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          常見問題

          精密鑄造的技術工藝 流程

          發布者:無錫市勇盛金屬制品有限公司 發布時間:2020-8-11 10:44:20 點擊次數: 關閉

          精密鑄造法是指使用非金屬鑄模, 制品尺寸精度高于普通砂模鑄件之鑄造法的總稱, 包括脫蠟法或,
          石膏模法和陶瓷模法三大類。
          2 脫蠟法精密鑄造
          2-1 特征與優點
          (1)鑄件的最大界限長度為700mm,易作之長度在200mm 以下。鑄件之最大重量約100公斤,一般常
          為10公斤以下。
          (2)鑄件之尺寸公差20mm ±0.13mm,100mm ±0.30mm,200mm ±0.43mm,而小件之尺寸精度不易達
          到 ±0.10mm 以內。 角度公差為 ±0.5~±2.0度, 鑄件最小厚度0.5~1.5mm.鑄件表面粗度約 Rmax 4S~12S.
          (3)鑄件材質幾無任何限制,如鋁合金、鎂合金、鈦合金、銅合金,各種鋼材、鈷基和鎳基耐熱
          合金,硬材料。
          (4)制作形狀復雜之工件,尺寸精度良好,切削加工少。
          (5)節省材料浪費,并可大量生產。
          脫蠟精密鑄件廣用于噴射引擎、燃氣渦輪、蒸汽渦輪、飛機零件、內燃機、車輛、食品機械、印刷機械、制紙機械、壓縮機、閥件、幫浦、計測儀、縫紉機、武器、事務機器、及其它機器零件。
          2-2 制程
          脫蠟鑄造法有兩大類:實心模法和陶殼模法,后者為前者的改良法。實心模法系在考慮蠟型的冷凝收縮量,鑄模的加熱膨脹量和熔融金屬的冷凝收縮量之后,制作與最終鑄件尺寸近似的模具。將融化的蠟質押灌注入此以金屬或硅膠做成之模具內,取出蠟型后,浸入微粉耐火材料與粘結劑混泡而成之漿液。滴凈之后,撒布粗粒耐火材料,使之干燥。放入鑄框,將混練有粘結劑的耐火物粒填滿之,然后干燥。接著加熱使蠟質熔化流出來,作成鑄模。以高溫加熱鑄模,燒除少量殘余之蠟質并提高其強度,接著注入金屬熔液。陶殼模法直到蠟型的制作都跟實心模法相同,只是在一次沾漿和淋砂(或浮砂)之后,并不進行包模作業,而是反復多次地進行沾漿和淋砂,直至獲得預定的外殼厚度。干燥、加熱、熔流出蠟質,高溫加熱再行澆注,這種方法為目前的脫蠟精密鑄造業者所廣泛采用,因其具有下列優點:
          (1)尺寸穩定性較佳;
          (2)耐火材料使用量較少;
          (3)重量輕,易于搬運、處理、制作大型鑄件;
          (4)制程可局部自動化,以節省人力,提高生產速率;
          (5)生產成本較低;
          (6)陶殼模較薄,澆注后鑄件的冷卻速率較高而均勻,故其機械性質較佳。
          (A)主模型
          主模型的外形與最終制品的近似,制作時須將蠟的冷凝收縮,鑄模的加熱膨脹與鑄造金屬的冷凝收縮列入考慮。例如蠟型的冷縮率是1.2%,鑄模的熱脹率是0.7%,鑄造金屬的冷縮率是1.7%時,則主模型的尺寸增加率則為2.2%,常用的材質有鋁合金、銅合金和不銹鋼等。
          (B) 蠟型成形模
          大量生產機械零件用之蠟型成形模一般均使用鋁合金以機械加工的方法制成,此時系根據客戶所提供之藍圖加工,無須用到主模型。鋁合金模由數件組成,射蠟之前由手工組合、鎖定、射蠟完成之后再以手工拆卸,取出蠟型,部份成形模系利用主模型倒入或噴涂低熔點合金而作成,或將主模型擠壓入超塑性金屬板而成形。
          (C)射蠟
          常用的蠟質系凝固溫度范圍大者,以半固狀態押入裝于射蠟機的模具內部,押射壓力常為7~12kg/cm2,有時為50 kg/cm2,制作蠟型時,須注意金屬模溫度,蠟的押入溫度、押入壓力、離模時間、蠟型的溫度以獲得尺寸安定性。因此射蠟室須保持恒溫。有時候使用塑料取代蠟,生產量大而不十分要求尺寸精度的小鑄件使用聚苯乙烯,具有厚截面的大件則使用尿素樹脂(尿素粒85%,聚乙烯醇粉末10%,水5%)但是押射壓力須高達140 kg/cm2。
          (D)心型
