威創(chuàng)五金/東旺精鑄公司小編為你講解東莞精密鑄造廠之熔模鑄造發(fā)展概述
一 熔模鑄造發(fā)展概述

熔模鑄造，又稱失蠟鑄造、熔模精密鑄造，在我國源遠(yuǎn)流長。戰(zhàn)國時(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、英等國用該種工藝方法生產(chǎn)了大量的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的靜葉片。我國于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)，開始了現(xiàn)代熔模鑄造生產(chǎn)。引進(jìn)技術(shù)的耐火涂料粘結(jié)劑是采用硅酸乙酯水解液，因當(dāng)時(shí)硅酸乙酯缺乏、價(jià)格貴、水解控制復(fù)雜，我國在引進(jìn)的同時(shí)，著手開發(fā)代用粘結(jié)劑?！惰T造》1957 年第5 期刊登文章《熔模精密鑄造法》，介紹中科院機(jī)械電機(jī)研究所于1953 年開始試驗(yàn)用水玻璃作粘結(jié)劑的研究工作，1957 年開始推廣應(yīng)用。該工藝用石蠟—硬脂酸制作模樣，采用氯化銨溶液預(yù)處理水玻璃液，以提高其模數(shù)，膠凝硬化劑為20%氯化銨溶液，制殼耐火材料用石英粉和石英砂。該工藝簡單、處理方便、制殼快，非常適合我國當(dāng)時(shí)的國情。《鑄造》1958年第12 期胡有珍發(fā)表文章介紹他們應(yīng)用該工藝的生產(chǎn)情況：對模樣采用中性肥皂水進(jìn)行脫脂處理，增加涂料的涂掛性；型殼面層和加固層分別采用100#和20#-30#石英砂，增加透氣性；在硬化劑氯化銨的水溶液中輔加硝酸銨，以調(diào)整硬化時(shí)間；脫蠟的熱水中附加12%的氯化銨，補(bǔ)充硬化型殼，提高強(qiáng)度。20 世紀(jì)50 年代，以水玻璃—氯化銨技術(shù)為代表的熔模鑄造在我國得到迅速的發(fā)展，特別是應(yīng)用該工藝方法，替代鍛造工藝生產(chǎn)各種合金鋼刀具，節(jié)約了大量的合金鋼材料，取得了顯著的效益。20 世紀(jì)60年代，我國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，針對水玻璃型殼，開展了快速制殼，開發(fā)新的硬化劑，提高型殼強(qiáng)度的研究；同時(shí)，進(jìn)行了完善硅酸乙酯，開發(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。

1．1 水玻璃粘結(jié)劑及其制殼技術(shù)

