不銹鋼精密鑄造

田紹文

摘 要：不銹鋼精密鑄造不同于傳統(tǒng)的鑄造行業(yè)，我國雖然是鑄造大國，但是精密鑄造尚處于發(fā)展階段，尚不能與發(fā)達(dá)國家相比。但是我國近年來大力發(fā)展工業(yè)化進(jìn)程和科技水平，已經(jīng)有一些相對成熟的技術(shù)手段，筆者將對這些較為成熟的技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)分析，進(jìn)而對我國未來不銹鋼精密鑄造的發(fā)展提出一些意見。

關(guān)鍵詞：不銹鋼精密鑄造；技術(shù)分析

0 引言

不銹鋼精密鑄造又叫做熔模精密鑄造，這種鑄造工藝在鑄造過程中盡量減少或者根本不進(jìn)行切削，是一種適用范圍廣，鑄件尺寸精度高，表面質(zhì)量優(yōu)異的鑄造方法，同時鑄造過程中并不處于超高溫情況，更適于鑄造航空航天、國防等高精尖產(chǎn)業(yè)的元件。最早的不銹鋼精密鑄造可以追溯到上世紀(jì)三四十年代，美國最早用不銹鋼精密鑄造法對其當(dāng)時科技領(lǐng)先的航空發(fā)動機(jī)中的渦輪葉片進(jìn)行鑄造，成品受到了各方面的好評，進(jìn)而使這種方法廣為推廣。我國對不銹鋼精密鑄造的研發(fā)和使用則是在新中國成立之后，后續(xù)隨著我國國防工業(yè)的發(fā)展，不銹鋼精密鑄造在沈陽、貴州、北京、西安、湖南等地都開設(shè)了研究所或鑄造廠。但是客觀的看，我國的不銹鋼精密鑄造行業(yè)仍然在發(fā)展階段，尚不能滿足我國航空航天、國防工業(yè)等行業(yè)的發(fā)展要求。

1 不銹鋼精密鑄造的重要意義

科技是一個國家、一個民族立足的根本，但是隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展我們發(fā)現(xiàn)，任何單獨(dú)的科技發(fā)展都不能對當(dāng)前社會造成巨大的變革和影響，因?yàn)樾庐a(chǎn)品新科技往往是以體系形式進(jìn)行體現(xiàn)的，例如我國發(fā)射的“嫦娥號”“天宮號”等航空航天器材和深海探測設(shè)備“蛟龍?zhí)枴钡?，都是我國眾多科技的直觀體現(xiàn)。不銹鋼精密鑄造是一項(xiàng)鑄造工業(yè)中的技術(shù)，但是又不同于傳統(tǒng)的鑄造行業(yè)，因?yàn)榫荑T造的商品附加值較高，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)（2013年數(shù)據(jù)）[1]，歐美國家的航空航天設(shè)備和優(yōu)秀發(fā)動機(jī)中精密鑄造原件的商品附加值占總附加值的近70%，但是我國的比例則不足35%，這就導(dǎo)致我國雖然現(xiàn)在已經(jīng)是世界上鑄造量最大的國家，但是鑄造價值仍然處于中上游水平，尚不能達(dá)到頂尖水平。所以筆者認(rèn)為發(fā)展不銹鋼精密鑄造的根本意義在于兩方面，其一是國防和科技的根本需求，其二則是發(fā)展經(jīng)濟(jì)的必由之路。

2 不銹鋼精密鑄造的成熟技術(shù)分析

2.1 硅溶膠型殼工藝

硅溶膠制殼工藝普遍應(yīng)用于較為尖端的內(nèi)燃機(jī)零件鑄造行業(yè)，這種方法使用的涂料穩(wěn)定性較好，不需化學(xué)硬化過程，耐高溫，具備更好的抗變形能力。但是這項(xiàng)技術(shù)也存在這一定的缺點(diǎn)，就是對蠟?zāi)５臏貪櫺员容^不好，可通過添加表面活性劑改善，但是會在一定程度上增加投入。

