，冷卻后，所需的器物 就制成了。我國(guó)的失臘法至遲起源于春秋時(shí)期。河南淅川下寺 2號(hào)楚墓出土的春秋時(shí)代的銅禁是迄今所知的最早的失臘法鑄件。此銅禁四邊及側(cè)面均飾透雕云紋，四周有十二個(gè) 立雕伏獸，體下共有十個(gè)立雕狀的獸足。透雕紋飾繁復(fù)多變，外形華麗而莊重，反映 出春秋中期我國(guó)的失臘法已經(jīng)比較成熟。戰(zhàn)國(guó)、秦漢以后，失臘法更為流行，尤其是 隋唐至明、清期間，鑄造青銅器采用的多是失臘法。失臘法一般用于制作小型鑄件。用這種方法鑄出的銅器既無(wú)范痕，又無(wú)墊片的痕 跡，用它鑄造鏤空的器物更佳。中國(guó)傳統(tǒng)的熔模鑄造技術(shù)對(duì)世界的冶金發(fā)展有很大的 影響。現(xiàn)代工業(yè)的熔模精密鑄造，就是從傳統(tǒng)的失臘法發(fā)展而來(lái)的。雖然無(wú)論在所用 臘料、制模、造型材料、工藝方法等方面，它們都有很大的不同，但是它們的工藝原 理是一致的。四十年代中期，美國(guó)工程師奧斯汀創(chuàng)立以他命名的現(xiàn)代熔模精密鑄造技 術(shù)時(shí)，曾從中國(guó)傳統(tǒng)失蠟法得到啟示。1955年奧斯汀實(shí)驗(yàn)室提出首創(chuàng)失蠟法的呈請(qǐng)，日本學(xué)者鹿取一男根據(jù)中國(guó)和日本歷史上使用失蠟法的事實(shí)表示異議，最后取得了勝訴。熔模鑄造又稱(chēng)"失蠟鑄造”，通常是在蠟?zāi)１砻嫱可蠑?shù)層耐火材料，待其硬化干燥后，將其中的蠟?zāi)Ｈ廴ザ瞥尚蜌?，再?jīng)過(guò)焙燒，然后進(jìn)行澆注， 而獲得鑄件的一種方法，由于獲得的鑄件具有較高的尺寸精度和表面光潔度，故又稱(chēng)”熔模精密鑄造”可用熔模鑄造法生產(chǎn)的合金種類(lèi)有碳素鋼、合金鋼、耐熱合金、不銹鋼、精密合 金、永磁合金、軸承合金、銅合金、鋁合金、鈦合金和球墨鑄鐵等。熔模鑄件的形狀一般都比較復(fù)雜，鑄件上可鑄出孔的最小直徑可達(dá)0.5mm，鑄件的最小壁厚為0.3mm。在生產(chǎn)中可將一些原來(lái)由幾個(gè)零件組合而成的部件，通過(guò)改變零件的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)成為整體零件而直接由熔模鑄造鑄出，以節(jié)省加工工時(shí)和金屬 材料的消耗，使零件結(jié)構(gòu)更為合理。熔模鑄件的重量大多為零點(diǎn)幾十牛（即幾十克到幾公斤），太重的鑄件用熔模鑄 造法生產(chǎn)較為麻煩，但目前生產(chǎn)大的熔模鑄件的重量已達(dá)800牛左右。熔模鑄造工藝過(guò)程較復(fù)雜，且不易控制，使用和消耗的材料較貴，故它適用于生 產(chǎn)形狀復(fù)雜、精度要求高、或很難進(jìn)行其它加工的小型零件，如渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片等。熔模的制造熔模鑄造生產(chǎn)的第一個(gè)工序就是制造熔模，熔模是用來(lái)形成耐火型殼中型腔的模型，所以要獲得尺寸精度和表面光潔度高的鑄件，首先熔模本身就應(yīng)該具有高的尺寸 精度和表面光潔度。此外熔模本身的性能還應(yīng)盡可能使隨后的制型殼等工序簡(jiǎn)單易 行。為得到上述高質(zhì)量要求的熔模，除了應(yīng)有好的壓型（壓制熔模的模具）外，還必 須選擇合適的制模材料（簡(jiǎn)稱(chēng)模料）和合理的制模工藝。