水玻璃硬化膠凝時(shí)，硬化劑與涂料中的水玻璃發(fā)生界面反應(yīng)，生成硅凝膠膜，包覆在涂層表面，隔離了水玻璃與硬化劑，需通過濃度擴(kuò)散及毛細(xì)微孔隙滲透，進(jìn)一步接觸反應(yīng)硬化。加入表面活性劑，改善硬化劑與涂料的潤濕、擴(kuò)散和滲透，可縮短制殼工序?！惰T造》1973 年第2 期刊登了沈陽鑄造研究所研究應(yīng)用農(nóng)乳130 活性劑的情況。農(nóng)乳130 屬非離子型表面活性劑，在涂料中加入0.04%-0.05%可提高硬化速度3-8倍，實(shí)現(xiàn)快速制殼。同時(shí)，農(nóng)乳130 能改善涂料的分散均勻性，降低凝聚傾向，顯著降低涂料中石英砂與水玻璃的表面張力及粘度，提高涂掛性。沈陽風(fēng)動工具廠、第一汽車制造廠，選用農(nóng)乳100，南京新聯(lián)機(jī)械廠用磷辛10號、泛用乳化劑進(jìn)行生產(chǎn)。氯化銨硬化水玻璃具有一定的優(yōu)點(diǎn)，但型殼的高溫強(qiáng)度不高，析出的氨污染工作環(huán)境，車間設(shè)備易銹蝕，再加上當(dāng)時(shí)氯化銨的供應(yīng)較緊張，70年代我國開展了以氯化鋁、氯化鎂為硬化劑的研究工作。氯化鋁有液態(tài)的聚合氯化鋁和固態(tài)的結(jié)晶氯化鋁兩種。《鑄造》1975 年第1 期報(bào)道清華大學(xué)進(jìn)行聚合氯化鋁硬化劑的研究。聚合氯化鋁采用廢鋁灰與鹽酸反應(yīng)，再經(jīng)聚合熟化而制取。聚合氯化鋁水解液呈酸性，形成多羥基含水絡(luò)合物的多聚體混合溶膠。與水玻璃反應(yīng)除形成硅凝膠外，還形成鋁凝膠，增加型殼中Al2O3 含量，提高型殼的高溫強(qiáng)度及抗熱變形能力。清華大學(xué)同時(shí)還研究了在聚合氯化鋁中引入硅酸分子制成酸性硅鋁膠，增強(qiáng)其粘結(jié)能力及濕態(tài)強(qiáng)度。利用聚合氯化鋁能形成鋁膠的特點(diǎn)，內(nèi)蒙古工學(xué)院用高堿化度的聚合氯化鋁與水玻璃分別作粘結(jié)劑配制涂料，研究開發(fā)了交替硬化新工藝。無錫刀具廠應(yīng)用聚合氯化鋁與水玻璃交替硬化工藝，節(jié)約制殼時(shí)間1/3 以上。結(jié)晶氯化鋁性能穩(wěn)定，包裝運(yùn)輸方便，溶液呈單體聚合態(tài)，擴(kuò)散滲透能力相對強(qiáng)， 其應(yīng)用日趨廣泛。氯化鎂由生產(chǎn)食鹽后的廢液，提取KCl 和溴素后， 經(jīng)高溫蒸發(fā)濃縮制得。氯化鎂與水玻璃硬化，硬化產(chǎn)物除硅凝膠外，還有Mg(OH)2 。沉積在型殼上的可增加型殼的濕強(qiáng)度，同時(shí)，經(jīng)焙燒型殼能形成Mg(OH)2，增加型殼的高溫強(qiáng)度，可單殼澆注。但硬化劑有效成分降低較快，穩(wěn)定上的Mg(OH)2 性差。石英粉（砂）是最早應(yīng)用于水玻璃型殼的耐火材料。石英型殼殘留強(qiáng)度低，價(jià)格便宜，但石英易產(chǎn)生晶型轉(zhuǎn)變，線量變化大，熱震穩(wěn)定性及高溫強(qiáng)度低。通過使用不同的耐火材料及顆粒級配，改善和提高水玻璃型殼的性能，是熔模鑄造的一大革新。《鑄造》1972年第3期報(bào)道北京永定機(jī)械廠，在加固層涂料中加入80%-90%左右的高嶺石質(zhì)耐火粘土，顯著提高型殼的強(qiáng)度，減少線量變化。青海第一機(jī)床廠在加固層涂料中入粘土熟料和長石英獲得同樣的效果。南京新聯(lián)機(jī)械廠在面層涂料中加入的高嶺土熟料，加固層中加入65%左右高嶺土熟料，制作高強(qiáng)度型殼，生產(chǎn)銅合金和鋁合金鑄件。高嶺土熟料不存在膠質(zhì)價(jià)，加入涂料中作為增強(qiáng)材料時(shí)涂料的性能變化小、穩(wěn)定性好。清華大學(xué)等在加固層涂料中摻入鋁礬土熟料，制備的型殼強(qiáng)度高，總厚度減薄，線量變化顯著減小，并可加快膠凝。《鑄造》1984 年第2 期刊登了包彥的文章，面層涂料中石英粉采用粗細(xì)雙峰值顆粒料配比，利用其非等徑粗細(xì)顆粒間互相鑲嵌，空隙小，涂料的粉液比可從1:1 提高到1.4-1.5:1，涂料的流動性及涂掛性改善，制得的型殼內(nèi)表面致密平整，鑄件的表面質(zhì)量得到提高。粗細(xì)顆粒的直徑比值及細(xì)顆粒的加入量對雙峰顆粒級配料的性能影響很大。

1.2 硅酸乙酯、硅溶膠及其制殼技術(shù)

