1. 介绍
投资铸造, 也称为失去蜡铸, 是一种已经使用了数千年的精密制造方法. 此过程涉及创建详细的蜡模, 用陶瓷涂覆, 然后将蜡熔化形成模具.
将熔融金属倒入该模具中, 一旦它凝固, 陶瓷外壳被移除, 揭示最终的演员阵容.
该工艺使制造商能够生产具有出色表面光洁度的详细部件, 这对于精度和质量至关重要的行业尤其有价值.
不锈钢, 以其耐腐蚀性而闻名, 耐用性, 和审美吸引力, 是熔模铸造的流行材料选择.
不锈钢和熔模铸造这两种元素的结合已越来越受到各行各业的青睐, 从航空航天到医疗设备, 由于其能够生产高精度, 复杂零件具有出色的表面光洁度和最少的材料浪费.
2. 什么是不锈钢熔模铸造?
定义和概述:
不锈钢熔模铸造 是创建所需零件蜡模的过程, 涂有陶瓷壳, 然后蜡就融化了, 留下空心模具. 然后将熔化的不锈钢倒入该模具中.
一旦金属固化, 陶瓷外壳被移除, 揭示最终的演员阵容. 这种方法可以创建高度详细和精确的零件, 使其成为复杂几何形状和高精度应用的理想选择.
历史发展:
熔模铸造的根源可以追溯到古代文明, 比如中国人, 谁用它来做珠宝.
现代工艺发展于20世纪, 在材料和技术方面取得了重大进步, 使其成为生产高精度零件的可靠方法.
20世纪初不锈钢的引入进一步增强了熔模铸造的能力, 允许生产具有优异耐腐蚀性和机械性能的零件.
与其他铸造技术的比较:
- 沙子铸造: 这涉及将熔融金属倒入砂模中. 与熔模铸造相比，它的精度较低，表面光洁度较粗糙. 砂型铸造更适合大型, 简单零件.
- 铸造: 使用高压将熔融金属注入模具中. 对于大批量生产来说速度更快、更具成本效益, 它可以生产的形状的复杂性受到限制. 压铸是大批量生产的理想选择, 低复杂度零件.
- 投资铸造: 提供最高精度和创建复杂的能力, 错综复杂的形状. 它特别适合中小型生产运行以及需要高水平细节和表面光洁度的零件.
3. 投资铸造过程
熔模铸造工艺是一种用于制造复杂金属零件的高精度方法, 尤其是不锈钢材质.
这种技术, 也称为失去蜡铸, 涉及将蜡模转变为耐用金属部件的几个详细步骤.
以下是熔模铸造流程的详细介绍:
步 1: 产品设计与模具设计
该过程从彻底的产品设计开始, 经常使用 CAD 软件创建零件的 3D 模型.
工程师考虑功能等因素, 力量, 和易于制造. 设计还决定了模具配置, 必须进行定制以适应零件的规格并确保铸造过程中适当的金属流动.
步 2: 蜡模制作和检查
一旦设计最终确定, 制造商创建复制最终产品的蜡模. 这通常是通过将熔化的蜡注入模具中来完成的.
每个蜡模都经过仔细检查尺寸精度和表面细节, 因为任何瑕疵都会直接影响最终的演员阵容.
步 3: 集会
各个蜡模被组装成树状结构, 称为“浇道”。这允许同时铸造多个零件, 提高生产效率.
正确排列图案可确保铸造过程中最佳的金属流动和热量分布.
步 4: 创建陶瓷模具
将组装好的蜡树浸入陶瓷浆料中, 覆盖蜡模. 陶瓷模具是分层构建的, 使其变得足够厚和坚固以承受熔融金属的高温.
一旦涂覆, 加热模具使陶瓷材料干燥并硬化.
步 5: 除蜡和模具烧制
陶瓷模具硬化后, 将其放入烤箱中，蜡被熔化并排出.
这留下了一个准确反映蜡模的空心模具. 除蜡后, 模具经过烧制以进一步硬化陶瓷并为铸造做好准备.
