我国熔模铸造技术的进展

l 国内熔模铸造技术的发展概况

熔模铸造又称“失蜡铸造”，是一种古老的铸造方法。

在我国发现最早的熔模铸件是2400多年前的战国早期，从50年代开始；将熔模铸造用于工业生产中，经过40多年的发展；熔模铸造已成为我国机械制造业中的基础工艺，并形成一个独特的行业。

据1993年不完全统计，全国有熔模铸造厂点1300多个，熔模铸件产量约16万且，年产值约为16亿元人民币，全行业职工总数约为十万人。

当前我国的熔模铸造行业，按发展历史、产品适用范围和生产工艺的不同，大体可分为三种不同的类型。

l）碳钢类机械零件熔模铸造企业，是我国熔模铸造生产中的主体，全国约有1000多，约占我国熔模铸造厂点总数的90％，熔模铸件年产量约15万t左右，约占全部熔模铸件总产量的95％，但产值仅占总产值的75％。这一类型熔模铸造厂点的生产规模、技术水平参差不齐，大多数工厂生产工艺为：用石蜡和硬脂酸各半的低温模料，以 0.3 MPa－0.5MPa的低压注制蜡模，用水玻璃粘结剂及石英、硅铝系耐火材料作制壳材料，用氯化铵或氯化铝作硬化剂，用水浴脱蜡制造型壳，用中颇感应电炉熔炼、浇注碳钢或低合金钢来获得铸件。

2）不锈钢类商品零件熔模铸造企业，全国约一百家左右（其中大部分是合资或外资企业）；约占我国熔模铸造厂点7％左右，熔模铸件年产量估计为不足1万t，占全国全部熔模铸件总产量的3％左百，主要产品均外销国际市场。这类企业主要生产工艺采用松香基中温模料，用高压蒸气脱蜡，燃油炉焙烧型壳，中颇感应炉快速熔化钢液，并要求在高温红亮

时浇注获得铸件。

该工艺比水玻璃粘结剂制壳工艺的设备投资要多，生产成本要高，但熔模铸件的质量要高l－2个等级；表面粗糙度可达 Ra1.6um~6.3um，这是水玻璃制壳工艺所难于达到的。

3）航空。航天及燃气轮机类熔模铸造企业，全国约有40家左右，占我国熔模铸造厂总数的3％以下，熔模铸件年产量约3000 t，约占我国熔模铸件总产量的2％以下。这一类型企业主要生产工艺为；用高压射蜡机将液态中温模料射人精密的模具中；制造出光洁的蜡模，采用陶瓷型芯作复杂的内腔，用水解硅酸粘结剂（近年来用硅溶胶粘结剂）及钢工、锆英。莫来石等耐火材料作制型壳的材料，在高压蒸气釜中脱模制造型壳，采用真空熔炼，浇注和定向结晶技术，生产出高温合金或高合金钢的航空。航天零件。这类企业的工艺技术含量高，设备投资大，主要集中在航空、航天的企业中。

我国台湾省熔模铸造业虽然起步晚（大约1969年），但发展很快，台湾省现有熔模铸造厂点150余个，熔模铸件年产量达1万t，其中台湾生产的高尔夫球棒头产量约占世界总产量的90％左右。台湾省熔模铸造业的产值约2亿美元，占台湾铸造行业总产值的1／6。

2 国外熔模铸造技术的发展概况

西方工业发达国家的熔模铸造业，近十年来平均每年以7％一9％的增长率发展，1996年西方熔模铸件的总产值达445亿美元，其中美国占50％，欧洲占25％。

80年代是美国熔模铸造增长最快的时期，据美国熔模铸造协会的统计1984年一1990年美国熔模铸造产量和产值年平增长率分别为8％一10％和18％。现有熔模铸造厂家400多个，熔模铸件产量约15万t。

日本1980年一1989年熔模铸件产量增加3倍，日本现有熔模铸造厂点100多个，熔模铸件年产量近1万＊产值4亿美元，居亚洲之首。其中钛合金高尔夫球棒头产值占07亿美元。

英国于1958年就成立熔模铸造师协会。由于采用机器制壳；使熔模铸件的单件重量由65 kg增为 350 kg。目前英国有 60多家熔模铸造厂家，产值4亿美元，为欧洲第一位。

