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熔模精密铸造的前世今生(3)

      这几天一直纠结在失蜡法的历史中不能自拔,试图去发现更多更有意义的故事来见证熔模精密铸造的发展史。

       在19世纪末期,失蜡法被牙医用来制作牙科铸件。进入20世纪,人们对失蜡法所用粘结剂进行改良。德国人厄尔德尔(W.Erdel)和卡尔.普兰杰(Karl.Prange)在1929年借用亚洲的失蜡法铸造工艺原理创造出来硅酸乙酯水解液作为粘结剂进行熔模型壳制造,当时主要还是用来制作假牙。直到第二次世界大战初期,人们发现Austenal实验室为外科移植手术研制的钴基合金在高温下有优异的性能,可用于涡轮增压器。但是,这类合金很难加工。于是,借助于古失蜡法的原理,再加上现代粘结剂元素,熔模精密铸造这个新的名词诞生了。这也就是第一篇那个故事。从1900年到1940年,有关熔模精密铸造的专利就有400件以上。实际上这个时候西方所申请的熔模精密铸造工艺已经与古法有了很大的提高和改良:蜡模的制造已经从手工变成了机械加工,粘结剂已经由粘土变成了硅酸乙酯水解液,产品已经从青铜器、钟、祭祀用品、佛像等发展到牙科铸件,涡轮增压器用叶片等。

       实际上在50年代,已经有人提出用硅溶胶做粘结剂来制作熔模铸造型壳,而且美国已经制造出了现在流行的30%二氧化硅的硅溶胶。

     20世纪70年代,我国哈尔冰汽轮机厂最早把铝矾土作为耐火材料,替代常规的刚玉粉制造熔模型壳。原苏联出现了采用水玻璃,磷酸盐等做粘结剂的电泳制壳工艺。

      熔模铸造的迅速发展是依靠其技术发展和技术进步取得的。熔模铸造工艺的各环节都有长足的进步,对熔模铸造发展有较大影响的新材料、新工艺、新设备也很多,如水溶性型芯、陶瓷型芯、金属材质改进、大型熔模铸造技术、钛合金熔模铸造、定向凝固和单晶铸造、过滤技术、热等静压、快速成型技术、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小型铸件,而且能生产较大铸件,最大的熔模铸件的轮廓尺寸已近2m,而最小的壁厚却不到2mm。同时熔模铸件在尺寸精度(形位公差)、表面粗糙度方面也大为提高。

       另外,材质的改进、工艺技术的发展使得铸件性能越来越好。涡轮叶片就是一个很好的例子。凝固技术的发展对铸件性能提高也起到很大的助力,从传统的等轴晶(EQ),到定向凝固的柱状晶(DS),再发展到单晶(SC),使涡轮叶片的工作温度提高100摄氏度以上。  

       钛合金熔模铸造技术的发展,使现代工业中的重要结构材料钛合金能用熔模铸造的方法生产出精密复杂的飞机发动机零件。它不仅减轻了机器的重量,提高了寿命,取得了很好的效果。

热等静压(HIP)技术的广泛应用,使涡轮叶片等铸件如虎添翼。热等静压处理可使镍基高温合金、钛合金和铝合金的高温低周波疲劳性能提高3-10倍;使镍基高温合金和钛合金的持久寿命提高2倍以上,使铸件性能波动和分散程度降低到原来的六分之一。

       20世纪80年代出现的快速成型技术(RPT),使熔模铸造的生产试制效率提高了很多。人民不用再担忧繁长的模具制造周期,而是直接开始工艺设计,为新品的快速开发提供了可靠的保障。

       纵观熔模铸造的发展史,从三个维度进行进行纵横交错发展,就像硅溶胶中的二氧化硅粒子脱水胶凝,形成发达的立体、交错的三维结构。这三个维度就是新材料、新工艺、新设备。这三个维度使熔模铸造的今天更灿烂,明天更辉煌。

       实际上,熔模精密铸造的发展史,也是人类社会迈向进步的发展史,从最初的手工操作到现在的机械设备,3D打印,人工智能,熔模精密铸造工艺已经发生了翻天覆地的变化。但是,这其中的每一步,都是人类社会智慧的结晶。我们期待着熔模铸造的明天更美好,熔模铸造的从业者会更多,收入会更多。当然,这一切都需要每一位铸造工作者来创造。

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