熔模精密铸造课程设计.docx

SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY

卓越工程师模块课程设计

论文题目：熔模精密铸造课程设计

小组成员：柳真晶，周世杰，冀浩
专 业: 材料科学与工程
指导教师: 董安平
学院(系):材料科学与工程学院

目录
1. 绪论…………………………………………………………………………………………4
1.1熔模铸造基本原理和工艺过程……………………………………………………………4
1.2熔模铸造的特点及应用领域………………………………………………………………5
1.3 熔模铸造（高端铸件）国内外发展现状…………………………………………………6
1.4选题简介……………………………………………………………………………………9
2. 铸件工艺流程设计…………………………………………………………………………9
2.1模具的设计与制造…………………………………………………………………………9
2.2浇注系统的设计与模拟……………………………………………………………………11
2.2.1浇注系统的设计…………………………………………………………………………11
2.2.2 浇注系统的模拟分析……………………………………………………………………11
2.3 3D打印与制备蜡模…………………………………………………………………………14
2.4 制壳…………………………………………………………………………………………15
2.4.1 制壳原材料………………………………………………………………………………15
2.4.2 制壳工艺…………………………………………………………………………………15
2.4.3 制壳步骤…………………………………………………………………………………17
2.5 浇注…………………………………………………………………………………………17
2.5.1 脱蜡………………………………………………………………………………………17
2.5.2 焙烧………………………………………………………………………………………19
2.5.3 浇注………………………………………………………………………………………19
2.5.4 熔炼铸件的清理…………………………………………………………………………20
2.6 后处理………………………………………………………………………………………20
2.6.1 喷砂………………………………………………………………………………………21
2.6.2 酸洗………………………………………………………………………………………21
2.6.3 修正（机加工）…………………………………………………………………………21
2.6.4 热处理……………………………………………………………………………………21
2.7 检验…………………………………………………………………………………………22
3． 总结…………………………………………………………………………………………22
4． 体会与建议…………………………………………………………………………………22
参考文献…………………………………………………………………………………………23
致谢………………………………………………………………………………………………23

1. 绪论
1.1 熔模铸造基本原理和工艺过程
当今世界航空、航天和汽车工业得到迅速发展，新一代高推重比航空发动机、飞机、汽车零部件以及机载设备等对其结构和重量的要求已变得十分苛刻，因此21世纪铸件的发展趋势是“精密化、轻量化、近无余量铸件和零缺陷铸件”，而铸件的轻量化和精密化要求铸件朝着“无余量、薄壁、高精度、高性能、大型复杂、整体化”的方向发展。
熔模铸造是特种铸造典型工艺之一，采用该方法制得的铸件精度和光洁度都比较高，可有效地实现毛坯精化，甚至无余量，故又称为熔模精密铸造，是一种近净形的金属液态成形工艺。熔模铸造工艺是用易熔材料制成可熔性模型（简称熔模），在其上涂挂若干层特制的耐火涂料，经过干燥和硬化形成一个整体型壳，从型壳中熔掉模型，放入焙烧炉中高温焙烧，然后在型壳中浇注熔融金属而得到铸件。图1为熔模铸造工艺流程。[1][2]