步 6: 浇注熔融不锈钢
陶瓷模具经过预热，以最大限度地减少浇注熔融不锈钢时的热冲击. 将钢材加热至熔点，然后倒入模具中.
仔细控制温度和浇注技术可确保模具完全填充并捕捉设计的精细细节.
步 7: 冷却和脱模
一旦钢水冷却并凝固, 陶瓷模具被打破，露出毛坯铸件.
此步骤必须小心处理，以防止损坏新形成的组件.
步 8: 切割和磨削
铸件与浇道分离, 任何多余的材料都通过切割和研磨过程去除.
此步骤通过平滑粗糙边缘并确保其符合设计规格来为零件的精加工做好准备.
步 9: 精加工
最终铸件经过表面处理以增强其外观和性能. 常见的精加工工艺包括抛光, 热处理, 和涂层.
这些处理可提高表面质量并提高耐腐蚀性或强度.
4. 不锈钢熔模铸造的优点
不锈钢熔模铸造具有多种优势，使其成为制造复杂金属零件的首选方法:
- 精确和细节
熔模铸造提供无与伦比的精度, 允许制造商生产具有严格公差的复杂设计. 该过程捕捉到了其他铸造方法经常错过的精细细节. - 复杂形状
制造商可以制造具有复杂几何形状的零件, 包括内部空腔, 薄壁, 以及错综复杂的曲线, 这对于其他铸造技术来说是困难或不可能的. - 出色的表面饰面
熔模铸造过程的结果是顺利的, 高质量的表面饰面, 减少后期加工的需要. - 材料浪费最少
熔模铸造采用近净成形生产, 这意味着在此过程中几乎没有材料被浪费. 这种效率降低了材料成本和环境影响. - 卓越的强度和耐用性
不锈钢提供卓越的机械性能, 例如高拉伸强度, 耐腐蚀性, 和耐热性, 使其适合恶劣的环境.
5. 熔模铸造中常用的不锈钢合金
熔模铸造可以使用各种不锈钢合金, 每个都根据应用提供特定的好处. 一些最常见的合金包括:
| 奥氏体不锈钢 | 铁素体 & 马氏体不锈钢 | 降水硬化 (ph) 马氏体不锈钢 | 奥氏体/铁素体 (双工) 不锈钢 |
| 300 不锈钢系列 (ANSI 等效标准) | 400 不锈钢系列 (ANSI 等效标准) | 14-4 PH系列 15-5 PH系列 17-4 PH系列 |
2205 系列 |
| CF16F (303) CF8 (304) CF3 (304l) 甲烷 (309) CK20 (310) CF8M (316) CF3M (316l) |
CA15 (410) 我知道了 416 (416) Cas40 (420) 我知道了 431 (431) 集成电路440A (440一个) 集成电路440C (440c) |
AMS5340
美国材料试验协会 747 CB 7Cu-2 美国材料试验协会 747 CB 7Cu-1 |
x2crminnan22-5-3 |
普通铸造不锈钢牌号, 特征, 申请
| 等级 | 特征 | 申请 |
| 304 | 奥氏体不锈钢带 8% 镍含量, 通常用于家庭和商业应用, 是不锈钢铸造中应用最广泛的材料.
例如, 304 不锈钢铸件在空气腐蚀最小的环境中表现良好. |
医疗的, 食品工业, 化工, 机械设备, 管道工业, 汽车行业, ETC. |
| 316 | 还有Ni含量超过的奥氏体不锈钢 10%. 由于其较高的镍含量, 316 不锈钢铸件比不锈钢铸件具有更好的耐腐蚀性能 304 不锈钢铸件.
此类不锈钢铸件更适合空气条件比较恶劣的海洋环境或者需要接触化学物质的场合. |
消防, 汽车配件, 海洋硬件, 化学, 管道, 建造, 装饰, 食品工业, ETC. |
| 304l / 316l | 机械性能接近于 304 和 316 材料.
