精铸叶片熔模铸造工艺研究

陈雷

摘  要：为了保证精铸叶片有良好的制造质量，应认识到精铸叶片零部件型壳质量的重要性，并能结合精铸叶片运转环境特点以及精铸叶片制造工艺特点，制定科学的精铸叶片零部件熔模铸造方案。本文就精铸叶片零部件熔模铸造工艺制模、制壳过程进行了分析。

关键词：精铸叶片;铸造;熔模;工艺

在当前航空发动机、燃气轮机运转阶段中，精铸叶片是运转状态最为严苛的转动零部件，尤其是温度条件、所受应力大小以及综合环境条件方面的复杂度尤为明显。因此也就需要制造人员能重点做好精铸叶片的制造操作，保证精铸叶片的制造质量。

1 蜡模压制操作

由于精铸叶片运行工况较为严苛，因此也就需要精铸叶片制造工艺能具有良好的科学性以及规范性，严格控制好精铸叶片制造细节，让精铸叶片整体质量得以强化。

在进行精铸叶片制造的阶段中，蜡模是铸件结构、外形最为直观的体现，因此蜡模的质量也就会影响到精铸叶片零部件铸件的实际尺寸精度。因此也就需要对制模材料的质量进行更为严格的控制，不仅需要蜡模能有良好的表面光洁度，同时为了保证精铸叶片的成品质量，也就需要蜡模材料与面层涂料能有良好的润湿性，为精铸叶片型壳的制造创造良好基础，促进精铸叶片制造质量的提升。

从当前精铸叶片蜡模制造方面看，在进行模型制造的阶段中，对于尺寸要求不高或尺寸通过加工保证的叶片蜡模通常会选择50%的石蜡和50%的硬脂酸配制而成。这种蜡料的全熔温度为70℃～90℃。为加速蜡料凝固，减少蜡料收缩，制模时蜡料是45℃～48℃的糊状稠蜡，用0.2～0.4MPa压力压入制好的压型中成型。从压型中取出模型后完全放入14℃～24℃的水中冷却，以防止变形。最好室温保持在18℃～25℃间，使蜡模具有足够的强度，并保持准确的尺寸和形状。对于尺寸要求较高的叶片蜡模通常选用收缩率小、尺寸稳定的中温模型蜡，这种蜡料化蜡温度为110℃-120℃，使用前将其完全融化并充分搅拌8小时以上，在90℃-95℃靜置12小时以上，最后在55℃-65℃保温12小时后使用压蜡机压制蜡模。而目前在蜡模材料制备阶段中也存在多种不同制备方式，比如在进行蜡模材料制备的时候也可能直接蜡模材料处理为液体状态，这样在后续的制造中直接使用液体状态的模型材料进行浇注，这些不同的模型材料加工方式之间有一定的差异性，需要制备人员在操作中结合实际情况进行科学选择。

压制蜡基模料时，分型剂可为机油、松节油等，分型剂层越薄越好，使熔模能更好地复制压型的表面，提高熔模的表面光洁度。

2 制备型壳分析

2.1 撒砂分析

它是使浸渍涂料的蜡模组均匀地粘附一层耐火材料，以形成有一定厚度的型壳。小批量用手工撒砂，大批量在专门的撒砂设备上进行。目前，精铸叶片熔模铸造中所用的耐火材料主要为石英、刚玉以及莫来石、煤矸石等。

2.2 浸涂料分析

浸涂料是将蜡模组置于涂料中浸渍，使涂料均匀地覆盖在蜡模组表面。涂料是由耐火材料、粘结剂、添加剂等组成的浆状混合物，它使型腔获得光洁的面层。在精铸叶片熔模铸造中，用得最普遍的粘结剂是硅酸胶体溶液（简称硅酸溶胶），如硅酸乙酯水解液、水玻璃和硅溶胶等。其组成物质主要为硅酸（H2SiO3）和溶剂，有时也有稳定剂，如硅溶胶中的NaOH等。硅酸乙酯水解液是硅酸乙酯经水解后所得的硅酸溶胶，是熔模铸造中用得最早、最普遍的粘结剂。水玻璃壳型易变形、开裂，用它浇注的铸件尺寸精度和表面光洁度都较差。但在我国，当生产精度要求较低的碳素钢铸件和熔点较低的有色合金铸件时，水玻璃仍被广泛应用于生产。

2.3 硬化及干燥分析

为使耐火材料层结成坚固的型壳，撒砂后需进行硬化及干燥。硅溶胶型壳通常在温度18～25℃湿度40～70%环境下风干17小时以上。以水玻璃为凝结剂时，在空气中干燥一段时间后，将蜡模组浸在饱和浓度（25%）的NH4CL中1～3min，这样硅酸凝胶就将石英砂粘的很牢，而后在空气中干燥7～10min，形成1～2mm厚的薄壳。为使型壳具有一定的厚度与强度，上述的浸涂料、撒砂、硬化及干燥过程根据铸件尺寸大小需重复4～6次，最后形成5～12mm厚的耐火型壳。

3 脱蜡操作分析

脱蜡也是精铸叶片熔模铸造过程中不可缺少的必要流程，脱蜡环节的开展对于最终精铸叶片熔模铸造效果具有很大的影响，只有做好脱蜡工作，才能真正满足铸造的要求。由此可见，做好脱蜡工作极为重要，这就要求有关人员能够做好以下几点：首先，工作人员应该结合实际情况选择适合的脱蜡方法，比较常见的脱蜡方法有水浴脱模、常压蒸汽脱模等。其次，还要按照有关操作要求进行脱蜡。针对精铸叶片脱蜡而言，通常采用蒸汽脱蜡法，将带有型壳的模组放入160℃的高压蒸汽环境下迅速进行脱蜡，可以防止蜡料受热膨胀使型壳开裂。如型壳数量较少也可以采用简单的热水脱蜡方法，先将带型壳的蜡模组浸泡在90摄氏度的水中，从而将蜡料加以融化，最后经朝上的浇口上浮，使得蜡料得以脱离，而脱离的蜡料也能进行回收利用。

4 焙烧操作分析

除了以上工艺流程外，焙烧也是比较关键的工艺流程环节，通过进行焙烧，使得型壳的强度能够有所提升，能够更好的完成精铸叶片熔模铸造工作。为此，这就要求有关人员能够提高对于焙烧环节的重视程度，并且严格要求自己，加强这方面知识的了解，同时能够结合自身经验合理的进行焙烧，保证焙烧的质量，满足实际铸造的要求。具体而言，在实际焙烧的过程中做好焙烧前的杂质去除工作，尽量避免杂质进入型腔影响后续工序的顺利进行。焙烧后，需要检查型壳是否有裂纹现象的出现，同时需要摇壳检查是否有型壳表层脱落现象，必要时可以使用清水洗壳，适合时可以对型壳进行修补。

5 结束语

铸造精铸叶片是熔模铸件中的佼佼者，它的发展集中了熔模铸造技术的精华，对航空发动机、燃气轮机的发展起着极其重要的作用，需要制造人员能不断提升制造技术、注意先进制造技术发展动向，推动精铸叶片制造质量提升。

参考文献

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