图1 熔模铸造工艺流程

1.2 熔模铸造的特点及应用领域
与其他铸造方法相比，熔模铸造具有以下显著的优点。
（1） 尺寸精度高、表面粗糙度低
熔模铸件的尺寸精度可达到4~6级，表面粗糙度可达到 Ra0.4~3.2μm，可大大减少铸件的切削加工余量，并可实现无余量铸造。
（2） 铸件结构复杂
由于蜡模直接赋予铸件形状，特别是陶瓷型芯的使用，使得复杂内腔得以实现；不用开型取模，避免了取模对复杂铸型的制约；采用热壳浇注，金属充型能力强，可以完成复杂铸型的浇注。
（3） 适用合金广
各种合金材料，如碳素结构钢、不锈钢、合金钢、铸铁、铝合金、铜合金、铸造高温合金、镁合金、钛合金和贵金属等材料都可用于熔模铸造生产。难以进行锻造、焊接和切削加工的合金材料特别适宜用熔模铸造方法生产。
（4） 批量灵活
熔模铸造的工装模具可采用多种材料和工艺方法制造，因此同时适用于大批量生产和小批量生产，大批量生产采用金属压型，小批量生产可采用易熔合金压型等，样品研制可直接采用快速原型代替蜡模。
当然，熔模铸造也存在一定的缺点，如工艺流程繁琐，生产周期长，铸件尺寸不能太大以及铸件冷却速度较慢等[3]。
由于熔模铸造能实现高精度的复杂成形，在高端铸件的制造方面占据着优势地位，特别是能够浇注高温合金和钛合金，使得该工艺在航空及工业燃气轮机领域发挥了重要作用，典型铸件如航空发动机和工业燃气轮机涡轮叶片、航空发动机的整体机匣等。除此之外，高温合金、钛合金和铝合金熔模铸造技术还在其他领域中得到应用，如汽车涡轮增压器涡轮和电子仪表框架，这些铸件相对一般商用熔模铸件，技术水平要求高，附加值大，被划为高附加值熔模铸件，也可称为高端铸件。在我国，还存在一类以生产各种不锈钢、碳钢铸件的企业群体，主要生产出口国际市场的一般商用铸件，如不锈钢高尔夫球头、管接头、泵、阀、五金件、一般及其零件等[4]。

