熔模精密鑄造工藝

熔模精密鑄造工藝是指用蠟做成模型，在其外表包裹多層粘土、粘結劑等耐火材料，加熱使蠟熔化流出，從而得到由耐火材料形成的空殼，再將金屬熔化後灌入空殼，待金屬冷卻後將耐火材料敲碎得到金屬零件，這種加工金屬的工藝就叫熔模精密鑄造，也稱為熔模鑄造或失蠟鑄造。

基本介紹

• 中文名：熔模精密鑄造工藝
• 外文名：precision-investment casting
• 工藝名稱：精密鑄造
• 別名：熔模鑄造或失蠟鑄造
• 出現時間：公元前數百年

起源

這種方法古代已經有了，在遙遠的公元前數百年，我國古代勞動人民就創造了這種失蠟精密鑄造技術，用來精密鑄造帶有各種精細花紋和文字的鐘鼎及器皿等製品。根據專家鑑定，我國出土的殷商時期的青銅器和春秋時的曾侯乙墓尊盤等的製造就使用了這種很巧妙的技術。曾侯乙墓尊盤底座為多條相互纏繞的龍，首尾相連，上下交錯，形成中間鏤空的多層雲紋狀圖案。這些圖案用普通精密鑄造工藝很難製造出來，而用失蠟法精密鑄造工藝，可以利用石蠟沒有強度、易於雕刻的特點，用普通工具就可以雕刻出與所要得到的曾侯乙墓尊盤一樣的石蠟材質的工藝品，然後再附加澆注系統，塗料、脫蠟、澆注，就可以得到精美的曾侯乙墓尊盤。 在金屬首飾以及很多非金屬工藝品的製造上，使用這種方法也是源遠流長，至今仍然是很多首飾和工藝品生產的主要方法。

發展

現代熔模精密鑄造是在古代蠟模精密鑄造的基礎上發展起來的。二戰時期，駐雲南保山的盟軍技術專家見到當地人用這種方法製造工藝品深受啟發，將其改進並用到機械構件的生產上，從此該種技術在世界各地迅速得到發展。現代熔模精密鑄造方法在工業生產中得到實際套用是在20世紀40年代。當時航空噴氣發動機的發展，要求製造像葉片、葉輪、噴嘴等形狀複雜，尺寸精確以及表面光潔的耐熱合金零件。由於耐熱合金材料難於機械加工，零件形狀複雜，以致不能或難於用其它方法製造，因此需要尋找一種新的精密的成型工藝，於是借鑑古代流傳下來的失蠟精密鑄造，經過對材料和工藝的改進，現代熔模精密鑄造方法在古代工藝的基礎上獲得重要的發展。航空工業的發展推動了熔模精密鑄造的套用，而熔模精密鑄造的不斷改進和完善也為航空工業進一步提高性能創造了有利的條件。 其後這種先進的精密鑄造工藝得到巨大的發展，相繼在航空、汽車、工具機、船舶、內燃機、氣輪機、電訊儀器、武器、醫療器械以及刀具等製造工業中被廣泛採用，同時也用於工藝美術品的製造。 近十年來，熔模精密鑄造一直以較高的速度向前發展著。世界各主要工業國平均以7%～12%的速度遞增，特殊用途的鑄件將以30%的驚人速度遞增，從而推動了熔模精密鑄造蠟開發技術的發展。

熔模鑄造用蠟開發進展

精密鑄造蠟是在熔模精密鑄造中製造零件鑄模的專用材料，是決定鑄件質量的重要因素之一。熔模鑄造用蠟品種主要有低溫模料、中溫模料和高溫模料，目前主要使用的模料是低溫模料和中溫模料。我國進口的模料也主要是中溫模料。

美國熔模鑄造技術水平較高，得益於三大支柱，即先進的技術、優質的原材料和嚴格認真的操作。如美國熔模鑄造廠每次使用的模料均是模料廠生產的新模料。熔模鑄造廠不對使用過的模料回收處理，回收的模料送到模料專業生產廠統一處理。由於模料廠出廠的模料質量較高且均一，保障了熔模鑄造廠蠟模的尺寸精度和表面質量，蠟的灰分和雜質也得到了控制。國外通常有專業公司，匯集相關技術專業生產熔模鑄造模料。所生產的模料具有穩定性好、收縮率低、表面光潔、強度高、成型性好並針對不同的零件生產不同性能的模料。國外所生產的模料種類有加填料模料和非加填料模料，並細分為模型用蠟、修補蠟、可乳化蠟、澆口用蠟、嵌封用蠟的粘結蠟等。

