內容簡介

《熔模精密鑄造技術》系統論述了熔模鑄造的發展概況和基本特點，制模材料和制模工藝，耐火材料與基本性能，水玻璃、硅溶膠和硅酸乙酯三種粘結劑的特性和制殼工藝，型芯制備，合金熔煉與澆注，鑄件清理精整和熱處理等；《熔模精密鑄造技術》內容側重于實際生產工藝與應用，并反映了現代熔模精密鑄造工藝與技術的進步和發展。附錄中列入常用原輔材料化學分析法、常用鋼鐵元素化學分析法、常用鑄鋼牌號及化學成分、以及精密鑄造用主要設備和材料的國內（部分）生產廠家名錄。內容豐富，資料翔實、新穎?！度勰＞荑T造技術》可供從事熔模鑄造生產、科研技術人員和大專院校師生閱讀參考，也可作為教材或教學參考用書。2100433B

計算機技術在熔模精密鑄造中的應用，包括鑄件結構設計、工藝制定、壓型、熔模、型殼及型芯制造等的最新成果，展望了計算機技術對未來精鑄業帶來的巨大變革。

關鍵詞：計算機 精密鑄造 壓型

熔模精密鑄造生產具有許多優點，但其同時具有工序多，工藝過程復雜，生產周期長，影響鑄件質量的因素較多的缺點，在一定程度上制約了精密鑄造的應用和發展。隨著計算機技術的快速發展，計算機技術在精鑄中的應用，從精鑄件的結構設計、工藝制定到壓型設計與制造、蠟模成型、型殼制造、型芯的制造等，給精鑄件的生產帶來了巨大變革。

1.計算機技術數值模擬技術在熔模精鑄件結構設計及工藝制定中的應用

熔模鑄件向更輕、薄及精整化方向發展，近年來提出了凈形或近凈形化鑄造，以發揮熔模鑄造的優勢，滿足現代工業對高質量零件的需求。這就要求熔模精鑄件的結構更加合理，制定的工藝方案更加優化，對精鑄技術提出了越來越高的要求。

傳統的精鑄件生產工藝，包括以下5個步驟：

1）鑄件用戶給鑄造廠下達設計藍圖；

2）鑄造廠作預算并從利于生產和降低成本的角度對設計提出改進意見；

3）鑄造廠設計鑄造工藝裝備；

4）鑄造廠向模具車間或造型車間下達工裝圖紙；

5）澆注鑄件，鑄件檢驗。

在鑄件結構設計、壓型設計、注蠟工藝參數制定、澆注系統等過程，傳統的生產主要依靠工程技術人員的實際工作經驗，缺乏科學的理論依據。特別對于復雜件和重要件，生產中往往要反復地修改鑄件結構、壓型或鑄造工藝方案來達到最終的技術要求，計算機具有強大的計算能力和圖形處理能力，能將數值分析技術、數據庫技術、可視化技術結合經典傳熱、流動和凝固理論，通過模擬鑄件充型、凝固及冷卻，分析精密鑄造過程的流場、溫度場和應力場，預測鑄件組織和許多鑄造缺陷如冷隔、縮孔、熱裂和變形等。因此可以通過并行工程，利用計算機技術對鑄件的結構工藝性、鑄造工藝進行模擬，為技術人員設計較合理的鑄件結構和確定合理的工藝方案提供了有效的依據，從而避免傳統的依靠經驗進行結構設計和工藝制定的盲目性，可以縮短生產準備周期，節約試制成本。數值模擬過程見示意圖1。

2?？焖贅蛹圃旒夹g在壓型及熔模制造中的應用

快速樣件制造技術的出現，使壓型和熔模的制造周期大大縮短。所謂快速樣件制造就是首先在計算機上，形成熔模鑄件的三維CAD數據文件，將之沿高度方向切割成許多薄片，然后按次序制造和組合，最終形成一個立體形狀的制品。

1）用快速樣件成型方法制造壓型

根據成型方法，將快速樣件成型方法制造壓型可分為兩種：一種是先用快速樣件制作方法制成樹脂或蠟質母模（原型），再用它來翻制環氧樹脂或硅橡膠壓型。此法生產壓型可以滿足小批量精鑄件生產。如在SLA法制作的塑料母模表面噴涂約2mm厚的金屬層，并在其后部充填環氧樹脂制成金屬-環氧樹脂復合壓型，可以滿足數百件批量的精鑄件生產。

另一種方法是根據CAD系統生產的壓型型塊幾何模型，直接由SLA、SLS等法制成樹脂壓型。SLS法制造壓型是將加工對象由樹脂粉末換成表面帶一薄層熱固性樹脂的鋼粉，經激光燒結后，粘結成壓型，然后再焙燒制品，將樹脂燒掉，最后以銅液滲入，就可獲得與金屬性能相似的壓型。

