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(yè)中的一項優(yōu)異的工藝技術(shù),其應(yīng)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(chǎn)出的鑄件尺寸精度、表面質(zhì)量比其他鑄造方法更高,甚至其他鑄造方法難以鑄造的復(fù)雜、耐高溫、不易于加工的鑄件,均可采用熔模精密鑄造鑄得。
所謂熔模鑄造工藝,簡單說就是用易熔材(例如蠟料或塑料)制成可熔性模型(簡稱熔模或模型),在其上涂覆若干層特制的耐火涂料,經(jīng)過干燥和硬化形成一個整體型殼后,再用蒸汽或熱水從型殼中熔掉模型,然后把型殼置于砂箱中,在其四周填充干砂造型,最后將鑄型放入焙燒爐中經(jīng)過高溫焙燒(如采用高強度型殼時,可不必造型而將脫模后的型殼直接焙燒),鑄型或型殼經(jīng)焙燒后,于其中澆注熔融金屬而得到鑄件。
熔模鑄件尺寸精度較高,一般可達CT4~6(砂型鑄造為CT10~13,壓鑄為CT5~7),當(dāng)然由于熔模鑄造的工藝過程復(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程中的線量變化、合金的收縮率以及在凝固過程中鑄件的變形等,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,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黏結(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件的高,一般可達Ra1.6~3.2μm。
熔模鑄造最大的優(yōu)點就是由于熔模鑄件有著很高的尺寸精度和表面光潔度,所以可減少機械加工工作,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,不必機械加工即可使用。由此可見,采用熔模鑄造方法,可以大量節(jié)省機床設(shè)備和加工工時,大幅度節(jié)約原材料金屬。
不銹鋼各種鑄造工藝的主要特點比較,見表2-2。表中包括利用金屬型永久型模及壓鑄方面的鑄造工藝。實際直到最近,由于所用壓鑄機的金屬配件,包括壓型要承受強烈的熱沖擊,使金屬配件的使用壽命縮短,因此還沒有哪類鋼應(yīng)用該鑄造工藝可進行大批量生產(chǎn)。但是壓鑄工藝具有很高的生產(chǎn)率,故研究不銹鋼壓鑄法發(fā)展很快,已成為現(xiàn)在生產(chǎn)鑄件可行方法之一。
熔模鑄造方法的另一優(yōu)點是,它可以鑄造各種合金的復(fù)雜的鑄件,特別是可以鑄造高溫合金鑄件。如噴氣式發(fā)動機的葉片,其流線型外廓與冷卻用內(nèi)腔,用機械加工工藝幾乎無法形成。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,而且避免了機械加工后殘留刀紋的應(yīng)力集中。它們的基本工藝還是差距不大的,主要是不銹鋼熔煉溫度略高,所采用的造型材料及熔煉爐的筑爐材料有差異。
另外如果需要準(zhǔn)確區(qū)別鑄造,則還需要說明兩者采用的是什么工藝生產(chǎn),例如普通砂鑄、熔模鑄造,熔模鑄造又分水玻璃工藝、硅酸乙酯工藝或硅溶膠工藝等等,沒有具體說明及產(chǎn)品生產(chǎn)要求,很難明確說明兩者間的具體差異。
鑄造是將液體金屬澆注到鑄型,待其冷卻凝固后,以獲得一定形狀和性能鑄件的成型方法。多數(shù)鑄件需要機械加工后方可使用,這類鑄件叫做鑄造毛坯。也有的不經(jīng)過機械加工直接裝配到機器上即可使用。
鑄造方法有很多,常分為砂型鑄造和特種鑄造兩類。砂型鑄造即為型砂緊實成型的鑄造方法。特種鑄造是與砂型鑄造不同的其他鑄造方法,如金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、熔模鑄造、陶瓷鑄造等。
熔模鑄造工藝流程,見圖 2-13。
