1. 介绍
失去蜡 (投资) 铸件 通过陶瓷壳将精确的牺牲图案（传统上的蜡）转换成金属部件.
其核心优势是: 出色的表面饰面, 高维精度, 以及铸造复杂几何形状和高性能合金的能力.
工艺变体 (蜡等级, 壳化学和核方法) 让工程师权衡成本与保真度，并选择适用于不锈钢的路线, 铜合金, 铁, 以及——采取特殊预防措施——钛和镍高温合金.
2. 失蜡铸造工艺
典型顺序 (高级):
- 图案: 做蜡 (或浇铸树脂) 图案(s) — 单片或树/束.
- 集会: 将图案附加到流道/门控以形成簇.
- 投资 / 外壳构建: 将组件浸入粘合剂浆料中 + 灰泥; 重复构建 shell.
- 治愈 / 干燥: 涂层之间的凝胶和部分干燥的外壳; 最后干燥.
- dewax: 去除蜡 (蒸汽或融化).
- 倦怠 / 射击: 燃烧有机物并稳定外壳的斜坡.
- 倒: 将金属熔化并倒入预热的外壳中.
- 摇晃 & 打扫: 去除外壳, 切门, 干净的.
- 后处理: 热处理, 时髦的 (如果需要), 加工, 表面饰面, 检查.
3. 图案材料: 低的-, 中等的-, 和高温蜡
| 蜡型 | 典型熔体范围 (°C) | 主要用途 | 优势 | 限制 |
| 低温蜡 | 〜45–80°C | 珠宝, 精美的原型, 小型精密图案 | 易于注射/低能量脱蜡; 精加工 | 软——图案蠕变; 仅限于大型/复杂的树 |
| 中温蜡 | 〜80–120°C | 通用工程: 阀零件, 泵组件 | 良好的尺寸稳定性和模具耐用性 | 需要较高的脱蜡能量; 平衡属性 |
| 高温蜡 / 高熔点图案材料 | >120 °C (对于特殊混合物，高达 ~200 °C) | 大的, 厚重的图案; 长周期生产; 更少的图案失真 | 更好的热强度和尺寸完整性; 减少图案失真 | 更难脱蜡/烧尽; 更高的能量和工具应力 |
笔记 & 指导
- 根据零件尺寸选择蜡, 工具寿命和预期的外壳/构建顺序. 低温蜡非常适合精细细节和小体积，但在长周期或温暖的车间区域会发生蠕变.
中温是工程铸造的主力. 高温蜡 (和工程图案聚合物) 用于处理或长壳产生变形风险的地方. - 图案添加剂: 增塑剂, 稳定器, 流动改进剂和着色剂影响注射行为, 脱蜡残渣和燃尽气体逸出——指定铸造厂批准的配方.
4. 样板制作: 工具, 注射蜡, 和附加模式
- 注塑成型: 蜡用钢/铝模具 — 单件成本低、表面质量高. 模具成本规模取决于复杂性.
- 3D 印刷浇注蜡/树脂模型: SLA, 数字光处理, 材料喷射或可浇注蜡打印机消除了原型和小批量生产的工具.
现代浇注树脂可清洁脱蜡并接近注射蜡表面质量. - 模式树和门控设计: 在中央浇道上排列图案，以实现高效浇注和进料; 包括用于收缩进给的牺牲冒口.
使用模拟来实现大型集群的门控和补给平衡.
5. 壳牌系统: 硅溶胶, 水玻璃, 和混合外壳
外壳系统是决定表面保真度的最重要的变量, 热电阻, 渗透性/透气性, 失蜡铸造中的真空兼容性和合金适用性.
现代商店使用的三个实用家庭:
- 硅溶胶 (胶体 - 硅) 贝壳 — 溢价, 高保真路线.
- 水玻璃 (硅酸钠) 贝壳 — 经济的, 为更大的稳健路线 / 钢/铁制品.
- 混合外壳 — 合并罚款, 耐化学腐蚀内涂层 (硅溶胶或锆石) 具有水玻璃外涂层以平衡成本和性能.
硅溶胶壳 (胶体二氧化硅)
它是什么以及它是如何工作的
硅溶胶壳使用 亚微米二氧化硅颗粒的胶体悬浮液 作为粘合剂.
第一件外套 (非常细洗) 用胶体承载记录细节的超细灰泥; 随后的涂层会增加厚度，并通过干燥和高温烧制来固结 (烧结) 产生密集的, 坚固的贝壳.
