我國的技術發展
近無餘量熔模精密鑄造是在失蠟鑄造法的基礎上運用現代技術發展起來的一門新的鑄造技術。
失蠟鑄造法是我國的一種古老傳統的鑄造方法。早在兩千多年前,我國工匠就能夠用失蠟鑄造法鑄造出工藝精湛、美侖美煥的工藝品。湖北省出土的春秋戰國時期曾侯乙墓中鏤空花紋的青銅器樽、盤及其他一些器皿,經考古鑑定,是由失蠟鑄造法鑄造的。
上個世紀五十年代,我國逐漸將熔模精密鑄造套用於機械製造,特別是航空渦輪發動機的葉片製造。經過數十年的發展,我國的熔模精密鑄造在機械、航空工業等領域得到了比較充分的發展,已有相當的生產規模,技術也達到了一定水平。
上個世紀七十年代末,我國從英國引進了MK202發動機及其製造技術,同時有選擇地引進了一批先進的工具機設備。至此,我國無餘量熔模精密鑄造技術的起步、奠基以及隨後的發展拉開了序幕。
1我國近無餘量熔模精密鑄造技術的起步和發展
1.1近無餘量熔模精密鑄造技術發展的世界背景
二十世紀三、四十年代的第二次世界大戰對武器的需求極大地推動了西方軍事工業的發展,許多新技術、新工藝套用于軍事工業。西方國家的熔模精密鑄造技術,作為航空工業和機械工業的基礎支撐,在戰後至七十年代時期發展很快。在尺寸公差上已從“有餘量”發展到“無餘量”,鑄造出來的零件尺寸精度高、表面光潔度好。例如,英國羅爾斯·羅伊斯(RoilsRoyce)公司精密鑄造的渦輪葉片其型面尺寸公一般為土0.127mm,局部尺寸精度為±0.05mm;美國密士科(Misco)公司的鑄件尺寸在6.25mm以的,其公差為±0.10mm。八十年代至二十世紀末,以美國為首的西方國家在軍事工業上又獲得了新的發展。英國一阿根廷兩國之間馬爾維拉斯群島戰爭中使用的。“飛魚”飛彈,美國一伊拉克兩國之間兩次灣戰爭以及前南斯拉夫科索沃戰爭中使用的“戰斧”巡航飛彈等武器系統大獲成功,熔模精密鑄造技橢。
其中發揮了不小的作用。
1.2我國近無餘量熔模精密鑄造技術的起步
我國近無餘量熔模精密鑄造技術的起步是從二十世紀七十年代末、八十年代初開始的。為了發展我國的機械工業、航空工業,以及滿足國防工業的有關需求,我國在七十年代至八十年代先後從西方國家引進了數條無餘量熔模精密鑄造生產線,如瀋陽航空發動機公司、西安航空發動機公司、貴陽航空發動機公司、南昌航空發動機公司等,為我國的無餘量熔模精密鑄造技術的起步和發展莫定了基礎。
1.3我國近無餘量熔模精密鑄造技術的發展
二十世紀七十年代末期,鑄造工作者在引進的基礎上開始了我國無餘量熔模精密鑄造技術的消化、吸收和發展。
1.3.1模具的設計、製造
要得到高尺寸精度、高表面光潔度的無餘量熔模精密鑄件,首先要設計、製造高尺寸精度、高表面光潔度的模具,然後得到高尺寸精度、高表面光潔度的蠟模,最後才能得到高質量的鑄件。無餘量熔模精密鑄造模具的設計、製造是一個重要的工藝環節,我國所用模具的尺寸精度、表面光潔度一般可達±0.03mm~±0.02mm,▽8(0.8μm)~▽9(0.4μm);更高時可達±0.OLMM~±0.005mm,▽9(0.4μm~▽10(0.21μm)。製造模具所用的設備有相當數量是進口的。
1.3.2模料的國產化
熔模精密鑄造所用模料的共同特點是體積膨脹小、收縮小,熔模尺寸穩定,表面光潔。無餘量熔模精密鑄造與普通熔模精密鑄造所用的模料是相互聯繫、又相互區別的:無餘量熔模精密鑄造所用的模料是在普通熔模精密鑄造所用模料的基礎上不斷發展、改進和提高而來;但是無餘量熔模精密鑄造所用模料的熔點和熱穩定性、熱膨脹和收縮特性、流動性和成型性、強度和表面硬度、塗掛性、以及模料的灰分要遠遠優於普通熔模精密鑄造所用的模料。無餘量熔模精密鑄造模料所用的原材料多為中高溫以及分子鏈較大的一些蠟料,如微晶蠟、巴西蠟,以及樹脂、松香等等。