熔模鑄造、精密鑄造及失蠟鑄造在本質(zhì)上都是完全相同的。精密鑄造的特點是在設(shè)計上較其他金屬成型法具有更大的靈活性。當(dāng)鑄件形狀復(fù)雜而精度要求又較高時,許多合金包括不銹鋼都可用此法生產(chǎn)。鑄件可達到較高的精度,因此鑄件可以少加工或不需切削加工。此法與砂型鑄造相似,即在金屬澆注、凝固后破壞鑄型取出鑄件。但精密鑄造又與其他鑄造方法不同,即模樣和鑄型都是一次性的。
生產(chǎn)蠟?zāi)5膲盒透鶕?jù)所需鑄件的精度及壓型的使用壽命,可選用鋼、鋁、軟金屬或橡膠替材料來制造。
精密鑄件可由實型法或陶瓷殼型法生產(chǎn)。實型法(見圖2-14)是用細的硅膠涂料先在一次性的模樣上涂刷一層,再撒上耐火沙子,然后在模樣周圍灌以漿料,并讓其凝固。模樣因為沒有分型面,所以所有尺寸公差都保證一定的精度。振動砂箱使模樣周圍的漿料密實而無氣泡,并使水和固體材料分離,由型箱上部排出。將砂箱倒置在烘爐中,使蠟?zāi)H刍炓毫鞒觯词O妈T型。鑄型在高溫下進行焙燒,熔燒后當(dāng)鑄型還處在熱狀態(tài)即準(zhǔn)備進行澆注。鑄型按垂直方式排列,通常采用重力澆注,有時也采用離心、真空或大氣壓力的方法,在熱的鑄型中進行澆注。澆注完畢后,使鑄型冷卻,然后破壞鑄型取出鑄件。
陶瓷殼型鑄造由于制作鑄型的費用較實型鑄造法便宜,這已被證實對精密鑄造生產(chǎn)者是有利的。精鑄法的模樣是用蠟?zāi)T谥行闹睗部诎羯希ㄒ妶D2-14)。經(jīng)組成好的模組在合適的溶劑中仔細清洗,浸人硅酸乙酯中滴流幾分鐘。停止滴流后,將模組放入流態(tài)床中涂刷熔融過的細石英粉漿。浸漬、滴流及涂刷重復(fù)進行。第三次以后可用較粗的熔融過的石英砂涂刷,一般涂刷5層就足夠了。陶瓷殼型鑄造占所有精密鑄件的85%以上。
蠟?zāi)Mǔ?yōu)于塑料模。因為它價格比較便宜而且容易焊成樹狀。由于蠟?zāi)3叽鐚囟染哂忻舾行裕释ǔ樗峁┚哂锌照{(diào)的房間。精密鑄造法尺寸公差的控制不僅要考慮鑄件本身尺寸的變化,也要計算蠟?zāi)<拌T型尺寸的變化。液態(tài)蠟注入壓型后凝固及冷卻時收縮,陶瓷殼型在高溫加熱時引起尺寸的變化,鑄造合金在凝固及隨后冷卻時的收縮,所有這些尺寸的變化,都要通過制造壓型時來加以補償,而蠟?zāi)J怯蓧盒椭苯又圃斐鰜淼摹?/span>
常用的精密鑄造混合料中的耐火材料為細石英砂和石英粉。有時由于要獲得高熔點或改進熱穩(wěn)定性,也采用其他耐火材料,如鋯石英、剛玉、氧化鎂,黏結(jié)劑包括硅酸乙酯及磷酸鎂。
圖2-14是熔模鑄造工藝過程的示意圖。
這些黏結(jié)劑在鑄型脫蠟后經(jīng)過高溫(980~1100℃)焙燒,使可獲得足夠的強度。
精密鑄造的設(shè)計者在鑄件幾何形狀的設(shè)計方面有著廣闊的天地。在蠟?zāi)V袘?yīng)用水溶性蠟芯,就完全能生產(chǎn)出內(nèi)部輪廓相當(dāng)復(fù)雜的鑄件。這些芯子在形成整個鑄型之前,便從蠟?zāi)V斜蝗鄣簟T跐沧⒑螅讳P鋼鑄件可在專門的鹽浴池中清理,從型芯形成的空腔中去除耐火鑄型。
精密鑄造的主要特點:
①. 精鑄件尺寸能很好地控制且表面光潔度極佳。
②. 適用于生產(chǎn)幾何形狀復(fù)雜的鑄件。除表面需要進行切削加工外,可避免昂貴的裝配或加工費用。
③. 沒有像采用上、下箱方法生產(chǎn)時那樣,在鑄件上存在分型線。
④. 成本較砂型鑄造為高。
鑄造設(shè)計者一直在考慮按照砂型鑄造方法或陶瓷型鑄造方法來生產(chǎn)質(zhì)量超過4.54kg的精密鑄件。用精密鑄造法生產(chǎn)尺寸較小、形狀復(fù)雜的鑄件已得到普遍的認可和承認。但這種情況還正在變化,已經(jīng)生產(chǎn)了許多質(zhì)量為22.7~45.4kg的精密鑄件,事實上已生產(chǎn)過一些鋼鑄件,其質(zhì)量已達227kg。
由此可見,如果零件尺寸較大,設(shè)計者沒有理由排除采用精密鑄造法生產(chǎn)的可能性。