精密铸造是什么

基本概念

精密铸造包括熔模铸造、陶瓷型铸造、金属型铸造、压力铸造、消失模铸造，其中较为常用的是熔模铸造（也称失蜡铸造）：选用适宜的熔模材料（如石蜡）制造熔模；在熔模上重复沾耐火涂料与撒耐火砂工序，硬化型壳及干燥；再将内部的熔模溶化掉，获得型腔；焙烧型壳以获得足够强度并烧掉残余熔模材料；浇注所需要的金属材料；凝固冷却，脱壳后清砂，从而获得高精度成品；根据产品需要或进行热处理、冷加工和表面处理。

工艺流程

压蜡（射蜡制蜡模）→修蜡→蜡检→组树（蜡模组树）→制壳（先沾浆、淋砂，再沾浆，最后模壳风干）→脱蜡（蒸汽脱蜡）→模壳焙烧→化性分析→浇注（在模壳内浇注钢水）→震动脱壳→铸件与浇棒切割分离→磨浇口→初检（毛坯检）→抛丸清理→机加工→抛光→成品检→入库。

铸造生产流程大体可分为压蜡、制壳、浇注、后处理、检验：压蜡包括压蜡、修蜡、组树（压蜡是利用压蜡机制作蜡模，修蜡是对蜡模进行修正，组树是将蜡模进行组树）；制壳包括挂砂、挂浆、风干；浇注包括焙烧、化性分析（也叫打光谱）、浇注、震壳、切浇口、磨浇口；后处理包括喷砂、抛丸、修正、酸洗；检验包括蜡检、初检、中检、成品检。

发展概况

我国古代的王子午鼎、铜禁、铜狮等都是熔模铸造的杰作。自 20 世纪 40 年代熔模铸造用于工业生产后，半个世纪中一直以较快速度发展，特别是欧美国家发展迅速。熔模铸造除用于航空、兵器部门外，几乎应用于所有工业部门，特别是电子、石油、化工、能源、交通运输、轻工、纺织、制药、医疗器械、泵和阀等部门，近几年我国发展也迅速。熔模技术发展使熔模铸造不仅能生产小型铸件，而且能生产较大的铸件——最大的熔模铸件轮廓尺寸已近 2m，而最小壁厚却不到 2mm；同时熔模铸件也更趋精密，除线形公差外，零件也能达到较高的几何公差，表面粗糙度可达到 Ra0.4μm。

分类

陶瓷型铸造：用陶瓷浆料制成铸型生产铸件——陶瓷浆料由硅酸乙酯水解液和质地较纯、热稳定性较高的细耐火砂（如电熔石英、锆英石、刚玉等）混合而成，为使浆料在短时间内结胶常加入氢氧化钙或氧化镁作催化剂。由于使用的耐火材料成分及其外观都与陶瓷相似，故称为陶瓷型。陶瓷型铸造是在普通砂型铸造基础上发展起来的新工艺，陶瓷型有两种类型：一是全由陶瓷浆料浇灌而成（先将模样固定于型板上，外套砂箱，再将调好的陶瓷浆料倒入砂箱，待结胶硬化后起模，经高温焙烧即成为铸型）；二是采用衬套，在衬套和模样之间的空隙浇灌陶瓷浆料制造铸型（衬套可用砂型，也可用金属型），用衬套浇灌陶瓷壳层可以节省大量陶瓷浆料、在生产中应用较多。陶瓷型铸件表面粗糙度可达 Ra10～1.25 微米，尺寸精度高达 3～5 级，能达到少无切削加工的目的；生产周期短、金属利用率高，最大铸件可达十几吨，主要用于铸造大型厚壁精密铸件和单件小批量的冲模、锻模、塑料模、金属模、压铸模、玻璃模等各种模具。

砂型铸造：在全部铸件产量中，60～70% 的铸件是用砂型生产的，其中 70% 左右是用粘土砂型生产的，主要原因是砂型铸造较其他铸造方法成本低、生产工艺简单、生产周期短，所以像汽车的发动机气缸体、气缸盖、曲轴等铸件都是用粘土湿型砂工艺生产的；当湿型不能满足要求时再考虑使用粘土砂表干砂型、干砂型或其他砂型。粘土湿型砂铸造的铸件重量可从几公斤直到几十公斤，而粘土干型生产的铸件可重达几十吨。一般来讲，对于中、大型铸件，铸铁件可用树脂自硬砂型、铸钢件可用水玻璃砂型来生产，可以获得尺寸精确、表面光洁的铸件，但成本较高。当然，砂型铸造生产的铸件精度、表面光洁度、材质的密度和金相组织、机械性能等方面往往较差，所以当铸件的这些性能要求更高时应采用其他铸造方法，例如熔模（失蜡）铸造、压铸、低压铸造等。