德国熔模铸造业的年产值为2亿美元，其中13％为航空产品的超级合金。

西方熔模铸造主要为本国的军工产品和高科技产品服务。军工产品是美国、欧洲熔模铸造业的主要市场，其销售额的50％一70％为航天、航空和军工产品。

西方发达国家的熔模铸造厂技术水平先进，如英国就有一半的工厂是由机器人操作控制主要工序生产；产品档次高，产品中超级合金和非铁合金材质所占的比重大；产品的附加值很高，如法国1995年生产熔模铸钢件和超级合金铸件 3000 t，产值，2 7亿美元，平均每t熔模铸件9万美元。

为了适应熔模铸造近净形化技术的要求，已研制出各种性能优良的模料。如英国的Catylene系列的B300、B487模料，美国哈梅特公司用的模料，日本研制的适于 0.7 MP～1.5MPa范围内压注成型甚至可自由浇注的水溶性模料如 DRN－1177模料。国外最近几年粘结剂的发展很快，从环境保护出发，还出现了代替硅酸乙酯的粘结剂。为了实现快速制模和制壳；国外采用了多种快速制模技术。制模的设备更新。如德国RCHOTT一公司的压注机，用于制作大型熔模，还有的压注机适合大批量生产优质熔模。美国的MPI公司生产的压蜡机，可通过计算机来控制压注工艺参数及整个加工过程，制造出高质量的熔模。制壳采用机器人，例如英国Derited精铸公司采用机器人制壳，型充采用真空干燥、热气流干

燥等新工艺，脱蜡采用微波技术。

3 熔模铸造新工艺新技术

31 熔模真空吸铸工艺

熔模真空吸铸（又称CLA法）是一种新的浇注方法，是美国 Hit Chiner公司发明的新工艺，1987年取得美国专利，我国从1978年以来，有很多单位开展了熔模吸铸工艺的研究，通过鉴定并用于生产。该工艺特点；大大提高金属利用率，一般熔模铸造工艺出品率低，浇注系统常占金属总量的50％~70％，新工艺能使金属利用率提高到90％－94％；和其他工艺一

样．吸铸工艺对零件有一定限制，吸铸铸件最大厚度约为 38mm，最大质量 20.4 kg

在CLA法基础上发展起来的CLA法是在真空和氢气中熔炼和吸铸的方法。该法可以铸造如透平叶轮、喷气发动机涡轮叶片、高尔夫球棒头等零件。

32 熔模铸造电泳制壳工艺

熔模铸造电泳制壳是在原苏联对年代初出现的遍速制壳新工艺，与传统制壳工艺相比，它具有工序少、生产周期短、减少污染、原材料消耗少、型壳质量高、成本低等优点，但型壳的干燥时间仍比较长。我国一些单位（如洛阳工学院）曾开展对电泳制壳工艺的研究，并用于工厂的生产，但没有推广。

33 无余量熔模精密铸造

无余量熔模精密铸造生产的零件为仪器仪表铸件，材质为Monel合金等。这类铸件质量要求高，表面粗糙度为Ra6.3um，尺寸公差在0.2mm~0.25 mm范围内。

无余量熔模精密铸造的模料为蜡基模料和树脂类模料各半复合使用，型壳的表面层使用硅溶胶涂料、撒电熔刚玉砂、自然干燥，加固层使用硅酸乙脂涂料，撒莫来石砂，自然干燥。合金的熔炼采用双联法，即先在感应炉里熔炼合金液并浇注成合金锭，后在快速熔化（2.5 kg／min）的翻转式感应炉内熔化合金并浇注铸件。

3.4 石膏型熔模铸造

石膏型熔模铸造是70年代初在国外首先发展起来的；从本质上来说是一种以石膏为胶凝材料的实体熔模铸造法。从1982年开始我国在这方面也开展了研究工作；我国目前约有十多个石膏型精密铸造专业化生产车间。例如中原光学仪器厂80年代中，从美国泰克公司引进关键设备和软件建立我国第一个专业化石膏型熔模精铸车间，主要生产薄壁复杂铝铸件。江雁机械厂在80年代末由英国引进发泡石膏型精铸生产设备和技术，生产压气机铝合金叶轮。凤城汽车增压器厂于1993年由国外引进技术软件，采用硅橡胶模和普通石膏型铸造工艺生产铝合金叶轮，取代原熔模铸造工艺。广州有色金属铸造厂近年来用石膏型熔模精铸工艺生产铜合金工艺品。广州精密铸造厂多年来一直用石膏型熔模精铸工艺生产锌基合金的各种塑料用模具。美国精铸公司等用该法生产波音767燃油增压泵壳体、微波波导管、内燃机增压器叶轮、电子仪器框架等大型薄壁复杂铝铸件。

