熔模铸造工艺流程缺陷分析
一、熔模铸造
熔模铸件具有尺寸精度高、表面粗糙度低，可以不加工或很少加工就能使用的特点，是一种少、无切削加工的先进铸造工艺，是一种金属近、净成形工艺；因此熔模铸造也称为“失蜡铸造”、“精密铸造”、“精铸”。熔模铸造被广泛地应用于航天航空、兵器、机械、电子、石油、化工、能源、交通、轻工、纺织、医疗器械以及礼品等，应用于天上、陆地和水下等各行各业；是国民经济发展、实现“中国梦”的重要基础产业。
由于熔模铸造工艺复杂、影响因素繁多，在生产中又多是人工操作、很难控制；因此，熔模铸件的废品率比较高，据不完全统计废品率约为10％，个别缺陷的废品率甚至更高；而且铸件的质量很不稳定。解决熔模铸件缺陷是熔模铸造工作者的主要任务之一。要做好这项工作就要：掌握熔模铸造的必备知识；熟知熔模铸件缺陷分析的方法；运用熔模铸件缺陷分析的常用工具。
二、熔模铸造工艺流程
流程图是表示过程（工艺过程、检验过程、质量改进等过程）步骤和顺序的示意图，它能使人们对整个过程有一个全面的、完整的了解；通过对现状调查了解，找出需要改进的关键过程，因而被广泛的应用。
熔模铸造的工艺流程图，如图1所示：
图1 熔模铸造工艺流程图
三、熔模铸造的工艺特点
1、优点有五：
（1）铸件尺寸精度高（CT4-6级）、表面粗糙度低（Ra1.6-3.2µm）,且形状复杂；
（2）铸件壁薄（0.5mm）、重量轻（几克）、槽窄、孔细，及铸造出花纹精美的图案；
（3）可以代替组合件、焊接件等结构复杂的零件，减轻了零件的重量和加工余量；
（4）可以精密铸造各种合金的、复杂的铸件，如发动机的叶片等高温合金铸件；
（5）生产批量没有限制，可以单件或批量。
2、不足有五：
（1）工艺过程复杂、工序多，影响铸件质量的工艺因素达到数百个；
（2）生产周期长；
（3）适宜于中、小型铸件，有一定局限性；
（4）原辅材料种类多，质量不易控制；
（5）铸件冷却速度慢，产生晶粒粗大，碳钢铸件产生表面脱碳等。
影响熔模铸造质量因素有数百个，产生熔模铸造缺陷在所难免。
四、容易产生缺陷的八个工艺过程
1、客户需求
（1）当客户有新的需求时，应首先提供零件图；
（2）铸造企业根据客户提供的零件图，在签订合同后就需要企业的设计人员进行熔模铸件工艺设计，包括分析熔模铸件结构的工艺性、确定工艺方案和工艺参数，如加工余量、铸孔、工艺孔、工艺筋和工艺凸台等；选择熔模铸件的基准面；设计熔模铸件补缩的浇注系统；以及绘制工艺图或铸件图。在设计的铸件图上要标注技术条件，如：铸件验收的通用技术条件、专用技术条件，或特殊技术条件；热处理方式（一般选用正火和退火）和硬度；是否允许存在铸造缺陷，允许的程度如何；是否允许焊补，哪些位置允许焊补；内浇口的残留量；未标注的铸造圆角、斜度等。在铸件图上一般采用标注铸件的尺寸和加工余量，不标注零件的尺寸公差和表面粗糙度；
切记：铸件图必须经过客户签字确认。
（3）对于新的铸件，在签订合同前，企业内部一定要进行极其重要、又容易被忽视的合同评审；通过合同评审后才能签订合同；
（4）合同评审的目的和作用：
一是明确客户要求：识别和完全理解客户的要求；对于新产品应得到其各项技术、质量和其它特殊要求；以及与新产品有关的法律法规、环保要求；
二是内部相关部门：工程技术部门对新产品技术要求评审；采购部门对产品需用原材料的供应能力评审；生产部门对产品数量和交货期评审；质量部门对产品质量检验和检测能力评审；财务部对合同的合法性、完整性和经济性评审；总经理或其授权人签订合同/订单（随着各企业有关部门的职能不同，评审内容应该有所差异）；
