各行各業(yè)對精密鑄件有著不同的要求, 為滿足需要, 精密鑄造技術展示出它廣泛的適應性, 例如表現(xiàn)在材料的多樣性、形狀的復雜性、生產(chǎn)的成批性、尺寸的精確性、均一性、穩(wěn)定性及表面精度等方面, 在這些特性里, 今天都有著新的進展和提高。例如材質(zhì)為不銹鋼重量40g , 外廓尺寸為長55mm、寬3216mm、厚13mm 的精密鑄件, 對它的要求是: ①鑄態(tài)直接使用, 全免機加工; ②鑄件上軸孔的圓度和表面粗糙度必須滿足日本工業(yè)標準(J IS)的規(guī)定; ③軸孔周圍的4 個孔與另一部件配合, 其相關尺寸除滿足J IS 的規(guī)定外, 并要求鑄件不能撓曲變形; ④鑄件的最小尺寸公差為±012mm ⑤鑄出的文字、符號等的深度為013mm , 要求線條清晰; ⑥平面間的最小尺寸公差為011mm ⑦毛翅、圓角、表面粗糙度、縮陷、變形等末特殊指定的, 均按生產(chǎn)單位標準執(zhí)行。作為精密鑄件的一個例子, 從中可感到當今工業(yè)生產(chǎn)對精密鑄件的要求和生產(chǎn)者可以達到的水平。從現(xiàn)代熔模鑄造工藝流程可以知道, 要做到上述的要求并不是一件很容易的事。因此, 如果不從每個工序、每個環(huán)節(jié)、每個崗位進行嚴格管理、正確操作、前后配合的話, 要達到上述目的是很困難的。本文僅就蠟模制造的有關問題作概要的討論。
一、蠟料 蠟料是精鑄生產(chǎn)中的第一個環(huán)節(jié)。眾所周知, 由于鑄件生產(chǎn)的發(fā)展, 相應地對蠟料的要求也是多種多樣的。生產(chǎn)者最簡便的方法是從市售的蠟料中選用，也可以自己配制，還可以委托專業(yè)工廠按要求生產(chǎn)。但無論何種蠟料其要求的性質(zhì)是相同的, 即: 熔點、凝固點、軟化點、導熱性、流動性、收縮性、縮陷性、強度、硬度、韌性、離型性、涂掛性、回用性、尺寸穩(wěn)定性及高溫灼燒后的殘留灰分量等。我們在具體鑄件生產(chǎn)的基礎上, 選用一種蠟料, 要求蠟料在某些方面具有的特點、有主有次；同時從成本上加以考慮也是重要因素。為了滿足各種鑄件的具體要求，蠟料分為液態(tài)、半液態(tài)、半固態(tài)、固態(tài)； 有填充料的和無填充料的；水溶性的和非水溶性的；再生的和非再生的； 蠟模用的、澆注系統(tǒng)用的、粘接用的、修補用的、密封用的, 樹脂類蠟料等。單從蠟模用蠟料來說, 其品種也極多, 并且在繼續(xù)發(fā)展中。有填充料的蠟料( FILLER WAX) 應用得比較廣泛，常用的填充料是粉狀聚乙烯、聚苯乙烯、有機酸、脂肪酸及淀粉等。其加入量為總量的30 %～45 % , 這類蠟料有很好的保溫性, 即在較低溫度下能成形, 其流動性好, 蠟模細部可清晰再現(xiàn), 例如加有熱硬性苯乙烯、加有異苯二甲酸及加有商品名為P2 FILLER 的三種蠟料, 從104 ℃降到49 ℃的時間各為59 秒、62 秒及99 秒, 這說明填充料的種類對蠟料性能的影響是較大的。這類蠟料的收縮率比無填充料的要小5 %以上。與蠟料性能密切相關的問題是蠟料的制備、使用及處理方法對蠟料性能的影響。
1、防止蠟料在熔化過程中過熱 (1) 使用間接加熱的油浴爐并使導熱油強制循環(huán), 熔化溫度控制在84～98 ℃范圍內(nèi), 并使其始終處于攪動狀態(tài), 目的除了使溫度均勻以外, 對含填充料的蠟料還有防止沉淀的作用。過高的溫度及局部過熱均會因蠟料氧化、炭化等問題而使蠟料的性能變壞。過熱的表現(xiàn)是蠟的顏色發(fā)生變化, 盛蠟桶內(nèi)壁產(chǎn)生黑斑, 因填充料的分離而呈半透明狀, 盛蠟桶內(nèi)產(chǎn)生煙霧或蒸發(fā)物。 (2) 蠟在回用處理時, 為了去除雜質(zhì)和水分, 必須加熱到蠟的熔點以上, 通常控制在120 ℃以下, 在保證蠟料有一定的流動能力以去除雜質(zhì)外, 其所含水分也會因攪拌器的攪動而得以蒸發(fā)。 (3) 對于在保溫筒保溫下使用的壓蠟棒, 其加熱溫度只需比射出溫度高2～3 ℃就可以了。 (4) 蠟料在高壓釜(壓力罐) 內(nèi)脫除時, 蒸氣溫度可高達150 ℃以上, 這種條件是造成蠟料性能變壞的主要環(huán)節(jié), 所以設法降低脫蠟溫度、降低脫蠟壓力以保持蠟料的性能。