3.1 模料 制模材料的性能不單應(yīng)保證方便地制得尺寸精確和表面光潔度高，強(qiáng)度好，重量 輕的熔模，它還應(yīng)為型殼的制造和獲得良好鑄件創(chuàng)造條件。模料一般用蠟料、天然樹(shù) 脂和塑料（合成樹(shù)脂）配制。凡主要用蠟料配制的模料稱(chēng)為蠟基模料，它們的熔點(diǎn)較 低，為60700C ;凡主要用天然樹(shù)脂配制的模料稱(chēng)為樹(shù)脂基模料，熔點(diǎn)稍高，約70 1200C。3.2 模料的配制及回收1 ）模料的配制配制模料的目的是將組成模料的各種原材料混合成均勻的一體，并使模料的狀態(tài)符合壓制熔模的要求。配制時(shí)主要用加熱的方法使各種原材料熔化混合成一體，而后在冷卻情況下，將 模料劇烈攪拌，使模料成為糊膏狀態(tài)供壓制熔模用。有時(shí)也有將模料熔化為液體直接 澆注熔模的情況。2）模料的回收。 使用樹(shù)脂基模料時(shí)，由于對(duì)熔模的質(zhì)量要求高，大多用新材料配制模料壓制鑄件 的熔模。而脫模后回收的模料，在重熔過(guò)濾后用來(lái)制作澆冒口系統(tǒng)的熔模。使用蠟基模料時(shí)，脫模后所得的模料可以回收，再用來(lái)制造新的熔模?？墒窃谘?環(huán)使用時(shí)，模料的性能會(huì)變壞，脆性增大，灰分增多，流動(dòng)性下降，收縮率增加，顏 色由白變褐，這些主要與模料中硬脂酸的變質(zhì)有關(guān)。因此，為了盡可能地恢復(fù)舊模料 的原有性能，就要從舊模料中除去皂鹽，常用的方法有鹽酸（硫酸）處理法，活性白 土處理法和電解回收法。3.3 熔模和模組的制造1 ）熔模的制造 生產(chǎn)中大多采用壓力把糊狀模料壓入壓型的方法制造熔模。壓制熔之前，需先在 壓型表面涂薄層分型劑， 以便從壓型中取出熔模。 壓制蠟基模料時(shí)， 分型劑可為機(jī)油、 松節(jié)油等;壓制樹(shù)脂基模料時(shí)，常用麻油和酒精的混合液或硅油作分型劑。分型劑層越薄越好，使熔模能更好地復(fù)制壓型的表面，提高熔模的表面光潔度。壓制熔模的 方法有三種，柱塞加壓法、氣壓法和活塞加壓法。2）熔模的組裝熔模的組裝是把形成鑄件的熔模和形成澆冒口系統(tǒng)的熔模組合在一起，主要有兩種方法：1. 焊接法 用薄片狀的烙鐵，將熔模的連接部位熔化，使熔模焊在一起。此法較 普遍。2. 機(jī)械組裝法 在大量生產(chǎn)小型熔模鑄件時(shí)，國(guó)外已廣泛采有機(jī)械組裝法組合模 組，采用此種模組可使模組組合和效率大大提高，工作條件也得到了改善。4 型殼的制造熔模鑄造的鑄型可分為實(shí)體型和多層型殼兩種，目前普遍采用的是多型殼。 將模組浸涂耐火涂料后，撒上料狀耐火材料，再經(jīng)干燥、硬化，如此反復(fù)多次， 使耐火涂掛層達(dá)到需要的厚度為止，這樣便在模組上形成了多層型殼，通常將近其停 放一段時(shí)間，使其充分硬化，然后熔失模組，便得到多層型殼。多層殼有的需要裝箱填砂；有的則不需要，經(jīng)過(guò)焙燒后就可直接進(jìn)行澆注。 在熔失熔模時(shí)，型殼會(huì)受到體積正在增大的熔融模料的壓力；在焙燒和注時(shí)，型 殼各部分會(huì)產(chǎn)生相互牽制而又不均的膨脹的收縮，因此，金屬還可能與型殼材料發(fā)生 高溫化學(xué)反應(yīng)。所以對(duì)型殼便有一定的性能要求，如小的膨脹率和收縮率；高的機(jī)械 強(qiáng)度、抗熱震性、而火度和高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性；型殼還應(yīng)有一定的透氣性，以便澆 注時(shí)型殼內(nèi)的氣體能順利外逸。