          形狀簡單的中空制品,有細長孔,狹深溝的制品或中空部份的形狀復雜而涂覆漿無法附著的制品均須使用心型。心型的種類有金屬心型,可溶蠟心型和陶心型。
          金屬心型法是先將金屬心固定于金屬模中,注入蠟后凝固,將金屬心型從蠟型中抽出,這局限于中空部份形狀簡單的制品才能采用。中空部份形狀較為復雜或內孔曲折者,可用可溶蠟作成心型,固定于金屬模內,注入蠟質凝固后,將蠟型浸泡水中,溶出心型。但是,可溶蠟作成的心型強度不佳,易于折斷,因此,中空部份細長者,可使用氧化鋁粉,尖晶石粉、鈦酸鋇粉等與硅酸乙酯、膠硅土或樹脂等粘結劑混合作成陶心型,于成品澆注,疑固后,再以溶劑將陶心型溶出。渦輪葉片之中空部份即使用這種方法作成。
          (E) 組樹
          小工件的蠟型須以人工的方式逐件地焊粘于澆流導上面,組裝成蠟樹,這是脫蠟鑄造濧全工程中最耗費時間的一導步驟,組樹時系用平頭型的電烙鐵熱熔樹干或基板和蠟型,再予以粘合。裝配時應注意的事項如下:
          (1)盡量將多個蠟型組裝成一群;
          (2)組裝時應使蠟型于熔融時易于沿著樹干或基座流出;
          (3)裝配成品部份應最先凝固,澆池最后凝固;
          (4)澆注、凝固后,工件易于從樹干或基座上切斷;
          (F) 沾漿與淋砂。
          組樹先以丙酮或酒精洗凈蠟型表面的離型劑、油脂等,接著,浸泡入粘結劑與微粉耐火材料泡成之漿液,滴盡過剩的附著漿液,然后淋撒耐火物小粒,予以干燥,這項操作的重點在于均勻涂漿于蠟型表面,并且不使氣泡附著、殘留。
          如此反復多次,直到獲得預定的厚度,操作的次數及陶殼的厚度系視工件的尺寸與重量而定,其厚度須能支撐澆注時金屬熔液的重量與掙壓力而不致破裂。
          漿體的主要成份業界多使用硅酸膠,填充劑則使用鋯粉,其重量比約為1:35,漿體須添加適量的潤濕劑(使漿液易于附著在蠟型表面)和消泡劑泡漿后須經十二小時的攪拌才可使用,漿體的管理項目有粘度,比重和 PH 值。
          第一層之面漿使用填充劑添加量較多的高粘度者,第二層以后的背漿使用低粘度而滲透性較佳者,漿桶附近須保持22~25℃,以防止漿液迅速老化。在漿液滴畢未干之前,撒布粗大的耐火物粒,撒布的方法一般使用簡易而效果較佳的凈砂桶,少數使用淋砂機,涂覆層內側部份使用50~100目的細粒,往外側則增粗為20~40目,干燥于輸送帶式,控制溫、濕度的強制送風干燥室內進行。
          (G)脫蠟與燒成
          工業上使用的方法是將涂覆的蠟型組樹放入高壓容器內鎖緊,通入150℃的蒸汽加熱,使蠟質訊速地熔化、流出,燒成的目的在于使殘附鑄模表面的少量蠟質完全燃燒,去除,并提高鑄模的強度,鑄模的燒成溫度在700~1100℃之間,視澆注金屬的材質而定,時間為20~60分鐘,鑄模取出加熱爐之,隨即進行澆注,以使鑄件具有良好的金相組織。
          3 石膏模法
          石膏之化學成份以硫酸鈣為主體,依結晶水的方式而分成無水石膏(CaSO4) ,半水石膏(CaSO4 ,1/2H2O,燒石膏)和二水石膏(CaSO4,2H2O)三種,石膏模法限用于生產非鐵合金鑄件,具有下述特色:
          (1)適于非量產之精密鑄造,鑄模費用高;
          (2)鑄件表面平滑,尺寸精度高,形狀復雜,表面有微細凹凸(例如12μm)也能鑄出;
          (3)由于冷卻速率小,可鑄出薄壁鑄件,如0.6~1.5mm;
          (4)鑄造應變小,組織與機械性質均勻;
          (5)制造成本高,為砂模鑄件的5~10倍,從造模干燥到澆注,需時2~3日;
          (6)石膏模之熱傳導性不佳,鑄件易生收縮缺陷,良品率較低;
          (7)石膏模的透氣性不良,澆注時需加壓或減壓。
          鑄模用石膏系以石膏為粘結劑,配合多種添加劑,以提高其耐火度,降低干燥時之收縮應力和加熱燒成時之膨脹應力。
          1 作業工程
          (1)模型與離型劑
          模型的材質可使用金屬、橡膠、木材等,使用木制模型須先加以涂裝以防止產生滲粘現象,離型劑有溶解于燈油之硬脂酸,凡士林、硅利康滑脂等。
          (2)混水與攪拌
