基本介紹
內容,作者,目錄,套用,熔模鑄造優點,工藝原理,工藝的套用,工藝發展前景,
內容
本書系《先進鑄造技術叢書》之一，取材新穎豐富。內容包括熔模精密鑄造全部工藝過程，反映國內外精鑄高新技術發展水平和趨勢。重點介紹生產大型、薄壁、高精密和高強度熔模鑄件的制模、制殼、型芯、熔煉、過濾淨化，晶粒組織控制和金屬凝固模擬等最新鑄造技術的研究成果及其套用。本書可供熔模鑄造工作者以及相關領域技術人員參考，亦可作為鑄造專業學生的教材。
作者
姜不居，清華大學機械工程學院教授，長期從事熔模鑄造科研和教學工作。曾成功主持並完成“快乾矽溶膠研究”熔模鑄造用砂粉粒度級配和“熔模鑄造企業管理信息系統”等50餘項科研工作，獲省部級科技獎13項，在國辦外發表論文170餘篇，曾主持和參與編寫《熔模鑄造手冊》《熔模鑄造工藝》《鑄件缺陷及其對策》等6本專著享受國務院“政府特殊津貼”。
目錄
序
前言
第1章 緒論
1.1 熔模鑄造的發展概況
1.2 熔模鑄件的尺寸公差及表面粗糙度
1.3 熔模鑄件在典型產品中的套用
參考文獻
第2章 新模料和先進制模技術
2.1 新模科和模料性能試驗新方法
2.2 先進制模技術
2.3 蠟模充型過程計算機數值模擬
參考文獻
第3章 制殼原材料
3.1 耐火材料
3.2 制殼粘結劑
套用
計算機技術在熔模精密鑄造中的套用，包括鑄件結構設計、工藝制定、壓型、熔模、型殼及型芯製造等的最新成果，展望了計算機技術對未來精鑄業帶來的巨大變革。
關鍵字：計算機 精密鑄造 壓型
熔模精密鑄造生產具有許多優點，但其同時具有工序多，工藝過程複雜，生產周期長，影響鑄件質量的因素較多的缺點，在一定程度上制約了精密鑄造的套用和發展。隨著計算機技術的快速發展，計算機技術在精鑄中的套用，從精鑄件的結構設計、工藝制定到壓型設計與製造、蠟模成型、型殼製造、型芯的製造等，給精鑄件的生產帶來了巨大變革。
1.計算機技術數值模擬技術在熔模精鑄件結構設計及工藝制定中的套用
熔模鑄件向更輕、薄及精整化方向發展，近年來提出了淨形或近淨形化鑄造，以發揮熔模鑄造的優勢，滿足現代工業對高質量零件的需求。這就要求熔模精鑄件的結構更加合理，制定的工藝方案更加最佳化，對精鑄技術提出了越來越高的要求。
傳統的精鑄件生產工藝，包括以下5個步驟：
1）鑄件用戶給鑄造廠下達設計藍圖；
2）鑄造廠作預算並從利於生產和降低成本的角度對設計提出改進意見；
3）鑄造廠設計鑄造工藝裝備；
4）鑄造廠向模具車間或造型車間下達工裝圖紙；
5）澆注鑄件，鑄件檢驗。
在鑄件結構設計、壓型設計、注蠟工藝參數制定、澆注系統等過程，傳統的生產主要依靠工程技術人員的實際工作經驗，缺乏科學的理論依據。特別對於複雜件和重要件，生產中往往要反覆地修改鑄件結構、壓型或鑄造工藝方案來達到最終的技術要求，計算機具有強大的計算能力和圖形處理能力，能將數值分析技術、資料庫技術、可視化技術結合經典傳熱、流動和凝固理論，通過模擬鑄件充型、凝固及冷卻，分析精密鑄造過程的流場、溫度場和應力場，預測鑄件組織和許多鑄造缺陷如冷隔、縮孔、熱裂和變形等。因此可以通過並行工程，利用計算機技術對鑄件的結構工藝性、鑄造工藝進行模擬，為技術人員設計較合理的鑄件結構和確定合理的工藝方案提供了有效的依據，從而避免傳統的依靠經驗進行結構設計和工藝制定的盲目性，可以縮短生產準備周期，節約試製成本。數值模擬過程見示意圖1。
2。快速樣件製造技術在壓型及熔模製造中的套用
快速樣件製造技術的出現，使壓型和熔模的製造周期大大縮短。所謂快速樣件製造就是首先在計算機上，形成熔模鑄件的三維CAD數據檔案，將之沿高度方向切割成許多薄片，然後按次序製造和組合，最終形成一個立體形狀的製品。
1）用快速樣件成型方法製造壓型
根據成型方法，將快速樣件成型方法製造壓型可分為兩種：一種是先用快速樣件製作方法製成樹脂或蠟質母模（原型），再用它來翻制環氧樹脂或矽橡膠壓型。此法生產壓型可以滿足小批量精鑄件生產。如在SLA法製作的塑膠母模表面噴塗約2mm厚的金屬層，並在其後部充填環氧樹脂製成金屬-環氧樹脂複合壓型，可以滿足數百件批量的精鑄件生產。
