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  熔模铸(zhù)造发展历(lì)史

  熔模铸造又称失蜡铸造(zào),它的产品精密、复(fù)杂、接(jiē)近于零件最后形状,可不加工或很少加工就直接接使用,故(gù)熔模铸造是(shì)一种近净形成形的先进工(gōng)艺。

熔模铸造(zào)的历史(shǐ)可以追溯到4000年前,最早发源的国家有埃及、中国和印度,然后才传到(dào)非洲和欧洲的其它国家。

中国古代留下很多熔模铸件精品,如春秋晚期的王子午鼎、铜禁,战国(guó)的曾候乙尊、盘,汉代的铜错(cuò)金博山炉、长信宫灯,隋朝的董(dǒng)钦(qīn)造弥陀鎏金铜像。明代浑天(tiān)仪、武当真武帝君像,清故(gù)宫太和门铜(tóng)狮等。

在西非,大(dà)约在11世纪以(yǐ)后,制造了(le)大(dà)量(liàng)的熔模铸件。在16世纪时,熔模铸造工艺被艺(yì)术家和雕刻家们广泛运用,蔡利尼(Benvenuto Cellini)所制造的Perseus仙座和女妖首领的铜像就是其中最杰出的作品之一。

世界上最(zuì)早(zǎo)的失蜡铸造文(wén)字记述,当推中国南宋(公元1127-1279年)赵希鹄的《洞天清禄集》。随后有蔡利尼1568年的论文,明代宋(sòng)应星《天工开物》及16世纪中期VaVrinecKrickes的《大炮、球、追击炮、钟的铸造与制备指导》等。

19世纪末期,牙科用熔模铸(zhù)造工艺,结合(hé)离心浇注技(jì)术生产牙科铸件。20世(shì)纪初为(wéi)生产出更(gèng)粗密的牙科件(jiàn),人们开始研究(jiū)影响蜡模和型(xíng)壳尺寸稳定性(xìng)的因素,以及一些(xiē)金属和合金的凝固收缩性能,20世纪30年代初调整了熔(róng)模使用的材料。从1900年到1940年这方面的专利就多达400件以上。珠宝首饰行业也广(guǎng)泛(fàn)采用熔模铸造技术。

在恶劣环境中工作(zuò)的航空(kōng)发(fā)动机零件,如涡轮增压器,若采用传统合金,则不能满足性能上的要求。20世纪30年代末,人们发现Austenal实验室为外科移植(zhí)手(shǒu)术研制的钻基合金在(zài)高温(wēn)下有优异的性能(néng),可用于涡轮增压器。但这类合金很(hěn)难加工,熔模铸造就成为该类合金成形的工艺方法,迅速地发展工(gōng)业技术,进入航空、国防工业部门,并迅速地应(yīng)用到其它工业(yè)部门。

自20世(shì)纪40年代熔(róng)模铸造用于工业生产后,半个世纪中一直以较快的速度发展着。据报道(dào)1996年世(shì)界(jiè)熔(róng)模铸造业(不包括前苏(sū)联)北美占50%、欧洲25%、亚洲20%、其余5%。美中美国占95%,而欧洲则英国占42%、法国26%、德国19%、意大(dà)利7%,其余6%。当年美国熔模(mó)铸造的(de)销售额商达26.1亿(yì)美元(yuán)。而1970年、1980年美国熔(róng)模铸造的销(xiāo)售额分别为2.5亿美(měi)元和11亿美元,即1996年为1970年的10.4倍,是1980年的2.37倍。可见熔模铸造(zào)业发展之迅速。现在熔模铸(zhù)造除(chú)用于航空、兵器部门外,几乎应用于所有(yǒu)工业部门,特别(bié)是电子,石油、化工、能源、交通运输、轻工、纺(fǎng)织、制药(yào)、医疗机械、泵和阀等部门。

熔模铸造的迅速发展是依靠(kào)其技(jì)术发展和技术进(jìn)步取得的。熔模铸造工艺的(de)各个环节都有长足的进步,对熔模铸造发展有较大影响的新材(cái)料、新工艺、新设备也很多,如水溶性型芯、陶(táo)瓷型芯、金属(shǔ)材质改进、大型熔模铸造技术、钛合金(jīn)熔模铸造、定向凝固和单晶铸(zhù)造、过滤技术、热等(děng)静压、快速(sù)成型技术、计算机在熔模铸造中应用以及机械化自动化等。