          水使用純水或性質相近者,半水石膏粉的混水量30~35%之間,以螺旋狀葉片于容器內攪拌均勻,成奶油狀漿體,在漿體有充分流動性的期間倒入裝有模型的成形框內,略為施以振動或施以10~10-1 torr之減壓以脫泡,避免氣泡沾附于模型表面,此時半水石膏產生水和反應,漿體的粘性上升,失去流動性,凝結而硬化,形成二水石膏,隨結晶成長發熱,引起凝結膨脹,歷數十小時才結束膨脹。
          (3)干燥
          干燥石膏模法全工程中最耗費時間,也是最重要的步驟,急熱會造成鑄模破裂,因此應設定數段干燥溫度,緩緩升溫、加熱,最終干燥溫度為200~230℃,鑄模反應,去水而成無水石膏。干燥裝置最好使用溫度自動控制的熱風強制循環排風式電氣干燥爐,爐內溫度分布均勻,以縮短干燥時間,即直接設定最終干燥溫度,鑄模也很少產生破裂的情形。
          2 利用石膏模的脫蠟鑄造法
          牙科用、戒指、首飾、裝飾品和小型工藝品均應用這種方法作成,石膏作為粘結劑用,主體為白硅石等耐火材料。
          將金屬制作之成品原模型,放在兩片橡膠之間,放于熱壓機上加熱加壓,使橡膠產生永久變形,而形成模型物之空模穴。將兩片橡膠對合、鎖緊,使注入口緊靠于注蠟機之注出口,以0.2~0.5 kg/cm2 之力力將熔蠟注滿橡膠模。
          冷凝之后打開橡膠模, 取出蠟型, 使用低功率之烙鐵局部熔化蠟型, 將之焊接于充當流道之蠟干上,進行組樹作業,將組樹放入不銹鋼環內,倒入石膏漿,然后振動和真空脫泡。石膏模硬化后在室溫放置12小時以上,使用電爐(120~150℃)或壓力鈉蒸汽脫蠟,脫蠟后的鑄模緩緩升溫到650~800℃燒成,將滲附于石膏表面的蠟質完全燒除。殘余蠟質燃燒不完全時,成為碳殘留會在鑄件表面形成缺陷。在燒成溫度保持一段時間,使鑄模內外溫度均勻,在爐內徐徐冷邿到適于澆注的溫度,然后取出石膏模放入真空鑄造機或離心鑄造機內進行澆注。首飾如戒指、胸針等形狀十分復雜,具有細微凹凸紋路之成品均以離心鑄造法制成。造機附設有高周波加熱裝置以熔化坩堝內之貴金屬,再藉離心力(400~1000rpm)使熔融金屬注滿石膏模,冷凝后錘打不銹鋼環,取出石膏模,再以水槍沖散石膏,取出鑄件處理之。如佛像花瓶或其它較大件之工藝品則使用真空鑄造機制成。
          4 陶殼模法
          陶殼模鑄件大都是少量生產,不易機械化、自動化、成本高,因而,其適用范圍頗受限制,主要對像有:
          (1)本為焊接而成者可一體鑄成
          (2)切削性不良的材料可大減細加工量
          (3)美術工藝品形狀復雜者
          跟脫蠟鑄造比較,可作成大鑄件或厚肉件或者在數量上脫蠟鑄造法嫌太少者。適用制品有:
          (1)各種金屬模具:壓鑄用、塑料成形用(射出成形、熱壓成形)玻璃制品用、橡膠制品用、鍛造用;
          (2)葉片:大型蒸汽渦輪,各種動葉輪;
          (3)零件:電子導波管、飛機用安定器、閥體等;
          陶殼模法系以硅酸膠溶體為結合劑,混合耐火材料粉末填充劑及膠凝體化促。
          進劑,作成漿體。將有充分流動性的漿體澆覆于模型表面,待漿體凝結,后脫模,以700℃脫水,干燥,以1000℃燒成以提高強度,做成陶殼模。陶殼模的厚度為3~20mm,澆注大型鑄件時,其背面須襯墊,以托撐材料以承體金屬熔液之重量。
          模型材料在量少時使用表面處理過的材料,大量生產時使用金屬或樹脂,填充劑使用高純度、高熔點的耐火材料以防止與熔融金屬產生反應,其材質依澆鑄金屬的種類而定,耐火材料的粒度分布是大粒子混以小粒子粉粒,可獲得適度的強度與表面度,膠凝體化促進劑使用的目的在于加速結合劑的固化,一般使用堿性物如碳酸銨等。調整填充劑與結合劑之重量百分比,可控制漿體之流動性,陶殼模之強度與透氣性。填充劑之使用量使泡成漿體之體積為結劑體積的1.5~2.5倍。
          陶殼模之背托撐?梢允褂酶稍锬、油砂模、二氧化碳模,也可以使用永久性的金屬模。陶殼模在澆鑄前須預熱,澆鑄鋼鐵材料為500℃,低熔點金屬則為200℃,澆鑄中或澆鑄后,最好是于惰性氣體中進行以防止氧化或脫碳之發生。www.tiangzi.com

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