【正文】 卻凝固后成為其獲得尺寸精確、棱角清晰、表面光滑的鑄件。利用其生產(chǎn)的鑄件尺寸精度高，而且由于其可以使材料消耗保持最低點(diǎn)，因此其生產(chǎn)成本也要比鍛造和機(jī)加工低廉的多 。 熔模鑄造技術(shù)能夠得到迅速發(fā)展 是與它的眾多優(yōu)點(diǎn)分不開(kāi)的，其主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn) : 1) 熔模鑄件尺寸精度高、表面粗糙度 小 。 2) 可以鑄造出薄壁鑄件以及重量很小的鑄件。 3) 可以鑄造 精細(xì)的圖案、文字、帶有細(xì)槽和彎曲細(xì)孔的鑄件。 4) 可以制造出用砂型鑄造、鍛壓、切削加工等方法難以制造出的形狀復(fù)雜的鑄件。 5) 可以制造各種合金的鑄件，而且可以減少切削加工、降低材料消耗 。 6) 鑄件采用強(qiáng)度較高、表面光 滑的型殼作為與液體金屬直接接觸的型腔，因此，不易產(chǎn)生掉砂現(xiàn)象 ，宜于保證鑄件內(nèi)部質(zhì)量。 7) 模具成本低、壽命高。 然而，事物總是一分為二的 ，熔模鑄造也存在一定的缺點(diǎn)，其主要有 : l) 熔模鑄造工藝過(guò)程復(fù)雜、工 序多，影響鑄件質(zhì)量的 工 藝因素多，必須嚴(yán)格控制各種原材料及各項(xiàng)工藝操作才能夠穩(wěn)定生產(chǎn)。 2) 鑄件不易過(guò)大，以免影響尺 寸精度。 3) 生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。 4) 鑄件冷卻速度慢，容易引起鑄件晶粒粗大。 碳鋼 鑄件還容易形成表面脫層。 熔模鑄造的缺點(diǎn)隨著本身技術(shù)的發(fā)展而不斷改進(jìn)。自從四 十年代后期，采用多層型殼，使生產(chǎn)周期縮 短，材料消耗減少，生產(chǎn)成本降低。陶瓷型芯以及可溶 7 型芯的采用，又 利于使熔模鑄件的形狀更加不受限制。新的模料、耐火材料、粘結(jié)劑的研制和發(fā) 展 。真空熔模技術(shù)、表面孕育細(xì)化技術(shù)、定向結(jié)晶 及先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)的采用，更有利于進(jìn)一步提高和保證精密鑄件的質(zhì)量，擴(kuò)大它的應(yīng)用范圍。 熔模鑄造工藝過(guò)程 圖 熔模制造的工藝流程 熔模精密鑄造的工藝過(guò)程，按其工藝排列，大致可以分為下述幾個(gè)階段 : 第一階段 準(zhǔn)備工藝技術(shù)資料及制造壓型。工藝技術(shù)資料主要包括有 :鑄件圖，澆注系統(tǒng)圖，工藝規(guī)程，壓型圖及工夾量具圖等。 鑄件圖主要是依據(jù)產(chǎn)品零件圖及其技術(shù)條件和鑄造工藝要求設(shè)計(jì)的 。澆注系統(tǒng)主要是依據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)形狀和合金種類(lèi)等選擇的 。而工藝規(guī)程是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) 指導(dǎo)操作 的技術(shù)資料。 第二階段 制造 熔模。即將具有一定溫度的模料注入壓型中，待其冷卻后，得到與鑄件幾 何形狀相同的可溶性模型。 制造熔模所用的材料稱(chēng)為模料。按模料熔點(diǎn)的不同，可分為低熔點(diǎn)、中熔點(diǎn)及高熔點(diǎn)三種。常用的模料有蠟料、塑料及可溶性鹽等。目前教為廣泛使用的為低熔點(diǎn)和高熔點(diǎn)的蠟料。 第三階段 制造鑄型。它包括制殼、造型與鑄型焙燒等工藝。 所謂制殼就是在熔模表面涂覆一定層數(shù)的耐火涂料，待其硬化干燥后，熔出熔模而得到型殼。造型按其所用填充料的不同，分為濕法和干法兩種。濕法即采用石英砂、礬土水泥與水調(diào)和成流體的填充 料進(jìn)行造型，而干法只是用干態(tài)的石英砂作為填充料。 