什么是熔模铸造?

熔模铸造工艺简介

熔模铸造,也称为精密铸造或失蜡铸造,是一种制造工艺,其中蜡模用于塑造一次性陶瓷模具。蜡模是按照要铸造的物品的确切形状制作的。该图案涂有耐火陶瓷材料。陶瓷材料硬化后,将其倒置并加热,直到蜡熔化并排出。硬化的陶瓷外壳成为可消耗的投资模具。熔化的金属被倒入模具中冷却。金属铸件随后从废模具的底部断裂。

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。

这些工艺质量可提供净形或近净形铸件,从而为客户节省大量材料、劳动力和加工成本。它可以使用最常见的金属,包括铝、青铜、镁、碳钢和不锈钢。使用熔模铸造制造的零件包括涡轮叶片、医疗设备、火器部件、齿轮、珠宝、高尔夫球杆头以及许多其他具有复杂几何形状的机器部件。

纽约用熔模铸造的雕塑
纽约的“仰望”雕塑采用熔模铸造技术,创造出一个富有冲击力的不锈钢雕像。

熔模铸造工艺

熔模铸造工艺包括几个步骤:金属模具制造、蜡模制作、陶瓷模具制作、浇注、凝固、落砂和清理。

1.金属模具结构

熔模铸造过程中,蜡模和陶瓷模具被破坏,因此每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体积(这对于艺术作品或原始珠宝来说是常见的),否则需要一个模具或模具来制造蜡模。

必须仔细计算主模的尺寸;它必须考虑蜡模的预期收缩、蜡模上陶瓷材料的预期收缩以及金属铸件本身的预期收缩。

2.蜡模制作

蜡模的数量始终等于要生产的铸件数量;每个铸件都需要一个新的蜡模。

热蜡被注入模具或模具,并允许固化。可能需要核心来形成任何内部特征。由此产生的蜡模是要生产的零件的精确复制品。该方法类似于压铸,但使用蜡代替熔融金属。

车轮蜡纹
热蜡被注射到模具或模具中,并允许固化,从而形成一个蜡模,该蜡模是要生产零件的精确复制品。

3.模具制造

浇注系统(浇口、浇道杆和冒口)连接到蜡模上。对于较小的铸件,几个蜡模连接到一个中央蜡模浇注系统,以形成树状组件。浇注杯,通常连接到浇口棒的端部,用于将熔融金属引入模具。

将组装好的“图案树”浸入细粒二氧化硅泥浆中。它被反复浸渍,每次浸渍都被逐渐增加的耐火浆料覆盖。一旦耐火涂层达到所需厚度,允许其干燥和硬化;干燥的涂层在图案和浇注系统周围形成陶瓷外壳。

陶瓷外壳的厚度取决于铸造零件的尺寸和重量以及铸造金属的浇注温度。平均壁厚约为0.375英寸。(9.525毫米)。将硬化陶瓷模具倒置,放在烤箱中,加热直到蜡熔化并排出。结果是一个中空的陶瓷外壳。

熔模铸造中使用的众多陶瓷模具
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.倾倒

将陶瓷模具加热至约1000–2000°F(550–1100°C)。加热过程进一步强化模具,消除任何残留蜡或污染物,并蒸发模具材料中的水。

熔化的金属在仍然热的时候被倒入模具——液态金属通过中央浇口系统流入浇注杯,然后流入树上的每个模具型腔。预热模具使金属易于流过薄而细的部分。它还可以创建具有更高尺寸精度的铸件,因为模具和铸件将一起冷却和收缩。

5.冷却

模具浇注后,金属冷却并凝固。模具冷却到固态所需的时间取决于所铸材料和所铸铸件的厚度。

6.摇出

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

研磨或喷砂等精加工操作通常用于在浇口处打磨零件并去除缺陷。根据浇注铸件的金属,可采用热处理硬化最终零件。

喷砂金属
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,熔模铸造是一种相对昂贵的工艺,但其收益往往大于成本。实际上,任何金属都可以熔模铸造。熔模铸造制造的零件通常很小,但该工艺可有效用于重量为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。

熔模铸造工艺制造出尺寸精度更高的零件;净形零件很容易实现,成品形状通常无需二次加工即可生产。每一次独特的浇铸都需要一个新的模具来制作蜡模。用于熔模铸造的工具可能相当昂贵;根据复杂性的不同,加工成本可能在1000美元到10000美元之间。

对于大批量订单,通过消除或减少二次加工而节省的时间和人力很容易弥补新工具的成本。小型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。

从一个新的蜡模到一个完整的铸件通常需要7天;大部分时间是通过创建和干燥陶瓷外壳模具来完成的。一些铸造厂具有快速干燥能力,可以更快地生产铸件。熔模铸造的时间和劳动密集性不仅影响成本。铸造厂的设备和生产能力有限,因此熔模铸造的交付周期通常较长。

车轮熔模铸造
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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