L代表较低的碳含量, 这使得材料更具延展性, 具有良好的焊接性能, 并具有更可靠的耐腐蚀性能. 价格高于同档次材料. |
食物, 化学, 医疗的, 管道, ETC. |
| 410 & 416 | 系列 400 属于马氏体不锈钢, 其特点是强度高, 良好的加工性能, 和高热处理硬度, 并且不含Ni, 所以耐腐蚀性较弱. | 汽车配件, 工具, 刀, ETC. |
| 17-4 ph | 17-4 属于马氏体不锈钢，Ni含量为 3%-5% 和良好的耐腐蚀性.
在不锈钢系列中具有最高的强度，通常用于不易变形的产品和部件. |
军队, 医疗的, 机械组件, 机床, 涡轮刀片, ETC. |
| 2205 | 双工不锈钢 2205, 和 22% 铬, 2.5% 钼, 和 4.5% 镍氮, 提供了卓越的力量, 影响韧性, 以及优异的整体和局部应力腐蚀耐受性. | 体育运动, 泵 & 阀门行业, ETC. |
它们的化学成分
| 等级 | c | 和 | Mn | s | p | Cr | 在 | 莫 |
| 304 | ≤0.08 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.03 | ≤0.045 | 18 〜 20 | 8 〜 11 | - |
| 304l | ≤0.03 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.03 | ≤0.035 | 18 〜 20 | 8 〜 12 | - |
| 316 | ≤0.08 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.03 | ≤0.045 | 16 〜 18 | 10 〜 14 | 2 〜 3 |
| 316l | ≤0.03 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.03 | ≤0.045 | 16 〜 18 | 10 〜 14 | 2 〜 3 |
| 410 | ≤0.03 | ≤1.00 | ≤1.00 | ≤0.03 | ≤0.040 | 11 〜 13.5 | ≤0.6 | - |
| 416 | ≤0.15 | ≤1.00 | ≤1.25 | ≤0.15 | ≤0.060 | 12 〜 14 | ≤0.6 | - |
| 17-4 酸碱度 | ≤0.07 | ≤1.00 | ≤1.00 | ≤0.03 | ≤0.040 | 15.5 〜 17.5 | 3 〜 5 | - |
| 2205 | ≤0.03 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.03 | ≤0.040 | 21 〜 24 | 4.5 〜 6.5 | 2.5 〜 3.5 |
每种合金的化学成分都会影响耐腐蚀性等因素, 可加工性, 和极端环境下的性能, 允许制造商根据特定应用定制材料.
6. 不锈钢熔模铸造的应用
- 航空业:
-
- 成分: 发动机零件, 涡轮刀片, 结构成分, 和起落架.
- 好处: 高力量, 耐热性, 和精度. 这些部件必须承受极端条件, 熔模铸造确保它们满足航空航天业的严格要求.
- 汽车行业:
-
- 成分: 发动机组件, 齿轮, 阀, 和结构部分.
- 好处: 耐用性, 精确, 和最小的材料浪费. 熔模铸造可以生产轻质产品, 提高燃油效率和车辆性能的高性能零件.
- 医疗和手术工具:
-
- 成分: 高精度仪器, 手术工具, 和植入物.
- 好处: 生物相容性, 耐腐蚀性, 和出色的表面光洁度. 这些零件必须高度精确且耐用, 熔模铸造确保它们符合医疗行业的严格标准.
- 发电:
-
- 成分: 涡轮机使用的零件, 发电厂, 和可再生能源系统.
- 好处: 高温阻力, 耐腐蚀性, 和长期使用寿命. 这些部件必须在恶劣条件下运行, 熔模铸造提供了必要的强度和耐用性.
- 食品和饮料行业:
-
- 成分: 用于食品加工的耐腐蚀部件, 例如泵, 阀, 和混合设备.
- 好处: 卫生, 易于清洁, 且耐用. 不锈钢熔模铸造确保这些零件符合食品和饮料行业严格的卫生和安全标准.