近幾年來，我國許多單位研製成功了許多系列模料且產品質量較高。我國北京正大德技術開發中心研製生產了WMⅡ系列模料。該系列模料品種多，可提供用於不同制殼材料、不同脫蠟溫度、不同尺寸形狀的模料，可用於替代進口產品。上海市金山模料廠生產WM系列模料，十餘個品種，年產量約200噸。瀋陽鑄造研究所研製生產F-01等中溫模料和填料模料。另外，瀋陽風動工具廠、北京油泵油嘴廠、太原晉西機械廠和成都化工所也生產質量較高的蠟基中溫模料。

國外熔模鑄造用蠟的生產品種主要有美國生產的CL-162系列和Master系列模料、英國Dussek Campbell公司生產的Castylene系列模料、日本生產的K系列模料(如K512)和前蘇聯生產的P-3模料等。

模料性能的優劣是由其配方決定的，因此各生產廠非常重視模料配方的研究。

消費現狀

我國於20世紀五六十年代開始將熔模精密鑄造套用於工業生產。與國外相比，國內熔模精密鑄造工業生產較早，但模料精密鑄造蠟的開發相對滯後。90年代以前，我國熔模製造廠大都採用石蠟硬脂酸模料、水玻璃型殼工藝，生產質量要求不高的熔模鑄件。2006年前，全國該類精鑄廠約有1350家，年產15萬噸鑄件，消耗以石蠟硬脂酸為主要組分的精密鑄造蠟約3750噸。

2007年國內部分地區精密鑄造蠟用量如下：

西北地區

寧夏、西安地區低溫精密鑄造蠟用量約500～800噸/年，中溫精密鑄造蠟100～200噸/年。其中，寧夏吳忠儀表廠和西安航空發動機有限公司低溫精密鑄造蠟自己調製，中溫精密鑄造蠟主要靠進口。

華東地區

低溫精密鑄造蠟市場用量較大，在1000～2000噸/年左右，中溫精密鑄造蠟用量約100～300噸/年，主要為國外加工鑄件，鑄造蠟以台灣地區較多。

中原地區

熔模精密鑄造企業較少，以低溫精密鑄造蠟為主，大多為自調產品，洛陽第一拖拉機廠用量100多噸/年。

加上其它地區，精密鑄造蠟國內市場容量達到5000噸/年。

市場預測

我國大部分熔模鑄造廠使用的模料是熔模鑄造廠自製的石蠟——硬脂酸低溫模料。其質量低、成本高，且嚴重影響鑄件質量的提高，所生產的鑄件在國際市場上競爭力小。然而，我國許多熔模鑄造生產廠希望生產的鑄件用於出口。鑄件要出口，就要提高鑄件產品質量。因此，一方面需要先進的熔模鑄造設備，另一方面需要高質量的模料。顯然，熔模鑄造生產廠自給自足式的模料生產辦法是很難生產出高質量的模料，因而此狀況與現代化的大生產相矛盾。近年來，我國引進了許多現代化的熔模精鑄設備和高質量的模料，而且隨著與海外的往來與日俱增，進口模料品種、規格日益增多。由此可見，我國模料的生產面臨著改進模料產品質量和擴大模料品種等艱巨任務與挑戰。

結束語

隨著熔模精密鑄造工藝的進展，不僅從最初使用的石蠟松香基低溫模料發展到石蠟樹脂基多元模料上來，而且呈現出多品種、系列化的趨勢。特別是合成高分子工業的發展，為複合出性能優良的模型蠟提供了許多可供選擇的添加劑。不過，由於傳統使用習慣和對產品公差的考慮以及成本因素的影響，許多使用鑄造蠟的廠家都儘可能維持原來的供貨者（進口商），不敢輕易更換蠟材料。

所以，在市場上既可以看到性能很先進的模型蠟材料，也可以看到仍然使用天然動植物蠟做鑄造蠟的情況。蠟材料的品種五花八門。一些廠家粗製亂造，根本不考慮產品的套用和使用效果，還有部分的鑄造廠家由於對模型蠟的要求不高，乾脆自己配製蠟材料，以致終端產品的壞品率居高不下。相信隨著時間的推移，性能相對低劣的模型蠟材料會被逐漸淘汰，市場混亂的情況將得到好轉。