在發(fā)展水玻璃粘結(jié)劑熔模鑄造的同時(shí)，對硅酸乙酯粘結(jié)劑及其制殼工藝不斷完善，并開發(fā)了硅溶膠粘結(jié)劑。哈爾濱汽輪機(jī)廠利用鋁礬土熟料呈多孔性、吸附能力強(qiáng)的特點(diǎn)，采用鋁礬土熟料替代剛玉與硅酸乙酯水解液配制涂料，用于生產(chǎn)碳鋼傘齒輪及鈷鉻鎢合金葉片，加快了型殼的干燥及硬化，干燥速度比石英和剛玉快3倍。621 所采用高鋁礬原料與優(yōu)質(zhì)粘土，按莫來石成分配方，鍛燒制成鋁礬土合成料與硅酸乙酯配制涂料，在無余量渦輪葉片的定向凝固工藝上應(yīng)用?！惰T造》1984年第2期報(bào)道了張家駿等對硅酸乙酯32濃縮制得硅酸乙酯40，提高硅酸乙酯的SiO2 含量，增加粘結(jié)強(qiáng)度，延長有效使用時(shí)間。已開發(fā)了硅酸乙酯50 以及無溶劑水解、預(yù)水解硅酸乙酯和混合粘結(jié)劑，提高硅酸乙酯粘結(jié)劑的性能，擴(kuò)大其應(yīng)用。我國從60年代開始研制硅溶膠，70年代建立離子交換生產(chǎn)裝置?！惰T造》1972 年第3 期報(bào)道了沈陽新光機(jī)械廠采用離子交換法制備硅溶膠，進(jìn)行熔模鑄造生產(chǎn)的情況。用蒸餾水將水玻璃稀釋，先后經(jīng)過陽離子、陰離子交換樹脂，加入NaOH 水溶液，調(diào)整pH 值后，再經(jīng)濃縮制得硅溶膠。加入乙醇配成硅溶膠乙醇溶液作粘結(jié)劑，與硅酸乙酯相比，制作的型殼強(qiáng)度高，型殼層數(shù)可減少1-2 層。硅溶膠中二氧化硅呈膠體顆粒狀分布，其膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)及形態(tài)大小對其粘結(jié)能力、涂層的致密和粉液比都有一定的影響。硅溶膠采用失水干燥膠凝，即變?nèi)菽z凝，可獲得高的強(qiáng)度和硬度及高溫性能，操作環(huán)境好。硅溶膠型殼的干燥過程，干燥環(huán)境濕度、干燥環(huán)境溫度和風(fēng)速有很大的關(guān)系，采用遠(yuǎn)紅外熱風(fēng)聯(lián)合干燥，可實(shí)現(xiàn)快速制殼。利用水玻璃、硅酸乙酯水解液、硅溶膠各自的優(yōu)點(diǎn)，聯(lián)合交替使用，制作型殼，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)低耗的熔模鑄造生產(chǎn)?！惰T造》1981年第4期報(bào)道南京化工機(jī)械廠用硅酸乙酯水解液作面層涂料粘結(jié)劑，用水玻璃作加強(qiáng)層涂料，生產(chǎn)高合金鋼葉輪； 《鑄造》1990 年第7 期介紹蔣有華等應(yīng)用硅溶膠作面層涂料粘結(jié)劑，并在其中加入鋁酸鈷作孕育劑，硅酸
乙酯水解液作加固層粘結(jié)劑，生產(chǎn)高精度細(xì)晶結(jié)構(gòu)的渦輪葉片。

1.3 模料及制芯技術(shù)

模料直接影響熔模鑄件的表面質(zhì)量。石蠟0硬脂酸是應(yīng)用最早的模料，具有優(yōu)良的成形工藝性能，但軟化點(diǎn)低，強(qiáng)度不高，屬低溫模料，線收縮較大。人們針對這一情況進(jìn)行了改進(jìn)及新模料的開發(fā)。《鑄造》1951年第11期報(bào)道了機(jī)械制造與工藝科學(xué)研究院鑄造研究所開發(fā)的硫酸鋁胺、硫酸鋅的硫酸鋁鹽混合物的可溶性硫酸鹽模料。該模料強(qiáng)度大，比石蠟0硬脂酸模料大3-5 倍，收縮小，軟化點(diǎn)高，但粘度大， 易吸潮，質(zhì)脆，起模時(shí)間較長?！惰T造》1972 年第3 期報(bào)道了沈陽黎明機(jī)械廠采用蘋果酸樹脂、硬脂酸、改性尿素粉、地蠟作模料的生產(chǎn)情況。沈陽新光機(jī)械廠用松香、地蠟、聚乙烯熱塑性酸硅樹脂，配制蠟料。濟(jì)南第一機(jī)床廠試用低分子聚乙烯替代硬脂酸，提高模料的強(qiáng)度、熔點(diǎn)（《鑄造》1976 年第3期)。北京鋼鐵學(xué)院對低分子聚乙烯替代硬脂酸與石蠟配成模料進(jìn)行了研究（《鑄造》1977 年第4 期）。低分子聚乙烯溶解于石蠟中，細(xì)化石蠟晶粒，提高模料的力學(xué)性能，但使流動性變差，對溫度敏感，起模時(shí)間延長。北京油泵油咀廠等單位開發(fā)了褐煤蠟、聚合松香、低分子聚乙烯及石蠟的四元模料，即5-5-5-85模料（《鑄造》1978 年第5 期）。沈陽風(fēng)動工具廠采用褐煤蠟、低分子聚乙烯和石蠟?zāi)Ａ霞?-3-95 模料進(jìn)行生產(chǎn)。褐煤蠟屬高熔點(diǎn)硬質(zhì)蠟，可提高模料的耐熱性；低分子聚乙烯，能細(xì)化蠟料的晶粒，減少收縮；聚合松香提高模料的充填能力，改善壓注工藝性。沈陽鑄造研究所開發(fā)了F-01 蠟基中溫模料（見《鑄造》1987 年第4 期），該模料由EVA、精蠟、熱塑性樹脂、地蠟和石蠟組成。利用EVA 細(xì)化蠟基晶粒，減少收縮；熱塑性樹脂，改善耐熱性，提高軟化點(diǎn)及強(qiáng)度；利用精蠟、地蠟與石蠟混合，增大模料的結(jié)晶溫度間隔，提高流動性及工藝成形性。國內(nèi)已開發(fā)了系列模料，供不同產(chǎn)品對象及不同工藝過程要求選用。熔模鑄造中，形狀復(fù)雜、細(xì)小的型腔通常使用陶瓷型芯成形。熔模鑄造使用的陶瓷芯，要求有一定的燒結(jié)作用，良好的高溫性能，同時(shí)保持有相當(dāng)數(shù)量的孔隙及良好的脫芯性。西北工業(yè)大學(xué)研究了以石英玻璃為基，附加剛玉莫來石、鋯英粉，并采用硅溶膠強(qiáng)化，制作在1500℃保持1小時(shí)、進(jìn)行定向凝固的鑄件的型芯（《鑄造》%&.$ 年第/ 期）。621 所用透明石英玻璃為耐火材料，石蠟作增塑劑，氯化鋁或MH-1為礦化劑，油酸作表面活性劑，采用熱壓注成形，高溫?zé)Y(jié)浸漬處理制造陶瓷型芯，生產(chǎn)鎳基渦輪空心葉片（《鑄造》1990 年第12 期）。沈陽第一機(jī)床廠采用精制石英粉砂、耐火粘土、水玻璃?_C2S 作一次硬化劑和潰散劑，采用氨水硬化，硅酸乙酯強(qiáng)化處理，制作陶瓷復(fù)合芯，生產(chǎn)高壓噴射泵集水管。

