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铸造工程基础
论文报告
论文题目：熔模铸造
学生姓名：
学号：
专业：材料成型与控制工程
日期：2011年12月19日
华北水利水电学院
熔模铸造
熔模铸造的历史可以追溯到4000年前，中国古代留下很多熔模铸件精品，如春秋晚期的王子午鼎、铜禁，战国的曾侯乙尊盘，汉代的铜错金博山炉、长信宫灯，隋朝的董钦造弥驼夔金铜像，明代浑天仪、武当真武帝君像，清故宫太和门铜脚等。举世闻名的晚商四羊铜尊，是商代奴隶主用的盛酒器。它造型奇特，花纹十分复杂，尊身四隅有四只羊头，各长一对卷曲的羊角，尊的扇边镂空。这一作品经专家分析鉴定，是采用熔模铸造而成的。
我国于20世纪50年代初期，首先在航空、军品等领域引进苏联技术，开始了现代熔模铸造生产;20世纪60年代，我国熔模铸造基本处于停顿状态，从20世纪70年代起，进入新的发展时期，针对水玻璃型壳，开展了快速制壳，开发新的硬化剂，提高型壳强度的研究；同时，进行了完善硅酸乙醋，开发硅溶胶，改善模料性能，提高制芯技术，发展新的熔模铸造工艺方法等研究。
然而，我国精密铸造业真正的飞速发展时期却是20世纪末至现在的十年，特别是最近的几年。1998年后，随着国家改革开放政策的深入，企业经济体制的变革，以及市场经济观念的转变，推动了我国原有水平的铸造业在数量上的发展，同时先进的精铸工艺和设备，以合资和独资的形式开始进入大陆，使精密铸造业在质量水平上有了显著的提高，从而是使我国精密铸造业进入到一个飞速发展的时期。
据统计2001年熔模铸造总产量己达27.4万t，总产值约47.8亿元，年产量和年产值分别为1988年的5.48倍和14.48倍。1990年中国新建一批以生产出口精铸件为主的企业，产品于1993年首次外销国际市场之后，出口产量和产值逐年增长，2001年已达到7万t，以不锈钢件为主，有部分碳钢、合金钢件，产值达28.8亿元。同时，原有的水玻璃型壳企业也在出口，每年外销以碳钢为主的品质档次较低的精铸件约6万t，产值4.5亿元，中国熔模铸造业已走向国际市场，在21世纪有望成为一个熔模铸造大国。
1.1.5 国外熔模铸造发展概况
西方工业发达国家的熔模铸造业，近十几年来平均每年以7%～9%的增长率发展，1996年西方熔模铸件的总产值达44.5亿美元，其中美国占50%，欧洲占25%。80年代是美国熔模铸造发展最快的时期。
据美国熔模铸造协会的统计1984年至1990年美国熔模铸造产量和产值年平增长率分别为8%～10%和18%。现有熔模铸造厂家400多个，熔模铸件产量约15万t。日本1980年至1989年熔模铸件产量增加了3倍，日本现有熔模铸造厂点100多个，熔模铸件年产量近1万t，产值4亿美元，居亚洲之首。英国于1958年就成立熔模铸造师协会，由于采用机器制壳，使熔模铸件的单件重量65kg增为350kg。目前英国有60多家熔模铸造厂家.产值4亿美元.为欧洲第一位。德国熔模铸造业的年产值为2亿美元，其中13%为航空产品的超级合金。
西方熔模铸造主要为本国的军工产品和高科技产品服务。军工产品是美国、欧洲熔模铸造业的主要市场，其销售额的50%～70%为航天、航空和军工产品。
国外最近几年熔模铸造的相关技术得到了巨大发展，其中粘结剂的发展很快，从环境保护出发，还出现了代替硅酸乙醋的粘结剂。为了实现快速制模和制壳，国外采用了多种快速制模技术、制模的设备。如德国SHOTT公司的压注机，用于制作大型熔模，还有的压注机适合大批量生产优质熔模。美国的MPI公司生产的压蜡机，可通过计算机来控制压注工艺参数及整个加工过程，制造出高质量的熔模。制壳机器人，例如英国Deritde精铸公司采用机器人制壳，型壳采用真空干燥、热气流干燥等新工艺，脱蜡采用微波技术。
熔模铸造又称“失蜡铸造”，通常是在蜡模表面涂上数层耐火材料，待其硬化干燥后，将其中的蜡模熔去而制成型壳，再经过焙烧，然后进行浇注，而获得铸件的一种方法，由于获得的铸件具有较高的尺寸精度和表面光洁度，故又称熔模精密铸造。这种方法是用易熔材料制成精确光洁的模样—易熔模，在易熔模上涂敷多层耐火材料，或灌注耐热的陶瓷浆料，硬化干燥后即成铸型。然后使铸型中的易熔模熔化流出，再将熔化的液体金属浇注入焙烧后的铸型，液体金属在铸型中冷却凝固后成为其获得尺寸精确、棱角清晰、表面光滑的铸件。利用其生产的铸件尺寸精度高，而且由于其可以使材料消耗保持最低点，因此其生产成本也要比锻造和机加工低廉的多。
熔模铸造技术能够得到迅速发展是与它的众多优点分不开的，其主要优点有以下几点: 1)熔模铸件尺寸精度高、表面粗糙度小。2)可以铸造出薄壁铸件以及重量很小的铸件。
3)可以铸造精细的图案、文字、带有细槽和弯曲细孔的铸件。
4)可以制造出用砂型铸造、锻压、切削加工等方法难以制造出的形状复杂的铸件。5)可以制造各种合金的铸件，而且可以减少切削加工、降低材料消耗。
6)铸件采用强度较高、表面光滑的型壳作为与液体金属直接接触的型腔，因此，不易产生掉砂现象，宜于保证铸件内部质量。