1.3 熔模铸造（高端铸件）国内外发展现状
熔模铸造的历史可追溯到 4000 年前，但早期仅应用于铸造艺术品和装饰品。二战时期，美国工程师奥斯汀受传统失蜡法制造工艺品的启发，创造了现代熔模铸造法，并应用于机械零件的生产。此后，该技术在世界范围内得到迅速发展。1991年以前，在发达国家及地区，军工和航空产品占熔模铸造销售额的50%到70%。随着苏联解体和冷的战结束，行业结构发生了重大变化，民用精铸件用量攀升，国在精密铸造技术方面取得了重大进展。为提高产品竞争能力，各国在缩短生产周期、扩大产品领域、提高产品质量、降低成本、改善环境等方面技术发展较快。
我国于20世纪50年代初期，通过引进前苏联技术，开始发展现代熔模精，密铸造技术。70年代，研究主要集中在水玻璃型壳的快速制壳，新的硬化剂的开发，同时完善硅酸乙酯、开发硅溶胶、改善模料性能、提高制芯技术等精密铸造工艺方法研究；80年代，从国外引进了无余量熔模精密铸造生产线，开始了全面的技术吸收、消化和发展；90年代则实现了熔模铸造产量的大幅度提升。下面，将从高温合金、铝合金以及钛合金熔模铸造三个方面，详细讨论国内外发展现状。
（1） 高温合金
航空发动机涡轮叶片是典型高温合金熔模铸件。上世纪80年代以来，国外对涡轮工作叶片和导向叶片的结构、材料及制造技术进行了深入的革命性研究，已相继研制出具有高效气冷效果的叶片冷却系统、材料和制造技术，制造的部件已经通过发动机的全面考核，如多孔层板合金件、多孔层板合金铸造的单晶叶片、超气冷空心叶片、微叠层复合材料叶片以及相应的发散冷却（Lamilloy）、铸冷（Cast Cool）、超气冷（Super cooling）等用于超级气冷空心叶片制造的新技术。
我国于20世纪50年代从前苏联引进了石蜡-硬脂酸模料和水玻璃-石英型壳加矾土水泥的湿法造型工艺，开始了航空熔模铸件的研制历程。我国在1966年研制成功第一代空心镍基高温合金涡轮叶片，于70年代末成功铸造出符合发动机性能要求的低压一级空心导向叶片。而高温合金近净形熔模精密铸造技术是在上世纪70年代末期80年代初期形成的，早期的研究技术水平与国外同时期先进水平相当。迄今已经形成了以等轴晶、定向柱晶和单晶凝固结晶特征的叶片近净形熔模精密铸造技术、整体叶盘类控晶铸造技术和中小型复杂薄壁结构件整铸技术体系和研究保障条件。北京航空材料研究院近几年系统研究高效气冷单晶涡轮叶片近净形熔模精密铸造技术、双性能整体叶盘近净形熔模精密铸造技术、大型复杂薄壁结构件近净形熔模精密铸造等前沿技术，迄今已经在关键技术上取得突破：针对双层壁和其他复杂薄壁件结构的特点，在现有熔模材料上进行降粘和增强改性研究，并引入激光快速成形工艺对新型结构件整铸技术快速研究，形成新型熔模材料体系和熔模成形工艺；针对单晶叶片、整体叶盘和大型复杂薄壁结构件开展了凝固结晶过程控制的基础技术研究，形成针对叶片单晶生长、整体叶盘定向柱晶/等轴细晶复合生长、大流阻下致密充填与晶粒度复合控制的技术。
总的来说，经过长期的努力，我国航空发动机叶片熔模铸造有了长足的进步，但与国际先进水平尚存在不小的差距，特别是单晶叶片制造技术方面，国际上单晶叶片已经批量配备到航空发动机中，而我国在合金、工艺、设备等方面尚需进一步研究和提升[5]。
（2） 铝合金
铝合金具有比强度高、 比刚度高和抗疲劳性能优异的性能，是理想的结构材料。用铝合金替代钢铁可大大减轻产品的质量和增加结构的稳定性，在航空、航天、汽车、船舶、兵器、电子等行业已大量使用，特别是近年来越来越多地采用了铝合金熔模精密铸件。随着现代工业及铸造新技术的发展，对铝合金铸件的需求量越来越大，要求也越来越高，要求铸件尺寸精确、表面质量和内部冶金质量好，表面粗糙度一般要求Ra在0.8～3.2 μm之间，并且向大型、薄壁、复杂、整体的方向发展。
目前，铝合金精密铸造技术在国外发达国家中发展较为迅速。铝合金熔模铸造可同时生产小件和大件，最大轮廓尺寸可达到1.8 m，最小壁厚可降到 2 mm，最大铸件的重量接近 1000 kg。尺寸精度也越来越高：在 25.4 mm 内，公差可以达到±0.125 mm；从 25.4 mm 到 254 mm 每增加 25.4 mm，公差增加 0.05 mm；尺寸大于 254 mm 时每增加 25.4 mm，公差增加±0.127 mm。表面粗糙度 Ra 最高可达到约 0.63μm(相当7~8水平)，熔模铸件的力学性能也在不断提高。同时，各种模料辅助技术也发展较快，如日本研究的水溶性模料，可适用于在压力范围在0.7~1.5 MPa之内的压铸成型，美国TEM-PCRAFT生产的V-3002 型压蜡机的最大合型力可达到3000 kN。
近20年来，国内对铝合金精密铸造技术也开展了大量的研究工作，在一些领域虽然取得了长足的进步，但与国外先进水平相比，仍然还有不小的差距。主要表现为：铝合金精密铸造专业化生产程度低；铝合金精密铸造生产设备和配套技术落后；铸件尺寸、尺寸精度、复杂程度和表面质量不高；铸件机械性能低；生产周期长等。目前还满足不了航空、航天领域对铝合金精密铸件更高的性能要求[6]。
（3） 钛合金
钛合金具有比强度高、耐腐蚀性能好等优点，已成为一种优良的航空航天结构材料。近来年随着国内外航天事业的飞速发展，钛合金成形技术已经成为人们研究的热点。熔模铸造是钛合金最成功、也是应用最广泛的近净形成形技术，它具有铸件的表面粗糙度好、尺寸精度高等优点，可显著提高原材料的利用率（可达75%~90%）。
20世纪70年代初，美国PCC公司与德国的MTU发动机公司合作，采用氧化物陶瓷型壳整体精铸出直径800mm的RB199发动机的中间机匣，从而开创了生产大型薄壁复杂钛合金整体精铸件的新纪元。美国第四代歼击机F-22使用了大量的钛合金铸件，其中许多为关键部位的承力结构件。美国的AMAIC计划也在研究薄壁钛合金结构件，目的是生产厚度为0.9~1.3mm 的Ti-6Al-4V和Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo的精铸件，这个厚度要比现在的降低30%~50%。近年来，国外在积极发展新型钛合金及钛铝金属间化合物成分优化设计及力学性能的同时，加强了对新型钛合金及金属间化合物熔化原理、凝固行为、熔体净化工艺的研究，并重点开发了钛合金、钛铝金属间化合物的近无余量的精密铸造工艺及关键技术。
我国目前也有许多研究院致力于钛和钛合金精密铸造技术的研发，如北京航空材料研究院、沈阳铸造研究所、洛阳船舶材料研究所、中科院沈阳金属研究所、哈尔滨工业大学等单位。北京航空材料研究院曾采用引进技术成功浇铸出尺寸为630mm×300mm×130 mm，最小壁厚仅为2.5 mm的某飞机用的复杂的框形结构。
未来，国内关于钛和钛合金精密铸造研究将集中在以下方向：
①钛合金铸件的生产成本限制了它在航空航天工业上的应用，因此钛合金的发展将主要放在如何降低成本上，造型材料和真空熔炼是生产中的高成本环节，应进一步加大此方面的研究；
②钛合金铸件将越来越多地应用在易疲劳、易断裂等关键部位，加大钛合金研发，将是钛合金发展的又一大趋势；
③由于铸造钛合金在铸造过程中经常存在铸造应力、组织性能不均匀等问题，为确保铸件的使用质量，针对钛合金铸件开发热等静压和热处理技术研究显得尤为重要；
④熔模铸造只能生产中小型铸件，应寻求一种生产更大型、更净形、更高效铸件的工艺，提高钛合金铸件的生产能力；
⑤进一步扩大计算机模拟凝固技术在钛合金铸造中的应用，以提高铸件质量，减小铸件的废品率。[7][8]

