姚忠　周旭

摘 要 熔模鑄造的型殼是用耐火材料、粘接劑、溶劑等經(jīng)過浸涂料、撒砂、干燥、硬化、脫蠟、焙燒等工序制造而成。型殼的制作是熔模鑄造的關(guān)鍵工序之一。為了降低精密鑄造的成本，采用電熔剛玉替代鋯英制造熔模鑄造型殼面層，精鑄出來(lái)的鑄件表面粗糙度能滿足鑄件的要求；產(chǎn)品質(zhì)量可靠，能滿足生產(chǎn)要求。

關(guān)鍵詞 熔模鑄造 電熔剛玉 型殼面層

中圖分類號(hào)：TQ163 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.10.025

Application Research on the Modeling of the Surface Layer of Fused Corundum

YAO Zhong， ZHOU Xu

（School of Mechanical Engineering， Hubei University of Automotive Engineering， Shiyan， Hubei 442002）

Abstract Shell mold casting with refractory material， adhesive and solvent by dipping coating， sanding， drying， hardening， dewaxing and roasting processes made. The making of mould shell is one of the key processes in investment casting. In order to reduce the cost of precision casting， using fused corundum instead of zircon manufacturing investment casting shell mold， casting surface roughness of casting out can meet the requirement of the casting； the product quality is reliable， can meet the production requirements.

Keywords investment casting； fused corundum； shell surface layer

0 引言

鑄造涂料是用來(lái)改善鑄型表面的耐火溫度、化學(xué)穩(wěn)定性、抗金屬?zèng)_刷性、抗粘砂性等性能的一種覆蓋物，鑄造涂料與鑄件表面質(zhì)量密切相關(guān)。①型殼的制作是熔模鑄造的關(guān)鍵工序之一。②型殼中耐火材料約為其重量的90%，型殼材料的成本為精密鑄造生產(chǎn)成本的近30%，其中耐火材料的成本為型殼材料成本的80%。所以，在熔模鑄件生產(chǎn)時(shí)，耐火材料不但極大地影響型殼性能，而且選擇合適的耐火材料將影響熔模鑄造的成本。型殼耐火材料的合理選用對(duì)鑄件的成本、質(zhì)量和生產(chǎn)效率有很大的影響。③

鋯英材料廣泛應(yīng)用為精鑄行業(yè)的防粘砂涂料中的填料。多年來(lái)鋯英材料依賴進(jìn)口，近年來(lái)鋯英材料的需求量不斷增大，從而導(dǎo)致了鋯英材料價(jià)格的不斷上升。價(jià)格的上漲對(duì)精鑄行業(yè)的生產(chǎn)成本影響很大。④電熔剛玉的主要成分是-Al2O3，耐火溫度雖然低于鋯英粉，但電熔剛玉具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，高溫條件下不會(huì)發(fā)生相變，不會(huì)與氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而且在電熔剛玉中加入少量的附加物，能改善其固相燒結(jié)能力，涂層的致密性得到提高。有較好的抗粘砂性能，還具有資源廣泛、價(jià)格低廉的特點(diǎn)。⑤⑥為了解決精鑄行業(yè)鋯英材料短缺成本上升等問題，采用電熔剛玉制造熔模鑄造的型殼面層。

1 精密熔模鑄造簡(jiǎn)介

鑄造業(yè)是機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)，是國(guó)家生產(chǎn)力的代表；失蠟法鑄造又稱精密熔模鑄造，隨著社會(huì)生產(chǎn)為發(fā)展，零部件結(jié)構(gòu)朝著整體化、精密化、復(fù)雜化、輕量化的方向發(fā)展，我國(guó)精密鑄件的要求越來(lái)越高；由于精密熔模鑄造生產(chǎn)出的鑄件尺寸精度、表面質(zhì)量與其它鑄造方法相比要好，而且適用的合金類型、種類很廣，精密熔模鑄造的應(yīng)用越來(lái)越廣。