2）快速樣件成型方法制造熔模

快速樣件成型方法-SLA法、SLS法、FDM法和LOM法，均可用于快速制造熔模。使用SLS法和FDM法制作的蠟模，可以直接用于精鑄件生產用的熔模；LOM法生產的紙制品，需對其外表面噴涂聚氨酯后，方可作為"熔模"進行制殼，或直接將紙制品外涂掛陶瓷型殼，而后將紙模燒掉。SLA法是用新型樹脂生產樹脂模樣，將未固化的樹脂倒出，而形成中空模樣，硬化后，用蠟將樹脂排出口密封，然后裝上蠟質澆注系統，就可制殼了。表1 快速樣件制造方法的比較

特點熔融堆積法(FDM)立體平板印刷法(SLA)選擇激光燒結法(SLS)層合物制造法(LOM)工藝原理熱塑性材料熔融,從活動口擠出,冷卻固化成層堆積UV光固化液態光敏樹脂激光加熱燒結鋪展的熱塑性材料粉末激光切割片材層,粘合.能源擠出頭加熱器激光器或UV燈或光纖CO2激光器CO2激光器原材料熱塑性材料液態光敏樹脂熱塑性材料粉末膠粘襯底片材目前常用材料ABS樹脂、尼龍、蠟專用光聚合樹脂樹脂粉、蠟粉紙層 厚（um）最?。?0　一般：127-254最?。?0　一般：127-254最?。?0　一般：127最?。?4

一般：188制品尺寸精度（mm）±0.127±0.1-0.2±0.2±0.1 3．DSPC法直接制造型殼

直接型殼制造又稱DSPC法，與迄今所有的制殼工藝都有本質的不同，主要由型殼設計（SDV）和型殼制造（SPU）兩大部分組成。

SDV法是將所制零件的CAD模型轉換為型殼的數字化零件，并顯示在屏幕上，當確定好每個型殼上零件的數量、型殼壁厚以及收縮率、澆注系統等鑄造參數后，計算機就很快顯示所制鑄件型殼的幾何形狀，并進行鑄造工藝的模擬，然后將有關數據傳輸給SPU。

SPU控制著一個可以精確上下移動的活塞，活塞上連接著一個料箱；與裝有細陶瓷粉料斗相連的噴頭，首先在料箱中均勻"噴鋪"一薄層細陶瓷粉末；另外，計算機根據SPU數據控制著一個噴射印刷頭，從中可以噴射出硅溶膠粘結劑，當印刷頭在料箱中掠過細陶瓷粉時，根據指令"噴"出粘結劑。這樣在有粘結劑的區域，將耐火材料粘在一起，形成型殼的一個截面，然后活塞向下移動，噴頭再噴出一層粉料……。這樣一層一層進行，最后制成整體型殼。未被粘結的耐火材料粉料可對粘結層起支撐作用，焙燒后，回收未粘結的粉末，就可以澆注金屬液了。其工作原理見圖2。DSPC法使熔模鑄造省去了制造壓型、制造蠟模及涂掛工序，工藝過程大大簡化，而且由于不用考慮蠟模變形等因素，可制得近凈形零件。利用此工藝的工廠，可在收到定單后的一周內交付熔模鑄件。

3. 利用計算機控制激光制作陶瓷型芯

許多精鑄件需要制作陶瓷型芯特別是復雜、精細的陶瓷型芯，如渦輪發動機空心葉片等，計算機可以根據CAD數據，控制激光束在陶瓷型芯上精確地加工出各種不同結構的型芯，特別是對于用傳統制芯工藝很難制出的型芯，更顯出其優點。

4．并行工程和集成技術在精鑄業中的應用展望

計算機技術的不斷發展和普及，并行工程和集成技術在精鑄業中的應用將會逐漸廣泛，將成為精鑄業未來的發展趨勢。

1）并行工程

并行工程就是將精鑄件用戶與精鑄廠之間建立起緊密聯系的電子數據通訊網，使用戶和鑄造廠之間進行并行的產品和工藝設計。用戶通過此網向鑄造廠下達精鑄件的電子化模型圖，鑄造工程師可從計算機工作站中看到所生產零件的三維圖象，確定幾組工藝方案后在計算機上進行工藝方案的數值模擬，可以顯示出不同工藝條件下可能存在的問題，如熱裂、縮孔等，鑄造工程師再迅速將有缺陷的電子化模型數據文件傳遞給用戶和設計師，以便作出改進而獲得高質量鑄件。同樣，壓型、熔模、型殼制造的過程也可以實現并行，這樣可以極大縮短研制、開發生產周期，降低成本，提高產品的市場競爭力。

2）集成技術

對于一個未采用CAD系統設計的零件或要復制某一樣件，可以采用CT檢測技術、數值模擬和快速樣件制造集成技術。

CT技術即計算機層析射線攝影法，是一種X射線檢測技術，能用來獲得零件斷面的二維圖象，將各斷面二維圖象組合，就可以獲得被測對象的三維立體形態。利用此技術，可以精確獲得鑄件的CAD模型數據，結合快速樣件制造和數值模擬，可以縮短生產準備時間，降低制造型殼的成本。同時，CT技術測得的零件形狀，可以用來對比設計鑄件和生產鑄件的尺寸；檢測實際鑄件和設計鑄件的缺陷位置和數值模擬預測結果的符合程度。

