精密鑄造

精密鑄造

鑄造學術語
精密鑄造是用精密的造型方法獲得精确鑄件工藝的總稱。包括:熔模鑄造、陶瓷型鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、消失模鑄造。《我國精密鑄造産業“十二五”發展規劃》中提出,到2015年精密鑄造企業數量将從3萬家減少到2萬家左右,到2020年減少到1萬家左右,同時,大幅度降低鑄造能源消耗,30%企業達到發達工業化國家水平;鑄造企業的廢物、廢氣排放達到國家标準或地方标準;在“十一五”基礎上,節能減排目标達到能耗降低10%,排污降低15%,實施“我國精密鑄造産業準入條件”,關閉浪費資源、污染環境和不具備安全生産條件的企業。d.蠟模徑向收縮率僅為長度方向收縮率的30-40%,射蠟溫度對自由收縮率的影響遠遠大于對受阻收縮率的影響(最佳射蠟溫度為57-59℃,溫度越高收縮越大)。
    中文名:精密鑄造 外文名:Precision casting 所屬學科: 定義:鑄件工藝 發展前景:廣闊 又 名:失蠟鑄造 包 括:金屬型鑄造,壓力鑄造等

工藝流程

較普遍的做法是:首先根據産品要求設計制作(可留餘量非常小或者不留餘量)的模具,用澆鑄的方法鑄蠟,獲得原始的蠟模;在蠟模上重複塗料與撒砂工序,硬化型殼及幹燥;再将内部的蠟模溶化掉,是為脫蠟,獲得型腔;焙燒型殼以獲得足夠的強度與透氣性能;澆注所需要的金屬材料;脫殼後清沙,從而獲得高精度的成品。根據産品需要或進行熱處理與冷加工

壓蠟(射蠟制蠟模)---修蠟----蠟檢----組樹(臘模組樹)---制殼(先沾漿、淋沙、再沾漿、最後模

殼風幹)---脫蠟(蒸汽脫蠟)-------模殼焙燒--化性分析--澆注(在模殼内澆注鋼水)----震動脫殼

鑄件與澆棒切割分離----磨澆口---初檢(毛胚檢)---抛丸清理-----機加工-----抛光---成品檢---入庫

鑄造生産流程大體就是這樣總的來說可以分為壓蠟、制殼、澆注、後處理、檢驗

壓蠟包括(壓蠟、修蠟、組樹)

壓蠟---利用壓蠟機進行制作臘模

修蠟---對臘模進行修正

組樹---将臘模進行組樹

制殼包括(挂沙、挂漿、風幹)

澆注包括(焙燒、化性分析也叫打光譜、澆注、震殼、切澆口、磨澆口)

後處理包括(噴砂、抛丸、修正、酸洗)

檢驗包括(蠟檢、初檢、中檢、成品檢)

分類

陶瓷型鑄造

用陶瓷漿料制成鑄型生産鑄件的鑄造方法。陶瓷漿料由矽酸乙酯水解液和質地較純、熱穩定性較高的細耐火砂如電熔石英、锆英石、剛玉等混合而成。為使陶瓷漿料在短時間内結膠,常加入氫氧化鈣或氧化鎂作為催化劑。由于使用的耐火材料成分及其外觀都與陶瓷相似,故稱為陶瓷型。陶瓷型鑄造是在普通砂型鑄造基礎上發展起來的一種新工藝。陶瓷型有兩種類型:①陶瓷型全由陶瓷漿料澆灌而成。其制作過程是先将模樣固定于型闆上,外套砂箱,再将調好的陶瓷漿料倒入砂箱,待結膠硬化後起模,經高溫焙燒即成為鑄型。②采用襯套,在襯套和模樣之間的空隙澆灌陶瓷漿料制造鑄型。襯套可用砂型,也可用金屬型。用襯套澆灌陶瓷殼層可以節省大量陶瓷漿料,在生産中應用較多。陶瓷型鑄件表面粗糙度可達Ra10~1.25微米,尺寸精度高達3~5級,能達到少無切削加工的目的。陶瓷型鑄造生産周期短,金屬利用率高。最大鑄件可達十幾噸,主要用于鑄造大型厚壁精密鑄件和鑄造單件小批量的沖模、鍛模、塑料模、金屬模、壓鑄模、玻璃模等各種模具。陶瓷型鑄造模具的使用壽命可與用機械加工方法制成的模具相媲美,而制造成本則比用機械加工方法制成的模具低。