2.2 水玻璃型殼工藝

這種方法發(fā)明時間很早，我國也在上世紀(jì)五六十年代就從蘇聯(lián)對這種技術(shù)進(jìn)行了引進(jìn)，該法成本低，操作相對簡單，同時原材料要求也不高。工藝基本特征利用石蠟-硬脂酸低溫模料，制殼過程的粘合劑利用水玻璃，在不銹鋼精密鑄造中使用較為廣泛。但是這種方法相比于硅溶膠制殼工藝的最大問題就是所得鑄件表面質(zhì)量一般，尺寸精度較低，但是由于其成本具有獨(dú)到優(yōu)勢，所以我國在部分民用或者低精度的內(nèi)燃機(jī)上仍然沿用這一技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)自引進(jìn)以來，我國科研人員對其進(jìn)行了比較大的改進(jìn)，主要表現(xiàn)在如下幾個方面：

①改善型殼涂料。

主要改進(jìn)是在型殼的背部涂料中加入了一定量的耐火黏土，讓型殼的強(qiáng)度有了較大的提升，實(shí)現(xiàn)了單殼焙燒和燒注。

②硬化劑的優(yōu)化。

傳統(tǒng)硬化劑多用氯化銨，但是這種材料在鑄造過程會釋放大量氨氣和氮氧化物氣體，對大氣造成污染，所以改用氯化鋁溶液，進(jìn)一步改用氯化鋁結(jié)晶，這種硬化劑效果與氯化銨類似，但是近年來，氯化鎂硬化劑的使用硬化速度和殘留方面都具備比較大的優(yōu)勢，所以現(xiàn)在更加傾向于氯化鎂做硬化劑。

③復(fù)合型殼。

因?yàn)樗Ａ苛系男蜌け砻尜|(zhì)量存在一定的缺陷，所以很多原件的鑄造都采用多層模復(fù)合的形式進(jìn)行鑄造，一方面節(jié)約了成本，另一方面也提升了鑄件的表面質(zhì)量。

④新工藝發(fā)展。

目前較為成熟的新工藝應(yīng)該是自吸鑄工藝、泡沫塑料模、熔模型殼鑄造等工藝，這些工藝在某些方面都是具備領(lǐng)先優(yōu)勢的，但是未來的改進(jìn)仍然讓科技工作者趨之若鶩。

3 多技術(shù)交叉使用探索

3.1 與快速成型技術(shù)的交叉使用

科學(xué)技術(shù)的交叉使用多半是進(jìn)行互補(bǔ)，不銹鋼精密鑄造的蠟?zāi)Ｖ谱鬟^程中的設(shè)計(jì)和模具制造較為復(fù)雜和耗費(fèi)時間，但是快速成型技術(shù)能夠很好的彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，單獨(dú)使用快速成型技術(shù)則是因?yàn)椴牧舷拗茻o法實(shí)施，所以近年來很多使用高分子技術(shù)獲得鑄件的圓形，進(jìn)而制造蠟?zāi)＃度氩讳P鋼精密鑄造使用。例如光固化立體造型技術(shù)（SLA）和選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（SLS），這兩種技術(shù)是目前與熔模鑄造術(shù)聯(lián)合使用較為成熟的技術(shù)，SLA技術(shù)能夠提供較高的尺寸精度，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價一些，但是精度情況也相較于SLA技術(shù)具備一定差距，適用于一些有成本要求的鑄造工作。但是在使用過程中仍然要注意控制好快速成型技術(shù)與不銹鋼精密鑄造技術(shù)的關(guān)鍵結(jié)合點(diǎn)，例如成本控制和零件的鑄造精度問題的綜合考慮，選擇合適的平衡點(diǎn)是快速成型技術(shù)與熔模鑄造術(shù)有機(jī)結(jié)合的關(guān)鍵問題。

3.2 計(jì)算機(jī)技術(shù)