技术要求

方法适应：大量生产的工厂应创造条件采用技术先进的造型、造芯方法——老式的震击式或震压式造型机生产线生产率不够高、工人劳动强度大、噪声大，不适应大量生产要求，应逐步加以改造；对于小型铸件可采用水平分型或垂直分型的无箱高压造型机生产线，实型造型生产效率高、占地面积少；中件可选用各种有箱高压造型机生产线、气冲造型线，造芯方法可选用冷芯盒、热芯盒、壳芯等高效制芯方法；中等批量的大型铸件可考虑应用树脂自硬砂造型和造芯；单件小批生产的重型铸件，手工造型仍是重要方法，可应用水玻璃砂型、VRH 法水玻璃砂型、有机酯水玻璃自硬砂型、粘土干型、树脂自硬砂型及水泥砂型等；批量生产或长期生产的定型产品采用多箱造型、劈箱造型法比较适宜。低压铸造、压铸、离心铸造等方法因设备和模具价格昂贵，只适合批量生产。条件方法应适合：不同企业生产条件（包括设备、场地、员工素质等）、生产习惯、所积累经验各不一样，应根据这些条件考虑适合做什么产品和不适合做什么产品。精度要求和成本：各种铸造方法所获得的铸件精度不同，初投资和生产率也不一致，最终经济效益也有差异，应对所选用的铸造方法进行初步成本估算，以确定经济效益高又能保证铸件要求的铸造方法。

影响尺寸精度的因素

一般情况下，精密铸造件尺寸精度受铸件结构、铸件材质、制模、制壳、焙烧、浇注等多方因素影响，其中任何一个环节设置、操作不合理都会使铸件收缩率产生变化，导致铸件尺寸精度与要求有偏差。主要因素包括：①铸件结构——铸件壁厚则收缩率大、壁薄则收缩率小；自由收缩率大、阻碍收缩率小。②铸件材质——材料中含碳量越高线收缩率越小、含碳量越低线收缩率越大，常见材质铸造收缩率 K=(LM-LJ)/LJ×100%（LM 为型腔尺寸、LJ 为铸件尺寸），K 受蜡模 K1、铸件结构 K2、合金种类 K3、浇注温度 K4 的影响。③制模——射蜡温度、射蜡压力、保压时间对熔模尺寸的影响以射蜡温度最明显，其次为射蜡压力，保压时间在保证熔模成型后对最终尺寸影响很小；蜡（模）料收缩率约 0.9-1.1%；熔模存放时将进一步产生收缩、收缩值约为总收缩量的 10%，但当存放 12 小时后熔模尺寸基本稳定；蜡模径向收缩率仅为长度方向收缩率的 30-40%，射蜡温度对自由收缩率的影响远大于对受阻收缩率的影响（最佳射蜡温度为 57-59℃，温度越高收缩越大）。④制壳材料——采用锆英砂、锆英粉、上店砂、上店粉，因其膨胀系数小（仅 4.6×10⁻⁶/℃），可以忽略不计。⑤型壳焙烧——由于型壳膨胀系数小，当型壳温度为 1150℃ 时仅为 0.053%，也可以忽略不计。⑥浇铸温度——浇注温度越高收缩率越大、浇注温度低收缩率越小，因此浇注温度应适当。

产业发展与前景

我国铸造产业在技术、质量及价格上相对于东南亚及中东等国家都占有很大优势，出口前景非常喜人；外资企业进入我国，其铸造返销及出口也将成为我国铸造出口的重要组成部分。由于我国铸造生产成本大大低于国外，而随着铸造技术的逐渐完善和质量的提高，不仅可以减少铸造的进口，而且有可能逐步开拓出口市场、向国外出口更多的铸造产品。经济全球化浪潮中，产业发展过程的国际分工正在逐渐形成，基于成本压力，外商大量在我国采购铸造件，甚至还在我国设立精密铸造生产基地——可以预见，未来一段时间内我国仍会承担着国际有色金属铸件及制品的生产制造任务；另一方面，我国铸造模具制作水平和能力有了很大提高、铸造质量与先进工业国家差距逐步缩小，价格低廉促使国外采购量剧增，巨大的海外铸造市场需求对我国铸造产业的兴旺起着很大推动作用。

