【解析】精铸蜡模的快速制造技术

熔模铸造是用蜡料制成蜡模,在蜡模上包覆若干层耐火涂料制成型壳,熔出蜡模后经高温焙烧即可浇铸的铸造方法。经熔模铸造制得的铸件不仅精度高而且表面光洁,所以被广泛用于生产汽轮机、涡轮机的叶片或叶轮,切削刀具以及飞机、汽车和机床上的小型零件。但传统熔模铸造技术中熔模的生产存在工艺复杂、精度不易控制等问题,且生产成本高,制作周期长。3D打印技术的出现,为长期困扰人们的复杂熔模制造提供了一个新途径。

1 精铸蜡模的制造
1.1 传统精铸蜡模的制造过程
(1)先用钢或铜合金制成母模,用它来制造压型。
(2)用钢、锡青铜或铝合金加工成压型。
(3)用50%石蜡和50%硬脂酸配制成低熔点蜡料。
(4)将熔融的蜡料压入压型,待冷凝后取出,并在冷水槽中冷却,再经修整检验后便得到单个蜡模。

1.2 精铸蜡模的快速制造过程
(1)在计算机中建立加工蜡模的三维实体CAD模型,输出STL文件。然后用分层软件进行切片处理,得到每一加工层面的信息,同时获得激光束的二维扫描轨迹。
(2)激光束在计算机控制下对成型粉末材料逐层进行扫描烧结,完成一层后,工作台面下降一个层厚,这样循环往复,层层叠加便可制造出蜡模的三维实体。 采用选择性激光烧结快速成型技术生产精铸蜡模,可以使生产过程大为简化,从零件图纸到工艺设 计、蜡模的三维实体造型等都可由计算机完成,并且可以生产任何复杂程度的铸件,同时也省去了许多工 装设备[3] ,是一种简便适用的方法。

2 精铸蜡模的激光烧结成型工艺参数
利用HLP-350I点扫描激光烧结快速成型机进行蜡模烧结试验。表1为蜡模的激光烧结成型工艺参数。

表1 蜡模的激光烧结成型工艺参数

3 精铸蜡模的后处理工艺
精铸蜡模的后处理工艺 精铸蜡模的激光烧结件必须经后处理才能满足精铸的使用要求,后处理的具体过程如下:
(1)去除激光烧结蜡模表面多余的虚粉。
(2)在化蜡炉中对蜡模进行浸蜡处理,使蜡模表面均匀包覆一薄层蜡液。
(3)用细砂纸对浸过蜡的蜡模表面进行打磨处理,去掉多余的蜡痕。
(4)用有机溶液轻轻擦洗蜡模表面,降低表面粗糙度。

4 精铸工艺试验
现以汽车发动机的弯管为例,对其快速成型精铸蜡模进行精铸工艺试验。图1为汽车发动机弯管的精铸蜡模。

4.1 试验过程和试验条件

快速成型蜡模精铸工艺流程见图2。

其试验条件为
(1)脱模方式:蒸气脱模。
(2)浇注方式:真空浇注。
(3)浇注材质:K413合金。
(4)浇注温度:1580℃。
(5) 浇注时间: 5s。

图1汽车发动机弯管的精铸蜡模

图2 快速成型蜡模精铸工艺流程图

4.2 铸件尺寸检测 精铸件尺寸检测结果见表2。

表2 精铸件尺寸检测结果

4.3 试验结果
(1)成型蜡模不涨壳,可用蒸气法脱蜡且残留灰 分少,具有良好的铸造性能,完全可以用于精密铸造。
(2)精铸件表面质量较好,可以满足使用的要求。
(3)精铸件尺寸精度高于0.5%,满足铸件的精度要求。

结论
在选择性激光烧结的基础上,详细介绍了精铸蜡模的快速制造过程,并以汽车发动机弯管的熔模制造为例进行试验,得到了具有较高精度的铸件,表明这种方法是复杂熔模制造的一种切实可行的办法,丰富了传统熔模铸造的内容。

编辑：南极熊
作者：梁红英 (华北工学院分院机电工程系）