第四階段熔注合金及其他獨(dú)立工序。 熔注合金即熔煉合金并將熔煉好的合金液，澆注到己準(zhǔn)備完成的鑄型中。合 8 金凝固后即進(jìn) 行打箱、清理和切割澆冒口。清除鑄件表面型殼和氧化皮的方法有兩種，是 機(jī)械清理法 (震動(dòng)清理和噴砂清理等 )和化學(xué)清理法 (例如堿煮、堿爆和氫氟酸清理 )。實(shí)際生產(chǎn)中， 往往兩種同時(shí)采用，謂之綜合清理法。隨后即進(jìn)行熱處理、檢驗(yàn)等工序 。 我國(guó)熔模鑄造發(fā)展概況 熔模精密鑄造，在我國(guó)源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，戰(zhàn)國(guó)時(shí)期， 我們的祖先采用蜂蠟配制模料，生產(chǎn)曾侯乙銅尊、大型銅禁 器座等鑄件 。現(xiàn)代熔模鑄造進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域，始于二次世界大戰(zhàn)期間 ， 因軍事的需要，美、英等國(guó)用該種工藝方法生產(chǎn)了大量的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的靜葉片。特別是熔模鑄造技術(shù)在 生產(chǎn) 單晶渦輪葉片中取得了顯著成功后，它就被越來(lái)越多的應(yīng)用于生產(chǎn)航天工業(yè)的各種產(chǎn)品零 件中 。 我國(guó)于 20 世紀(jì) 50 年代初期，首先在航空、軍品等領(lǐng)域引進(jìn)蘇聯(lián)技術(shù)，開(kāi)始了現(xiàn)代熔模鑄造生產(chǎn) 。20 世紀(jì) 60 年代，我國(guó)熔模鑄造基本處于停頓狀態(tài)，從 20世紀(jì) 70 年代起，進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)期，針對(duì)水玻璃型殼，開(kāi)展了快速制殼，開(kāi)發(fā)新的硬化劑，提高型殼強(qiáng)度的研究 ；同時(shí)，進(jìn)行了完善硅酸乙醋 ，開(kāi)發(fā)硅溶膠，改善模料性能，提高制芯技術(shù)，發(fā)展新的熔模鑄造工藝方法等研究。 然而，我國(guó)精密鑄造業(yè)真正的飛速發(fā)展時(shí)期卻是 20 世紀(jì)末至現(xiàn)在 的十年，特別是最近的幾年。 1998 年后，隨著國(guó)家改革開(kāi)放政策的深入，企業(yè)經(jīng)濟(jì)體制的變革，以及市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)觀念的轉(zhuǎn)變，推動(dòng)了我國(guó)原有水平的鑄造業(yè)在數(shù)量上的發(fā)展，同時(shí)先進(jìn)的精鑄工藝和設(shè)備，以合資和獨(dú)資的形式開(kāi)始進(jìn)入大陸，使精密鑄造業(yè)在質(zhì)量水平上有了顯著的提高，從而是使我國(guó)精密鑄造業(yè)進(jìn)入到一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)期 。 據(jù)統(tǒng)計(jì) 2021 年熔模鑄造總產(chǎn)量己達(dá) 萬(wàn) t，總產(chǎn)值約 億元，年產(chǎn)量 和年產(chǎn)值分別為 1988 年的 倍和 倍。 1990 年中國(guó)新建一批以生產(chǎn)出口精鑄件為主的企業(yè)， 產(chǎn)品于 1993 年首次外銷(xiāo)國(guó)際市場(chǎng)之后，出口產(chǎn)量和產(chǎn)值逐年增長(zhǎng)， 2021 年已達(dá)到 7 萬(wàn) t，以不銹鋼件為主，有部分碳鋼、合金鋼件，產(chǎn)值達(dá) 億元。