結束語

計算機在精鑄業中的應用，克服了精鑄生產過程的缺點，使得精鑄生產技術更加靈活，適應性更強，更適應現代工業對鑄件快速、優質、復雜的要求。

1.計算機技術數值模擬技術在熔模精鑄件結構設計及工藝制定中的應用，為技術人員設計較合理的鑄件結構和確定合理的工藝方案提供了有效的依據。

2.快速樣件制造技術在壓型及熔模制造中的應用，使壓型和熔模制造周期大大縮短。

3.DSPC法直接制造型殼，省去了傳統制殼一層一層涂掛型殼的漫長周期。

4.利用計算機控制激光制作陶瓷型芯，可以生產出復雜的陶瓷型芯。

5.計算機技術的不斷發展和普及，并行工程和集成技術在精鑄業中的應用將會逐漸廣泛，將成為精鑄業未來的發展趨勢。

本書系《先進鑄造技術叢書》之一，取材新穎豐富。內容包括熔模精密鑄造全部工藝過程，反映國內外精鑄高新技術發展水平和趨勢。重點介紹生產大型、薄壁、高精密和高強度熔模鑄件的制模、制殼、型芯、熔煉、過濾凈化，晶粒組織控制和金屬凝固模擬等最新鑄造技術的研究成果及其應用。本書可供熔模鑄造工作者以及相關領域技術人員參考，亦可作為鑄造專業學生的教材。

現代熔模精密鑄造是在古代蠟模精密鑄造的基礎上發展起來的。二戰時期，駐云南保山的盟軍技術專家見到當地人用這種方法制造工藝品深受啟發，將其改進并用到機械構件的生產上，從此該種技術在世界各地迅速得到發展?，F代熔模精密鑄造方法在工業生產中得到實際應用是在20世紀40年代。當時航空噴氣發動機的發展，要求制造像葉片、葉輪、噴嘴等形狀復雜，尺寸精確以及表面光潔的耐熱合金零件。由于耐熱合金材料難于機械加工，零件形狀復雜，以致不能或難于用其它方法制造，因此需要尋找一種新的精密的成型工藝，于是借鑒古代流傳下來的失蠟精密鑄造，經過對材料和工藝的改進，現代熔模精密鑄造方法在古代工藝的基礎上獲得重要的發展。航空工業的發展推動了熔模精密鑄造的應用，而熔模精密鑄造的不斷改進和完善也為航空工業進一步提高性能創造了有利的條件。 其后這種先進的精密鑄造工藝得到巨大的發展，相繼在航空、汽車、機床、船舶、內燃機、氣輪機、電訊儀器、武器、醫療器械以及刀具等制造工業中被廣泛采用，同時也用于工藝美術品的制造。 近十年來，熔模精密鑄造一直以較高的速度向前發展著。世界各主要工業國平均以7%～12%的速度遞增，特殊用途的鑄件將以30%的驚人速度遞增，從而推動了熔模精密鑄造蠟開發技術的發展。

熔模鑄造用蠟開發進展

精密鑄造蠟是在熔模精密鑄造中制造零件鑄模的專用材料，是決定鑄件質量的重要因素之一。熔模鑄造用蠟品種主要有低溫模料、中溫模料和高溫模料，主要使用的模料是低溫模料和中溫模料。我國進口的模料也主要是中溫模料。

美國熔模鑄造技術水平較高，得益于三大支柱，即先進的技術、優質的原材料和嚴格認真的操作。如美國熔模鑄造廠每次使用的模料均是模料廠生產的新模料。熔模鑄造廠不對使用過的模料回收處理，回收的模料送到模料專業生產廠統一處理。由于模料廠出廠的模料質量較高且均一，保障了熔模鑄造廠蠟模的尺寸精度和表面質量，蠟的灰分和雜質也得到了控制。國外通常有專業公司，匯集相關技術專業生產熔模鑄造模料。所生產的模料具有穩定性好、收縮率低、表面光潔、強度高、成型性好并針對不同的零件生產不同性能的模料。國外所生產的模料種類有加填料模料和非加填料模料，并細分為模型用蠟、修補蠟、可乳化蠟、澆口用蠟、嵌封用蠟的粘結蠟等。

近幾年來，我國許多單位研制成功了許多系列模料且產品質量較高。我國北京正大德技術開發中心研制生產了WMⅡ系列模料。該系列模料品種多，可提供用于不同制殼材料、不同脫蠟溫度、不同尺寸形狀的模料，可用于替代進口產品。上海市金山模料廠生產WM系列模料，十余個品種，年產量約200噸。沈陽鑄造研究所研制生產F-01等中溫模料和填料模料。另外，沈陽風動工具廠、北京油泵油嘴廠、太原晉西機械廠和成都化工所也生產質量較高的蠟基中溫模料。

國外熔模鑄造用蠟的生產品種主要有美國生產的CL-162系列和Master系列模料、英國Dussek Campbell公司生產的Castylene系列模料、日本生產的K系列模料(如K512)和前蘇聯生產的P-3模料等。

模料性能的優劣是由其配方決定的，因此各生產廠非常重視模料配方的研究。