关键特征:
- 表面保真度: 最佳可用 — 通常为铸态 Ra 〜0.6–3微米 细洗.
- 热稳定性 / 射击: 壳可以合并在 600–1,000°C (商店做法因灰泥而异). 高温烧制提高了外壳强度和抗热震性.
- 真空/惰性兼容性:出色的 — 硅溶胶壳与真空和惰性气氛浇注兼容，是钛的常用选择, 镍钴高温合金.
- 渗透率控制: 可通过灰泥分级和烧制进行调整，以提供高价值的受控通风, 致密铸件.
- 污染敏感性:高的 — 离子污染会破坏胶体稳定性 (盐, 金属细粉) 和有机物; 浆料和工厂的清洁度至关重要.
- 典型的第一层灰泥: 亚 10 µm 熔融石英, 用于反应界面的锆石或氧化锆.
- 典型的用例: 航空航天涡轮部件, 超级合金, 真空浇注钛, 医疗植入物, 精密小零件.
水玻璃贝壳 (硅酸钠)
它是什么以及它是如何工作的
水玻璃壳使用 钠水溶液 (或钾) 硅酸盐溶液 作为粘合剂.
通过二氧化碳充气或化学硬化剂将凝胶涂覆到类似二氧化硅的网络上 (酸式盐), 与分级耐火灰泥结合产生刚性陶瓷外壳.
关键特征:
- 表面保真度: 适用于一般工程 — 通常为铸态 Ra 〜2.5–8微米 取决于水洗和灰泥.
- 射击: 通常稳定在 〜400–700°C; 壳的烧结程度不如硅溶胶系统.
- 真空兼容性:有限的 — 不适用于真空/惰性浇注或最具反应性的合金.
- 渗透性 / 排气: 通常适用于钢/铁; 渗透性往往比优化的硅溶胶壳更粗糙.
- 固化方式:二氧化碳气体排放 (快速凝胶化) 或酸硬化剂——快速, 车间坚固耐用.
- 污染敏感性: 中等 — 离子污染会影响凝固和凝胶均匀性，但水玻璃通常比硅溶胶更耐受.
- 典型的第一层灰泥: 精细熔融石英; 锆石可用于改善表面保护.
- 典型的用例: 阀体, 泵外壳, 大型钢/铁零件, 海洋硬件, 一般工业铸件.
混合外壳 (硅溶胶或锆石内涂层 + 水玻璃外涂层)
它是什么以及它是如何工作的
共同的经济妥协: 一个 优质内衣 (硅溶胶或锆石/氧化锆清洗) 首先应用捕捉细节并创建耐化学屏障, 然后 水玻璃外涂层 旨在以较低的成本提供整体强度.
关键特征:
- 表面保真度 & 化学屏障: 内部硅溶胶/锆石具有接近硅溶胶的表面质量，有助于防止金属界面处的金属壳反应.
- 成本 & 处理: 外部水玻璃涂层减少了硅溶胶的总用量，并使外壳更坚固，适合搬运和大尺寸.
- 真空兼容性: 与纯水玻璃相比的改进 (感谢内层外套) 但仍然不如全硅溶胶壳那么理想——如果控制熔化/浇注气氛，则可用于许多不锈钢和一些镍合金.
- 典型用途: 阀体具有高质量的接液表面, 需要一定真空兼容性的中值涡轮机零件, 必须平衡成本与性能的应用.
6. 核心技术
- 可溶核心 (用于溶解的蜡或聚合物芯): 产生内部通道 (冷却通道); 用热水或溶剂除去.
- 粘合剂烧制陶瓷芯 (二氧化硅, 氧化铝, 锆石): 高温合金在高温下稳定; 要求壳核兼容性.
- 3D 打印核心: 粘合剂喷射或 SLA 陶瓷芯无需工具即可实现复杂的内部几何形状.
核心设计必须考虑核心支持, 排气, 热膨胀和与熔融金属的化学相容性.
7. 脱瓦, 倦怠 & 炮弹发射——实用时间表和控制点
脱瓦
- 蒸汽/高压釜脱蜡: 常见于传统蜡树. 典型表面温度 100–120 °C; 周期从几分钟到几小时不等，具体取决于蜡量和树木大小.
- 热脱蜡 / 溶剂熔体: 用于某些聚合物——使用溶剂回收和控制.