20世紀(jì)90年代以來，我國采用熔模鑄造與實(shí)型鑄造相結(jié)合，發(fā)展了集氣化模—精鑄—負(fù)壓復(fù)合鑄造工藝，即Replicast CS，該工藝為生產(chǎn)大型熔模鑄件開辟了新的途徑，應(yīng)用快速成形技術(shù)制備薄壁鑄件的（樹脂）模樣，制造壓型以及制造陶瓷型殼和型芯，提高熔模鑄造的精度，減少工序。

二 實(shí)型鑄造歷史回顧

實(shí)型鑄造，即氣化模鑄造或稱消失模鑄造，是由美國人H.F Shroyer 1956 年首先試驗(yàn)成功，應(yīng)用于金屬雕像等藝術(shù)鑄件的生產(chǎn)。西德亞琛工業(yè)大學(xué)教授A.Witmoser 與Hardman公司合作于1962年開始在工業(yè)上應(yīng)用。初期，實(shí)型鑄造主要是應(yīng)用于單件大型鑄件的生產(chǎn)，20世紀(jì)60 年代至70 年代，人們借助磁場“固化”鐵丸開發(fā)磁型鑄造方法，"20 世紀(jì)80 年代以來，基本確立了以真空負(fù)壓、干砂造型為特征的第三代實(shí)型鑄造。