精密铸造是世界铸造行业的领头羊，作为铸造行业在高新领域的代表，精密铸造必须要发挥模范和带头作用，前提是强大自身，因此我国的精密铸造应该被优先发展起来。其发展目标包括：完成在增长方式上由劳动、资源密集型向技术资本密集型的转变，由粗放污染型向绿色集约型转变，产品质量、品种、数量与世界先进水平相当，优质材料比重迅速增加，生产效率、经济效益成倍增长，环境污染得到有效治理；形成一些结构合理、整体水平高的产学研结合的研发和教育培训基地，能不断向企业输送专业人才、不断开发出高质量高档次铸造材料新品种；完成产业结构调整，淘汰一批技术水平低、产品质量差、污染严重、经济效益不好的小型精密铸件厂，形成相对集中的"小型巨人"和"明星企业"，实现"专业化、规模化"生产，特别是要涌现一两个可与世界知名企业抗衡的骨干企业。

为促进铸造产业发展、使精密铸造企业规模在合理范围之内，《我国精密铸造产业"十二五"发展规划》提出：到 2015 年精密铸造企业数量将从 3 万家减少到 2 万家左右，到 2020 年减少到 1 万家左右，同时大幅度降低铸造能源消耗、30% 企业达到发达工业化国家水平，铸造企业的废物、废气排放达到国家标准或地方标准，在"十一五"基础上节能减排目标达到能耗降低 10%、排污降低 15%，实施"我国精密铸造产业准入条件"，关闭浪费资源、污染环境和不具备安全生产条件的企业。

从改革开放以来，随着国内市场对精密铸造工业产品需求不断增高，我国相关企业也开始摆脱国外产品制约、走向自主开发的转型之路，提供产品的市场竞争力。自 2010 年，自主研发已经成为国内铸造企业发展的首要目标。熔模精密铸造是指用易熔材料制成可熔性模型，在其上涂覆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后，再用蒸汽或热水从型壳中熔掉模型，然后把型壳置于砂箱中、在其四周填充干砂造型，最后将铸型放入焙烧炉中经过高温焙烧，铸型或型壳经焙烧后于其中浇注熔融金属而得到铸件。熔模精密铸造获得的产品精密、复杂、接近于零件最后形状，可不加工或很少加工就直接使用，是一种近净形成形的先进工艺，是铸造行业中一项优异的工艺技术，其应用非常广泛——不仅适用于各种类型、各种合金的铸造，而且生产出的铸件尺寸精度、表面质量比其他铸造方法要高，甚至其他铸造方法难于铸得的复杂、耐高温、不易于加工的铸件，均可采用熔模精密铸造铸得。目前世界熔模精密铸造成形工艺发展迅速、应用广泛，未来该工艺的发展趋势是铸件产品越来越接近零部件产品——传统的精铸件只作为毛坯已不适应市场的快速应变；零部件产品的复杂程度和质量档次越来越高，研发手段越来越强，专业化协作开始显现，CAD、CAM、CAE 的应用成为零部件产品开发的主要技术。

蜡模组树到型壳浇注全流程

制作蜡模（金属模压蜡）→ 组树 → 反复浸浆撒砂形成多层型壳 → 干燥脱蜡（蒸汽或高温熔失）→ 型壳焙烧 → 浇注 → 脱壳切割 → 精整热处理 → 检验。因型壳整体无分型，「失蜡法」能做出普通砂型无法实现的复杂薄壁与弯曲通道。

CT4~CT6精度与304/316选材

• 精度高：尺寸精度 CT4~CT6，加工余量可留 0.5~1mm，大量零件少无切削。
• 材质广：碳钢、不锈钢（304、316）、合金钢、耐热钢均可，是不锈钢复杂件的主流毛坯方式。
• 批量灵活：压制蜡模需模具，但相对模锻便宜；单件小批可用 3D 打印蜡模/树脂模替代开模。
• 成本：工序长、型壳一次性，单件成本高于砂型铸造，价值在省去机加工与形状自由度。

简单厚实件别硬上精铸

一是所有件都上精铸——简单厚实件砂铸更便宜；二是期待精铸完全免加工，配合面、密封面仍需机加工；三是忽视脱蜡与焙烧质量，型壳开裂导致跑火与夹渣。