关于精密（失蜡）铸造工艺的研究

刘旭，向东湖，陈学勇

关于精密（失蜡）铸造工艺的研究

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

刘旭，向东湖，陈学勇

中材装备集团热工分公司的第四代冷却机用凹、凸密封件，对表面光洁度、装配尺寸以及直线度的要求很高，采用传统的砂型铸造法铸造成型，达不到产品设计要求。在《水泥技术》杂志2013年第5期《关于V法铸造工艺的研究》一文中，介绍了V法铸造工艺制作凹凸密封的研究，而本文主要介绍了另外一种制作凹凸密封的铸造工艺——精密（失蜡）铸造。

所谓精密（失蜡）铸造，简单地说就是用易熔材料（蜡料）制成可熔性的模型（简称熔模），在其上涂覆若干层特制的耐火涂料，经过干燥和硬化形成一个整体型壳后，再用蒸汽或热水从型壳中熔掉模型，然后把型壳置于砂箱中，在其四周填充干砂造型，最后将铸型放入焙烧炉中高温焙烧（如采用高强度型壳时，可不必造型而将脱模后的型壳直接焙烧），铸型或型壳经焙烧后，浇注入熔融金属而得到铸件[1]。

精密（失蜡）铸造，具有以下优点[1]：

（1）尺寸精度高，光洁度好——尺寸精度最高可达到名义尺寸的5‰，粗糙度水平为Ra0.8～3.2μm，从而大大减轻了后续机械加工的工作负担，在近净形甚至净形情况下，机械加工几乎全部被取消。

（2）能铸造外形复杂的铸件。

（3）能铸异形复杂小孔及薄壁件铸件。

（4）可用以铸造的合金不受限制——适合于大部分铸造合金，包括各种铸铁、碳素钢、低合金钢、工具钢、不锈钢、耐热钢、镍合金、钴合金、钛合金、青铜、黄铜、铝合金等。并且其总体加工效果比较稳定，尤其适合难于锻造、焊接、机械加工的材料。

目前，中材装备集团冷却机设备的凹凸密封件采用该铸造工艺制作。

1 精密（失蜡）铸造工艺流程[1]

（1）设计浇注工艺；

（2）制作模具；

（3）向模具内注蜡，再把蜡件取出，蜡件的形状即浇注后铸件的样子；

（4）修理蜡件；

（5）将蜡件组到浇注系统上；

（6）制壳——首先将组好的蜡件放到浆料桶中，沾上浆料，然后取出，把蜡件放到砂子中，这样蜡件表面就会沾上一层砂子，晾干，待这一层干燥后，继续这样的程序，一般五至六层即可，最后一层只沾浆料，不沾砂子；

（7）脱蜡——在制壳时，蜡件表面不是完全被砂子包住，而是在水口顶露出一部分，这时将蜡件放到设备中，加热，使蜡熔化，流出；

（8）浇注——浇注时需要把壳预热一下；

（9）振壳、清理。

图1为精密（失蜡）铸造工艺流程简图。

图1 精密（失蜡）铸造工艺流程简图

2 精密（失蜡）铸造工艺的操作流程

精密（失蜡）的工艺如上所述，下面以本公司第四代冷却机凹、凸密封件的制作流程为例来详细解析该铸造的操作流程。

2.1 制作钢模模具

钢模模具的制作是保证工件尺寸精度、外观质量的根本所在，钢模制作的好坏，直接影响到蜡模制作的质量，故在制作采购钢模时，一定要选择质量优良的模具厂家，见图2。

图2 凹凸密封用的钢模模具

2.2 钢模内注蜡，制作工件蜡模

使用熔蜡设备将蜡融化，使用注射枪将熔融状态的蜡从钢模中间的小孔向其内部注蜡，蜡充满钢模内腔后，会从两端的小冒口冒出，此时，型腔内充满了蜡，工件蜡模形成，见图3。

图3 熔蜡平台及注蜡工艺孔

工艺参数：室温20～24℃，压射蜡温50～55℃，压射压力0.2～0.5MPa，保压时间10～20s，冷却水温度12～18℃。

2.3 冷却钢模，将工件蜡模取出，并对其进行修边、防变形

当蜡充满整个型腔内壁后，为了加速开启钢模速率，在注完蜡后，将钢模放入水中快速冷却，冷却完毕后将蜡模取出。取出蜡模后，将其放置在修整平台上进行修边，使其边角平整光滑。

