一文了解航空航天熔模铸造用蜡

文摘   科技   2024-01-23 17:51   上海  

本文主要来源于布莱森公司运营总监基思先生的演讲稿,翻译有改动。

权归原作者


熔模铸造的优势

在传统的铸造工艺中,根据所需零件的形状做成塑模。零件结构简单的就做成单件或实心塑模。零件结构复杂的可以分为两部分,称为分离模。塑模分离的位置称为分型线。


塑模可以用木材、塑料或金属制成,而模具材料(通常是砂树脂混合物)被浇注在塑模周围并压实。随后移除塑模,此时如果零件有凹陷的地方,模具材料会嵌入塑模里,则有可能去除塑模时会损坏模具。如果使用了分离模,要将分离模组装起来。


使用熔模铸造获得想要的零件有一些很大的优势。其中一个优点是可以制作更复杂的形状,甚至是带有内凹、环形和螺旋的形状。此外,生产的铸件具有非常光滑的表面,没有分型线:这在其他工艺中是不可避免的。


熔模铸造通过使用固体塑模来生产模具。后期,塑模将以液体或气体的形式去除。

蜡模材料的选择
如前所述,塑模必须由固体材料制成,后期再从模具中去除,而不留下任何残留物。塑模要么融化成液体,要么升华或燃烧成气体。因此,我们研究的是有机材料,因为几乎所有的无机材料都无法满足该标准。其次,塑模材料也必须易于获得、安全和廉价。


常用的塑模材料是各种形式的蜡或塑料。


制造蜡模

蜡模的制造大概有3种方式:

1,减材法:从实体上雕刻或者切割

2,增材法:蜡模逐层构建,比如蜡的3D 打印

3,模具成型:将材料倒入或者注入模具,然后去除模具。

以及这三种方法的混合。


简史

蜡是人类已知的最古老的热塑性材料。在中国和埃及的古代文明,蜂蜡就已经被工匠用于失蜡工艺。如今,“蜡”这个名词已经用来描述任何具有类似蜡特性的物质。

在早期,为了制作模型使用了各种各样的材料。这些材料包括蜂蜡、牛脂、树脂、焦油等。虽然当时适合制作铸件,但它们却不适合现代制造业的要求。为了满足现代制造业的需求,要求适用于当今工业的化合物。


到今天,现代蜡随着工业的发展自身也变成了非常复杂的体系。现代蜡通常由以下材料组合而成:石蜡、微晶蜡、硬蜡、树脂、聚合物、填充料,等。


此处请参见:

熔模铸造之蜡料 第1/2讲 (qq.com)

熔模铸造之蜡料 第2/2讲 (qq.com)


熔模铸造蜡的结构

为了满足不同的要求,我们制定了许多不同结构或成分的蜡。蜡的关键性能,如熔点、硬度、粘度、膨胀和收缩、凝固速率等,都受到蜡化合物的结构和成分的影响。


复杂的成分表现为与其他物质不同的物理行为。了解各个成分的特性以及它们如何相互作用对于了解蜡在熔模铸造过程中的行为至关重要。


关于水溶芯用蜡,请参见

熔模铸造之水溶蜡简介 (qq.com)


蜡的性能测试
传统上对蜡的测试是基于石化行业的检验,测试内容包括:凝点、熔点、粘度、针入度、灰分百分比。尽管此类测试仍在做,但设计和性能要求的复杂性要求我们改变思维。


请参见:

熔模铸造用蜡料的测试和质量控制 (qq.com)


首先是蜡的膨胀和收缩。熔模铸造用蜡的结构和成分会影响膨胀和收缩性能。与其他材料一样,蜡在加热时会膨胀,冷却时会收缩。与金属比较,蜡的膨胀率相对较高。如图所示,蜡的膨胀率和收缩率是不均匀的,并随着相和结构的变化而变化。


其次是蜡的流动性。流动性是材料流动的能力,特别是通过窄间隙的能力。蜡流动性的影响不容小觑:流动性过低可能会导致无填充或流线。过高的流动性会导致喷射过程中的湍流,导致流线和空气滞留。


蜡的粘度与其流动性之间存在明显的关系,粘度越高,通常流动性越少,例如水和糖浆。温度和流动性之间存在关系,蜡和模具温度越低,流动性越低。实验表明,在液体和糊状区域存在线性关系,但在凝结点周围没有线性关系。


除了这些传统方法以外,还有一些专门开发的测试方法,通过模拟蜡在铸造厂中使用过程进行相关的测试。这些先进的方法或工具包括:流变仪、红外分析( FTIR )、差示分析仪( DSC )、热机械分析( TMA )、蜡强度分析、射蜡轮廓和流动性分析。


蜡温的控制

具体参见

熔模铸造之蜡模 (qq.com)


蜡的存储

请参见:

熔模铸造之蜡模 (qq.com)


与蜡有关的蜡模缺陷和解决方法
1,流线。从外表上看是一条线,并且表面凹陷。通常是由于蜡的温度不够或湍流导致的。流线的存在可能会破坏蜡的结构稳定性,导致制壳时产生夹杂。有效的解决方案:增加注射压力,提高温度;使用填充蜡;使用更粘稠的蜡。


2,表面点蚀。粗糙的表面,看上去像"砂纸"一样。原因是蜡的流动性不足,后期制壳时会有夹砂的风险。可能的解决方案:通过提高温度来增加蜡的流动性,使用流动性更好的蜡。


3,孔洞。由于局部填充不足导致表面存在碗状的凹陷,后期会使得铸件尺寸问题。可能的解决方案:降低射蜡温度;增加注射口的尺寸;使用填充蜡,使用蜡冷块降温;降低模具温度。


4,蜡尺寸不对。由于蜡的收缩导致尺寸不正确。可能的解决方案:改变蜡的温度;更换蜡,更改模具尺寸。


5,空气缺陷。表面或表面以下由空气引起的凹陷。射蜡时空气无法快速从蜡中逸出导致。可能的解决方案:减少蜡的湍流;增加蜡的粘度;让空气更容易从模具中逸出。

6,未填满或冷隔。空腔要么没有完全填充,要么蜡模的边缘是圆润的。蜡的能量不足以填充模腔。可能的解决方案:增加注射压力;提高蜡的温度;使蜡更流畅,改善蜡的透气性;减少湍流。


蜡模组树的最佳实践

  • 确保填充或打磨掉任何蜡模凹陷,例如流线和表面凹陷;

  • 组装前应让蜡模自由收缩,否则可能会导致接头存在压力;

  • 蜡具有"记忆"效应,扭曲的部分会随着时间的推移试图自行伸直;

  • 任何从胶水或焊接中流出的液体都应该被修剪掉,因为它们可能是夹杂物的来源;

  • 必须暴露并填充靠近或突破表面的空气缺陷;

  • 确保所有表面清洁且不含脱模剂,清洗蜡模;

  • 考虑自动化。


结论

熔模铸造用蜡由多种化合物组成,成分复杂。的特性呈现一定范围,从而影响铸造厂制作型芯的工艺,最终影响铸件质量因此,对于熔模铸造厂而言,对蜡特性的认识和控制至关重要

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