PDF《熔模精密铸造的研究与发 展》

1998 年第

10 期―1 ―

1 前言 近年来 ,国内外熔模铸造发展迅速 ,技术 会议较多 , 其内容多是围绕着提高熔模铸件 质量、 缩短生产周期、 降低成本.

在制模、 制壳、 高温合金及复合材料、 定向凝固、 检测技 术等方面均有了大幅度提高 , 应用计算机 CAD/ CAM技术快速生产模型 , 铸件凝固模 拟、 缺陷分析均已达到了实用阶段. 熔模精铸业为提高质量、 降低价格 ,研究 出许多新技术 ,如能降低价格的快速制壳法 ;

降低成本、提高铸件质量、提高尺寸精度的 SOP 法;

降低成本的 CLA/ CLV/ CADIC 法;

降低大型精铸件成本的 CS 法及扩大应用范围 提高铸件质量的 DS 法等 .这些新技术已广 泛应用于国内外精铸行业.

2 国内外精密铸造近况及发展动态 2.

1 国外精铸技术的发展概况 2. 1.

1 市场情况

1990 年后受全球经济衰退的影响 , 精铸 业不断缩小.1993 年精铸业市场 (不包括前 苏联、 中国和东欧) 为34.

2 亿美元 ,其中北美 为19.

7 亿美元 、 欧洲为 8.

5 亿美元 、 亚洲 5.

5 亿美元 ,其他 0.

5 亿美元. 北美市场中美 国占

95 %、 加拿大占

3 %、 墨西哥占

2 %. 欧洲 市场中英国占

40 %、法国占

20 %、德国占

19 % , 其他占

21 %.在亚洲市场中日本占

60 %、 中国台湾占

28 %、 韩国占

7 % , 其他占

5 %. 2. 1.

2 市场结构变化与分析 越来越多的证据表明 , 为适应多变的市 场,精铸行业正处于重大结构调整时期.多 年来 , 军事产品的主要市场美、 英、 欧洲的精 铸业销售额

50 %~70 %为航空和军工产品. 以美国为例 , 军事曾使精铸业获得大量的发 展资金 ,但是美国防部的预算表明 ,军事产品 大幅度下降. 2. 1.

3 工业与民用主要市场分析 a. 民用航空业 民航受到全球经济萧 条影响已进入到第四个不景气年头 , 但库存 部件已所剩无几 , 在以后的几年中这类零部 件购买量可能上升.另外 , 除1991 年外全世 界飞机的总量仍呈上升趋势 , 因此民航仍是 有希望的市场. b. 工业空气涡轮发动机 工业空气涡 轮发动机发展很快 , 每年将以

5 %~7 %速度 增长 ,是具有巨大潜力的市场. c. 高尔夫球头 高尔夫球头产量最大 的地区是中国台湾 , 美国球头产量也急剧上 升 ,由

1992 年的

5 千万支到

1993 年的 1.

5 亿支,其价格高于其他地区产品 , 达22 美元/ 支 ,而其他地区则为

12 美元/ 支. 这种市场和 价格仍有增长势头. d. 医疗卫生 预计精铸在这一领域将 获得

5 %的年增长率. e. 其他 潜艇构件、 环保用具、 通用机 械、 计算机、 汽车行业等市场也增长较迅速. 总之 ,随着市场的变化 ,精铸业面临着调 整产业结构、转向民用商业领域的一个重要 【摘要】 对国内外熔模铸造的现状及发展趋势做了较全面论述 ,对我国精铸业的发展提出了建议. 【Abstrat】The current status and developing trend of investment casting technologies both at home and abroad are described in detail and same suggestions for developing the precise casting industry in our country are put forward in this paper. 叙词 :熔模铸造 研究 发展 Related terms : Investment castin g Research Development 第一汽车集团公司精密铸造厂 蒋书彬 熔模精密铸造的研究与发展・综述・―2 ― 汽车工艺与材料 阶段. 2. 1.