技术发展使熔模铸造不仅能生产(chǎn)小型铸件,而且能生产较大铸件,最大的熔模铸(zhù)件的轮廓尺寸已近2m,而最小(xiǎo)壁厚却不(bú)到2mm。同时熔模铸件也更趋精密,除线性公差外,零(líng)件也能达(dá)到较高的几何公差。熔模铸件的表(biǎo)面粗糙度值(zhí)也越来(lái)越小,可达到Ra0.4um。

另外,由于材质的改进和工艺技术的发展使得铸件(jiàn)力学(xué)性能也越来越好。涡轮叶片就是一个很好的例子,涡轮叶片材质(zhì)和工艺进步使其性能得到了很大的提高(gāo),20世纪60年代到(dào)90年代,涡轮叶片的材质(美国牌号)从IN100、B1900到(dào)MM200、MM247,再发展到PWA1480;同时由于(yú)凝固技(jì)术的发展,涡轮叶片从传统的等轴晶(EQ),到定向凝(níng)固的柱状晶(DS),再了展到(dào)单晶(SC)叶(yè)片,从而使涡轮叶片的工作温度由980℃提高到1100℃以上。

钛(tài)合金熔模铸造技术的(de)发(fā)展,使现代工业中的重要结构材料钛合金能用熔模铸造方(fāng)法生产出精密复杂零件,如(rú)飞机发动机的中间机匣、压气机机(jī)匣、医疗置入物等。特别是大(dà)型整体钛(tài)熔模(mó)铸件的出现,它(tā)代替组(zǔ)装件,减轻了机器的重量、提高了寿命,取得了很好(hǎo)的(de)效果。据报道,1992年生产的最大(dà)钛熔模铸件毂架经焊接加工后重340kg,直径(jìng)1.918m,高0.591m。

热等(děng)静压(HIP)技术已被广泛(fàn)用于涡轮叶片及其它熔模铸件上。它是利用高温和高压,靠金属蠕变和塑性变形让铸件内部疏松、热裂等缺陷愈合,处理后铸件(jiàn)密度可达到金属理论密度,从而使性能提高(gāo)。热(rè)等静压处(chù)理可使镍基高温合金、钛合金和铝合金的高温(wēn)低周波疲劳性能提高3-10倍;使镍基(jī)高温合金和钛合金的持久寿命提高2倍以上;使(shǐ)铸件性(xìng)能波动和分散程度(dù)降低(dī)到原来的六分之一。

为缩(suō)短生产周期,简化工序,熔模(mó)铸造与20世(shì)纪80年代出现(xiàn)的快(kuài)速成形技术(RPT)结合,使用RPT的立体光(guāng)刻法(SLA)、选择(zé)性激光烧结法(SLS)、熔融堆积制造法(FDM)或分层实体制造法(LOM)等工艺所制塑料、蜡和纸原型代替(tì)传统蜡(là)模,或使(shǐ)用直(zhí)接型壳生产法(DSPC)工艺生产的陶瓷型壳进行熔模(mó)铸造生产,增强了市场竞争力。

机械化、自动化的进展打破了"熔模铸造工艺不(bú)可能实现机械化"的旧观念,日本、英国和前苏联已(yǐ)成功地将熔(róng)模铸(zhù)造工艺用来生产低成本(běn)的汽车等(děng)民用零件。

总之,随着铸造技术的发展,熔(róng)模铸造已可以生产更精、更(gèng)大、更强(qiáng)的(de)高价值的产品"精密"、"大型"、"薄壁"是现代熔模铸造所具有的鲜明特(tè)点。同时,熔模铸造又在生(shēng)产低成本件和快速生产(chǎn)上有了(le)新的突破。这些都使熔模铸造的应用面得以扩(kuò)大,从而在与其它工艺竞争中处于较有利的地位,前景光(guāng)明。

 
 

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