砂型鑄造

在全部鑄件産量中,60~70%的鑄件是用砂型生産的,而且其中70%左右是用粘土砂型生産的。主要原因是砂型鑄造較之其它鑄造方法成本低、生産工藝簡單、生産周期短。所以像汽車的發動機氣缸體、氣缸蓋、曲軸等鑄件都是用粘土濕型砂工藝生産的。當濕型不能滿足要求時再考慮使用粘土砂表幹砂型、幹砂型或其它砂型。粘土濕型砂鑄造的鑄件重量可從幾公斤直到幾十公斤,而粘土幹型生産的鑄件可重達幾十噸。

一般來講,對于中、大型鑄件,鑄鐵件可以用樹脂自硬砂型、鑄鋼件可以用水玻璃砂型來生産,可以獲得尺寸精确、表面光潔的鑄件,但成本較高。

當然,砂型鑄造生産的鑄件精度、表面光潔度、材質的密度和金相組織、機械性能等方面往往較差,所以當鑄件的這些性能要求更高時,應該采用其它鑄造方法,例如熔模(失蠟)鑄造、壓鑄、低壓鑄造等等。

技術要求

方法适應

例如砂型鑄造,大量生産的工廠應創造條件采用技術先進的造型、造芯方法。老式的震擊式或震壓式造型機生産線生産率不夠高,工人勞動強度大,噪聲大,不适應大量生産的要求,應逐步加以改造。對于小型鑄件,可以采用水平分型或垂直分型的無箱高壓造型機生産線、實型造型生産效率又高,占地面積也少;對于中件可選用各種有箱高壓造型機生産線、氣沖造型線,以适應快速、高精度造型生産線的要求,造芯方法可選用:冷芯盒、熱芯盒、殼芯等高效制芯方法。

中等批量的大型鑄件可以考慮應用樹脂自硬砂造型和造芯。

單件小批生産的重型鑄件,手工造型仍是重要的方法,手工造型能适應各種複雜的要求比較靈活,不要求很多工藝裝備。可以應用水玻璃砂型、VRH法水玻璃砂型、有機酯水玻璃自硬砂型、粘土幹型、樹脂自硬砂型及水泥砂型等;對于單件生産的重型鑄件,采用地坑造型法成本低,投産快。批量生産或長期生産的定型産品采用多箱造型、劈箱造型法比較适宜,雖然模具、砂箱等開始投資高,但可從節約造型工時、提高産品質量方面得到補償。

低壓鑄造、壓鑄、離心鑄造等鑄造方法,因設備和模具的價格昂貴,所以隻适合批量生産。

條件方法應适合

例如同樣是生産大型機床床身等鑄件,一般采用組芯造型法,不制作模樣和砂箱,在地坑中組芯;而另外的工廠則采用砂箱造型法,制作模樣。不同的企業生産條件(包括設備、場地、員工素質等)、生産習慣、所積累的經驗各不一樣,應該根據這些條件考慮适合做什麼産品和不适合(或不能)做什麼産品。

精度要求和成本

各種鑄造方法所獲得的鑄件精度不同,初投資和生産率也不一緻,最終的經濟效益也有差異。因此,要做到多、快、好、省,就應當兼顧到各個方面。應對所選用的鑄造方法進行初步的成本估算,以确定經濟效益高又能保證鑄件要求的鑄造方法。

雖然我國的鑄造産業發展處在一個比較困難的時期,但是,從長遠的角度來看,我國的精密鑄造産業發展還是有一定的希望,市場需求已經慢慢的開始回暖,而且加上我國鑄造産業發展擁有的雄厚實力,相信我國的鑄造産業産業一定會取得喜人的成績。

專家表示,要從根本上提高鑄造技術水平就必須做到以下四點:第一,發展模拟技術,提高預測的準确性,加強工藝控制,提高成品率。規律性的問題掌握得還不是很好,從而影響批量生産中的成品率。第二,産學研結合。企業的自主創新除了創新意識的增強和研發能力的提升外,還需要重視和加強以精密鑄造企業為主體的“産、學、研”相結合。第三,重視材料研發。材料是工業的基礎,當前還有很多工作要做。在航空航天領域,合金材料尤其是高溫合金等一些新型材料的研究、熔煉技術還有待改進,與國外差距還較大。第四,注重裝備技術的提升。工藝上主要還是設備的問題,很多關鍵設備,如一些定向凝固設備主要還是依靠進口,因此精密鑄造設備的研發仍是重點。