1.4 选题简介
本次课程设计，旨在了解熔模精密铸造的整体流程及工艺，对于熔模精密铸造有初步的认识，熟悉相关实验操作，培养实践的能力，在实践中加深对熔模铸造工艺流程和技术的理解。
具体而言，首先由指导老师董安平老师向我们介绍了熔模精铸的含义、工艺流程、发展现状及前景，并对实验室的具体设备和科学研究情况进行了介绍。接下来，采用冀浩同学提供的3d鼠标模型为蓝本，九个同学分为三个小组，分别对应负责鼠标按键、上盖、下盖的铸造工作。从而通过一系列步骤将3d模型变为实物。我们小组负责的是鼠标上盖部分的熔模精密铸造。

2. 铸件工艺流程设计
2.1 模具的设计与制造
对于本次熔模精密铸造课程设计，由冀浩同学提供的鼠标3D模型为基础（见图2），选取其中三个主要构件，分别为按键，上盖，下盖，来作为三个铸件，分给三个小组进行分别铸造。经过分析发现原有模型尺寸过小太薄，不便于熔模铸造，从而对于模型进行修改，鼠标的外形尺寸放大2.5倍，壁厚放大1.5倍，从而基本满足铸造要求。

图2 整体鼠标3d模型

其中，我们小组负责熔模铸造的部件是上盖，见图3。其中铸件的蜡模模型由指导老师董老师找相关公司3d打印得到的树脂模型，见图4。

图3 鼠标上盖部分3d模型图

图4 鼠标上盖实际3D打印出的模型
得到的3d打印实物为上面的白色结构，接下来我们要为其设计浇注系统，并对设计好的浇注系统的进行模拟和合理性评估，从而获得我们的浇注系统。

2.2 浇注系统的设计与模拟
2.2.1 浇注系统的设计
铸件在浇注过程中最大的问题首先是解决铸件的充型问题。在浇注系统设计的时候要注意浇、冒口的系统设计，同时要考虑到真空设备的能力，型壳装箱预热的方式，浇注过程中的速度以及铸件浇注后的保温等问题。因此在正式生产试验前，设计了浇注系统，设计了一个浇口和2个冒口。由于本铸件相对比较简单，所以在设计之后直接进行了模拟。浇注系统设计图如图5所示。