這些都與制造型殼時(shí)所采用的耐火材料、粘結(jié)劑以及 工藝有關(guān)。4.1 制造型殼用的材料 制造型殼用的材料可分為兩種類(lèi)型，一種是用來(lái)直接形成型殼的，如耐火材料、 粘結(jié)劑等；另一類(lèi)是為了獲得優(yōu)質(zhì)的型殼，簡(jiǎn)化操作、改善工藝用的材料，如熔劑、 硬化劑、表面活性劑等。1）耐火材料 目前熔模鑄造中所用的耐火材料主要為石英和剛玉，以及硅酸鋁耐火材料，如耐 火粘土、鋁釩土、焦寶石等。有時(shí)也用鋯英石、鎂砂（ MgO ）等。2）粘結(jié)劑 在熔模鑄造中用得最普遍的粘結(jié)劑是硅酸膠體溶液（簡(jiǎn)稱(chēng)硅酸溶膠），如硅酸乙 酯水解液、水玻璃和硅溶膠等。組成它們的物質(zhì)主要為硅酸（ H2SiO3 ）和溶劑，有 時(shí)也有穩(wěn)定劑，如硅溶膠中的 NaOH 。硅酸乙酯水解液是硅酸乙酯經(jīng)水解后所得的硅酸溶膠模鑄造中用得最早、 最普遍 的粘結(jié)劑； 水玻璃殼型易變形、 開(kāi)裂， 用它澆注的鑄件尺寸精度和表面光潔度都較差。 但在我國(guó)，當(dāng)生產(chǎn)精度要求較的碳素鋼鑄件和熔點(diǎn)較低的有色合金鑄件時(shí)，水玻璃仍 被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)；硅溶膠的穩(wěn)定性好，可長(zhǎng)期存放，制型殼時(shí)不需專(zhuān)門(mén)的硬化劑， 但硅溶膠對(duì)熔模的潤(rùn)濕稍差，型殼硬化過(guò)程是一個(gè)干燥過(guò)程，需時(shí)較長(zhǎng)。4.2 制殼工藝制殼過(guò)程中的主要工序和工藝為：1）模組的除油和脫脂 在采用蠟基模料制熔模時(shí)，為了提高涂料潤(rùn)濕模組表面的能力，需將模組表面的 油污去除掉。2）在模組上涂掛涂料和撒砂涂掛涂料以前 , 應(yīng)先把涂料攪拌均勻 ,盡可能減少涂料桶中耐火材料的沉淀,調(diào)整好涂料的粘度或比重，以使涂料能很好地充填和潤(rùn)濕熔模，掛涂料時(shí), 把模組浸泡在涂料中 ,左右上下晃動(dòng) ,使涂料能很好潤(rùn)濕熔模，均勻覆蓋模組表面。涂料涂好后，即 可進(jìn)行撒吵。3 ）型殼干燥和硬化每涂復(fù)好一層型殼以后，就要對(duì)它進(jìn)行干燥和硬化，使涂料中的粘結(jié)劑由溶膠向 凍膠、凝膠轉(zhuǎn)變，把耐火材料連在一起。4）自型殼中熔失熔模型殼完全硬化后，需從型殼中熔去模組，因模組常用蠟基模料制成，所以也把此 工序稱(chēng)為脫蠟。根據(jù)加熱方法的不同，有很多，脫蠟方法，用得較多的是熱水法和同 壓蒸汽法。5）焙燒型殼如需造型（填砂）澆注，在焙燒之前，先將脫模后的型殼埋箱內(nèi)的砂粒之中，再 裝爐焙燒。如型殼高溫強(qiáng)度大，不需造型澆注，則可把脫模后的型殼直接送入爐內(nèi)焙 燒。焙燒時(shí)逐步增加爐溫，將型殼加熱至8000-10000C ，保溫一段時(shí)間，即可進(jìn)行澆注。編輯本段5熔模鑄件的澆注和清理5.1熔模鑄件的澆注熔模鑄造時(shí)常用的澆注方法有：1）熱型重力澆注方法有以下幾種。這是用得最廣泛的一種澆注形式，即型殼從焙燒爐中取出后，在高溫下進(jìn)行由澆 注。此時(shí)金屬在型殼中冷卻較慢，能在流動(dòng)性較高的情況下充填鑄型，故鑄件能很好 復(fù)制型腔的形狀，提高了鑄件的精度。但鑄件在熱型中的緩慢冷卻會(huì)使晶粒粗大，這 就降低了鑄件的機(jī)械性能。在澆注碳鋼鑄件時(shí)，冷卻較慢的鑄件表面還易氧化和脫碳，從而降低了鑄件的表面硬度、光潔度和尺寸精度。