7)模具成本低、寿命高。
然而，事物总是一分为二的，熔模铸造也存在一定的缺点，其主要有: l)熔模铸造工艺过程复杂、工序多，影响铸件质量的工艺因素多，必须严格控制各种原材料及各项工艺操作才能够稳定生产。
2)铸件不易过大，以免影响尺寸精度。3)生产周期较长。
4)铸件冷却速度慢，容易引起铸件晶粒粗大。碳钢铸件还容易形成表面脱层。
熔模铸造的缺点随着本身技术的发展而不断改进。自从四十年代后期，采用多层型壳，使生产周期缩短，材料消耗减少，生产成本降低。陶瓷型芯以及可溶型芯的采用，又利于使熔模铸件的形状更加不受限制。新的模料、耐火材料、粘结剂的研制和发展;真空熔模技术、表面孕育细化技术、定向结晶及先进检测技术的采用，更有利于进一步提高和保证精密铸件的质量，扩大它的应用范围。
熔模铸件的形状一般都比较复杂，铸件上可铸出孔的最小直径可达0.5mm，铸件的最小壁厚为0.3mm。在生产中可将一些原来由几个零件组合而成的部件，通过改变零件的结构，设计成为整体零件而直接由熔模铸造铸出，以节省加工工时和金属材料的消耗，使零件结构更为合理。
熔模铸件的重量大多为零点几十牛（即几十克到几公斤），太重的铸件用熔模铸造法生产较为麻烦，但目前生产大的熔模铸件的重量已达800牛左右。
熔模铸造工艺过程较复杂，且不易控制，使用和消耗的材料较贵，故它适用于生产形状复杂、精度要求高、或很难进行其它加工的小型零件，如涡轮发动机的叶片等。
熔模铸造工艺过程
熔模精密铸造的工艺过程，按其工艺排列，大致可以分为下述几个阶段: 第一阶段 准备工艺技术资料及制造压型。工艺技术资料主要包括有:铸件图，浇注系统图，工艺规程，压型图及工夹量具图等。
铸件图主要是依据产品零件图及其技术条件和铸造工艺要求设计的;浇注系统主要是依据铸件结构形状和合金种类等选择的;而工艺规程是生产现场指导操作的技术资料。
第二阶段 制造熔模。即将具有一定温度的模料注入压型中，待其冷却后，得到与铸件几何形状相同的可溶性模型。
制造熔模所用的材料称为模料。按模料熔点的不同，可分为低熔点、中熔点及高熔点三种。常用的模料有蜡料、塑料及可溶性盐等。目前教为广泛使用的为低熔点和高熔点的蜡料。第三阶段 制造铸型。它包括制壳、造型与铸型焙烧等工艺。所谓制壳就是在熔模表面涂覆一定层数的耐火涂料，待其硬化干燥后，熔出熔模而得到型壳。造型按其所用填充料的不同，分为湿法和干法两种。湿法即采用石英砂、矾土水泥与水调和成流体的填充料进行造型，而干法只是用干态的石英砂作为填充料。
第四阶段熔注合金及其他独立工序。
熔注合金即熔炼合金并将熔炼好的合金液，浇注到己准备完成的铸型中。合金凝固后即进行打箱、清理和切割浇冒口。清除铸件表面型壳和氧化皮的方法有两种，是机械清理法(震动清理和喷砂清理等)和化学清理法(例如碱煮、碱爆和氢氟酸清理)。实际生产中，往往两种同时采用，谓之综合清理法。随后即进行热处理、检验等工序。
熔模铸件尺寸精度较高，一般可达CT4～6（砂型精密铸造为CT10～13，压铸为CT5～7）,当然由于熔模精密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。
压制熔模时，采用型腔表面光洁度高的压型，因此，熔模的表面光洁度也比较高。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精密铸造件的高，一般可达Ra.1.6～3.2μm。
熔模精密铸造最大的优点就是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，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，采用熔模精密铸造方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。
熔模精密铸造方法的另一优点是，它可以精密铸造各种合金的复杂的铸件，特别可以精密铸造高温合金铸件。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。用熔模精密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。
随着技术发展，使熔模铸造不仅能生产小型铸件，而且能生产较大铸件，铸造 最大的熔模铸造的轮廓尺寸已近2m，而最小壁厚却不到2mm。同时熔模铸件也更趋精密，除线性公差外，精铸 零件也能达到较高的几何公差。熔模铸件的表面粗糙度值也越来越小，可达到R0.4um。“精密、大型、薄壁”是现代熔模铸造所具有的鲜明特点。
熔模铸造经历变迁后的可观前景 熔模铸造发展经历了变迁，在勤劳与智慧的结晶下，熔模铸造应用领域愈来愈广泛。更得到了众多工业行业的认可。熔模铸造又在生产低成本件和快速生产上有了新的突破。这些都铸件的应用面得以扩大，从而在与其它工艺竞赛中处于较有利的地位，前景光明，利润可观。
