關于精密（失蠟）鑄造工藝的研究

劉旭，向東湖，陳學勇

關于精密（失蠟）鑄造工藝的研究

Study on the Casting Technique of Precision Casting(Lost Wax Casting)

劉旭，向東湖，陳學勇

中材裝備集團熱工分公司的第四代冷卻機用凹、凸密封件，對表面光潔度、裝配尺寸以及直線度的要求很高，采用傳統的砂型鑄造法鑄造成型，達不到產品設計要求。在《水泥技術》雜志2013年第5期《關于V法鑄造工藝的研究》一文中，介紹了V法鑄造工藝制作凹凸密封的研究，而本文主要介紹了另外一種制作凹凸密封的鑄造工藝——精密（失蠟）鑄造。

所謂精密（失蠟）鑄造，簡單地說就是用易熔材料（蠟料）制成可熔性的模型（簡稱熔模），在其上涂覆若干層特制的耐火涂料，經過干燥和硬化形成一個整體型殼后，再用蒸汽或熱水從型殼中熔掉模型，然后把型殼置于砂箱中，在其四周填充干砂造型，最后將鑄型放入焙燒爐中高溫焙燒（如采用高強度型殼時，可不必造型而將脫模后的型殼直接焙燒），鑄型或型殼經焙燒后，澆注入熔融金屬而得到鑄件[1]。

精密（失蠟）鑄造，具有以下優點[1]：

（1）尺寸精度高，光潔度好——尺寸精度最高可達到名義尺寸的5‰，粗糙度水平為Ra0.8～3.2μm，從而大大減輕了后續機械加工的工作負擔，在近凈形甚至凈形情況下，機械加工幾乎全部被取消。

（2）能鑄造外形復雜的鑄件。

（3）能鑄異形復雜小孔及薄壁件鑄件。

（4）可用以鑄造的合金不受限制——適合于大部分鑄造合金，包括各種鑄鐵、碳素鋼、低合金鋼、工具鋼、不銹鋼、耐熱鋼、鎳合金、鈷合金、鈦合金、青銅、黃銅、鋁合金等。并且其總體加工效果比較穩定，尤其適合難于鍛造、焊接、機械加工的材料。

目前，中材裝備集團冷卻機設備的凹凸密封件采用該鑄造工藝制作。

1 精密（失蠟）鑄造工藝流程[1]

（1）設計澆注工藝；

（2）制作模具；

（3）向模具內注蠟，再把蠟件取出，蠟件的形狀即澆注后鑄件的樣子；

（4）修理蠟件；

（5）將蠟件組到澆注系統上；

（6）制殼——首先將組好的蠟件放到漿料桶中，沾上漿料，然后取出，把蠟件放到砂子中，這樣蠟件表面就會沾上一層砂子，晾干，待這一層干燥后，繼續這樣的程序，一般五至六層即可，最后一層只沾漿料，不沾砂子；

（7）脫蠟——在制殼時，蠟件表面不是完全被砂子包住，而是在水口頂露出一部分，這時將蠟件放到設備中，加熱，使蠟熔化，流出；

（8）澆注——澆注時需要把殼預熱一下；

（9）振殼、清理。

圖1為精密（失蠟）鑄造工藝流程簡圖。

圖1 精密（失蠟）鑄造工藝流程簡圖

2 精密（失蠟）鑄造工藝的操作流程

精密（失蠟）的工藝如上所述，下面以本公司第四代冷卻機凹、凸密封件的制作流程為例來詳細解析該鑄造的操作流程。

2.1 制作鋼模模具

鋼模模具的制作是保證工件尺寸精度、外觀質量的根本所在，鋼模制作的好壞，直接影響到蠟模制作的質量，故在制作采購鋼模時，一定要選擇質量優良的模具廠家，見圖2。

圖2 凹凸密封用的鋼模模具

2.2 鋼模內注蠟，制作工件蠟模

使用熔蠟設備將蠟融化，使用注射槍將熔融狀態的蠟從鋼模中間的小孔向其內部注蠟，蠟充滿鋼模內腔后，會從兩端的小冒口冒出，此時，型腔內充滿了蠟，工件蠟模形成，見圖3。

圖3 熔蠟平臺及注蠟工藝孔

工藝參數：室溫20～24℃，壓射蠟溫50～55℃，壓射壓力0.2～0.5MPa，保壓時間10～20s，冷卻水溫度12～18℃。

2.3 冷卻鋼模，將工件蠟模取出，并對其進行修邊、防變形

當蠟充滿整個型腔內壁后，為了加速開啟鋼模速率，在注完蠟后，將鋼模放入水中快速冷卻，冷卻完畢后將蠟模取出。取出蠟模后，將其放置在修整平臺上進行修邊，使其邊角平整光滑。

