【解析】精鑄蠟模的快速制造技術

熔模鑄造是用蠟料制成蠟模,在蠟模上包覆若干層耐火涂料制成型殼,熔出蠟模后經(jīng)高溫焙燒即可澆鑄的鑄造方法。經(jīng)熔模鑄造制得的鑄件不僅精度高而且表面光潔,所以被廣泛用于生產(chǎn)汽輪機、渦輪機的葉片或葉輪,切削刀具以及飛機、汽車和機床上的小型零件。但傳統(tǒng)熔模鑄造技術中熔模的生產(chǎn)存在工藝復雜、精度不易控制等問題,且生產(chǎn)成本高,制作周期長。3D打印技術的出現(xiàn),為長期困擾人們的復雜熔模制造提供了一個新途徑。

1 精鑄蠟模的制造
1.1 傳統(tǒng)精鑄蠟模的制造過程
(1)先用鋼或銅合金制成母模,用它來制造壓型。
(2)用鋼、錫青銅或鋁合金加工成壓型。
(3)用50%石蠟和50%硬脂酸配制成低熔點蠟料。
(4)將熔融的蠟料壓入壓型,待冷凝后取出,并在冷水槽中冷卻,再經(jīng)修整檢驗后便得到單個蠟模。

1.2 精鑄蠟模的快速制造過程
(1)在計算機中建立加工蠟模的三維實體CAD模型,輸出STL文件。然后用分層軟件進行切片處理,得到每一加工層面的信息,同時獲得激光束的二維掃描軌跡。
(2)激光束在計算機控制下對成型粉末材料逐層進行掃描燒結,完成一層后,工作臺面下降一個層厚,這樣循環(huán)往復,層層疊加便可制造出蠟模的三維實體。 采用選擇性激光燒結快速成型技術生產(chǎn)精鑄蠟模,可以使生產(chǎn)過程大為簡化,從零件圖紙到工藝設 計、蠟模的三維實體造型等都可由計算機完成,并且可以生產(chǎn)任何復雜程度的鑄件,同時也省去了許多工 裝設備[3] ,是一種簡便適用的方法。

2 精鑄蠟模的激光燒結成型工藝參數(shù)
利用HLP-350I點掃描激光燒結快速成型機進行蠟模燒結試驗。表1為蠟模的激光燒結成型工藝參數(shù)。

表1 蠟模的激光燒結成型工藝參數(shù)

3 精鑄蠟模的后處理工藝
精鑄蠟模的后處理工藝 精鑄蠟模的激光燒結件必須經(jīng)后處理才能滿足精鑄的使用要求,后處理的具體過程如下:
(1)去除激光燒結蠟模表面多余的虛粉。
(2)在化蠟爐中對蠟模進行浸蠟處理,使蠟模表面均勻包覆一薄層蠟液。
(3)用細砂紙對浸過蠟的蠟模表面進行打磨處理,去掉多余的蠟痕。
(4)用有機溶液輕輕擦洗蠟模表面,降低表面粗糙度。

4 精鑄工藝試驗
現(xiàn)以汽車發(fā)動機的彎管為例,對其快速成型精鑄蠟模進行精鑄工藝試驗。圖1為汽車發(fā)動機彎管的精鑄蠟模。

4.1 試驗過程和試驗條件

快速成型蠟模精鑄工藝流程見圖2。

其試驗條件為
(1)脫模方式:蒸氣脫模。
(2)澆注方式:真空澆注。
(3)澆注材質(zhì):K413合金。
(4)澆注溫度:1580℃。
(5) 澆注時間: 5s。

圖1汽車發(fā)動機彎管的精鑄蠟模

圖2 快速成型蠟模精鑄工藝流程圖

4.2 鑄件尺寸檢測 精鑄件尺寸檢測結果見表2。

表2 精鑄件尺寸檢測結果

4.3 試驗結果
(1)成型蠟模不漲殼,可用蒸氣法脫蠟且殘留灰 分少,具有良好的鑄造性能,完全可以用于精密鑄造。
(2)精鑄件表面質(zhì)量較好,可以滿足使用的要求。
(3)精鑄件尺寸精度高于0.5%,滿足鑄件的精度要求。

結論
在選擇性激光燒結的基礎上,詳細介紹了精鑄蠟模的快速制造過程,并以汽車發(fā)動機彎管的熔模制造為例進行試驗,得到了具有較高精度的鑄件,表明這種方法是復雜熔模制造的一種切實可行的辦法,豐富了傳統(tǒng)熔模鑄造的內(nèi)容。

編輯：南極熊
作者：梁紅英 (華北工學院分院機電工程系）