不銹鋼精密鑄造過程中的方案設(shè)計(jì)和優(yōu)化工作是一項(xiàng)較為耗費(fèi)人力和時間的工作，近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，很多需要大量計(jì)算和精度計(jì)算的行業(yè)都引入了計(jì)算機(jī)工作，同時相應(yīng)的開發(fā)了各種計(jì)算軟件，例如ProCAST、AutoCAD、AFSolid、Anycasting等多種軟件，這些軟件可以對不銹鋼精密鑄造的設(shè)計(jì)和鑄造過程進(jìn)行計(jì)算或者模擬，通過數(shù)據(jù)計(jì)算的方式來現(xiàn)行優(yōu)化方案，對不銹鋼精密鑄造的發(fā)展起到了良好的推動作用。

例如清華大學(xué)在常規(guī)的通用模擬軟件開發(fā)上已經(jīng)走在了世界的前列，更是針對我國特色的航空發(fā)動機(jī)零件鑄造模擬軟件、TiAL合金渦輪葉片等高端鑄造中的計(jì)算機(jī)模擬軟件進(jìn)行了研發(fā)；哈爾濱工業(yè)大學(xué)已經(jīng)對空間站、火箭等航空鑄造中的重要結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室軟件模擬鑄造的研究工作；華中科技大學(xué)則是針對中高端的熔模鑄造開發(fā)了華鑄CAE系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備更加廣泛的適用面，也是我國當(dāng)前較為領(lǐng)先的計(jì)算機(jī)技術(shù)與熔模鑄造術(shù)交叉使用的典范。

但是在當(dāng)前的使用過程中，我們也發(fā)現(xiàn)應(yīng)當(dāng)注重計(jì)算機(jī)軟件的建模適用性、材料本身的熱物性參數(shù)等問題，這些問題良好的解決能夠極大程度上縮短不銹鋼精密鑄造的研發(fā)時間。

4 對我國未來不銹鋼精密鑄造行業(yè)發(fā)展的幾點(diǎn)看法

我國通過“十一五”、“十二五”、“十三五”開始不斷地對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，高新板塊在我國科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中越來越重要。因此筆者對未來的不銹鋼精密鑄造前景十分看好。

筆者對未來行業(yè)發(fā)展有幾點(diǎn)建議如下：

①堅(jiān)持自主研發(fā)，堅(jiān)持自力更生。

雖然通過技術(shù)引進(jìn)和改進(jìn)的方式能夠極大的縮短我國與外國的科技水平差距，但是這種引進(jìn)方式仍然是一種“走別人的路”的方式，而且受其他國家掣肘。所以筆者建議在新形勢下應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持以發(fā)展具備自己特色的科技為主，堅(jiān)持掌握核心科技，才能讓我國的精密鑄造行業(yè)不斷發(fā)展不斷進(jìn)步。

②堅(jiān)持發(fā)展理念，樹立企業(yè)榜樣。

不銹鋼精密鑄造行業(yè)是一個較為尖端的行業(yè)，所以應(yīng)當(dāng)在眾多企業(yè)中選出龍頭和榜樣，通過帶動力量推動我國整體的行業(yè)發(fā)展。

③加強(qiáng)研發(fā)與生產(chǎn)的結(jié)合。

我國當(dāng)前從事不銹鋼精密鑄造研究的高等學(xué)府并不多，但是往往與各大生產(chǎn)廠商的聯(lián)系不緊密，只是在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研發(fā)，對我國的不銹鋼精密鑄造行業(yè)大批量生產(chǎn)和大范圍推廣是一個弊端，所以筆者建議生產(chǎn)廠商可以和高校建立聯(lián)合研發(fā)生產(chǎn)一條龍合作，讓技術(shù)不僅僅生存在實(shí)驗(yàn)室里，更能夠投入到生產(chǎn)線上。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 呂志剛.世界熔模精密鑄造產(chǎn)業(yè)動態(tài)[J].特種鑄造及有色合金，2014（34）：70-72.

[2] 王植.不銹鋼精密鑄造行業(yè)市場情況及招商分析[J].經(jīng)濟(jì)管理，2015（05）：99.