不锈钢精密铸造

不锈钢精密铸造

作者：田绍文

来源：《中小企业管理与科技·上旬刊》2016年第06期

摘要：不锈钢精密铸造不同于传统的铸造行业，我国虽然是铸造大国，但是精密铸造尚处于发展阶段，尚不能与发达国家相比。但是我国近年来大力发展工业化进程和科技水平，已经有一些相对成熟的技术手段，笔者将对这些较为成熟的技术进行重点分析，进而对我国未来不锈钢精密铸造的发展提出一些意见。

关键词：不锈钢精密铸造；技术分析

0 引言

不锈钢精密铸造又叫做熔模精密铸造，这种铸造工艺在铸造过程中尽量减少或者根本不进行切削，是一种适用范围广，铸件尺寸精度高，表面质量优异的铸造方法，同时铸造过程中并不处于超高温情况，更适于铸造航空航天、国防等高精尖产业的元件。最早的不锈钢精密铸造可以追溯到上世纪三四十年代，美国最早用不锈钢精密铸造法对其当时科技领先的航空发动机中的涡轮叶片进行铸造，成品受到了各方面的好评，进而使这种方法广为推广。我国对不锈钢精密铸造的研发和使用则是在新中国成立之后，后续随着我国国防工业的发展，不锈钢精密铸造在沈阳、贵州、北京、西安、湖南等地都开设了研究所或铸造厂。但是客观的看，我国的不锈钢精密铸造行业仍然在发展阶段，尚不能满足我国航空航天、国防工业等行业的发展要求。

1 不锈钢精密铸造的重要意义

科技是一个国家、一个民族立足的根本，但是随着现代科技的不断发展我们发现，任何单独的科技发展都不能对当前社会造成巨大的变革和影响，因为新产品新科技往往是以体系形式进行体现的，例如我国发射的“嫦娥号”“天宫号”等航空航天器材和深海探测设备“蛟龙号”等，都是我国众多科技的直观体现。不锈钢精密铸造是一项铸造工业中的技术，但是又不同于传统的铸造行业，因为精密铸造的商品附加值较高，根据相关统计（2013年数据）[1]，欧美国家的航空航天设备和优秀发动机中精密铸造原件的商品附加值占总附加值的近70%，但是我国的比例则不足35%，这就导致我国虽然现在已经是世界上铸造量最大的国家，但是铸造价值仍然处于中上游水平，尚不能达到顶尖水平。所以笔者认为发展不锈钢精密铸造的根本意义在于两方面，其一是国防和科技的根本需求，其二则是发展经济的必由之路。

2 不锈钢精密铸造的成熟技术分析

2.1 硅溶胶型壳工艺

硅溶胶制壳工艺普遍应用于较为尖端的内燃机零件铸造行业，这种方法使用的涂料稳定性较好，不需化学硬化过程，耐高温，具备更好的抗变形能力。但是这项技术也存在这一定的缺点，就是对蜡模的温润性比较不好，可通过添加表面活性剂改善，但是会在一定程度上增加投入。

2.2 水玻璃型壳工艺

这种方法发明时间很早，我国也在上世纪五六十年代就从苏联对这种技术进行了引进，该法成本低，操作相对简单，同时原材料要求也不高。工艺基本特征利用石蜡-硬脂酸低温模料，制壳过程的粘合剂利用水玻璃，在不锈钢精密铸造中使用较为广泛。但是这种方法相比于硅溶胶制壳工艺的最大问题就是所得铸件表面质量一般，尺寸精度较低，但是由于其成本具有独到优势，所以我国在部分民用或者低精度的内燃机上仍然沿用这一技术。这项技术自引进以来，我国科研人员对其进行了比较大的改进，主要表现在如下几个方面：

