胡增榮

（南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215137）

如何快速經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)形狀復(fù)雜的單件或批量很小的產(chǎn)品，尤其是當(dāng)零件材料為難加工材料的，是當(dāng)前很多單位關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。比如在設(shè)備維修中一些復(fù)雜配件可能也需要快速的生產(chǎn)制造出來(lái)，還有在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)候，更是需要能夠快速，精確地制造出原型產(chǎn)品，再有就是各種難加工的合金或高溫合金零件，難以應(yīng)用普通的機(jī)加工方法制造。相應(yīng)地各種快速成型技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，其中熔模鑄造是快速成型精度較高實(shí)體零件的一種重要方法。

1 熔模鑄造

熔模精密鑄造又稱(chēng)失蠟法鑄造，是一種少切削或無(wú)切削的零件制造工藝，是鑄造行業(yè)中的一項(xiàng)優(yōu)異的工藝技術(shù)，其應(yīng)用非常廣泛。它不僅適用于各種類(lèi)型、各種合金的鑄造，而且生產(chǎn)出的鑄件尺寸精度、表面質(zhì)量比其它鑄造方法要高，甚至其它鑄造方法難于實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜、耐高溫、不易于加工的鑄件，均可采用熔模精密鑄造鑄得。

現(xiàn)代熔模精密鑄造是在古代蠟?zāi)ｈT造的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。 熔模鑄造工藝，簡(jiǎn)單說(shuō)就是用易熔材料（例如蠟料或塑料）制成可熔性模型（簡(jiǎn)稱(chēng)熔模或模型），在其上涂覆若干層特制的耐火涂料，經(jīng)過(guò)干燥和硬化形成一個(gè)整體型殼后，再用蒸汽或熱水或加熱的方法從型殼中熔掉模型，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經(jīng)過(guò)高溫焙燒（如采用高強(qiáng)度型殼時(shí)，可不必造型而將脫模后的型殼直接焙燒），鑄型或型殼經(jīng)焙燒后，于其中澆注熔融金屬而得到鑄件。

熔模鑄造最大的優(yōu)點(diǎn)就是由于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(jī)械加工工作，只是在零件上要求較高的部位留少許加工余量即可，甚至某些鑄件只留打磨、拋光余量，不必機(jī)械加工即可使用。由此可見(jiàn)，采用熔模鑄造方法可大量節(jié)省機(jī)床設(shè)備和加工工時(shí)，大幅度節(jié)約金屬原材料。

熔模鑄造方法的另一優(yōu)點(diǎn)是，它可以鑄造各種合金的復(fù)雜的鑄件，特別可以鑄造高溫合金鑄件。如噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片，其流線型外廓與冷卻用內(nèi)腔，用機(jī)械加工工藝幾乎無(wú)法形成。用熔模鑄造工藝生產(chǎn)不僅可以做到批量生產(chǎn)，保證了鑄件的一致性，而且避免了機(jī)械加工后殘留刀紋的應(yīng)力集中。

2 可切削石蠟

所謂的可切削石蠟就是具有良好的硬度，優(yōu)秀的抗拉性和韌性，可滿(mǎn)足各種機(jī)床的切削要求的石蠟材料。該材料國(guó)內(nèi)外均有生產(chǎn)，目前主要用于數(shù)控加工的首件試切，驗(yàn)證加工程序；CNC教學(xué)實(shí)訓(xùn)，以及新產(chǎn)品原型制作等。

3 可切削石蠟應(yīng)用于熔模鑄造

將可切削石蠟用于熔模精密鑄造可以快速制作出具有實(shí)際功能的原型零件，在設(shè)備維修和新產(chǎn)品試制中有著廣泛的應(yīng)用。其思路是使用可切削石蠟在在數(shù)控機(jī)床上直接加工出熔模，對(duì)加工出的熔模進(jìn)行處理后用于熔模制作中。相較于傳統(tǒng)的使用壓型制作熔模的方法，用切削加工就可以省去熔模壓型模具的制造，對(duì)于單件或小批零件能節(jié)約成本，增加工藝靈活性和反應(yīng)速度，有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

4 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

為了驗(yàn)證這一思路的效果，我們與一熔模鑄造廠聯(lián)合進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)材料用的是青島同泰蠟業(yè)有限公司生產(chǎn)的可切削石蠟，其物理特性為：比重為 0.9 g/cm3～1.98 g/cm3邵氏硬度（Shore D）為40-50軟化點(diǎn)溫度為140℃。采用萬(wàn)能加工中心機(jī)床在整塊蠟的坯料上加工出零件的完整外形，然后再將零件從坯料上切下來(lái)，然后對(duì)蠟?zāi)＿M(jìn)行表面處理，先后經(jīng)過(guò)制殼，燒芯，用砂圍芯，澆鑄，去殼去毛刺，清理噴丸最后得到成品零件如圖1所示。所得零件表面光潔，尺寸符合預(yù)設(shè)要求，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單打磨便可以直接使用。

蠟?zāi)Ｔ跈C(jī)械加工中發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：首先由于石蠟材料硬度較低，使得對(duì)工件夾持幾乎無(wú)可避免的造成材料表明損傷，這樣就要求零件最好一次裝夾完成全部或絕大部分加工工作，并且?jiàn)A持的部位不能位于零件上，如圖1實(shí)驗(yàn)零件就是夾持方形石蠟底部，一次裝夾加工完上面的形狀，然后用小的立銑刀將其切割下來(lái)，再修整得到的。這樣既增加加工難度，也浪費(fèi)材料。再有就是，由于石蠟材料強(qiáng)度的限制，被加工零件上不能有大的懸伸結(jié)構(gòu)，也不能有復(fù)雜的腔體，另外由于受排屑的影響，被加工零件上也不宜有深溝、窄的不通槽，否則由于切屑磨損并粘結(jié)到被加工表面，會(huì)使被加工表明質(zhì)量明顯惡化。蠟?zāi)C(jī)加工的過(guò)程中還要控制溫升，當(dāng)溫度高的時(shí)候蠟會(huì)變軟，加工后的制件不容易保持精度。所以在選擇使用機(jī)加工的方法制作蠟?zāi)r(shí)，首先要盡量選擇硬度、強(qiáng)度較高，軟化點(diǎn)溫度較高的可切削石蠟材料，同時(shí)要考察被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，看其是否適合用石蠟進(jìn)行機(jī)加工得到，如上面提到的很多結(jié)構(gòu)形式并不適合使用石蠟切削加工。

圖1 試驗(yàn)零件

5 總 結(jié)

由于使用可切削石蠟?zāi)軌蚩焖偌庸こ鲈土慵?，并且石蠟材料成本較低，可以使用大切削量高速切削，對(duì)刀具幾乎無(wú)磨損，也不需要使用切削液，與傳統(tǒng)的熔模制造方法相比可以省去蠟?zāi)?，能夠快速的將設(shè)計(jì)意圖轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)物，也能夠制造難以加工的單件零件，如各種合金和高溫合金的復(fù)雜鑄件，有些零件地材料用普通機(jī)加工的方法很難加工，卻可以方便地使用機(jī)加工蠟?zāi)＿M(jìn)行熔?？焖勹T造。所以其主要用于結(jié)構(gòu)適合的，新零件試制、單件小批量生產(chǎn)，維修件制作，蠟?zāi)耗Ｖ圃烨暗牧慵?yàn)證等。

［1］胡增榮.快速模具制造技術(shù)在砂型鑄造模具上的應(yīng)用［J］.鑄造設(shè)備研究,2005（5）：29-32.

［2］姜不居.精密熔模鑄造［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.