4 最新技术发展状况 精铸业产品已商品化、国际化.为提高 产品竞争能力 , 近几年来各国在缩短生产周 期、 扩大产品领域、 提高产品质量、 降低成本、 改善环境等方面技术发展较快. a. 快速铸造 FAST CAST法的研究及应 用 .激光快速成型技术集中了现代数控技 术、 CAD/ CAM技术、 激光技术和新型材料科 学成果 ,突破了传统的加工模式 ,在微机的控 制下 ,用一特定的光束 ,几小时就可得到高精 度的塑料模作为蜡模 , 或直接制造出陶瓷型 壳(DSP 法) ,从而大大简化了熔模铸造工序 , 缩短了生产周期. 用CT 扫描病人需更换的骨骼 , 在快速 成像系统上做出骨骼图形 ,制出塑料模 ,然后 用熔模铸造制出金属植入件,前后只需

5 h. 该技 术也被用来生产工业零件. 以往的浇注方法有重力铸造法、翻转加 压铸造法、 吸抽铸造法、 离心铸造法等.CLV 法和 CLA 法是与上述诸方法完全不同的特 殊浇注方法. 在大气条件下熔化的称为 CLA、 在真空条件下熔化的称为 CLV.这两种方法 是在金属液凝固完全时 , 可将冒口的金属液 再流回熔化炉内 , 其铸件回收率高于一般方 法的

2 倍左右 ,而且不需切除浇口 ,成本明显 降低. 直接生产出陶瓷壳的 DSP 法使工厂收 到订货单后一周内发出铸件 , 其熔模铸件在 质量、价格和交货周期上均可与其他铸造方 法相比 , 为精铸在

900 亿美元的整个铸造市 场竞争中提供了新的机遇. b. 新技术的应用拓宽了精铸件生产领 域.如大型精铸件生产、 铝合金整体精铸件、 钛合金铸件的生产等等. 以大型精铸件为例 ,

80 年代出现的 Peplicast CS 工艺 ,是将消失模、 熔模铸造和负 压铸造结合的新工艺 ,它用塑料模代替蜡模 , 使用高强度薄壳 ,干砂振动造型 ,真空负压浇 注工艺 ,可生产

480 kg 的大型精铸件. 近年由于表面质量和尺寸精度的不断提 高 ,人们也采用消失模法、 壳型填铁丸法生产 汽车发动机曲轴和凸轮轴 , 并在壳型填丸方 法基础上又发展了

80 年代用冷芯盒法生产 , 使铸件表面质量和尺寸精度达到了精铸件的 水平 TC5~TC6 级. c. 加强控制和采用新技术提高铸件质 量.原材料及工艺控制、铸件检测及设备自 动化保证了铸件高质量. 值得强调的是 , 在生产控制方面已研制 出一整套精铸在线自动控制和质量检测系 统、 优化生产管理的自动控制系统 ,并对铸件 实现在线无损检测 , 按技术要求自动进行 X 射线照像检查等. 很多精铸现场已使用统计过程控制 SPC , 根据美熔模铸协

1989 年对

116 个工厂 调查表明 , 有88 %的工厂正在使用 SPC 法.

90 年代统计学将成为精铸业的一个标准管 理模式.同时一些新技术进一步提高了合金 熔炼质量 , 如电子束冷炉精炼 EBCHR、 精炼 Ni 基超合金.又如 SPAL 工艺是在液态氩或 氮气保护下熔炼 ,减少了合金中氢含量、 氧气 夹杂和一些元素的烧损 ,提高了铸件质量. d. 模拟技术、 计算机应用及快速成型. 近年国外在这方面进行了大量研究.美国国 家实验室开展了 FAST CAST(快速铸造) 研究,将实验室技术及计算机技术综合运用到 了熔模铸造工艺中 , 达到了很高水平.英国 工贸部发展和提高了熔模铸造凝固过程模拟 技术 , 保持领先地位.一些有代表性的研究 有 :用判据函数预测熔模合金铸造气孔、 熔模 铸件凝固分析、用模拟方法优化熔模铸造工 艺、 熔模铸件有限元分析的快速网络划分、 应 用于熔模铸件设计及分析的计算力学、运用 计算机辅助设计工艺 CAD/ CAM、 快速制造模 型到制造操作一体化. 2. 1.