图5 浇注系统设计模拟图

2.2.2 浇注系统的模拟分析
针对以上设计的浇注系统，我们对其浇注过程和凝固过程进行了计算机模拟，采用ProCAST软件（ProCAST 软件是由美国 USE 公司开发的铸造过程的模拟软件采用基于有限元的数值计算和综合求解的方法,对铸件充型、凝固和冷却过程等提供模拟，提供了很多模块和工程工具来满足铸造工业最富挑战的需求。基于强大的有限元分析，它能够预测严重畸变和残余应力，并能用于半固态成形，吹芯工艺，离心铸造，消失模铸造、连续铸造等特殊工艺）。首先对于整体浇注系统进行了有限元网格划分，见下图。

图6 网格划分

之后，对于其浇注过程进行了模拟。见下图。

图7 t=0.2s时模拟浇注情况

图8 t=4s时模拟浇注情况

从图中可以发现，4秒时已经浇注完毕，而由于延迟，其实真实时间会更快。从而可以说明浇注几乎是瞬间完成的。接下来，就是铸件的冷却过程了。以下图捕捉了几个模拟时铸件冷却过程中的瞬间。

图9 t=44 s时模拟冷却情况

图10 t=1404 s时模拟冷却情况

图11 t=1604 s时模拟冷却情况

从以上几个图中，可知，铸件冷却现实从两侧薄壁处开始的，这与常识相符。并且冷却时间较长。最终冷却后铸件的缩松情况见下图，可以发现出现缩松最严重区域集中在浇口处，铸件本身缩松产生率较小。从而符合要求。综上所述，设计的浇注系统合理，可以实际使用。

图12 整体示意图

图13 剖面图

2.3 3D打印与制备蜡模
3D打印（3DP)即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。 3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
将设计出的试样在软件中绘制出来，再利用3D打印技术将试样打印出来，我们此处为董老师委托相关公司打印制作。之后在实验室中，根据设计好的浇注系统，在3d打印出的树脂模型的基础上进行压蜡。压蜡主要是运用已经压好的不同型号的圆柱体蜡，将浇注系统以铸造蜡为原材料，通过手工制作的方式做好，并添加排蜡口和一些必要的修补。最终得到的蜡模如下图示。