2.1我國實(shí)型鑄造發(fā)展歷程

我國從20 世紀(jì)60 年代中期，由機(jī)械研究院和上海機(jī)械制造工藝研究所開始了對實(shí)型鑄造的研究及生產(chǎn)試驗(yàn)。早期主要是應(yīng)用泡沫塑料板型材，加工成模樣進(jìn)行實(shí)型鑄造的生產(chǎn)?！惰T造》1972 年第5期介紹了上海重型機(jī)器廠設(shè)計(jì)圓形薄片銑刀、葉片式銑刀， 實(shí)現(xiàn)對泡沫塑料的低速加工?！惰T造》1973 年第1 期報(bào)道了成都空壓機(jī)廠、齊齊哈爾二機(jī)床廠采用實(shí)型鑄造生產(chǎn)汽車空壓機(jī)、409汽車發(fā)動機(jī)塑料模及芯盒。1974年第3 期《鑄造》刊登了蘇州鋼鐵廠采用實(shí)型鑄造生產(chǎn)12m2 密封座的文章：鑄件的內(nèi)外圓角用刨削和銑削加工，加強(qiáng)筋用可燃性“油灰”制作，自硬砂造型，置內(nèi)出氣冒口，導(dǎo)出泡沫塑料氣化裂解的煙氣，并采用煙囪收集，粘結(jié)劑采用快干性好的石蠟— 松香熱溶膠?！惰T造》1975 年第2期刊登的上海機(jī)械學(xué)院《錨鏈磁型鑄造工藝試驗(yàn)》文章：該試驗(yàn)采用1-1.5mm 的鐵丸作原砂，磁場電源采用可控硅半波整流；模樣通過蒸鍋發(fā)泡成型，用CMC 改性2127樹脂粘結(jié)劑、石油磺酸作固化劑的涂料， 生產(chǎn)Φ46mm 的錨鏈套環(huán)。此外，上海機(jī)械學(xué)院還進(jìn)行了采用超薄殼涂層磁型鑄造工藝生產(chǎn)大型鎢鋼鉆頭的實(shí)驗(yàn)?！惰T造》1985 年第4 期刊文《負(fù)壓實(shí)型鑄造工藝及設(shè)備》，介紹長春光學(xué)機(jī)械研究所設(shè)計(jì)的負(fù)壓實(shí)型簡易生產(chǎn)線：模樣采用板材泡沫塑料加工，乳白膠粘合；涂料用石英粉、糊精和乳白膠配制，干砂負(fù)壓振動緊實(shí)造型；生產(chǎn)灰鑄鐵HT200 爐口座、支座及耐熱鋼,ZGCr9Si2 化鋁坩堝。進(jìn)入20 世紀(jì)90年代， 我國掀起了實(shí)型鑄造研究和應(yīng)用的熱潮，對實(shí)型鑄造的模樣材料、成型工藝、涂料技術(shù)、工裝設(shè)備等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了大量的研究，取得了一定的成就。實(shí)型鑄造工藝方法在我國獲得了較廣泛的應(yīng)用。

2.2 模樣材料及成型

實(shí)型鑄造過程中，在液態(tài)合金的熱作用下，模樣材料發(fā)生軟化、熔化、汽化、裂解、燃燒，形成一系列的液相、固相和氣相熱解產(chǎn)物，同時(shí)，熱解產(chǎn)物的組成以及在型腔中的發(fā)氣量與熱解溫度有關(guān)，熱解產(chǎn)物對鑄件的質(zhì)量產(chǎn)生重要的影響，模樣材料是實(shí)型鑄造的一個(gè)關(guān)鍵因素。模樣材料應(yīng)具有：密度小，熱解產(chǎn)物少，減少煙氣和排出物；一定的強(qiáng)度，抵抗外力
的作用，保證鑄件的精度；低的導(dǎo)熱性，減少過快分解引起鑄型塌陷。模樣材料我國主要采用EPS 材料。EPS材料價(jià)格便宜，發(fā)泡成型控制容易，但在高溫分解時(shí)產(chǎn)生的殘余碳，給鑄鐵件帶來碳缺陷，也會使低碳鋼鑄件產(chǎn)生增碳現(xiàn)象。新近開發(fā)了PMMA 及EPMMA-EPS 共聚物，PMMA 強(qiáng)度高，其結(jié)構(gòu)比EPS少3 個(gè)碳原子，且不含苯環(huán)結(jié)構(gòu)，可在很大程度上減少碳缺陷。熱解產(chǎn)物以氣相為主，軟化溫度比EPS高，但PMMA在高溫時(shí)，其發(fā)氣量和發(fā)氣速度均比EPS高，影響合金液的充型能力。EPMMA-EPS 共聚物綜合了PMMA 和EPS 兩者的性能，具有澆注時(shí)黑煙少、抗壓強(qiáng)度高、能有效地解決鑄造的“滲碳”現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)，有望在消失模鑄造生產(chǎn)上代替EPS 模樣。模樣材料通過發(fā)泡成型制模，提高模樣的精度，根據(jù)鑄件的特點(diǎn)及要求，控制模樣的密度及發(fā)泡程度《鑄造》1984 年第3 期發(fā)表文章《實(shí)型鑄造用泡塑模的成型控制，介紹西北工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)的壓機(jī)氣室發(fā)泡成型設(shè)備。該成型機(jī)使用CPU 模塊， STEP-5語言編程，自動和手動控制；可顯示成型過程圖像信息，實(shí)現(xiàn)過程質(zhì)量控制；由進(jìn)料、蒸汽加熱、冷卻、脫模四個(gè)工序組成。為使EPS珠粒均勻加熱發(fā)泡，蒸汽加熱間段采用四個(gè)工步，實(shí)現(xiàn)直接加熱、交叉加熱和高溫高壓加熱。發(fā)泡成型的EPS模樣是一個(gè)高分子材料聚合體，具有彈性、塑性、粘性等流變特征EPS珠粒大小，發(fā)泡工藝等對模樣的性能及質(zhì)量有重要的影響。