①改善型壳涂料。

主要改进是在型壳的背部涂料中加入了一定量的耐火黏土，让型壳的强度有了较大的提升，实现了单壳焙烧和烧注。

②硬化剂的优化。

传统硬化剂多用氯化铵，但是这种材料在铸造过程会释放大量氨气和氮氧化物气体，对大气造成污染，所以改用氯化铝溶液，进一步改用氯化铝结晶，这种硬化剂效果与氯化铵类似，但是近年来，氯化镁硬化剂的使用硬化速度和残留方面都具备比较大的优势，所以现在更加倾向于氯化镁做硬化剂。

③复合型壳。

因为水玻璃涂料的型壳表面质量存在一定的缺陷，所以很多原件的铸造都采用多层模复合的形式进行铸造，一方面节约了成本，另一方面也提升了铸件的表面质量。

④新工艺发展。

目前较为成熟的新工艺应该是自吸铸工艺、泡沫塑料模、熔模型壳铸造等工艺，这些工艺在某些方面都是具备领先优势的，但是未来的改进仍然让科技工作者趋之若鹜。

3 多技术交叉使用探索

3.1 与快速成型技术的交叉使用

科学技术的交叉使用多半是进行互补，不锈钢精密铸造的蜡模制作过程中的设计和模具制造较为复杂和耗费时间，但是快速成型技术能够很好的弥补这一缺点，单独使用快速成型技术则是因为材料限制无法实施，所以近年来很多使用高分子技术获得铸件的圆形，进而制造蜡模，投入不锈钢精密铸造使用。例如光固化立体造型技术（SLA）和选择性激光烧结技术（SLS），这两种技术是目前与熔模铸造术联合使用较为成熟的技术，SLA技术能够提供较高的尺寸精度，尤其是零件外表面的精度，SLS在一定程度上原材料要稍微廉价一些，但是精度情况也相较于SLA技术具备一定差距，适用于一些有成本要求的铸造工作。但是在使用过程中仍然要注意控制好快速成型技术与不锈钢精密铸造技术的关键结合点，例如成本控制和零件的铸造精度问题的综合考虑，选择合适的平衡点是快速成型技术与熔模铸造术有机结合的关键问题。

3.2 计算机技术

不锈钢精密铸造过程中的方案设计和优化工作是一项较为耗费人力和时间的工作，近年来随着计算机技术的不断发展，很多需要大量计算和精度计算的行业都引入了计算机工作，同时相应的开发了各种计算软件，例如ProCAST、AutoCAD、AFSolid、Anycasting等多种软件，这些软件可以对不锈钢精密铸造的设计和铸造过程进行计算或者模拟，通过数据计算的方式来现行优化方案，对不锈钢精密铸造的发展起到了良好的推动作用。

例如清华大学在常规的通用模拟软件开发上已经走在了世界的前列，更是针对我国特色的航空发动机零件铸造模拟软件、TiAL合金涡轮叶片等高端铸造中的计算机模拟软件进行了研发；哈尔滨工业大学已经对空间站、火箭等航空铸造中的重要结构进行了实验室软件模拟铸造的研究工作；华中科技大学则是针对中高端的熔模铸造开发了华铸CAE系统，该系统具备更加广泛的适用面，也是我国当前较为领先的计算机技术与熔模铸造术交叉使用的典范。

但是在当前的使用过程中，我们也发现应当注重计算机软件的建模适用性、材料本身的热物性参数等问题，这些问题良好的解决能够极大程度上缩短不锈钢精密铸造的研发时间。

4 对我国未来不锈钢精密铸造行业发展的几点看法

我国通过“十一五”、“十二五”、“十三五”开始不断地对产业结构进行调整，高新板块在我国科技和经济的发展中越来越重要。因此笔者对未来的不锈钢精密铸造前景十分看好。

笔者对未来行业发展有几点建议如下：

①坚持自主研发，坚持自力更生。

虽然通过技术引进和改进的方式能够极大的缩短我国与外国的科技水平差距，但是这种引进方式仍然是一种“走别人的路”的方式，而且受其他国家掣肘。所以笔者建议在新形势下应当