3.5 陶瓷型精密铸造

陶瓷型精密铸造工艺是五十年代由英国人诺尔·肖发明的，故又称肖氏铸造法。

该工艺用水解硅酸乙酯作粘结剂与耐火度高、热稳定性好的耐火材料和固化剂混合成浆料，灌入精密光洁的模具四周，经固化后取出模型即制成陶瓷型；用于浇注铸件，具有尺寸精度高，一般可达CT6~CT7级，表面粗糙度可达Ra3.2UM～IZ 5um，适合于因采用熔模铸造工艺容易变形的大件，尤其适合铸造各种型腔模具，如各类锻模；塑料成型模、玻璃成型模、铸造型板及芯盒和金属型等。

经陶瓷型铸造的模具，型腔只需打磨、抛光就可达到模具的技术要求，可减少加工工时，缩短制造周期30％～50％，降低成本40％一60％，并便于选择模具材料。

我国陶瓷型精铸模具技术的应用研究起步于60年代初，但大多是作为一种铸造工艺手段为本单位服务，推广应用不广泛，没有形成面向社会的专业化生产。杭州第二纺织机械厂用陶瓷型工艺制造造型用的铝模板Z一拖（集团）公司模型厂生产大型铸铁热芯盒、金属型模具、北京首都机械厂生产球铁拉延模；上海桑塔纳轿车厂生产汽缸体芯盒。金属型模具；武汉机械工艺研究所长期坚持陶瓷型精铸模具的应用，开发锻模达几十个品种，广泛应用于生产。

3.6 钛合金精密铸造

七十年代初。中国船舶工业总公司洛阳船舶材料研究所、上海钢铁冶金研究所，开始建立铸造钛合金的铸造熔炼设备，生产钛合金铸件。八十年代初，北京航空材料研究所从德国引进钛合金精铸金属面层陶瓷型壳系统，生产宇航用的各种大、中型钛合金铸件，1993年建立钛合金精铸生产基地，目前月产高尔夫球棒头4万．5万件，全部出口外销；贵州安古铸造厂1993年开始生产钛合金高尔夫球棒头；大连美华精铸有限公司1994年从美国引进设备和技术，生产钛合金高尔失球模头（原生产的是不锈钢高尔夫球棒头）：1994年洛阳船舶材料研究所与台湾合资，从美国引进技术，主要生产钛合金高尔夫球棒头，目前月产量

为3000只～4000只。全国生产钛合金高尔夫球棒头的企业已发展到12个。

4 国外培模铸造技术的发展趋势

41 快速铸造

激光快速成型技术与熔模铸造结合，可快速制造出各种复杂的、无需加工的金属零件。所谓‘快速成型技术”是用计算机进行辅助设计和制造的一项高新技术。采用分层扫描和分层制作的方法，在几小时至几十小时内制作成所需树脂实体模样、然后在成型模样外涂覆陶瓷耐火材料，焙浇时将模样烧掉而剩下陶瓷壳体，将金属液浇入型壳，冷却后即可得复杂的、高附加值的新产品。如波音747飞机货仓门支架和装有六个叶片的A357复杂叶轮铸件。

4.2 选择性激光浇结技术

成型材料可以是石蜡、聚碳酸酯等热塑性材料，加热后可完全熔化，很适用于熔模铸造，也是快速制模技术的一种。据资料介绍，北美就有50多家铸造厂采用该法生产馆模铸件。美国的Porsche公司生产的汽缸头，原用砂型铸造要用16周时间，而用此法（蜡型法）生产仅需4周.