同時(shí)，原有的水玻璃型殼企業(yè)也在出口， 每年外銷(xiāo)以碳鋼為主的品質(zhì)檔次較低的精鑄件約 6 萬(wàn) t，產(chǎn)值 億元，中國(guó)熔模鑄造業(yè)已走向國(guó)際市場(chǎng) ， 在 21 世紀(jì)有望成為一個(gè)熔模鑄造大國(guó) 。 國(guó)外熔模鑄造發(fā)展概況 西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的熔模鑄造業(yè)，近 十 幾 年來(lái)平均每年以 7%～ 9%的 增長(zhǎng)率發(fā)展， 1996 年西方熔模鑄件的總產(chǎn)值達(dá) 億美元，其中美國(guó)占 50%，歐洲占25%。 80 年代是美國(guó)熔模鑄造發(fā)展最快的時(shí)期。 9 圖 各地區(qū)熔模鑄造產(chǎn)值的比例 據(jù)美國(guó)熔模鑄造協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì) 1984年至 1990年美國(guó)熔模鑄造產(chǎn)量和產(chǎn)值年平增長(zhǎng)率分別為 8%～ 10%和 18%?，F(xiàn)有熔模鑄造廠家 400 多個(gè)，熔模鑄件產(chǎn)量約 15萬(wàn) t。日本 1980 年至 1989 年熔模鑄件產(chǎn)量增加 了 3 倍，日本現(xiàn)有熔模鑄造廠點(diǎn)100 多個(gè)，熔模鑄件年產(chǎn)量近 1 萬(wàn) t，產(chǎn)值 4 億美元，居亞洲之首。英國(guó)于 1958年就成立熔模鑄造師協(xié)會(huì)，由于采用機(jī)器 制殼，使熔模鑄件的單件重量 65kg 增為 350kg。目前英國(guó)有 60 多家熔模鑄造廠家 .產(chǎn)值 4 億美元 .為歐洲第一位。德國(guó)熔模鑄造業(yè)的年產(chǎn)值為 2 億美元，其中 13%為航空產(chǎn)品的超級(jí)合金。 西方 熔模鑄造主要為本國(guó)的軍工產(chǎn)品和高科技產(chǎn)品服務(wù)。軍工產(chǎn)品是美國(guó)、歐洲熔模鑄造業(yè)的主要市場(chǎng)，其銷(xiāo)售額的 50%～ 70%為航天、航空和軍工產(chǎn)品。 國(guó)外最近幾年熔模鑄造的相關(guān)技術(shù)得到了巨大發(fā)展，其中粘結(jié)劑的發(fā)展很快，從環(huán)境保護(hù)出發(fā)，還出現(xiàn)了代替硅酸乙醋的粘結(jié)劑。為 了實(shí)現(xiàn)快速制模和制殼，國(guó)外采用了多種快速制模技術(shù)、制模的設(shè)備 。如德國(guó) SHOTT 公司的壓注機(jī)，用于制作大型熔模，還有的壓注機(jī)適合大批量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)熔模。美國(guó)的 MPI 公司生產(chǎn)的壓蠟機(jī)，可通過(guò)計(jì)算 機(jī)來(lái)控制壓注工藝參數(shù)及整個(gè)加工過(guò)程，制造出高質(zhì)量的熔模。制殼 機(jī)器人，例如英國(guó) Deritde 精鑄公司采用機(jī)器 人制殼，型殼采用真空干燥、熱氣流干燥等新工藝，脫蠟采用微波技術(shù) 。 箱體零件概述 1) 箱體零件的功用與結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 箱體是機(jī)器的基礎(chǔ)零件，它將機(jī)器中有關(guān)部件的軸、套 、 齒輪等相關(guān)零件連接成一個(gè)整體，并使之保持正確的相互位置，以傳遞轉(zhuǎn)矩或改變轉(zhuǎn)速來(lái)完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)。故箱體的加工質(zhì)量，直接影響到機(jī) 器的性能、精度和壽命。 箱體類(lèi)零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁薄且不均勻，加工部位多，加工難度大。