另一種方法是根據CAD系統生產的壓型型塊幾何模型，直接由SLA、SLS等法製成樹脂壓型。SLS法製造壓型是將加工對象由樹脂粉末換成表面帶一薄層熱固性樹脂的鋼粉，經雷射燒結後，粘結成壓型，然後再焙燒製品，將樹脂燒掉，最後以銅液滲入，就可獲得與金屬性能相似的壓型。
2）快速樣件成型方法製造熔模
快速樣件成型方法-SLA法、SLS法、FDM法和LOM法，均可用於快速製造熔模。使用SLS法和FDM法製作的蠟模，可以直接用於精鑄件生產用的熔模；LOM法生產的紙製品，需對其外表面噴塗聚氨酯後，方可作為"熔模"進行制殼，或直接將紙製品外塗掛陶瓷型殼，而後將紙模燒掉。SLA法是用新型樹脂生產樹脂模樣，將未固化的樹脂倒出，而形成中空模樣，硬化後，用蠟將樹脂排出口密封，然後裝上蠟質澆注系統，就可制殼了。表1 快速樣件製造方法的比較
特點熔融堆積法(FDM)立體平板印刷法(SLA)選擇雷射燒結法(SLS)層合物製造法(LOM)工藝原理熱塑性材料熔融,從活動口擠出,冷卻固化成層堆積UV光固化液態光敏樹脂雷射加熱燒結鋪展的熱塑性材料粉末雷射切割片材層,粘合.能源擠出頭加熱器雷射器或UV燈或光纖CO2雷射器CO2雷射器原材料熱塑性材料液態光敏樹脂熱塑性材料粉末膠粘襯底片材目前常用材料ABS樹脂、尼龍、蠟專用光聚合樹脂樹脂粉、蠟粉紙層 厚（um）最小：50 一般：127-254最小：50 一般：127-254最小：60 一般：127最小：94
一般：188製品尺寸精度（mm）±0.127±0.1-0.2±0.2±0.1 3．DSPC法直接製造型殼
直接型殼製造又稱DSPC法，與迄今所有的制殼工藝都有本質的不同，主要由型殼設計（SDV）和型殼製造（SPU）兩大部分組成。
SDV法是將所制零件的CAD模型轉換為型殼的數位化零件，並顯示在螢幕上，當確定好每個型殼上零件的數量、型殼壁厚以及收縮率、澆注系統等鑄造參數後，計算機就很快顯示所制鑄件型殼的幾何形狀，並進行鑄造工藝的模擬，然後將有關數據傳輸給SPU。
SPU控制著一個可以精確上下移動的活塞，活塞上連線著一個料箱；與裝有細陶瓷粉料斗相連的噴頭，首先在料箱中均勻"噴鋪"一薄層細陶瓷粉末；另外，計算機根據SPU數據控制著一個噴射印刷頭，從中可以噴射出矽溶膠粘結劑，當印刷頭在料箱中掠過細陶瓷粉時，根據指令"噴"出粘結劑。這樣在有粘結劑的區域，將耐火材料粘在一起，形成型殼的一個截面，然後活塞向下移動，噴頭再噴出一層粉料……。這樣一層一層進行，最後製成整體型殼。未被粘結的耐火材料粉料可對粘結層起支撐作用，焙燒後，回收未粘結的粉末，就可以澆注金屬液了。其工作原理見圖2。DSPC法使熔模鑄造省去了製造壓型、製造蠟模及塗掛工序，工藝過程大大簡化，而且由於不用考慮蠟模變形等因素，可製得近淨形零件。利用此工藝的工廠，可在收到定單後的一周內交付熔模鑄件。
3. 利用計算機控制雷射製作陶瓷型芯
許多精鑄件需要製作陶瓷型芯特別是複雜、精細的陶瓷型芯，如渦輪發動機空心葉片等，計算機可以根據CAD數據，控制雷射束在陶瓷型芯上精確地加工出各種不同結構的型芯，特別是對於用傳統制芯工藝很難制出的型芯，更顯出其優點。
4．並行工程和集成技術在精鑄業中的套用展望
計算機技術的不斷發展和普及，並行工程和集成技術在精鑄業中的套用將會逐漸廣泛，將成為精鑄業未來的發展趨勢。
1）並行工程
並行工程就是將精鑄件用戶與精鑄廠之間建立起緊密聯繫的電子數據通訊網，使用戶和鑄造廠之間進行並行的產品和工藝設計。用戶通過此網向鑄造廠下達精鑄件的電子化模型圖，鑄造工程師可從計算機工作站中看到所生產零件的三維圖象，確定幾組工藝方案後在計算機上進行工藝方案的數值模擬，可以顯示出不同工藝條件下可能存在的問題，如熱裂、縮孔等，鑄造工程師再迅速將有缺陷的電子化模型數據檔案傳遞給用戶和設計師，以便作出改進而獲得高質量鑄件。同樣，壓型、熔模、型殼製造的過程也可以實現並行，這樣可以極大縮短研製、開發生產周期，降低成本，提高產品的市場競爭力。
