什么是投资铸造?

熔模铸造工艺介绍

熔模铸造,也被称为精密铸造或失蜡铸造,是一种用蜡模塑造一次性陶瓷模具的制造工艺。蜡模是按照要铸造的物品的形状制作的。这个图案被一层难熔的陶瓷材料所覆盖。一旦陶瓷材料变硬,就把它倒过来加热,直到蜡融化并流出。硬化陶瓷外壳成为一个消耗性投资模具。熔化的金属被倒进模具,然后让它冷却。然后从用过的模具上把金属铸件打碎。

熔模铸造一词来源于用耐火材料“投资”(围绕)一个图案的过程。熔模铸造通常比其他成型方法选择,因为产生的铸件具有优良的细节和铸态表面光洁度。它们也可以浇铸成薄壁和复杂的内部通道。与砂型铸造不同,熔模铸造不需要牵伸。

这些工艺质量可以提供净形或近净形铸件,为客户节省大量的材料、劳动力和机加工成本。它可以使用大多数常见的金属,包括铝、青铜、镁、碳钢和不锈钢。用熔模铸造制造的部件包括涡轮叶片、医疗设备、火器组件、齿轮、珠宝、高尔夫球杆头和许多其他具有复杂几何形状的机器组件。

纽约用熔模铸造的雕塑
纽约的“仰望”雕塑使用熔模铸造技术创造了一个有影响力的不锈钢人物。

熔模铸造工艺

熔模铸造过程包括以下几个步骤:金属模具构造、蜡模制作、陶瓷模具制作、浇注、凝固、落砂和清理。

1.金属压模构造

在熔模铸造过程中蜡模和陶瓷模被破坏,因此每一次铸造都需要一个新的蜡模。除非熔模铸造用于生产非常小的数量(如艺术作品或原始珠宝),否则需要一个模具或模具来制造蜡样。

主模的尺寸必须仔细计算;它必须考虑蜡模的预期收缩,投资在蜡模上的陶瓷材料的预期收缩,以及金属铸件本身的预期收缩。

2.蜡模生产

蜡模的数量总是等于要生产的铸件数量;每一个铸件都需要一个新的蜡模。

热蜡被注射到模具中并使其凝固。内核可能需要形成任何内部特征。由此产生的蜡模是要生产的零件的精确复制品。这种方法类似于压铸,但用蜡代替了熔化的金属。

车轮的蜡图案
热蜡被注入模具或模具,并让其凝固,从而产生蜡模,这是一个精确的复制品的部分要生产。

3.模具创造

浇注系统(浇口、浇道和冒口)附在蜡模上。对于较小的铸件,几个蜡模式连接到中央蜡门系统,形成一个树状组件。一个浇杯,通常连接在浇道杆的末端,用于将熔化的金属引入模具。

将组装好的“模式树”浸入细晶硅浆中。反复浸涂,每次浸涂的耐火泥浆越来越多。一旦耐火涂料达到所需的厚度,就允许它干燥和硬化;干燥的涂层在图案和浇注系统周围形成一个陶瓷外壳。

陶瓷外壳的厚度取决于被铸造部件的尺寸和重量,以及被铸造金属的浇注温度。平均壁厚约为0.375英寸。(9.525毫米)。将硬化的陶瓷模具倒置,放入烤箱中加热,直到蜡融化并沥干。结果是一个空心的陶瓷外壳。

大量陶瓷模具用于熔模铸造
一旦浆液的涂层达到所需的厚度,它就会被晾干并变硬,在图案周围形成一个陶瓷外壳。

4.倒

陶瓷模具被加热到大约1000 - 2000°F(550 - 1100°C)。加热过程进一步加强模具,消除任何剩余蜡或污染物,并蒸发水分从模具材料。

熔化的金属被倒入模具时,它仍然是热的-液态金属流进浇注杯,通过中央浇注系统,并进入树上的每个模具腔。预热的模具可以让金属很容易地流过薄的,详细的部分。它还创造了一个铸件与提高尺寸精度,因为模具和铸件将冷却和收缩在一起。

5.冷却

浇铸模具后,金属冷却并凝固。模具冷却成固态所需的时间取决于铸造的材料和铸造的厚度。

6.落砂

一旦铸件凝固,陶瓷模具就会分解,铸件就可以被移除。陶瓷模具通常是手工或水射流破碎。一旦移除,单个铸件就会通过手动冲击、锯切、切割、燃烧或用液氮冷断从浇注系统树中分离出来。

7.完成

通常采用磨削或喷砂等精加工操作来光滑浇口处的零件并去除缺陷。根据浇注铸件的金属种类,热处理可以使最后的部分硬化。

金属喷砂
喷砂通常用于清洁和光滑金属零件,以消除缺陷。

何时使用熔模铸造

由于其复杂性和劳动力需求,投资铸造是一个相对昂贵的过程——然而,收益往往大于成本。实际上,任何金属都可以熔模铸造。用熔模铸造制造的零件通常较小,但这种工艺可以有效地用于重量在75磅或以上的零件。

熔模铸造能够生产具有优良铸态表面光洁度的复杂零件。熔模铸造不需要内建锥度来从模具中拆卸部件,因为陶瓷外壳在冷却时会从部件上脱落。这种生产特性允许90度角铸件的设计没有收缩余量内置,并且不需要额外的加工来获得这些角度。

熔模铸造工艺创造出具有卓越尺寸精度的零件;净形零件很容易实现,成品往往不需要二次加工。每一个独特的铸造工序都需要一个新的模具来生产蜡模。熔模铸造的模具非常昂贵;根据复杂程度的不同,加工成本可能在1000美元到10000美元之间。

对于大批量的订单,通过消除或减少二次加工节省的时间和劳动力很容易弥补新工具的成本。小批量的铸造不太可能弥补投资。一般来说,熔模铸造是25个或更多零件的合理选择。

从一个新鲜的蜡模到一个完整的铸造通常需要7天;大部分的时间被创造和干燥陶瓷外壳模具所占用。一些铸造厂有快干能力,以更快地生产铸件。投资铸造的时间和劳动密集型性质不仅影响成本。铸造厂的设备和生产能力有限,因此较长的前置期熔模铸造是常见的。

车轮精铸件
熔模铸造用于制造具有较高尺寸精度的零件,在这种情况下,成品往往不需要进行二次加工。

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