同时，蜡模在修整后一定要放置在平整的玻璃面上，并对凸密封蜡模进行压平，对凹密封蜡模在凹槽内放置一硬杆进行固定，防止蜡模在冷却过程中变形，见图4。

图4 蜡模修整及防变形

2.4 蜡模组装浇注系统

制作完工件蜡模后，制作浇注系统的蜡模，并在组装台上对浇注蜡模进行加热，再将其融合在工件蜡模上，形成一组蜡模；组模完毕后使用三氯乙烷和酒精对其进行清洗，并晾干。

2.5 制壳

当蜡模组装完毕后，开始进行制壳，首先涂覆面层涂料，最关键的一步是在蜡膜表面上接触的第一层面层涂料，它是与钢液直接接触的，所以第一层面层涂料的好坏，直接影响工件的外观质量以及尺寸精度。

第一层面层涂料有水玻璃溶剂和锆英粉（240目）。将蜡模放置在水玻璃溶剂中润湿，接着将润湿的蜡模放入240目的锆英粉中，将锆英粉粘接在蜡膜上，再放入由氯化铵和氯化铝组成的壳体硬化剂溶液中，浸泡25min后取出，用风扇将其晾干。

其中，锆英粉用于配置面层涂料；水玻璃溶剂用于蜡模表面润湿，保证锆英粉与蜡模能涂挂上。水玻璃溶剂中水玻璃和水的配比是1：3，见图5。

图5 第一层面层涂料所用的240目锆英粉及水玻璃溶剂

第二层面层涂料使用80～120目的锆英粉，其水玻璃溶剂的水玻璃含量比第一层的高出10%左右，其余步骤同上。

第三层、第四层面层涂料使用40～60目的锆英粉，其水玻璃溶剂的水玻璃含量比第二层的又高出10%左右，其余步骤同上（即所用锆英粉越粗，所需水玻璃溶剂的浓度越高，易于粘接）。

在完成面层涂料的四次涂覆后，开始进行背层涂料的涂覆，背层涂料的主要功能在于加强壳体强度。背层涂料主要由浓度更高的水玻璃溶剂和煤矸石粉砂（16～30目）组成。其中水玻璃溶剂的水玻璃含量比面层涂料的第四层又高出10%左右。

第一层背层涂料涂覆完毕后，取出晾干，再放入由氯化铵和氯化铝组成的壳体硬化剂溶液中，浸泡25min后取出，晾干，用细铁丝将型壳进行捆绕固定，加强壳体的强度。

重复进行第二、三、四次的背层涂料涂覆，硬化、晾干，所用煤矸石粉砂和水玻璃溶剂均与第一层背层涂料相同，即将第一层背层涂料的工序再重复3次，镍铁丝只需在第一次背层涂料完成后捆绑一次即可，见图6。

图6 第一层背层涂料所用煤矸石粉及硬化处理

2.6 脱蜡、型壳焙烧

将壳体放入脱蜡设备中，将蜡脱出，并自然放置一天的时间。将脱完蜡的壳体放入炉中进行焙烧，将壳体烘干并且烧结，焙烧温度为860℃，保温1.5h，即可。

2.7 浇注、清理

在冶炼时，按照配方进行合金冶炼，在钢液浇注前，对型壳进行加热，减少型腔和钢液的温度差，避免薄壁件急冷而引起的热裂，同时延长排气时间，更有利于铸件内部质量，见图7。

图7 精密（失蜡）铸造制作的凹凸密封

3 结语

经过实践证明，采用精密（失蜡）铸造工艺制作凹凸密封件，可确保产品的高、精质量，且外观较好。同时，该铸造工艺也应用在冷却机最新式的活页式篦板叶片的制作上，效果同样较好。

[1]中国机械工程学会铸造分会.特种铸造[M]//铸造手册（第二版）：第6卷.北京:机械工业出版社，2006.■

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2017-03-29； 编辑：赵 莲