熔模鑄造的基本工藝就是：先將蠟等易熔材料制成模型；按照一定的比例，將耐火材料和粘結(jié)劑等在容器中均勻混合，經(jīng)過攪拌、去沫等工序后，將耐火材料和相應(yīng)的粘結(jié)劑配制成為適宜粘度的料漿，將表面清洗干凈、尺寸精確的蠟?zāi)７旁诹蠞{里浸蘸，然后取出撒砂、干燥；這樣重復(fù)幾次，且每一次撒砂的粒度及料漿的粘度都要變動(dòng)；最外一層只掛漿，不準(zhǔn)撒砂；在蠟?zāi)１砻嫱可隙鄬幽突鸩牧隙鄬?，這些耐火材料在蠟?zāi)１砻娓稍?，待其徹底硬化充分干燥后，就?huì)形成一個(gè)達(dá)到強(qiáng)度要求的整體型殼，再用蒸汽或熱水將蠟等易熔材料從型殼中熔掉，從而制成型殼，在型殼中形成腔體，然后把整體殼型放在砂箱中，在其周圍填充干砂，把型殼放置在燒爐中，經(jīng)過高溫焙燒，將型殼預(yù)熱到一定溫度，型殼經(jīng)培燒后，使型殼達(dá)到一定的強(qiáng)度并保證透氣性，減小型殼的熱膨脹系數(shù)，最后在真空設(shè)備中將熔融的合金澆入型殼的腔體中，待金屬在腔體內(nèi)冷卻后凝固，經(jīng)過型殼外面耐火材料敲碎、清砂等表面處理后，生產(chǎn)出金屬鑄件。

由于熔模鑄造制造出來(lái)的鑄件有較好的形位公差、表面粗糙度、尺寸公差、表面光滑和尺寸精度，是一項(xiàng)近凈形成形工藝，也被稱為熔模精密鑄造；精密鑄造不僅適用于各類合金鑄造，而且適用于鑄造耐高溫、形狀復(fù)雜的鑄件。

熔模鑄造的產(chǎn)品特點(diǎn)：（1）熔模鑄件的尺寸精確，幾何精度高，表面粗糙度小，表面光滑，保證了鑄件的一致性，產(chǎn)品質(zhì)量高。在很多情況下，熔模鑄造得到的鑄件可以免去機(jī)械加工過程，或加工余量也很小。（2）失蠟法熔模鑄造工藝適用范圍廣泛，適用于包括鑄鐵、碳素鋼、工具鋼、呂合金、鐵合金等在內(nèi)的幾乎所有的鑄造合金，尤其是適用于難于鍛造、焊接、機(jī)械加工的材料。能減少加工余量，節(jié)約原料成本，提高利用率，生產(chǎn)效率高。（3）由于失蠟法熔模工藝成型好，零部件的重量明顯減小，加工成本降低，大批量、小批量生產(chǎn)都非常合適。適合于造型困難、形狀復(fù)雜、尺寸精度較高的復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)。特別是可以鑄造耐高溫的合金鑄件，產(chǎn)品層次提高，采用熔模精密鑄造節(jié)省機(jī)械加工設(shè)備和人力，加工余量小，能很大程度地節(jié)約原材料。

2 電熔剛玉型殼面層

制殼是熔模精密鑄造過程中最為核心的內(nèi)容，制殼的工藝影響鑄件的表面質(zhì)量。

熔模鑄件質(zhì)量的好壞與型殼的質(zhì)量密切相關(guān)，且型殼面層不僅與鑄件表層直接接觸，用電熔剛玉作熔模鑄造涂料，上涂料前的蠟?zāi)?yīng)清理干凈，而且蠟?zāi)１砻嬉芎玫赜不?；涂料使用前?yīng)攪拌均勻，并稀釋到適宜的濃度；工作場(chǎng)地應(yīng)清潔，以免污染涂料；在整體蠟?zāi)Ｉ线M(jìn)行浸涂料和手工涂刷時(shí)，蠟?zāi)Ｍ繏煨粤己萌鐖D1。

電熔剛玉批量用于熔模鑄造制型殼面層如圖2，生產(chǎn)穩(wěn)定，工藝成熟；性能優(yōu)良，尤其適用于各種形狀復(fù)雜的零件，澆注所得的鑄件機(jī)械性能較好；電熔剛玉作為熔模鑄造型殼面層耐火材料，主要應(yīng)用于高溫合金、鎂合金等鑄件的面層制殼材料，已施涂完畢涂料的蠟?zāi)１仨毘浞指稍?；涂料施涂的蠟?zāi)８珊笥型繉硬涣嫉男栌弥付ǖ耐苛涎a(bǔ)刷。