同時，蠟模在修整后一定要放置在平整的玻璃面上，并對凸密封蠟模進行壓平，對凹密封蠟模在凹槽內放置一硬桿進行固定，防止蠟模在冷卻過程中變形，見圖4。

圖4 蠟模修整及防變形

2.4 蠟模組裝澆注系統

制作完工件蠟模后，制作澆注系統的蠟模，并在組裝臺上對澆注蠟模進行加熱，再將其融合在工件蠟模上，形成一組蠟模；組模完畢后使用三氯乙烷和酒精對其進行清洗，并晾干。

2.5 制殼

當蠟模組裝完畢后，開始進行制殼，首先涂覆面層涂料，最關鍵的一步是在蠟膜表面上接觸的第一層面層涂料，它是與鋼液直接接觸的，所以第一層面層涂料的好壞，直接影響工件的外觀質量以及尺寸精度。

第一層面層涂料有水玻璃溶劑和鋯英粉（240目）。將蠟模放置在水玻璃溶劑中潤濕，接著將潤濕的蠟模放入240目的鋯英粉中，將鋯英粉粘接在蠟膜上，再放入由氯化銨和氯化鋁組成的殼體硬化劑溶液中，浸泡25min后取出，用風扇將其晾干。

其中，鋯英粉用于配置面層涂料；水玻璃溶劑用于蠟模表面潤濕，保證鋯英粉與蠟模能涂掛上。水玻璃溶劑中水玻璃和水的配比是1：3，見圖5。

圖5 第一層面層涂料所用的240目鋯英粉及水玻璃溶劑

第二層面層涂料使用80～120目的鋯英粉，其水玻璃溶劑的水玻璃含量比第一層的高出10%左右，其余步驟同上。

第三層、第四層面層涂料使用40～60目的鋯英粉，其水玻璃溶劑的水玻璃含量比第二層的又高出10%左右，其余步驟同上（即所用鋯英粉越粗，所需水玻璃溶劑的濃度越高，易于粘接）。

在完成面層涂料的四次涂覆后，開始進行背層涂料的涂覆，背層涂料的主要功能在于加強殼體強度。背層涂料主要由濃度更高的水玻璃溶劑和煤矸石粉砂（16～30目）組成。其中水玻璃溶劑的水玻璃含量比面層涂料的第四層又高出10%左右。

第一層背層涂料涂覆完畢后，取出晾干，再放入由氯化銨和氯化鋁組成的殼體硬化劑溶液中，浸泡25min后取出，晾干，用細鐵絲將型殼進行捆繞固定，加強殼體的強度。

重復進行第二、三、四次的背層涂料涂覆，硬化、晾干，所用煤矸石粉砂和水玻璃溶劑均與第一層背層涂料相同，即將第一層背層涂料的工序再重復3次，鎳鐵絲只需在第一次背層涂料完成后捆綁一次即可，見圖6。

圖6 第一層背層涂料所用煤矸石粉及硬化處理

2.6 脫蠟、型殼焙燒

將殼體放入脫蠟設備中，將蠟脫出，并自然放置一天的時間。將脫完蠟的殼體放入爐中進行焙燒，將殼體烘干并且燒結，焙燒溫度為860℃，保溫1.5h，即可。

2.7 澆注、清理

在冶煉時，按照配方進行合金冶煉，在鋼液澆注前，對型殼進行加熱，減少型腔和鋼液的溫度差，避免薄壁件急冷而引起的熱裂，同時延長排氣時間，更有利于鑄件內部質量，見圖7。

圖7 精密（失蠟）鑄造制作的凹凸密封

3 結語

經過實踐證明，采用精密（失蠟）鑄造工藝制作凹凸密封件，可確保產品的高、精質量，且外觀較好。同時，該鑄造工藝也應用在冷卻機最新式的活頁式篦板葉片的制作上，效果同樣較好。

[1]中國機械工程學會鑄造分會.特種鑄造[M]//鑄造手冊（第二版）：第6卷.北京:機械工業出版社，2006.■

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1001-6171（2017）05-0044-03

2017-03-29； 編輯：趙 蓮