4.3 快速制进新工艺——DSPC工艺

该工艺与熔模铸造制壳工艺有本质的不同，直接利用计算机辅助设计的数据自动制造陶瓷壳而无需模具或压型，使熔模铸造省去了制压型、蜡模以及涂料等工民大大缩短了熔模铸件的生产周期。使用该法的工厂可在收到订单后一周内交付高精度的铸件，主要用来制作喷气发动机零件原型和矫形植人件。也有用此设备制壳，成功的生产出铝合金铸件。

4.4 80年代出现的Replieast CS工艺

是将实型铸造(\"消失模\")、熔模铸造和负压造型结合的新工艺、它用塑料模代替蜡模、使用高强度薄壳、于砂振动造型。真空负压浇注工艺，可生产质量达480kg的大型精密铸件。

在加强质量控制方面，据美国熔模铸造协会对116个工厂的调查表明；有88％的工厂正在使用统计过程控制SPC法。

4.5 熔模铸造的近净形化技术是当前的发展趋势。

同其它铸造方法相比，熔模铸造是最有条件实现近净形化的工艺，而且发展方向为净形化。例如一个熔模铸件就可取代飞机发动机上由30～40个锻铸件、机加件焊接而成的复杂组合件。由于新技术新材料的大量采用，使培模铸件的近净形化技术不断提高，使产品在市场中更具有竞争力，也使得熔模铸造技术能保持高于其它铸造技术的速度而发展。

5 我国熔模铸造技术与工业发达国家的差距

由于受到整个工业技术发展水平的制约，同工业发达国家相比我国熔模铸造技术还有较大差距。

5.1 从产品材质看，国内一般熔模铸造产品的材质多为碳钢件，不锈钢、合金钢数量很少，非铁合金更少；而国外熔模铸件的材质以合金钢、不锈钢为主，非铁合金比例也不少。

5.2 在制模用模料方面，国内除航空、航天、军工企业外，多数使用石蜡硬脂酸各半的低温模料，国外主要采用松香——塑料基、塑料和盐基料，以中温模料为主，主要目的的

减少蜡模的变形，提高铸件的精度。

5.3 在所制型壳方面，仅航空、航天、汽轮机工厂使用硅酸乙酯和硅熔胶型充，多数工厂使用水玻璃型；国外主要采用硅溶胶模壳，其目的，是为了减少型壳的变形，提高铸件的精度和改善劳动条件。

5.4 在熔模铸造设备方面，一般工艺所用的设备国内已能基本配套，个别工序的设备如真沾浆机、雨淋式撤砂机等已有更新一代产品供用户选择，其它设备仍是老式、落后的。但国外先进设备较普遍，加美国MPI公司的微机控制压蜡机，该机可以对蜡的温度、流量。压力及模具温度进行精确的控制；英国LBBC公司生产的蒸气脱蜡机，该设备自带蒸气发生装置，采用电加热，在 5 S内即可使蒸气升温开170℃，蒸气压力 0.5MPa～0.7MPa。中国台湾吉辅公司生产蜡回收装置，水份快速蒸发机、电热蒸汽锅炉、射蜡输送系统及真空沾浆机。在熔炼设备方面，国内以中频感应炉为主，也有采用变频炉，已能满足一般合金钢的熔炼要求，国外采用真空熔炼、真空浇注及真空离心浇注等设备。如美国的涡轮跨国公司早已有成套真空熔注设备，但在我国仍处在少量应用，或基本上是试验阶段。

6 我国熔模铸造企业的发展前景及对策

当前市场需要大量高质量的熔模铸件，如何充分利用我国原材料丰富。技术力量雄厚和劳动力便宜等有利条件，大力提高馆模铸造技术水平，组织熔模铸件.的出口生产，因此我国熔模铸造业的发展前景是好的。

目前采用水玻璃型壳的企业生产大件时应从精化模具、蜡模，采用复合型壳，提高熔化质量、投人清理校正设备等方面来提高铸件的合格率以及质量的档次和价格。对一些大件，从复杂程度、铸件要求来看并不需要采用熔模铸造，完全可以采用其他先进铸造工艺，如覆

模砂造型、树脂砂造型、实型铸造等以降低成本。在国外也已不再采用熔模铸造方法来生产。

我国的熔模铸造应走专业化和规模效益的路子，开发国内和国外两个市场，熔模铸造应深加工，增加工艺手段，提高质量档次，以提高产品附加值，满足用户要求。