图14 蜡模

2.4 制壳
2.4.1 制壳原材料
熔模精密铸造制壳使用原材料包括硅溶胶、锆粉（砂）、莫来粉（砂）、消泡剂（主要是醇类与有机硅类，用于消泡、抑泡）、润湿剂（主要是醚类非离子表面活性剂，用于降低界面张力，渗透湿润）、杀菌剂（用于控制细菌含量，延长浆料有效使用时间）、氨水（调整浆料PH值，延长浆料有效使用时间）、蒸馏水（调整浆料SiO2%，补充蒸发水分，延长浆料有效使用时间）。 浆料使用前应重点检测流杯黏度、PH值、比重，其次检测二氧化硅含量、总固含量、浆料寿命、细菌含量、涂片重量、透气性、强度（湿强度、干强度、高温强度）。依照检测结果判断浆料质量。
2.4.2 制壳工艺
目前国内精铸行业中广泛运用的四种制壳工艺分别是水玻璃型壳、复合型壳、硅溶胶-低温蜡型壳、硅溶胶-中温蜡型壳，所得精铸件质量由低到高。 1）水玻璃型壳。这一工艺在国内已有近50年的生产历史其厂点数至今仍在我国精铸厂家中占有相当比重。多年来由背层型壳耐火材料的改进和新型硬化剂的推广应用，水玻璃型壳强度有了成倍增长，铸件表面质量、尺寸精度及成品率有了很大提高。低廉的成本、最短的生产周期、优良的脱壳性能及高透气性至今仍是其他任何型壳工艺所不及的。 存在的主要问题： ①水玻璃粘结剂固有的缺点是Na2O含量高，型壳高温强度、抗蠕变能力远不及硅溶剂型壳。加之面层耐火料采用价低质次、粒度级配不良的石英砂（粉），因而必须不能获得高质量的精铸件。 ②型壳生产条件差，缺乏严格的生产过程及参数的控制。由于硬化剂的强腐蚀性，除尘设备简陋，很少车间有恒温、恒湿、除尘的生产环境。影响型壳和铸件质量的涂料配制、硬化、风干、脱蜡等工序，极少按行业规定的操作规范严格控制。型壳风干处的温度、湿度、风速等更是不加控制，故常在高、低温或梅雨季节发生批量报废的质量事故。总之，大部分工厂停留在手工作坊阶段，靠技艺而不是靠科学的质量管理进行生产。这是水玻璃型壳数十年来铸件质量不稳定、废品率、返修率高的重要原因之一。 2）复合型壳。目前不少工厂将第一、二层改用锆英粉及莫来石粉，硅溶胶型壳。背层仍要用原有水玻璃型壳工艺。它是结合硅溶胶型壳的优良表面质量和水玻璃低成本、短周期的优点的一种改进方案。与水玻璃型壳相比，其铸件表面质量有了很大提高，表面粗糙度降低、表面缺陷减少、返修率下降。生产周期与水玻璃型壳相近。 存在的主要问题： ①由于背层保留了水玻璃粘结剂，故其型壳整体高温强度、抗蠕变能力比硅溶胶型壳低，浇注的铸件尺寸精度及形位公差均比不上硅溶胶型壳。 ②透气性不如水玻璃型壳也不如硅溶胶型壳，型壳高温强度不及硅溶胶型壳，易造成废品。 ③复合型壳铸件质量稳定性比水玻璃好，但远不如硅溶胶型壳。 ④复合型壳由于采用价高的锆英粉作面层，其型壳成本是水玻璃型壳的4.5倍，若背层采用莫来石砂粉，其型壳成本与硅溶胶型壳成本相差无几，其成本低的优势并不明显。 ⑤复合型壳不能使用中温蜡料。中温蜡不能使用热水脱蜡。在高压釜中脱蜡时，由于高温、高压，中温蜡液会与背层中的水玻璃及残留硬化剂产生剧烈的皂化反应，不经回收处理无法回用。 3）硅溶胶-低温蜡型壳。低温蜡成型容易、设备简单，蜡模表面粗糙度相差不大，工艺比复合型壳质量稳定，尤其是铸件尺寸精度高，因它没有水玻璃存在，型壳高温性能好，焙烧后型壳透气性高，抗蠕变能力强，既可适用于薄壁件，复杂结构的中小件，又可生产重达 50~100kg的特大件。 存在的主要问题： ①由于采用低温蜡，大部分型壳在水中脱蜡，难免有皂化物残留进入型壳中易产生铸件表面夹杂，返修率稍高。 ②制壳生产周期长是它的最大缺点和不足，尤其在生产大件，有深孔、深槽件时，每层干燥常用24~48h。 ③硅溶胶型壳（低温蜡）型壳成本较水玻璃型壳高5倍，比复合型壳高17%。铸件成本相应较高。 4）硅溶胶-中温蜡型壳。国际上通用的精铸件生产工艺，它具有最高的铸件质量、最低的返修率，特别适合于表面粗糙度要求高，尺寸精度高的中小件、特小件。存在的主要问题： ①成本高，其型壳生产成本是水玻璃型壳的8倍。比低温蜡硅溶胶型壳也高也25%。 ②生产周期与低温蜡硅胶溶胶型壳相同，比水玻璃及复合型壳长得多。 ③生产中大件往往要采用中温液态蜡及高压注蜡，厚壁蜡模易缩凹，铸件尺寸精度并不太高。中大件对尺寸精度、表面粗糙度要求也没有小件那么高，故中大件较少采用硅溶胶（中温蜡）型壳。
2.4.3 制壳步骤
①配制涂料，模组的除油和脱脂：由于模组为石蜡，他们具有憎水性，因此用肥皂水货表面活性剂改善涂挂性 ②上涂料和撒砂：涂料要均匀，不可缺涂、局部堆积或积存气泡。（方法：模组在涂料中不断的翻转和上下移动）；撒砂是为了增强型壳和固定涂料，可防止涂料干燥时因为收缩而产生穿透性裂纹，撒砂用材料应与配置涂料耐火材料相同（相同的膨胀系数） ③型壳干燥和硬化。 ④重复以上步骤直至型壳完成。下图是最终效果。