二十世紀八十年代,在有關部門的組織協調下,我國設立了無餘量熔模精密鑄造所用模料和耐火材料國產化的課題。我國鑄造界的科技工作者借鑑國外的科技成果,結合我國資源的具體情況,設計、研發出了許多具有中國特色的無餘量熔模精密鑄造模料。目前,我國無餘量熔模精密鑄造所用模料的技術參數基本接近和達到了世界的先進水平,模料的收縮率可達0.5%,灰分<0.05%。
1.3.3型殼
我國普通熔模精密鑄造的型殼多採用水玻璃作為粘結劑,石英砂為耐火材料;無餘量熔模精密鑄造的型殼則採用矽溶膠和矽酸乙脂作為粘結劑,剛玉砂、高嶺土等為耐火材料,在材料的選用上有較大的不同。在相關課題成果的指導下,無餘量熔模精密鑄造型殼所用的粘結劑和而j火材料100%可以國產化,基本上達到當今世界水平。
1.3.4壓蠟設備
壓蠟設備是無餘量熔模精密鑄造的重要環節設備,對鑄件質量有舉足輕重的作用。
無餘量熔模精密鑄造所用的壓蠟設備多從英國、法國和德國等國家進口,壓蠟設備的合模力可達到140kg/cm2,注射壓力可達60kg/cm2。
1.3.5熔煉設備
熔煉設備是無餘量熔模精密鑄造的關鍵,它關係著鑄件的冶金質量和力學性能,是無餘量熔模精密鑄造的重點設備之一。
無餘量熔模精密鑄造所用的熔煉設備大多數由英國、法國、德國和美國進口,有少量國產化。典型熔煉設備有真空熔煉定向結晶爐、兩室真空熔煉爐、大氣熔煉翻轉爐、六出口焙燒烘烤爐等等。
2我國無餘量熔模精密鑄造技術的現狀和差距
2.1我國近無餘量熔模精密鑄造技術的現狀
我國近無餘量熔模精密鑄造技術從二十世紀七十年代起步到現在,經歷了三十多年的時間,在廣大航空工業和鑄造工作者的共同努力下,從無到有、,從小到大,從低級到高級,具有了相當的規模和水平。
目前,我國可以開展近無餘量熔模精密鑄造的地區有瀋陽、西安、貴陽、南昌、成都、北京、上海等,其中,瀋陽、西安、貴陽、南昌的情況好一些,基本上可以代表我國的技術水平。近十餘年來,我國的航空工業與世界航空工業開展了較多的技、工、貿合作,例如西安與英國羅爾斯·羅伊斯公司,上海與美國原麥道公司,成都與美國波音公司等等,這從一定程度上推動了我國無餘量熔模精密鑄造技術的進步和發展。我國的無餘量熔模精密鑄造產品從此進入了國際市場,一些產品甚至進入了國際頂級市場。
無餘量熔模精密鑄造作為一項第二次世界大戰後在航空和其他工業推廣套用的新技術,現在已廣泛套用於我國的航空、航天、航海、武器、儀表等工業領域,為國防、經濟建設,以及相應工業的技術進步、上升級作出了貢獻。
2.2我國近無餘量熔模精密鑄造技術的差距
從總體上講,我國近無餘量熔模精密鑄造技術與世界水平仍然存在一定差距。據筆者初步估計,我國的技術水平大概相當於西方國家二十世紀八十年代至九十年代的水平,還存在一、二十年的差距。
具體說來,差距主要體現在設備製造和冶金技術上。主要設備國內不能生產製造,依靠西方國家進口能解決;部分設備即使國內能夠生產製造,仍存在著技術參數達不到要求、製造精度不夠、可靠性不夠降問題。冶金技術也存在著一定差距,例如相同材質的鑄件其內部組織晶粒大小、夾雜物種類和形態不同,在使用過程中表現為壽命短、易損壞等現象。其餘的模具設計、鑄造工藝設計、熔模模料、耐火材料等工藝環節則接近和基本達到國際水平。