2）真空吸氣澆注將型殼放在真空澆注箱中，通過(guò)型殼中的微小孔隙吸走型腔中的氣體，使液態(tài)金 屬能更好地充填型腔，復(fù)制型腔的形狀，提高鑄件精度，防止氣孔、澆不足的缺陷。 該法已在國(guó)外應(yīng)用。3）壓力下結(jié)晶將型殼放在壓力罐內(nèi)進(jìn)行澆注，結(jié)束后，立即封閉壓力罐，向罐內(nèi)通入高壓空氣或惰性氣體，使鑄件在壓力下凝固，以增大鑄件的致密度。在國(guó)外最大壓力已達(dá)150atm 。4 ）定向結(jié)晶（定向凝固）一些熔模鑄件如渦輪機(jī)葉片、磁鋼等，如果它們的結(jié)晶組織是按一定方向排列的 柱狀晶，它們的工作性能便可提高很多，所以熔模鑄造定向結(jié)晶技術(shù)正迅速地得到發(fā) 展。5.2熔模鑄件的清理熔模鑄件清理的內(nèi)容主要為：（1 ）從鑄件上清除型殼；（2）自澆冒系統(tǒng)上取下鑄件；（3 ）去除鑄件上所粘附的型殼耐火材料；（4）鑄件熱處理后的清理，如除氧化皮、盡邊和切割澆口殘余等。編輯本段6熔模鑄造工藝設(shè)計(jì)如同一般鑄造工藝設(shè)計(jì)，熔模鑄造工藝設(shè)計(jì)的任務(wù)為：（1）分析鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性；（2）選擇合理的工藝方案，確定有關(guān)的鑄造工藝參數(shù)，在上述基礎(chǔ)上繪制鑄件 圖；（3 ）設(shè)計(jì)澆冒系統(tǒng)，確定模組結(jié)構(gòu)。在考慮上述三方面的問(wèn)題時(shí)，主要的依據(jù)仍是一般鑄造過(guò)程的基本原則，尤其在 確定工藝方案、工藝參數(shù)時(shí)（如鑄造圓角，撥模斜度、加工余量、工藝筋等），除了 具體數(shù)據(jù)由于熔模鑄造的工藝特點(diǎn)稍有不同之外，而設(shè)計(jì)原則與砂型鑄造完全相同。編輯本段7特點(diǎn)CT5所以熔模鑄件尺寸精度較高，一般可達(dá)CT4-6 （砂型鑄造為CT1013，壓鑄為7 ），當(dāng)然由于熔模鑄造的工藝過(guò)程復(fù)雜，影響鑄件尺寸精度的因素較多，例如模料 的收縮、熔模的變形、型殼在加熱和冷卻過(guò)程中的線量變化、合金的收縮率以及在凝 固過(guò)程中鑄件的變形等，所以普通熔模鑄件的尺寸精度雖然較高，但其一致性仍需提 高（采用中、高溫蠟料的鑄件尺寸一致性要提高很多）。壓制熔模時(shí)， 采用型腔表面光潔度高的壓型，因此，熔模的表面光潔度也比較高。此外，型殼由耐高溫的特殊粘結(jié)劑和耐火材料配制成的耐火涂料涂掛在熔模上而制 成，與熔融金屬直接接觸的型腔內(nèi)表面光潔度高。所以，熔模鑄件的表面光潔度比一 般鑄造件的高，一般可達(dá)Ra.1.63.2叩。熔模鑄造最大的優(yōu)點(diǎn)就是由于熔模鑄件有著很高的尺寸精度和表面光潔度，可減少機(jī)械加工工作，只是在零件上要求較高的部位留少許加工余量即可，甚至某些 鑄件只留打磨、拋光余量，不必機(jī)械加工即可使用。由此可見(jiàn)，采用熔模鑄造方法可 大量節(jié)省機(jī)床設(shè)備和加工工時(shí)，大幅度節(jié)約金屬原材料。熔模鑄造方法的另一優(yōu)點(diǎn)是，它可以鑄造各種合金的復(fù)雜的鑄件，特別可以鑄造高溫合金鑄件。如噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片，其流線型外廓與冷卻用內(nèi)腔，用機(jī)械加工工 藝幾乎無(wú)法形成。用熔模鑄造工藝生產(chǎn)不僅可以做到批量生產(chǎn)，保證了鑄件的一致性而且避免了機(jī)械加工后殘留刀紋的應(yīng)力集中。