图15 制壳效果图

2.5 浇注
2.5.1 脱蜡
熔失熔模的过程统称为脱蜡，是熔模铸造的主要工序之一。脱蜡的方法有多种如：有机溶剂法、热水脱蜡法、高压蒸汽脱蜡法、闪烧脱蜡法、微波脱蜡法、热砂脱蜡法等，目前应用最广泛的为高压蒸汽脱蜡法，而水玻璃型壳多采用热水脱蜡法。无论是何种脱蜡方法，要点都是高温快速脱蜡，以保证型壳在脱蜡过程中不开裂。 型壳制成后一般要停放一段时间后（2~4h）方可进行脱蜡。本次实验采用高压蒸汽脱蜡法。 下两图是脱蜡后的效果。可以观察到型壳外表面结实，内表面很光滑。

图16 脱蜡后实物图A

图17 脱蜡后实物图B

2.5.2 焙烧
焙烧的目的是去除挥发物（水，残余蜡料、皂化物）去除之后留下的空隙提供透气性；使粘接剂、耐火材料发生反应，改善力学性能（高温下）；减少浇注时的温差，提高充型能力，避免胀型。 如需造型（填砂）浇注，在焙烧之前，先将脱模后的型壳埋箱内的砂粒之中，再装炉焙烧。如采用高强度型壳时，可不必造型而将脱模后的型壳直接焙烧。焙烧时逐步增加炉温，将型壳加热至800 -1000 ℃，保温一段时间，即可进行浇注。
2.5.3 浇注
熔模铸造时常用的浇注方法有：1）热型重力浇注 这是用得最广泛的一种浇注形式，即型壳从焙烧炉中取出后，在高温下进行由浇注。此时金属在型壳中冷却较慢，能在流动性较高的情况下充填铸型，故铸件能很好复制型腔的形状，提高了铸件的精度。但铸件在热型中的缓慢冷却会使晶粒粗大，这就降低了铸件的机械性能。在浇注碳钢铸件时，冷却较慢的铸件表面还易氧化和脱碳，从而降低了铸件的表面硬度、光洁度和尺寸精度。2）真空吸气浇注 将型壳放在真空浇注箱中，通过型壳中的微小孔隙吸走型腔中的气体，使液态金属能更好地充填型腔，复制型腔的形状，提高铸件精度，防止气孔、浇不足的缺陷。该法已在国外应用。3）压力下结晶 将型壳放在压力罐内进行浇注，结束后，立即封闭压力罐，向罐内通入高压空气或惰性气体，使铸件在压力下凝固，以增大铸件的致密度。在国外最大压力已达150atm。4）定向结晶（定向凝固） 一些熔模铸件如涡轮机叶片、 磁钢等，如果它们的结晶组织是按一定方向排列的柱状晶，它们的工作性能便可提高很多，所以熔模铸造定向结晶技术正迅速地得到发展。 本次试验采用倾转式热型重力浇注。下图为浇铸过程。

图18 浇注过程

图19 浇注后实物图

2.5.4 熔炼铸件的清理
熔模铸件清理的内容主要包括：从铸件上清除型壳；自浇冒系统上取下铸件；去除铸件上所粘附的型壳耐火材料；铸件热处理后的清理，如除氧化皮、尽边和切割浇口残余等。获得的铸件如下图示。

图20 铸件实物图

2.6 后处理
2.6.1 喷砂
利用高速砂流的冲击作用清理和粗化基体表面的过程叫做喷砂。采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料（铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海南砂）高速喷射到需要处理的工件表面，使工件表面的外表面的外表或形状发生变化，由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，使工件表面的机械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲劳性，增加了它和涂层之间的附着力，延长了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和装饰。下图为喷砂操作图。