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明，一般中型機(jī)床制造廠花在箱體類(lèi)零件的機(jī)械加工工時(shí)約占整個(gè)產(chǎn)品加工工時(shí)的 l5％～ 20％ 。 2) 箱體零件的主要技術(shù)要求 箱體類(lèi)零件中，機(jī)床主軸箱的精度要求較高，可歸納為以下五項(xiàng)精度要求： 10 ⑴ 孔徑精度：孔徑的尺寸誤差和幾何形狀誤差會(huì)造成軸承與孔的配合不良?？讖竭^(guò)大，配合過(guò)松，使主軸回轉(zhuǎn)軸線不穩(wěn)定，并降低了支承剛度，易產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲；孔徑太小，會(huì)使配合偏緊，軸承將因外環(huán)變形，不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)而縮短壽命。裝軸承的孔不 圓，也會(huì)使軸承外環(huán)變形而引起主軸徑向圓跳動(dòng)。 從上面分析可知，對(duì)孔的精度要求是較高的。主軸孔的尺寸公差等級(jí)為 IT6，其余孔為 IT8～ IT7?？椎膸缀涡螤罹任醋饕?guī)定的，一般控制在尺寸公差的 1／ 2 范圍內(nèi) 。 ⑵ 孔與孔的位置精度：同一軸線上各孔的同軸度誤差和孔端面對(duì)軸線的垂直度誤差，會(huì)使軸和軸承裝配到箱體內(nèi)出現(xiàn)歪斜，從而造成主軸徑向圓跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)，也加劇了軸承磨損?？紫抵g的平行度誤差，會(huì)影響齒輪的嚙合質(zhì)量。一般孔距允差為土 ～ 土 ，而同一中心線上的支承孔的同軸度約為最小孔尺寸公差 一 半。 ⑶ 孔和平面的位置精度：主要孔對(duì)主軸箱安裝基面的平行度，決定了主軸與床身導(dǎo)軌的相互位置關(guān)系。這項(xiàng)精度是在總裝時(shí)通過(guò)刮研來(lái)達(dá)到的。為了減少刮研工作量，一般規(guī)定在垂直和水平兩個(gè)方向上，只允許主軸前端向上和向前偏。 ⑷ 主要平面的精度：裝配基面的平面度影響主軸箱與床身連接時(shí)的接觸剛度，加工過(guò)程中作為定位基面則會(huì)影響主要孔的加工精度。因此規(guī)定了底面和導(dǎo)向面必須平直，為了保證箱蓋的密封性，防止工作時(shí)潤(rùn)滑油泄出，還規(guī)定了頂面的平面度要求，當(dāng)大批量生產(chǎn)將其頂面用作定位基面時(shí)，對(duì)它的平面度要求還要提高。 ⑸ 表面粗糙度： 一般主軸孔的表面粗糙度為 ，其它各縱向孔的表面粗糙度為 ；孔的內(nèi)端面的表面粗糙度為 ，裝配基準(zhǔn)面和定位基準(zhǔn)面的表面粗糙度為 ～ ，其它平面的表面粗糙度為 Ra10～ 。 3) 箱體零件的材料及毛坯 箱體零件材料常選用各種牌號(hào)的灰鑄鐵，因?yàn)榛诣T鐵具有較好的耐磨性、鑄造性和可切削性，而且吸振性好 ,成本又低。 有 些負(fù)荷較大的箱體采用鑄鋼件 ，也有 些簡(jiǎn)易箱體為了縮短毛坯制造的周期而采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)的。 選題的目的和意義 我國(guó)熔模鑄件質(zhì)量可分為三種： 。該鑄件質(zhì)量要求高，不允許有內(nèi)、外缺陷，檢驗(yàn)項(xiàng)目有力學(xué)性能、化學(xué)成分、內(nèi)部缺陷、尺寸公差、表面粗糙度和表面缺陷等。鑄件有高溫合金、鎳基或鈷基合金、鋁合金、鈦合金等。 。這里 指一般機(jī)器零件、文體用品、五金、馬具等零件。該類(lèi)鑄件質(zhì)量不如航空 及燃?xì)廨啓C(jī)熔模鑄件，現(xiàn)在用合金主要為不銹鋼和碳 11 鋼。 。該種鑄件指第二類(lèi)工藝水玻璃型殼生產(chǎn)件，合金以碳鋼為主。 