5 精铸工艺过程的发展动态 a. 国外通常有模料专业公司 ,所生产的 铸造蜡模收缩小、 热稳定性好、 针入度高等好 而稳定的性能.表1是国外某专业厂生产的

1998 年第

10 期―3 ― 多元模料 ,由于是特制配方 ,不会出现皂化反 应 ,因此节省了有害处理过程. 表1型号成型条件特性值射蜡温度 ℃ 射蜡压力MPa 加压时间s 熔点 ℃ 凝固点 ℃ 针入度 灰分 % 密度g ・ cm -

3 线收缩率 % SI -

19 SR -

88 55~80 52~80 2~5 2~5 5~需要 5~需要 78.

8 87.

2 55

52 1.

3 1.

6 <

0.

01 <

0.

01 0.

948 0.

932 1.

3 1.

4 在经济和环保同样重要的今天 , 再生蜡 的使用已成当今熔模铸造行业的热门.一些 公司对旧蜡再生技术反复研究指出: 为使旧 蜡再生 , 原蜡料应不粘稠、 抗氧化 ;

模料应以 某一种蜡料为主 ;

再生时要去除水和杂质 ,并 添加新材料 ;

进行严格的质量检测和控制 ,再 生费用约为蜡料费用的

25 % , 可用于宇航各 行业熔模铸件的生产中. b. 改进射蜡机 ,提高蜡模精度与效率. 国外射蜡机采用油压 ,特点是射蜡压力高 ,普 通双头射蜡机压力可达 2~8 MPa , 而高压射 蜡机的射蜡压力高达 12~20 MPa. 显而易见 , 所射制的蜡模水平是很高的.这些射蜡机可 根据用户的需要 ,具有不同的性能 ,自动化程 度也不同 .蜡模保温 、 冷却 、 起模方式都 有独特设计. 国外还生产了大型液态模料压 注机. 在制造厚断面蜡模时 , 为减少收缩可加 入冷蜡块 , 但制模时间和费用都会增加.改 进压蜡机 ,用双层蜡调节保存缸 ,能进行液态 蜡传输及糊状蜡压射充填 ,提高制模效率. 用计算机控制压蜡机 , 使其在提供制模 工艺参数时实现全自动化 , 能够对压蜡过程 中压力和流动的影响进行分析 , 并使用振动 剪切应变仪测定蜡凝固区域液/ 液、 液/ 固蜡 的变形分析来指导压蜡生产. c. 高质量的模壳是获得优质铸件的最 主要条件 ,而型壳的质量与粘结剂、 耐火材料 的选择是关键.快干型壳和提高型壳质量是 研究的中心.硅酸乙酯型壳费用高 , 其乙醇 挥发物等影响环境. Remasol Adbond B 粘结剂 是1992 年用于熔模铸造背层型壳的 , 在使用 任何标准耐火材料时 , 制壳干燥均能与硅酸 乙酯型壳相比.国外普遍采用硅酸乙酯和硅 溶胶作为粘结剂 , 是因为用该两种粘结剂生 产的型壳性能好 , 质量优良.硅溶胶粘结剂 一直因风干时间过长而影响生产周期.美国 提出了用一种附加物来缩短硅溶胶型壳的风 干时间.欧洲和美国正以一种新观点来看待 熔融石英硅溶胶涂料.由于新的环保标准的 规定 , 使原采用硅酸乙酯的厂家受到限 制,因此广泛采用硅溶胶/ 熔融石英、 硅溶 胶/ 硅酸锆. 国外耐火材料一般表面层用锆英粉或熔 融石英 , 加固层通常采用莫来石........