2.3 涂料

涂料是實(shí)型鑄造的又一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)型鑄造中引入涂料，提高模樣的剛度、強(qiáng)度，分離模樣與鑄型，防止粘砂及鑄型塌陷。涂料應(yīng)具有足夠高的強(qiáng)度；涂料也應(yīng)具有優(yōu)良的透氣性，使?jié)沧⑦^程中模樣在高溫下的分解產(chǎn)物能及時(shí)地通過涂層排出；涂料還應(yīng)具有好的工藝性能。宗俊峰等研究了涂料強(qiáng)度及透氣性對強(qiáng)度影響最大的是粘結(jié)劑中的有機(jī)粘結(jié)劑，而對透氣性影響最大的是耐火材料的顆粒大小及粘結(jié)劑的加入量，應(yīng)根據(jù)鑄件的材質(zhì)和其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，綜合考慮強(qiáng)度和透氣性?！惰T造》2000 年第12 期刊登了劉蘭俊的文章，對涂料進(jìn)行了分析和研究：涂料應(yīng)由多種有機(jī)和無機(jī)粘結(jié)劑組成，常溫強(qiáng)度由有機(jī)和無機(jī)粘結(jié)劑共同建立，高溫強(qiáng)度主要依靠無機(jī)粘結(jié)劑；利用有機(jī)粘結(jié)劑高溫燃燒掉，提高涂料的透氣性；耐火填料及其粒度分布是影響涂層透氣性和致密度的重要因素，合理的耐火填料及其粒度分布可在保證涂層具有一定致密度的前提下，獲得較高的透氣性。在熱的作用下，涂料中耐火材料和粘結(jié)劑不同程度的發(fā)生變化，對涂料透氣性有一定的影響。對涂料透氣性的要求，是為在澆注的高溫時(shí)，能排出熱解產(chǎn)物。涂料應(yīng)測量其高溫的透氣性。王恩澤研究了使用高溫負(fù)壓模擬實(shí)型鑄造的澆注條件，來測試涂料的高溫透氣能力。模樣表面系憎水性，對水基涂料的親和力和吸水性差，所以涂料須對模樣潤濕性好，有良好的涂掛性，能精確地復(fù)制出復(fù)雜模樣的表面和尺寸；涂掛時(shí)能得到完整均勻和足夠厚度的涂層，涂料應(yīng)有良好的滴淌性。涂料中加入表面活性劑，提高涂掛性；增大涂料的觸變性，改善滴淌性。涂料的觸變性，不僅與涂料的組成有關(guān)，而且與混制工藝和使用狀態(tài)有關(guān)。

2.4負(fù)壓造型

實(shí)型鑄造通常采用負(fù)壓干砂振動造型。它不僅要求砂子快速到達(dá)模樣周圍形成足夠的緊實(shí)度，而且在緊實(shí)過程中應(yīng)使模樣變形較小，以保證澆注后形成輪廓清晰、尺寸精確的鑄件。干砂在振動狀態(tài)下的充填緊實(shí)過程，是個(gè)極其復(fù)雜的散粒體動力學(xué)過程。郭太明等研究了干砂負(fù)壓造型的鑄型的強(qiáng)度特性，鑄型的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于濕砂型的強(qiáng)度，與高壓造型強(qiáng)度相接近。《鑄造》1998 年第8 期發(fā)表了李增民研究振動參數(shù)對鑄型的影響的文章：振動時(shí)間、振動頻率、振幅、振動方式及加速度等振動參數(shù)中， 以加速度的影響最大；振動方式對復(fù)雜鑄件鑄型的緊實(shí)均勻性影響大。為了提高鑄型的穩(wěn)定性，防止鑄型的坍塌，對鑄型施加負(fù)壓，負(fù)壓有利于抽吸模樣的熱解產(chǎn)物，提高涂料的透氣性，減少缺陷，改善充填能力，干砂顆粒相對集中、粗大有利于負(fù)壓的建立和保持，熱解產(chǎn)物對負(fù)壓度影響大。