- 海洋产业:
-
- 成分: 造船用铸件, 离岸平台, 和海洋设备.
- 好处: Excellent corrosion resistance and durability. These parts must withstand the harsh marine environment, and investment casting provides the necessary resistance to saltwater and other corrosive elements.
7. 不锈钢熔模铸造面临的挑战
While stainless steel investment casting offers significant benefits, some challenges remain:
- 初始成本高
The costs for mold design and tooling can be significant, especially for small production runs. 然而, these costs are offset by the precision and quality of the final product. - Longer Production Times
The investment casting process involves multiple steps, each requiring time and precision, which can extend the overall production timeline. - Complex Post-Casting Processes
Additional machining, 热处理, and finishing steps may be required to meet specific part requirements, increasing both time and cost.
8. 熔模铸造的质量控制和测试
- 非破坏性测试 (NDT): Techniques like X-rays, 超声测试, 和磁粉探伤用于检测内部缺陷, 例如孔隙率, 包含, 和裂缝. 这些方法确保了铸件的完整性和可靠性.
- 尺寸精度检查: 使用坐标测量机进行精确测量 (CMM) 和其他计量工具确保铸件符合所需的规格和公差.
- 材料性能测试: 拉伸强度测试, 硬度, 并进行耐腐蚀，以确保最终产品的质量和性能.
这些测试有助于验证零件在预期工作条件下是否能按预期运行.
9. 不锈钢熔模铸造的未来趋势
- 高级材料: 持续的研究和开发正在创造具有增强性能的新型不锈钢合金, 例如更高的力量, 改善耐腐蚀性, 和更好的机械加工性.
这些先进材料将扩大熔模铸造的应用范围. - 自动化和机器人技术: 在熔模铸造过程中更多地使用自动化和机器人技术正在提高效率, 降低劳动力成本, 并增强一致性.
用于蜡模创建的自动化系统, 陶瓷壳的形成, 铸造后精加工变得越来越普遍. - 可持续性: 人们越来越关注可持续实践, 包括使用回收材料, 节能流程, 并减少对环境的影响.
熔模铸造行业正在探索减少浪费的方法, 减少能耗, 并采取环保做法.
10. 结论
不锈钢熔模铸造仍然是生产复杂金属零件的最可靠和最精确的制造技术之一.
它能够以最少的材料浪费创造复杂的形状, 结合不锈钢的优越性能, 使其成为从航空航天到食品加工等行业的宝贵工艺.
尽管存在成本和生产时间等挑战, 不断的技术进步正在推动熔模铸造在现代制造业中发挥更加突出的作用.
常见问题解答
问: 不锈钢熔模铸造与砂型铸造有何不同?
一个: 熔模铸造使用蜡模和陶瓷模具, 提供更高的精度和更光滑的表面光洁度. 沙子铸造, 另一方面, 使用砂模, 精度较低，表面较粗糙. 熔模铸造更适合复杂的零件, 而砂型铸造更适合大型, 简单零件.
问: 哪些行业从不锈钢熔模铸造中受益最大?
一个: 需要高精度的行业, 复杂的, 和耐用的组件, 例如航空航天, 医疗的, 汽车, 活力, 和海军陆战队, 从这种方法中获益最多. 能够生产具有严格公差和出色表面光洁度的零件，使其成为这些领域的首选.
问: 不锈钢熔模铸造常见的挑战有哪些?
一个: 常见的挑战包括模具和工具的初始成本较高, 生产时间更长, 以及复杂的铸造后工艺，如机械加工和抛光. 尽管面临这些挑战, 最终零件的高精度和高质量通常证明投资是值得的.
问: 不锈钢熔模铸件的质量如何保证?
一个: 通过无损检测确保质量 (NDT) 方法, 例如 X 射线和超声波测试, 检测内部缺陷.
使用坐标测量机检查尺寸精度 (CMM) 和材料性能强度测试, 硬度, 还进行了耐腐蚀性检查，以确保零件满足所需的规格和性能标准.