三是达到客户满意：及时按照客户的要求提供客户满意的、符合客户要求的铸件。
2、压型设计与制造
设计人员根据铸件图，结合以往的设计资料和经验，设计压型并跟踪压型的制造，随时解决压型在制造中的技术和质量问题。压型设计是保证铸件尺寸公差和表面粗糙度的关键过程之一。
3、压制蜡模
（1）新产品：这是对压型的第一次全面检验，有经验的设计人员可以通过检验蜡模的尺寸就能基本上知道浇注后的铸件尺寸，初步判断压型是否需要修改？
（2）正常产品：要重点管控制模工艺及执行情况；
虽然石蜡—硬脂酸蜡料的性能较差，但是由于石蜡—硬脂酸蜡料货源充足、价格便宜，又能满足一般铸件的质量要求；因此，目前国内很多熔模铸造企业仍然在继续使用石蜡—硬脂酸蜡料；
影响蜡模质量的主要工艺参数有：蜡料的配置、注蜡时的压型温度、压力、充型时间或充型速度、蜡料温度、保压时间、起模时间、冷却方式以及冷却液的温度和冷却时间等。
当前压制蜡模在0.2-0.5MPa的低压下，用气动压蜡机或人工压制蜡模，压注时蜡料的温度为45-48℃；压型温度为18-25℃；保压时间（按照蜡模大小和壁厚调整）3-5s；起模时间（按照蜡模大小和壁厚调整）20-100s；脱模剂10＃变压器油或松节油。
4、组焊蜡模
蜡模组焊在工艺设计里，包括选择浇注系统、浇注位置和内浇口等设计内容。因工艺设计不当，就会造成铸件批量、反复出现的废品。
根据生产需要、按照工艺设计要求进行组焊蜡模。注意：组焊时必须避免焊接的缝隙，此处容易在制壳过程中缝隙，使铸件中产生毛刺、砂眼等缺陷。
5、制壳
制壳工序直接影响到型壳的强度和透气性、影响到型壳内表面的粗糙度等，是影响铸件质量的特殊工序之一；是重点的管控工序。
要控制好制壳工序，就要控制好面层和加固层涂料的配比和粘度，控制好硬化液的浓度、温度、硬化时间，控制好面层、过渡层和加固层型壳粉料（砂）的选用等。
虽然水玻璃型壳在高温性能、尺寸精度、表面粗糙度等方面有一定的不足；但是：
（1）水玻璃性能比较稳定，生产中采用湿法制壳、化学硬化法，能使型壳迅速硬化而建立常温强度（湿强度），生产周期短、生产效率高，而且生产过程容易控制；
（2）水玻璃价格便宜，货源充足，容易采购；
（3）更重要的是水玻璃制壳工艺完全可以满足普通熔模铸件的质量要求，适用于大批量生产；因此国内绝大部分熔模铸造厂仍然采用水玻璃型壳。
对于硅溶胶型壳，必须严格控制干燥室的湿度、温度和干燥时间，以及风速等工艺参数。
6、熔炼与浇注
熔炼与浇注工序直接影响到铸件的质量，是影响铸件质量的特殊工序、是重点的管控工序之一。在确保严格执行熔炼工艺的前提下，要控制浇注时的金属液温度、浇注速度，浇注时的型壳温度等。
熔模铸造一般采用感应炉熔炼，其熔炼过程主要是通过电磁感应产生涡流，靠电阻热实现溶化和精炼。在熔炼过程中通过脱氧，使金属液中的金属夹杂物含量减少，上浮并有利于排除。采用沉淀脱氧时，要注意使用脱氧剂的顺序和加入量，以利于脱氧效果。
感应炉熔炼对炉料的要求比较严格，一般要求成分比较准确、洁净无油污、干燥和无锈。
7、抛丸、喷砂
切割下的铸件表面黏附着很厚的氧化层，甚至有的粘结着烧结的型砂等；从生产效率等方面综合考虑，易采用抛丸清理，效率高；但是对铸件的表面粗糙度有影响。