2、保持環(huán)境溫度 在蠟模制造室內(nèi), 無論是冬季或夏季, 室內(nèi)溫度都應保持在20～25 內(nèi), 使蠟模的尺寸處于一個穩(wěn)定的環(huán)境中, 同時與沾漿制殼工序的環(huán)境條件相配合,以保證型殼的質(zhì)量。 (1)、 蠟料的加熱保溫 蠟料在壓力下從盛蠟桶進入壓型, 在型中冷卻凝固。在這一過程中, 溫度差是影響蠟模的形狀、尺寸及穩(wěn)定性的主要因素。因此, 在用蠟桶保溫蠟料而進行壓蠟時, 蠟桶溫度的均勻性是極為重要的, 同于蠟料的導熱性差, 借助蠟桶的熱量使蠟料均勻是困難的, 溫度不均勻的蠟桶是生產(chǎn)不出健全的蠟模的。為此, 通常用保溫槽對蠟桶進行加熱保溫, 保溫槽通常可設定在58～62 ℃內(nèi), 略高于射出溫度。在較長時間, 至少8 小時以上加熱均勻化以后才能使用。保溫槽是一個油浴加熱裝置, 導熱油在油泵壓力下循環(huán)流動, 使蠟桶在均勻溫度下加熱保溫, 保溫槽的溫度控制器可按需要設定所要求的溫度。溫度不均勻的蠟桶在壓蠟時, 蠟模會產(chǎn)生充不滿、冷隔、粒狀表面、流紋及網(wǎng)狀紋等缺陷。 (2)、 蠟模的成形方法 根據(jù)鑄件的大小、形狀和技術要求產(chǎn)生不同的成形方法。而不同的成形方法又有不同的蠟料相配合。從壓蠟的動力分, 有手動、電動、氣動、液壓等; 從壓力分, 有低壓、中壓、高壓等; 從蠟料狀態(tài)分, 有液態(tài)、半液態(tài)、半固態(tài)、固態(tài)等; 從壓型分, 有金屬型、橡膠型、石膏型等, 從鑄件分, 有工業(yè)品、藝術品等等。
二、壓蠟成型機(壓蠟機) 蠟料在壓蠟機中被壓成蠟模, 也就是蠟模的性質(zhì)在很大程度上受壓蠟機參數(shù)的制約, 這直接關系到壓蠟機的設計、結構和性能。例如對一臺直立式高壓半固態(tài)壓蠟機來說, 在進行壓蠟操作以前, 必須先檢查蠟料溫度、射出壓力、壓射時間、冷卻時間、壓型溫度。然后根據(jù)工藝卡的規(guī)定進行操作。壓蠟成形機的性能主要表現(xiàn)在它所能調(diào)節(jié)的工藝參數(shù), 其中包括, 手動式、自動式; 蠟桶溫度調(diào)節(jié)、注蠟口溫度調(diào)節(jié); 合型力調(diào)節(jié)、合型行程調(diào)節(jié); 壓射壓力調(diào)節(jié)、壓射速度調(diào)節(jié)、壓射時間調(diào)節(jié); 回程速度調(diào)節(jié)等。例如有的鑄件, 其蠟模兩端各有兩個孔環(huán),由于孔環(huán)與本體的連接比較薄弱, 所以在連接處易發(fā)生肉眼可見的微裂紋, 后來通過調(diào)節(jié)射出速度和保持時間, 這種缺陷就消除了。由此可知, 壓蠟機所能調(diào)節(jié)的工藝參數(shù)及其調(diào)節(jié)范圍、調(diào)節(jié)方法及正確控制對制造合格蠟模是極為重要的。壓蠟機的中心部分是蠟筒。其尺寸為<100mm ×400mm , 用來放置蠟棒, 經(jīng)充分預熱的蠟棒放入蠟筒中, 而蠟筒用電加熱, 溫度保持在射出溫度上, 當壓型的注入口放到蠟筒的注蠟口(射出口) 后(注蠟口有獨立的加熱保溫系統(tǒng)) , 即可啟動油泵, 驅(qū)使上部活塞向下移動, 把蠟料壓入型中; 保壓一定時間后, 折開壓型, 取出蠟模。