2.5鑄造充型及缺陷

實(shí)型鑄造充填過程中，由于模樣熱解及與金屬液之間的相互作用，導(dǎo)致金屬液充型時(shí)的流場、溫度場、充型能力以及鑄造缺陷的產(chǎn)生等，完全不同于普通濕砂型鑄造。金屬液的充型過程包括傳質(zhì)、傳熱、流動、化學(xué)反應(yīng)及凝固等。在金屬液與模樣之間，存在著氣隙及反壓阻力，增加涂料的透氣性、減小涂料層厚度，減小模樣的發(fā)氣性、降低模樣密度，提高金屬液的靜壓頭，均有利于熱解產(chǎn)物的排逸，使氣隙內(nèi)氣體反壓阻力減小，增加充型能力。氣隙的大小和形狀，與熱解產(chǎn)物、排逸條件、涂料及澆注工藝密切相關(guān)。實(shí)型鑄造生產(chǎn)鑄鋼件易產(chǎn)生增碳，生產(chǎn)鑄鐵件易產(chǎn)生碳缺陷，生產(chǎn)鋁鑄件易產(chǎn)生針氣孔。王忠柯等分析認(rèn)為：模樣熱解形成富集碳，與金屬液在充填過程中存在著對流傳質(zhì)，充填結(jié)束后存在著擴(kuò)散傳質(zhì)現(xiàn)象，增加熱解物與涂層的濕潤能力，底注式，從鑄件的薄壁處引入內(nèi)澆口，都有利于熱解產(chǎn)物的排除；涂層中加入氧化性物質(zhì)，可減少富碳物質(zhì)的產(chǎn)生，從而，可減輕增碳缺陷。紀(jì)朝輝等認(rèn)為：鑄鐵件充填過程中，產(chǎn)生脈動式流動，金屬液流前沿的溫度低于液相線時(shí)，產(chǎn)生薄殼波紋，富集碳的溫度低于液相線時(shí)，產(chǎn)生薄殼波效，富集碳呈皺皮狀。加速充填，加大涂料的透氣性，減少熱解潛熱，降低發(fā)氣量，都可減輕或防止皺皮的產(chǎn)生。加大對鋁合金精煉處理，提高鋁合金的澆注溫度，控制澆注速度和涂層的透氣性，抑止紊流，保持平穩(wěn)充填，可避免鋁合金鑄件針氣孔的出現(xiàn)。