热处理后的铸件表面有一层很薄的氧化皮，易采用喷砂清理。与抛丸相比效率低一些，但是对铸件的表面粗糙度影响小一些。
8、检验
对于新产品必须按照图纸检验铸件的尺寸和表面粗糙度是否达到要求？再依此确定是否需要修改压型设计？将检验合格的铸件送交客户确认、签字，或称：“封样”。这是极其关键的一步，是以后供需双方验收铸件的重要依据之一。
对于出口的熔模铸件，按照国际惯例，熔模铸件的表面不允许存在肉眼可见的任何缺陷。国内航天航空部和机械部的极少数企业，采用收缩率低、强度高的优质蜡料；在恒温条件下，用较高压力压制光亮的、精确的蜡模；甚至选用液态压蜡。
采用优质的硅酸乙酯、硅溶胶作为粘结剂，以及锆英粉、刚玉、石英玻璃等优质的耐火材料制壳。用高压蒸汽釜脱蜡，快速大气或真空熔炼、浇注，采用高压水或水砂清理工艺，得到的铸件尺寸精度高，为CT4-CT6级，表面粗糙度低Ra0.8-1.6µm，并且内部质量好的铸件。
在正常生产中，在保证严格执行工艺的前提下，对于熔模铸件的尺寸只是抽检；重点是定期检验压型的尺寸精度是否有变化，是否需要修正？
随着熔模铸件的商品化、国际化、竞争化，后两种粘结剂的使用也会越来越广泛。
五、什么是熔模铸造缺陷
1、熔模铸造质量标准
经济全球化、市场竞争化。美国著名质量管理专家朱兰最近提出， 21世纪则是知识与质量的世纪，质量优劣将成为一个国家和企业生存与发展的战略问题。实践证明：企业靠市场，市场靠产品，产品靠质量；质量竞争已处于市场竞争最关键的战略核心地位。铸件质量是工厂取得经济效益、提高市场占有率的主要核心竞争力之一，质量是强国之基、立业之本和转型之要。
铸件质量就是指铸件适合一定的用途，满足客户需要所具备的特性的总和。
质量特性包括：性能、寿命、可靠性、安全性和经济性。
性能：产品符合一定的标准，满足一定的使用目的要求所具备的特性。
寿命：产品能够使用的期限，即产品在规定的条件下，满足规定功能要求的工作时间总和。
可靠性：产品在规定的时间内，及规定的条件下，满足规定功能的能力。
安全性：产品在使用过程中保证安全的程度，以及是否产生污染环境的可能性。
经济性：产品寿命周期总费用的大小，如：购置费用、使用费用和维修费用。当前有些人过分的看重了购置费用，而忽视了使用费用和维修费用；应该综合考虑。
判断铸件质量就需要有统一的标准，可以选用国际标准（ISO）、国家标准（GB）、行业标准和企业标准，最好选用客户的标准；铸件质量标准是定量的判断铸件满足一定要求的适用程度。
凡是不能满足质量标准[]要求或客户验收条件的铸件，统称为铸件缺陷。
2、熔模铸造的缺陷分类
按照铸件缺陷发生的数量、危害程度，常分为三类，如表1：
表1
六、熔模铸造缺陷分析
熔模铸造缺陷分析是一门新兴的交叉学科，涉及到多种科技领域；具有很强的生产实用价值。
缺陷分析需要收集原始资料，有时需要运用多种技术手段进行检测、分析，鉴别缺陷；研究缺陷产生的机理（必要时）、找出产生缺陷的原因、主要原因，进而提出消除或防止铸件产生缺陷的措施；并采取补救和预防措施，以防止缺陷再发生的技术和管理活动。
铸件产生缺陷——分析缺陷——解决缺陷——提高质量；再产生缺陷——再分析缺陷——再解决缺陷——再提高质量；周而复始、循序渐进、不断促进铸造技术的进步和发展，不断促进铸件质量的稳定和提高。
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