3 精鑄質(zhì)量

型殼表面層與高溫液態(tài)金屬直接接觸，當(dāng)金屬液澆入型殼后，短時(shí)間內(nèi)型殼內(nèi)層的溫度急劇上升到1300℃以上。因此要想得到表面光潔、輪廊清晰的鑄件，型殼內(nèi)表層不僅必須光潔、致密和輪廊清晰，而且還應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，避免澆注后鑄件產(chǎn)生粘砂麻坑等缺陷。電熔剛玉用于熔模鑄造制型殼面層達(dá)到了這些要求。

電熔剛玉造型的鑄件表面質(zhì)量較高如圖3所示。生產(chǎn)的部分表面質(zhì)量較高鑄件如圖4所示。鑄件的表面光滑、無(wú)裂紋、縮松等鑄造缺陷，電熔剛玉復(fù)合涂料能滿足型殼對(duì)涂料的工藝要求。電熔剛玉由于自身結(jié)構(gòu)致密、強(qiáng)度和硬度較高， 而且型殼在焙燒及冷卻的過程中沒有相變， 型殼強(qiáng)度很高。

鑄件表面粗糙度可達(dá)Ra3.2～Ra6.3如圖5所示。 符合產(chǎn)品質(zhì)量要求。從而大大減輕了后續(xù)機(jī)械加工的工作負(fù)擔(dān)。很多情況下，熔模鑄件不經(jīng)過機(jī)加工而直接使用。由于電熔剛玉化學(xué)穩(wěn)定性較好，抗酸堿的能力強(qiáng)，在各種金屬液中不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和變化，可以徹底避免產(chǎn)生黑色麻點(diǎn)、斑疤缺陷，在形狀比較復(fù)雜， 要求較高的鑄件表面形貌時(shí)，采用一般的鋯英材料制造型殼都使清理工作產(chǎn)生極大的困難，從而突出了采用電熔剛玉的優(yōu)越性。

采用電熔剛玉制造熔模鑄造型殼面層，制得的鑄件尺寸波動(dòng)范圍較小，鑄件表面光亮，尺寸精度較高，鑄件尺寸精度完全能滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求；可以大大減輕機(jī)加工的負(fù)擔(dān)，有時(shí)甚至可以全部取消后續(xù)的機(jī)加工工序。

電熔剛玉制造熔模鑄造型殼面層工藝的優(yōu)點(diǎn)在于其鑄件表面質(zhì)量高，型砂能再生利用，尺寸穩(wěn)定。不但能滿足質(zhì)量要求，同時(shí)也降低了鑄造成本。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用電熔剛玉替代鋯英砂，通過在整個(gè)蠟?zāi)Ｉ线M(jìn)行浸涂料和手工涂刷，涂層覆蓋很均勻，經(jīng)過烘烤后涂層表面強(qiáng)度很好，涂料層燒結(jié)脫殼，自然脫落，內(nèi)腔無(wú)雜質(zhì)和氣孔等現(xiàn)象，鋼水澆注冷卻后，能生產(chǎn)表面形狀復(fù)雜、尺寸精度和表面粗糙度要求較高的精鑄件。結(jié)果表明：用電熔剛玉復(fù)合涂料代替鋯英粉涂料，防粘效果較好，能滿足生產(chǎn)要求。鑄件質(zhì)量高，且成本低。

基金項(xiàng)目：湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2013CFB045）

注釋

① 杜劍平，胡建，安璐，李田田，雍小晉，洪志興.電熔剛玉復(fù)合涂料在轉(zhuǎn)K6 型搖枕﹑側(cè)架鑄鋼件上的應(yīng)用[J].現(xiàn)代機(jī)械，2014（5）：79-81.

② 陳合芝.熔模鑄造硅溶膠型殼的研究進(jìn)展[J].金屬加工（熱加工），2016（11）：67-69.

③ 謝帆，王強(qiáng).熔模鑄造型殼耐火材料及其選擇[J].金屬鑄鍛焊技術(shù)，2012.41（21）：58-89，63.

④ 程俊華.電熔鋯剛玉結(jié)合鋯英石搗打料抗蝕性能的研究[D].南京：南京工業(yè)大學(xué)，2002.

⑤ 閆炳江.電熔剛玉替代鋯英砂做型殼面層的研究[J].特種鑄造及有色合金，2013.33（2）：157-158.

⑥ 劉蕾.寶珠砂在熔模鑄造面層材料中的應(yīng)用研究[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)大學(xué)，2015.