三 熔模鑄造和實(shí)型鑄造的展望

我國是鑄造大國。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國有2萬多家鑄造廠（車間），從業(yè)人員達(dá)120 萬人，年產(chǎn)量達(dá)1200 萬噸。鑄造行業(yè)是一個(gè)勞動力、資源相對密集的產(chǎn)業(yè)，我國生產(chǎn)資源豐富，生產(chǎn)能力過剩，勞動力成本具有優(yōu)勢。鑄造生產(chǎn)正在從發(fā)達(dá)國家向發(fā)展中國家擴(kuò)展和轉(zhuǎn)移。我國加入WTO給鑄造業(yè)帶來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇?，F(xiàn)代機(jī)器的生產(chǎn)，對鑄件精度和整體質(zhì)量提出了越來越嚴(yán)格的要求，這為能實(shí)現(xiàn)精密鑄造生產(chǎn)的熔模鑄造和實(shí)型鑄造的大力發(fā)展提供了契機(jī)。目前，我國熔模鑄造存在兩類工藝水平的企業(yè)。一類是采用中、高溫模料，硅溶膠或硅酸乙酯型殼工藝，生產(chǎn)航空、燃?xì)廨喨~片等和不銹鋼商業(yè)精鑄件的工廠；二類是采用低溫模料、水玻璃型殼工藝，主要生產(chǎn)碳鋼件的工廠。一類工廠數(shù)量少，工藝水平高； 二類工廠數(shù)量多，生產(chǎn)質(zhì)量低。現(xiàn)代熔模鑄造正朝著“精密、大型、薄壁”方向發(fā)展，我國熔模鑄造應(yīng)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流。第一類工廠應(yīng)緊跟國際先進(jìn)技術(shù)， 改進(jìn)管理，與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，積極參與國際競爭，更多地走向國際市場。生產(chǎn)應(yīng)不再停留于主要生產(chǎn)高爾夫球頭、五金件、馬具和管閥類精度要求較低的產(chǎn)品上，而應(yīng)擴(kuò)大精度要求較高的高附加值的機(jī)械零件產(chǎn)品。加大對第二類工廠的改造，采用高質(zhì)量模料，粘結(jié)劑逐步從水玻璃過渡到硅溶膠和硅酸乙酯，加強(qiáng)現(xiàn)場管理，提高工藝水平和管理水平，從而改變精鑄不精的落后面貌。提高產(chǎn)品檔次及產(chǎn)品質(zhì)量，可通過資產(chǎn)重組聯(lián)合起來，提高硬件和軟件條件，以適應(yīng)激烈的市場競爭。加大對模料材料、粘結(jié)劑、耐火材料等研究，開發(fā)系列新型的高性能的原輔材料，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的生產(chǎn)要求；開發(fā)先進(jìn)的制模、制殼技術(shù)，提高模樣和型殼的精度，提高熔模鑄造機(jī)械化、自動化水平；采用定向凝固技術(shù)，熱等靜壓技術(shù)，快速成形技術(shù)提高我國熔模鑄造的競爭力。實(shí)型鑄造是一門集塑料、化工、機(jī)械、鑄造為一體的綜合性多學(xué)科的系統(tǒng)。實(shí)型鑄造被國內(nèi)外鑄造界譽(yù)為“21世紀(jì)的鑄造綠色工程”，在我國應(yīng)用日趨廣泛，生產(chǎn)廠達(dá)100余家，近20 家高校與研究單位開展了相關(guān)的研究，充實(shí)了其學(xué)科的基礎(chǔ)及理論，從根本上改變了以經(jīng)驗(yàn)為主的局面，但目前我國實(shí)型鑄造與先進(jìn)國家相比，還存在一定的差距。我們認(rèn)為，實(shí)型鑄造應(yīng)加強(qiáng)下面幾方面的改進(jìn)、研究和開發(fā)工作。
（1）實(shí)型鑄造是一種發(fā)展中的新技術(shù)，需要進(jìn)一步完善。實(shí)型鑄造的優(yōu)越性不容置疑，但它有個(gè)最佳的適用范圍，需要根據(jù)產(chǎn)品對象，經(jīng)過充分的科學(xué)論證后再用。當(dāng)前有的企業(yè)盲目采用實(shí)型鑄造工藝， 投入大量資金，卻因某些工藝技術(shù)長時(shí)間過不了關(guān)， 造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，應(yīng)引以為誡。
（2）加強(qiáng)泡沫塑料原材料的開發(fā)。目前國內(nèi)大多數(shù)還是使用包裝行業(yè)所用的可發(fā)性聚苯乙烯EPs 珠粒，這種原料用于一般鑄件尚可，用于制造薄壁復(fù)雜的泡沫塑料模樣就不適用了，雖然新近開發(fā)了PMMAEPMMA-EPS共聚物，但價(jià)格貴，因此鑄造行業(yè)需要和塑料、化工行業(yè)密切合作，加大對模樣材料的研究，研制低密度、尺寸穩(wěn)定、不變形的高發(fā)泡倍率塑料珠粒等性能更好的新模料。開發(fā)高精度、高效制模機(jī)和粘合機(jī)等專用的新型設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化和系列化。在模具和制造領(lǐng)域，采用快速制造技術(shù)和并行環(huán)境下計(jì)算機(jī)模擬仿真，縮短模具的生產(chǎn)時(shí)間， 實(shí)現(xiàn)鑄件的快捷生產(chǎn)。
（3）研制鋼、鐵、鋁合金鑄件等專用涂料，開發(fā)新型涂料性能檢測儀器，并實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和商品化生產(chǎn)，改變我國涂料生產(chǎn)的落后面貌。
（4）加強(qiáng)對鋁、鐵、鋼等金屬液充型凝固特性的研究，研究鋁鑄件疏松滲漏、鋼鑄件增碳、鐵鑄件的皺皮等缺陷形成機(jī)理及消除措施。建立嚴(yán)格的質(zhì)量控制體系和對各關(guān)鍵工序的監(jiān)控，進(jìn)一步提高實(shí)型鑄件的質(zhì)量。
（5）開發(fā)尾氣凈化裝置和改善舊砂處理設(shè)備。部分泡沫塑料分解后產(chǎn)生一些有害物質(zhì)，對環(huán)境和人體均有危害作用，從保護(hù)環(huán)境和保障工人健康出發(fā)，必須重視廢氣凈化處理，提高各工序間的自動化程度， 實(shí)現(xiàn)文明的綠色實(shí)型鑄造生產(chǎn)。
熔模鑄造和實(shí)型鑄造都是在20 世紀(jì)50年代才引進(jìn)我國鑄造生產(chǎn)領(lǐng)域的特種鑄造工藝，它們是利用可溶、可熔、可燃材料（模料）制作模樣，通過涂料涂覆制作保護(hù)性的涂層（型殼），進(jìn)行鑄造生產(chǎn)。熔模鑄造和實(shí)型鑄造因采用了一次性模樣，不必從鑄型中取模，取消了拔模斜度，沒有分型面；采用涂料技術(shù)，提高了鑄件的精度和改善了表面粗糙度；采用熔焊、粘合組裝模樣工藝方法，靈活方便，便于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的制造，滿足零件最大自由度設(shè)計(jì)。同時(shí)，生產(chǎn)組織形式多樣，可進(jìn)行單件、小批、大量生產(chǎn)。今天，熔模鑄造和實(shí)型鑄造都得了長足的發(fā)展。
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