表 各類(lèi)工藝鑄件的數(shù)值與比例 工藝 分類(lèi) 鑄件質(zhì) 量分類(lèi) 年產(chǎn)值 年產(chǎn)量 數(shù)值 /億元 比例 （﹪） 數(shù)值 /萬(wàn) t 比例（﹪） 第一類(lèi)工藝 一般機(jī) 器零件 2 21 航空件 1 3 第二類(lèi)工藝 3 14 20 2021 年我國(guó)不同質(zhì)量熔模鑄件的產(chǎn)值和產(chǎn)量見(jiàn)表 。我國(guó)高質(zhì)量航空及燃?xì)廨営萌勰ｈT件產(chǎn)量很少。僅為 ﹪。這與美、英、歐、日等先進(jìn)國(guó)家和地區(qū)熔模鑄件市場(chǎng)結(jié)構(gòu)（見(jiàn)表 ）有明顯的差距。這說(shuō)明我國(guó)熔模鑄件中的高質(zhì)量 件 所占的比例過(guò)低。而且 我國(guó) 商業(yè)熔模鑄件中精度要求較高的機(jī)器零件所占比例也偏低， 現(xiàn)生產(chǎn)的多數(shù)熔模鑄件是精度相對(duì)要求低的五金、馬具、高爾夫球頭等鑄件。 表 各國(guó)熔模鑄件市場(chǎng)結(jié)構(gòu)比較 （﹪） 美國(guó) 英國(guó) 歐洲 日本 中國(guó) 軍用航天熔模鑄件 60 70 55 15 商業(yè)熔模鑄件 40 30 45 85 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及對(duì) 熔模鑄造材料 成分、結(jié)構(gòu)和性能深入研究，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、使用價(jià)值高、技術(shù)含量高的 熔模鑄造的 高科技產(chǎn)品將層出不盡。但由于對(duì) 熔模鑄造 原料、工藝條件的認(rèn)識(shí)不足，致使 鑄件粗糙 ，產(chǎn)品性能與用戶(hù)要求相差較大。 為了使資源得到有效的利用，充分發(fā)揮資源 本身的作用，從 工藝上 解決對(duì) 鑄件 性能的影響，因此對(duì) 熔模鑄造的工藝進(jìn)行 研究，最終制備出具有優(yōu)良性能的 鑄件，具有重要的意義 。 12 2 熔模鑄造殼型材料對(duì)熔融合金化學(xué)穩(wěn)定性研究 在 熔模鑄造過(guò)程中，殼型作一個(gè) “ 容器 ” 布滿(mǎn)了熔融金屬，尤其在定向和單晶工藝中，合金保持液態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)達(dá) 60min，殼型材料 組織成分 很輕易與合金液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，為了較好地體現(xiàn)殼型材料與合金發(fā)生反應(yīng)的情況，本試驗(yàn)選用含強(qiáng)活性金屬元素 Nd 較多的某合金作為研究對(duì)象，研究了各種殼型材料與這種熔融合金的反應(yīng)情況，為選 用合適的殼型材料提供依據(jù)。 1) 試驗(yàn)方法 試驗(yàn)用合金的主要成分為： Nd 24%～ 28％， B %～ ％， Al＜ %， Si＜ % ， Fe 余量。 試驗(yàn)采用三種制成坩堝狀的殼型，殼型材料和分組情況見(jiàn)表 。 表 試驗(yàn)用的殼型 殼型類(lèi)別 漿 料 涂料掛砂 A 硅溶膠＋剛玉粉＋高嶺土 (礦化劑 ) 剛玉砂 B 硅溶膠＋剛玉粉 剛玉砂 C 硅溶膠＋電熔氧化釔粉 氧化釔砂 把 10kg 合金放入這三種殼型內(nèi) 熔煉 ，在 型真空感應(yīng)爐內(nèi)升溫至1550℃ 保溫 20min，爐內(nèi)壓力 20Pa，自然冷卻，取樣后用能譜儀分析合金中 Al，Si 和 Y 等各元素的含量。 13 2) 試驗(yàn)結(jié)果及討論 用三種殼型熔煉合金部分元素的分析結(jié)果見(jiàn)表 2。 表 合金與三種殼型反應(yīng)后的分析結(jié)果 (wt％ ) 殼型 Al Si Y A ＜ B ＜