倦怠 / 倦怠时间表 (典型工程实例)
- 坡道: 缓慢升温至 100–200 °C 以去除水分/蜡残留物 (对于厚壳，建议≤3–5 °C/min，以避免蒸汽起泡).
- 抓住 1: 150–250°C (1–4小时) 去除低沸点有机物.
- 坡道 2: ~3 °C/分钟至 350–500 °C.
- 最后保留: 4– 350–700 °C 下 8 小时，具体取决于壳体系统和合金. 硅溶胶壳可烧制至 600–1000 °C 以进行烧结/强度; 水玻璃壳通常稳定在 400–700 °C.
- 按键控制: 斜坡率, 氧气供应量 (避免活性金属壳过度氧化), 并完全去除有机物以避免浇注过程中气体逸出.
倒入前外壳预热: 根据合金情况，将外壳预热至 200–800 °C，以最大限度地减少热冲击并改善金属流动; 例如。, 不锈钢浇注通常 200–450 °C 预热; 高温合金要求更高，具体取决于外壳.
8. 浇注: 融化练习, 真空/惰性选项和浇注参数
- 熔化炉: 感应或电阻; 脱气/过滤和助焊剂以确保清洁.
- 对于温度 (典型的):
-
- 铝合金: 650–720°C
- 铜合金: 1000–1200°C
- 钢: 1450–1650°C
- 镍高温合金: 1400–1600+°C (合金依赖)
- 真空和惰性浇注: 对于钛和高反应性合金强制要求; 真空减少氧化和金属壳反应.
- 为了时尚: 重力浇注、底浇钢包与真空辅助 — 选择尽量减少湍流和夹带气体. 在门控中使用过滤器进行包含控制.
9. 常用铸造材料 & 特别考虑
- 不锈钢 (300/400, 双工): 与水玻璃都很好 & 二氧化硅-sol; 控制壳体渗透性和最终预热.
- 碳 & 低合金钢, 延性铁: 非常适合水玻璃壳; 留意高浇注能量下的结垢和壳腐蚀情况.
- 铜合金 (青铜, 与我们一起): 常见的; 控制过热以避免洗壳.
- 铝合金: 通过其他铸造方法可能但通常更便宜; 确保透气/渗透性.
- 钛 & 你合金: 反应性 — 更喜欢硅溶胶壳, 锆石/氧化铝第一层, 真空熔化, 和惰性气氛. 除非使用隔离涂层和专业控制措施，否则避免使用水玻璃.
- 镍 & 钴高温合金: 使用硅溶胶壳, 需要时进行高温烧制和真空/惰性处理.
10. 典型尺寸, 表面和公差能力
- 尺寸公差 (典型的铸态): 标称尺寸的 ±0.1–0.3% (例如。, ±0.1–0.3 毫米 100 MM功能).
- 表面饰面 (Ra 铸态): 硅溶胶 ~0.6–3.2 µm; 水玻璃 ~2.5–8 µm.
- 线性收缩余量: 〜1.2–1.8% (合金 & 代工厂指定准确).
- 最小实用壁厚: 珠宝/微型零件: <0.5 毫米; 工程零件: 1.0–1.5 毫米（典型值）; 结构较厚截面常见.
- 可重复性: 良好的铸造实践在关键数据上的运行产量为 ±0.05–0.15%.
11. 常见缺陷, 根本原因和补救措施
| 缺点 | 症状 | 典型的根本原因 | 补救 |
| 气孔率 | 球形孔 | 溶解的 H2 或截留的脱蜡气体 | 改善脱气, 过滤; 控制脱蜡/烧尽; 真空浇注 |
| 缩孔率 | 热点处不规则空洞 | 喂养不良; 上升不足 | 返工浇口, 添加寒意, 使用立管, 加大保压压力 |
| 热泪盈眶 / 裂缝 | 凝固时产生裂纹 | 高克制, 急剧的转变 | 添加鱼片, 更改部分, 修改门控, 使用寒意 |
| 外壳开裂 | 预浇注时外壳破裂 | 快速干燥, 厚外套, 治疗效果不佳 | 缓慢干燥坡道, 较薄的外套, 改善 CO2 固化控制 |
金属渗透 / 冲刷 |
表面粗糙, 金属入壳 | 第一层薄弱, 高过热度 | 改善第一层涂层 (细灰泥/锆石), 减少过热度, 增加粘度 |
| 包含 / 矿渣 | 铸造中的非金属 | 熔体污染, 过滤不良 | 清洁熔体, 使用陶瓷过滤器, 略读练习 |
| 尺寸扭曲 | 超出耐受范围 | 图案蠕变, 热变形 | 使用高温蜡, 控制图案存储温度, 提高外壳刚性 |
12. 铸造后工艺
- 摇晃 & 陶瓷去除: 机械或化学方法.