2）集成技術
對於一個未採用CAD系統設計的零件或要複製某一樣件，可以採用CT檢測技術、數值模擬和快速樣件製造集成技術。
CT技術即計算機層析射線攝影法，是一種X射線檢測技術，能用來獲得零件斷面的二維圖象，將各斷面二維圖象組合，就可以獲得被測對象的三維立體形態。利用此技術，可以精確獲得鑄件的CAD模型數據，結合快速樣件製造和數值模擬，可以縮短生產準備時間，降低製造型殼的成本。同時，CT技術測得的零件形狀，可以用來對比設計鑄件和生產鑄件的尺寸；檢測實際鑄件和設計鑄件的缺陷位置和數值模擬預測結果的符合程度。
結束語
計算機在精鑄業中的套用，克服了精鑄生產過程的缺點，使得精鑄生產技術更加靈活，適應性更強，更適應現代工業對鑄件快速、優質、複雜的要求。
1.計算機技術數值模擬技術在熔模精鑄件結構設計及工藝制定中的套用，為技術人員設計較合理的鑄件結構和確定合理的工藝方案提供了有效的依據。
2.快速樣件製造技術在壓型及熔模製造中的套用，使壓型和熔模製造周期大大縮短。
3.DSPC法直接製造型殼，省去了傳統制殼一層一層塗掛型殼的漫長周期。
4.利用計算機控制雷射製作陶瓷型芯，可以生產出複雜的陶瓷型芯。
5.計算機技術的不斷發展和普及，並行工程和集成技術在精鑄業中的套用將會逐漸廣泛，將成為精鑄業未來的發展趨勢。
熔模鑄造優點
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）,當然由於熔模鑄造的工藝過程複雜，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（採用中、高溫蠟料的鑄件尺寸一致性要提高很多）。
壓制熔模時，採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粘結劑和耐火材料配製成的耐火塗料塗掛在熔模上而製成，與熔融金屬直接接觸的型腔內表面光潔度高。所以，熔模鑄件的表面光潔度比一般鑄造件的高，一般可達Ra.1.6~3.2μm。
熔模鑄造最大的優點就是由於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餘量即可，甚至某些鑄件只留打磨、拋光餘量，不必機械加工即可使用。由此可見，採用熔模鑄造方法可大量節省工具機設備和加工工時，大幅度節約金屬原材料。
熔模鑄造方法的另一優點是，它可以鑄造各種合金的複雜的鑄件，特別可以鑄造高溫合金鑄件。如噴氣式發動機的葉片，其流線型外廓與冷卻用內腔，用機械加工工藝幾乎無法形成。用熔模鑄造工藝生產不僅可以做到批量生產，保證了鑄件的一致性，而且避免了機械加工後殘留刀紋的應力集中。
工藝原理
熔模精密鑄造是指用易熔材料製成可熔性模型，在其上塗覆若干層特製的耐火塗料，經過乾燥和硬化形成一個整體型殼後，再用蒸汽或熱水從型殼中熔掉模型，然後把型殼置於砂箱中，在其四周填充乾砂造型，最後將鑄型放入焙燒爐中經過高溫焙燒，鑄型或型殼經焙燒後，於其中澆注熔融金屬而得到鑄件。
工藝的套用
熔模精密鑄造獲得的產品精密、複雜，接近於零件最後形狀，可不加工或很少加工就直接使用，是一種近淨形成形的先進工藝，是鑄造行業中一項優異的工藝技術，其套用非常廣泛。它不僅適用於各種類型、各種合金的鑄造，而且生產出的鑄件尺寸精度、表面質量比其他鑄造方法要高，甚至其他鑄造方法難於鑄得的複雜、耐高溫、不易於加工的鑄件，均可採用熔模精密鑄造鑄得。
工藝發展前景
目前世界的熔模精密鑄造成形工藝發展迅速、套用廣泛，從目前的態勢看，未來該工藝將來的發展趨勢是鑄件產品越來越接近零部件產品，傳統的精鑄件只作為毛坯，已經不適應市場的快速應變。零部件產品的複雜程度和質量檔次越來越高，研發手段越來越強，專業化協作開始顯現，CAD、CAM、CAE的套用成為零部件產品開發的主要技術。
從目前的發展情況分析，熔模精密鑄造技術的套用面非常廣泛，未來其發展前景想當廣闊。
