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  熔模鑄造發展歷史

  熔模鑄造又稱失蠟鑄造,它的產品精密、復雜、接近于零件最后形狀,可不加工或很少加工就直接接使用,故熔模鑄造是一種近凈形成形的先進工藝。

熔模鑄造的歷史可以追溯到4000年前,最早發源的國家有埃及、中國和印度,然后才傳到非洲和歐洲的其它國家。

中國古代留下很多熔模鑄件精品,如春秋晚期的王子午鼎、銅禁,戰國的曾候乙尊、盤,漢代的銅錯金博山爐、長信宮燈,隋朝的董欽造彌陀鎏金銅像。明代渾天儀、武當真武帝君像,清故宮太和門銅獅等。

在西非,大約在11世紀以后,制造了大量的熔模鑄件。在16世紀時,熔模鑄造工藝被藝術家和雕刻家們廣泛運用,蔡利尼(Benvenuto Cellini)所制造的Perseus仙座和女妖首領的銅像就是其中最杰出的作品之一。

世界上最早的失蠟鑄造文字記述,當推中國南宋(公元1127-1279年)趙希鵠的《洞天清祿集》。隨后有蔡利尼1568年的論文,明代宋應星《天工開物》及16世紀中期VaVrinecKrickes的《大炮、球、追擊炮、鐘的鑄造與制備指導》等。

19世紀末期,牙科用熔模鑄造工藝,結合離心澆注技術生產牙科鑄件。20世紀初為生產出更粗密的牙科件,人們開始研究影響蠟模和型殼尺寸穩定性的因素,以及一些金屬和合金的凝固收縮性能,20世紀30年代初調整了熔模使用的材料。從1900年到1940年這方面的專利就多達400件以上。珠寶首飾行業也廣泛采用熔模鑄造技術。

在惡劣環境中工作的航空發動機零件,如渦輪增壓器,若采用傳統合金,則不能滿足性能上的要求。20世紀30年代末,人們發現Austenal實驗室為外科移植手術研制的鉆基合金在高溫下有優異的性能,可用于渦輪增壓器。但這類合金很難加工,熔模鑄造就成為該類合金成形的工藝方法,迅速地發展工業技術,進入航空、國防工業部門,并迅速地應用到其它工業部門。

自20世紀40年代熔模鑄造用于工業生產后,半個世紀中一直以較快的速度發展著。據報道1996年世界熔模鑄造業(不包括前蘇聯)北美占50%、歐洲25%、亞洲20%、其余5%。美中美國占95%,而歐洲則英國占42%、法國26%、德國19%、意大利7%,其余6%。當年美國熔模鑄造的銷售額商達26.1億美元。而1970年、1980年美國熔模鑄造的銷售額分別為2.5億美元和11億美元,即1996年為1970年的10.4倍,是1980年的2.37倍。可見熔模鑄造業發展之迅速。現在熔模鑄造除用于航空、兵器部門外,幾乎應用于所有工業部門,特別是電子,石油、化工、能源、交通運輸、輕工、紡織、制藥、醫療機械、泵和閥等部門。

熔模鑄造的迅速發展是依靠其技術發展和技術進步取得的。熔模鑄造工藝的各個環節都有長足的進步,對熔模鑄造發展有較大影響的新材料、新工藝、新設備也很多,如水溶性型芯、陶瓷型芯、金屬材質改進、大型熔模鑄造技術、鈦合金熔模鑄造、定向凝固和單晶鑄造、過濾技術、熱等靜壓、快速成型技術、計算機在熔模鑄造中應用以及機械化自動化等。

技術發展使熔模鑄造不僅能生產小型鑄件,而且能生產較大鑄件,最大的熔模鑄件的輪廓尺寸已近2m,而最小壁厚卻不到2mm。同時熔模鑄件也更趨精密,除線性公差外,零件也能達到較高的幾何公差。熔模鑄件的表面粗糙度值也越來越小,可達到Ra0.4um。

另外,由于材質的改進和工藝技術的發展使得鑄件力學性能也越來越好。渦輪葉片就是一個很好的例子,渦輪葉片材質和工藝進步使其性能得到了很大的提高,20世紀60年代到90年代,渦輪葉片的材質(美國牌號)從IN100、B1900到MM200、MM247,再發展到PWA1480;同時由于凝固技術的發展,渦輪葉片從傳統的等軸晶(EQ),到定向凝固的柱狀晶(DS),再了展到單晶(SC)葉片,從而使渦輪葉片的工作溫度由980℃提高到1100℃以上。

鈦合金熔模鑄造技術的發展,使現代工業中的重要結構材料鈦合金能用熔模鑄造方法生產出精密復雜零件,如飛機發動機的中間機匣、壓氣機機匣、醫療置入物等。特別是大型整體鈦熔模鑄件的出現,它代替組裝件,減輕了機器的重量、提高了壽命,取得了很好的效果。據報道,1992年生產的最大鈦熔模鑄件轂架經焊接加工后重340kg,直徑1.918m,高0.591m。

熱等靜壓(HIP)技術已被廣泛用于渦輪葉片及其它熔模鑄件上。它是利用高溫和高壓,靠金屬蠕變和塑性變形讓鑄件內部疏松、熱裂等缺陷愈合,處理后鑄件密度可達到金屬理論密度,從而使性能提高。熱等靜壓處理可使鎳基高溫合金、鈦合金和鋁合金的高溫低周波疲勞性能提高3-10倍;使鎳基高溫合金和鈦合金的持久壽命提高2倍以上;使鑄件性能波動和分散程度降低到原來的六分之一。

為縮短生產周期,簡化工序,熔模鑄造與20世紀80年代出現的快速成形技術(RPT)結合,使用RPT的立體光刻法(SLA)、選擇性激光燒結法(SLS)、熔融堆積制造法(FDM)或分層實體制造法(LOM)等工藝所制塑料、蠟和紙原型代替傳統蠟模,或使用直接型殼生產法(DSPC)工藝生產的陶瓷型殼進行熔模鑄造生產,增強了市場競爭力。

機械化、自動化的進展打破了"熔模鑄造工藝不可能實現機械化"的舊觀念,日本、英國和前蘇聯已成功地將熔模鑄造工藝用來生產低成本的汽車等民用零件。

總之,隨著鑄造技術的發展,熔模鑄造已可以生產更精、更大、更強的高價值的產品"精密"、"大型"、"薄壁"是現代熔模鑄造所具有的鮮明特點。同時,熔模鑄造又在生產低成本件和快速生產上有了新的突破。這些都使熔模鑄造的應用面得以擴大,從而在與其它工藝競爭中處于較有利的地位,前景光明。

 
 

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