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,其應用非常廣泛。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、表面質量比其他鑄造方法更高,甚至其他鑄造方法難以鑄造的復雜、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?;蚰P停?,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),當然由于熔模鑄造的工藝過程復雜,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上都是完全相同的。精密鑄造的特點是在設計上較其他金屬成型法具有更大的靈活性。當鑄件形狀復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)蠟模的壓型根據(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,使蠟模熔化蠟液流出,即剩下鑄型。鑄型在高溫下進行焙燒,熔燒后當鑄型還處在熱狀態(tài)即準備進行澆注。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模在中心直澆口棒上(見圖2-14)。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。
蠟模通常優(yōu)于塑料模。因為它價格比較便宜而且容易焊成樹狀。由于蠟模尺寸對溫度具有敏感性,故通常為它提供具有空調(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,也要計算蠟模及鑄型尺寸的變化。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,而蠟模是由壓型直接制造出來的。
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。
精密鑄造的設計者在鑄件幾何形狀的設計方面有著廣闊的天地。在蠟模中應用水溶性蠟芯,就完全能生產(chǎn)出內(nèi)部輪廓相當復雜的鑄件。這些芯子在形成整個鑄型之前,便從蠟模中被熔掉。在澆注后,不銹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,其質量已達227kg。
由此可見,如果零件尺寸較大,設計者沒有理由排除采用精密鑄造法生產(chǎn)的可能性。