- 热处理: 解决方案处理, 老化 (T6), 退火——取决于合金. 典型溶液温度: 铝合金 ~520–540 °C; 钢更高.
- 热等静止 (时髦的): 减少疲劳敏感部件的内部收缩孔隙率; 典型的 HIP 循环取决于合金 (例如。, 100–200 MPa 和 450–900 °C).
- 加工 & 精加工: 临界孔, 密封面加工至公差; 抛光, 根据需要进行钝化或涂层.
- NDT & 测试: 静液压, 压力, 泄漏测试, X射线/CT, 超声波, 染料渗透剂, 按规格进行机械测试.
13. 过程控制, 检查 & 资质
- 商店质量控制指标: 浆料固体, 粘度, 凝胶时间, 烤箱曲线, 脱蜡原木, 倦怠斜坡图, 熔体化学和脱气日志.
- 优惠券样本: 拉伸, 硬度 & 浇注中铸造的金相试样，具有代表性的微观结构和机械性能.
- 无损检测取样: 关键部件的射线照相和 CT 扫描; 指定孔隙率的接受水平 (vol% 或最大缺陷尺寸).
- 统计过程控制 (SPC): 适用于关键输入 (洗涤固体, 壳厚度, 熔化氢气) 和输出 (尺寸变化, 孔隙率计数).
14. Common Misconceptions & 澄清
“脱蜡铸造只适用于高精度零件”
错误的. 水玻璃基失蜡铸造对于中等精度零件来说具有成本效益 (±0.3–0.5 mm) - 40% 的汽车失蜡铸件使用这种变体.
“低温蜡不如中温蜡”
依赖于上下文. 低温蜡比较便宜，适合低精度, 大量零件 (例如。, 硬件) — 仅当公差更严格时才需要中温蜡.
“硅溶胶总是比水玻璃好”
错误的. 对于中等精度的应用，水玻璃便宜 50–70%，速度更快 - 硅溶胶仅适用于需要 ±0.1 毫米公差的航空航天/医疗零件.
“失蜡铸造的废品率很高”
错误的. 硅溶胶失蜡铸造废品率2%~5% (与压铸相当) — 水玻璃含量为 5–10% (仍低于砂型铸造的 10-15%).
“3D 打印让失蜡铸造成为历史”
错误的. AM 是原型/小批量的理想选择, 但对于中高产量来说，失蜡铸造的成本要低 5-10 倍 (>1,000 部分) 并处理较大的零件 (到 500 公斤).
15. 结论
失蜡铸造工艺仍然是生产复杂结构的主要方法, 高保真金属部件.
当您配对右侧时 图案材料, 壳牌化学 和 熔化/气氛练习 严格的过程控制, 失蜡铸造能够可靠地制造出通过其他方式很难或不可能制造的零件.
现代增强功能 (3D印刷图案, 混合壳, 真空浇注和热等静压) 将工艺扩展到新的合金和应用中——但它们也提出了仔细规范的需要, 试用和质量保证.
常见问题解答
我应该选择哪种钛外壳系统?
硅溶胶 (带有锆石/氧化铝第一层涂层) + 真空/惰性熔化和浇注. 如果没有广泛的屏障措施，水玻璃通常不适合.
失蜡铸造的特征可以有多精细?
特征 <0.5 毫米 可能 (珠宝/精密); 工程零件的目标是 ≥1毫米 除非经过试验证明稳健性.
我可以预期的典型表面光洁度?
硅溶胶: ~0.6–3.2 µm Ra; 水玻璃: ~2.5–8 µm Ra. 蜡模的精细清洗和抛光可提高光洁度.
何时推荐 HIP?
对于疲劳关键型, 承压的, 或必须尽量减少内部孔隙率的航空航天零件 — HIP 可以显着提高疲劳寿命.
我可以使用 3D 打印模型代替蜡制工具吗?
是的 - 可铸树脂 和印刷蜡减少了原型/小批量的加工时间和成本. 确保树脂脱蜡特性和外壳兼容性得到验证.