全過程的主要參數(shù)是: ①半固態(tài)蠟料的溫度控制在稍高于射出溫度, 通常取55～60 ℃, 為使蠟筒溫度均勻, 表里一致, 蠟筒必須在保溫槽內(nèi)停留8 小時以上; ②射出壓力是可調(diào)節(jié)的, 通常為214～218MPa ③壓蠟機給壓型的緊固力是可調(diào)的, 通常為310～315MPa ④射出速度是用射出時間來實施的, 它因蠟模形狀不同而不同, 它與蠟模收縮情況有很大關系, 從而影響蠟模質(zhì)量。 三、蠟模缺陷 由于種種原因, 壓蠟成形機所制造的蠟模會產(chǎn)生 一些缺陷, 主要有下列幾種: 1、充不滿 主要原因是蠟料的溫度較低, 射出速度慢、壓型溫度較低, 造成蠟料在流動過程中冷卻快, 表現(xiàn)在角和邊的部分或蠟模的薄壁部分充不滿, 棱角的地方出現(xiàn)圓角, 與金屬鑄件的澆不足相似。
2、氣泡 一種是表面氣泡, 即用肉眼可見的皮下氣泡, 有個別分布, 有密集分布; 另一種是蠟模深層的氣泡,通常是集中性的較大的氣泡, 肉眼無法看到, 但從蠟模的局部鼓起, 出現(xiàn)于蠟模的中心部分和最后冷卻的部分, 這是內(nèi)壓力的釋放, 氣體膨脹的結果。
3、表面皺紋 由于蠟料溫度不夠, 壓射速度較低, 蠟料運動與壓型溫度的配合不當; 或由于壓型內(nèi)表面受損或不清潔; 激冷金屬塊放置不當?shù)? 在蠟模表面留下運動的痕跡。紋路較深的, 類似金屬鑄件的冷隔缺陷; 輕微的皺紋可以打磨除去。還有就是在型芯周圍、孔洞的周圍, 有時可見到接縫, 略呈凹陷, 實際是二股蠟流的會合處未能很好熔合, 這是蠟料的溫度不夠、壓力不足的結果。
4、表面粗糙 由于射出壓力過小、或射出速度不夠, 蠟料與壓型內(nèi)表面的接觸密度不夠, 不能如實地反映壓型的表面狀態(tài), 嚴重的還伴有皺紋。
5、縮凹 蠟模表面凹陷, 主要是射出壓力及時間不夠, 或是蠟料溫度較高, 冷卻時間不夠有時離型脫模劑太多, 也可能使蠟料性質(zhì)下降。表面縮凹涉及較大面積, 修理比較困難。
6、變形 蠟模從壓型中取出后, 除了尺寸發(fā)生縮小變化外, 因取出時手法不妥而人為造成變形; 由于蠟模仍在冷卻而使溫度場發(fā)生變化而撓曲變形是常見的。所以剛從壓型中取出的蠟模仍要小心安放, 通常以較大平面為基準放平, 必要時使用與變形部位相適應的形狀, 做成金屬塊嵌入蠟模防止變形, 也即使其充分冷卻。也可能蠟料太軟, 壓型的組成部件不合適等。
7、毛翅(披縫) 這是最常見的一種缺陷, 即在壓型合型處, 壓型組合塊的接合處, 型芯與芯座的連接處等地方有很薄的蠟片逸出。其產(chǎn)生的原因主要是壓型精度不夠, 壓型分型面或型內(nèi)部件接合面受到損傷或附著不潔物,或合型力不夠, 射出壓力過高。或者蠟的溫度過高。毛翅必須徹底清除掉, 蠟模才能使用。
8、粘著 蠟模與壓型粘著是因為沒有使用離型劑, 或是蠟與壓型的溫度均太高, 或是壓型受損害、壓型不清潔所造成。
四、結語 蠟模制造與隨后的組裝、制殼、脫蠟、澆注、清整一樣, 要強調(diào)的是操作工藝的重要性, 各個環(huán)節(jié)之間的配合, 必須執(zhí)行各個工序的工藝卡及相關的技術管理文件。并要在貫徹執(zhí)行中不斷完善有關文件以適應正常生產(chǎn)的需要。每個崗位上的工作人員必須對有關的工藝卡中的內(nèi)容和要求有充分的理解和切實的執(zhí)行, 否則盡管有各類技術文件, 其結果形同虛設。在缺陷的防止、材料利用、設備維修, 工夾具制造和檢驗、廢品分析、修補、報廢等方面都要有章可循, 有人負責, 將工藝制度切實地貫徹在整個生產(chǎn)活動中。