國内精密鑄造業将迎來出口良機

目前,我國鑄造産業在技術、質量及價格上,相對于東南亞及中東等國家,都占有很大的優勢,出口前景非常喜人。而外資企業進入我國,其鑄造的返銷及出口也将成為我國鑄造出口的重要組成部分。由于我國鑄造生産成本大大低于國外,而随着鑄造技術的逐漸完善和質量的提高,不僅可以減少鑄造的進口,而且有可能逐步開拓出口,向國外出口更多的鑄造産品。“十二五”期間,鑄造進口在短期内将繼續保持持續增長的勢頭,鑄造出口将會有很大的發展。

為促進鑄造産業發展,使精密鑄造企業的規模在合理的範圍之内。《我國精密鑄造産業“十二五”發展規劃》中提出,到2015年精密鑄造企業數量将從3萬家減少到2萬家左右,到2020年減少到1萬家左右,同時,大幅度降低鑄造能源消耗,30%企業達到發達工業化國家水平;鑄造企業的廢物、廢氣排放達到國家标準或地方标準;在“十一五”基礎上,節能減排目标達到能耗降低10%,排污降低15%,實施“我國精密鑄造産業準入條件”,關閉浪費資源、污染環境和不具備安全生産條件的企業。2018年全球精密鑄造産業總産值142億美元,相比2017年增長3.1%,高附加值産品占比57%,汽車14%,通用零部件為29%,其中,中國占比為21%,中國精密鑄造占全球精密鑄造通用零部件的50%以上。全球精密鑄造産業中,支撐增長源頭為航空産業。

據悉,經濟全球化浪潮中,産業發展過程的國際分工正在逐漸形成,基于成本的壓力,外商大量的在我國采購鑄造件,甚至還在我國設立精密鑄造生産基地,可以預見,未來一段時間内,我國仍會承擔着國際有色金屬鑄件及制品的生産制造任務。另一方面,由于鑄造同仁的不懈努力,我國鑄造模具制作水平和能力業有了很大的提高,鑄造質量與先進工業國家差距逐步縮小,價格低廉促使國外采購量劇增,巨大的海外鑄造市場的需求對我國鑄造産業的興旺起着很大的推動作用。

影響精密鑄造件尺寸精度的因素

一般情況下,精密鑄造件尺寸精度是受鑄件結構、鑄件材質、制模、制殼、焙燒、澆注等多方因素影響的,其中任何一個環節設置、操作不合理都會使鑄件的收縮率産生變化,導緻鑄件尺寸精度與要求有偏差。以下是可造成精密鑄件尺寸精度缺陷的因素:

(1)鑄件結構的影響:a.鑄件壁厚,收縮率大,鑄件壁薄,收縮率小。 b. 自由收縮率大,阻礙收縮率小。

(2)鑄件材質的影響:a. 材料中含碳量越高,線收縮率越小,含碳量越低,線收縮率越大。 b. 常見材質的鑄造收縮率如下:鑄造收縮率K=(LM-LJ)/LJ×100%, LM為型腔尺寸,LJ為鑄件尺寸。K受以下因素的影響:蠟模K1、鑄件結構K2、合金種類K3、澆注溫度K4。

(3)制模對鑄件線收縮率的影響:a.射蠟溫度、射蠟壓力、保壓時間對熔模尺寸的影響以射蠟溫度最明顯,其次為射蠟壓力,保壓時間在保證熔模成型後對熔模最終尺寸的影響很小。 b.蠟(模)料的線收縮率約為0.9-1.1%。 c.熔模存放時,将進一步産生收縮,其收縮值約為總收縮量的10%,但當存放12小時後,熔模尺寸基本穩定。 d.蠟模徑向收縮率僅為長度方向收縮率的30-40%,射蠟溫度對自由收縮率的影響遠遠大于對受阻收縮率的影響(最佳射蠟溫度為57-59℃,溫度越高收縮越大)。

(4)制殼材料的影響:采用锆英砂、锆英粉、上店砂、上店粉,因其膨脹系數小,僅為4.6×10-6/℃,因此可以忽略不計。

(5)型殼焙燒的影響:由于型殼的膨脹系數小,當型殼溫度為1150℃時,僅為0.053%,因此也可以忽略不計。

(6)澆鑄溫度的影響:澆注溫度越高,收縮率越大,澆注溫度低,收縮率越小,因此澆注溫度應适當。

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