各行各業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, 例如表現在材料的多樣性、形狀的復雜性、生產的成批性、尺寸的精確性、均一性、穩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標準(J IS)的規定;
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, 均按生產單位標準執行。作為精密鑄件的一個例子, 從中可感到當今工業生產對精密鑄件的要求和生產者可以達到的水平。從現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、每個環節、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
蠟料是精鑄生產中的第一個環節。眾所周知, 由于鑄件生產的發展, 相應地對蠟料的要求也是多種多樣的。生產者最簡便的方法是從市售的蠟料中選用，也可以自己配制，還可以委托專業工廠按要求生產。但無論何種蠟料其要求的性質是相同的, 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、尺寸穩定性及高溫灼燒后的殘留灰分量等。我們在具體鑄件生產的基礎上, 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、半液態、半固態、固態； 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, 并且在繼續發展中。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, 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, 熔化溫度控制在84～98 ℃范圍內, 并使其始終處于攪動狀態, 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。過熱的表現是蠟的顏色發生變化, 盛蠟桶內壁產生黑斑, 因填充料的分離而呈半透明狀, 盛蠟桶內產生煙霧或蒸發物。
(2) 蠟在回用處理時, 為了去除雜質和水分, 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外, 其所含水分也會因攪拌器的攪動而得以蒸發。
(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節, 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、保持環境溫度
在蠟模制造室內, 無論是冬季或夏季, 室內溫度都應保持在20～25 內, 使蠟模的尺寸處于一個穩定的環境中, 同時與沾漿制殼工序的環境條件相配合,以保證型殼的質量。
(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, 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, 蠟模會產生充不滿、冷隔、粒狀表面、流紋及網狀紋等缺陷。
(2)、 蠟模的成形方法
根據鑄件的大小、形狀和技術要求產生不同的成形方法。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; 從蠟料狀態分, 有液態、半液態、半固態、固態等; 從壓型分, 有金屬型、橡膠型、石膏型等, 從鑄件分, 有工業品、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, 也就是蠟模的性質在很大程度上受壓蠟機參數的制約, 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。然后根據工藝卡的規定進行操作。壓蠟成形機的性能主要表現在它所能調節的工藝參數, 其中包括, 手動式、自動式; 蠟桶溫度調節、注蠟口溫度調節; 合型力調節、合型行程調節; 壓射壓力調節、壓射速度調節、壓射時間調節; 回程速度調節等。例如有的鑄件, 其蠟模兩端各有兩個孔環,由于孔環與本體的連接比較薄弱, 所以在連接處易發生肉眼可見的微裂紋, 后來通過調節射出速度和保持時間, 這種缺陷就消除了。由此可知, 壓蠟機所能調節的工藝參數及其調節范圍、調節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) , 即可啟動油泵, 驅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。全過程的主要參數是: ①半固態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停留8 小時以上; ②射出壓力是可調節的, 通常為214～218MPa ③壓蠟機給壓型的緊固力是可調的, 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, 出現于蠟模的中心部分和最后冷卻的部分, 這是內壓力的釋放, 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; 或由于壓型內表面受損或不清潔; 激冷金屬塊放置不當等, 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, 蠟料與壓型內表面的接觸密度不夠, 不能如實地反映壓型的表面狀態, 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。其產生的原因主要是壓型精度不夠, 壓型分型面或型內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, 要強調的是操作工藝的重要性, 各個環節之間的配合, 必須執行各個工序的工藝卡及相關的技術管理文件。并要在貫徹執行中不斷完善有關文件以適應正常生產的需要。每個崗位上的工作人員必須對有關的工藝卡中的內容和要求有充分的理解和切實的執行, 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活動中。