图21 喷砂操作图

2.6.2 酸洗
利用酸溶液去除钢铁表面上的氧化皮和锈蚀物的方法称为酸洗。是清洁金属表面的一种方法。通常与预膜一起进行。一般将制件浸入硫酸等的水溶液，以除去金属表面的氧化物等薄膜。是电镀、搪瓷、轧制等工艺的前处理或中间处理。
2.6.3 修正（机加工）
机加工是机械加工的简称，是指通过机械精确加工去除材料的加工工艺。机械加工主要有手动加工和数控加工两大类。 熔模铸造铸件除了切除冒口、平整铸件表面外，还要根据设计加工出熔模铸造无法直接浇铸出的细节部分，比如孔、槽等。
2.6.4 热处理
热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的晶相组织结构，来改变其性能的一种金属热加工工艺，包括正火、退火、回火、淬火等。 熔模铸造铸件进行热处理是为了消除内应力、改善机械性能。

2.7 检验
熔模铸造工序多，工艺过程复杂，影响铸件质量因素多。据英国熔模铸造协会统计熔模铸件常见缺陷有49种之多。影响铸件缺陷的主要因素有：易熔模质量、型壳质量和金属液质量等。 ①铸件尺寸超过规定的公差范围称铸件尺寸超差。这是熔模铸件的一个重要缺陷，将造成铸件报废。将熔模铸造工序中影响铸件尺寸变化的因素归纳起来主要有五方面：铸件结构、形状和大小；压型；制易熔模；型壳和浇注工艺。 ②熔模铸件表面应光洁、表面粗糙度应为Ra3.2~0.8μm。表面粗糙是指熔模铸件粗糙度达不到要求。熔模铸件表面粗糙度与压型质量、熔模、制壳、焙烧、浇注和清理各工序均有密切的关系，影响因素很多。 ③表面缺陷有：粘砂、夹砂、鼠尾、凹陷、桔子皮缺陷、癞蛤蟆皮缺陷、鼓胀、毛刺、金属珠等等，是熔模铸造常见缺陷。 ④孔洞类缺陷有：气孔、多孔性气性、缩孔、缩松等缺陷，是熔模铸造常见缺陷。 ⑤裂纹与变形。 ⑥其他缺陷：砂眼、渣孔、冷隔、欠铸、跑火、表面脱碳等。为了检查上述缺陷，工业上主要采用了两种方法：X线检验与尺寸检验。

3 总结
经过上面一系列步骤，我们完成了我们小组负责的鼠标上盖部分的从设计、模拟到实验的整个熔模精铸过程，并获得了最终的铸件。

4 体会与建议
通过整个实验的进行和课程设计报告的撰写，对于熔模精密铸造有了较为全面的了解，对于整个铸造过程有了直观的认识。在课程设计进行之前，对于熔模铸造基本上一无所知。而通过完成课程设计，不仅对于熔模铸造有了一定的认识，也发现那些看似高大上的一个个航空用的高温合金铸件，也是可以通过努力一步一步生产出来的。总之，我们收获良多。
至于建议的话，我们这次蜡模是采用的3d打印模型直接获得，由于这些模型是委托公司制作，成本也较高。之后可以让学生自己动手在已有的基本形状（长方体，圆柱等）基础上自己拼接制作成蜡模，这样既节约了经费也可进一步锻炼学生的动手能力。还有就是，实验中我们对于浇注过程的模拟还不是太了解，之后时间允许的话，老师可以再多介绍下相关软件和操作之类的知识。

参考文献
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致谢
感谢在整个课程设计过程中，董安平老师的悉心指导和帮助，董老师向我们耐心讲解实验步骤，合理安排实验时间，使我们对于熔模精铸有了更加直观的了解和认识。感谢工人师傅的帮助，实验中有一些步骤我们学生无法单独完成，工人师傅的帮助让我们得以顺利完成整个实验。最后，也衷心祝福董老师和工人师傅工作顺利，为国产航空发动机高温铸件的研制做出更大的贡献！
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