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熔模精密铸造在航空航天领域的应用

熔模铸造通常是指在易熔材料制成模样;在模样表面包覆若干层耐火

材料制成型壳;再将模样熔化排出型壳;从而获得无分型面的铸型;经高温

焙烧后即可填砂浇注的铸造方案..由于模样广泛采用蜡质材料来制造;故

常将熔模铸造称为“失蜡铸造”..可用熔模铸造法生产的合金种类有碳素

钢、合金钢、耐热合金、不锈钢、精密合金、永磁合金、轴承合金、铜合

金、铝合金、钛合金和球墨铸铁等..

为了提高武器装备作战性能与部件整体结构性能及可靠性;减轻结构

质量、降低制造成本、缩短制造周期;发达国家深入研究和应用复杂薄壁

铸件精密铸造技术;并广泛应用于航空发动机、机体等关键构件的研制和

生产中..

一、熔模精密铸造技术特点与工艺流程

熔模铸件尺寸精度较高;一般可达CT4-6砂型铸造为CT10~13;压铸为

CT5~7..同时;通过将熔模铸造技术与自动控制、计算机仿真等先进技术相

结合;大幅度提高了合金熔液的充填性能;实现铸件的完整充型及组织与

尺寸精确控制;从而抑制铸造缺陷、提高铸件质量;进一步提高铸件的精度

以及质量..

压制熔模时;采用型腔表面光洁度高的压型;因此;熔模的表面光洁度

也比较高..此外;型壳由耐高温的特殊粘结剂和耐火材料配制成的耐火涂

料涂挂在熔模上而制成;与熔融金属直接接触的型腔内表面光洁度高..所

以;熔模铸件的表面光洁度比一般铸造件的高;一般可达Ra1.6~3.2μm..

熔模铸造最大的优点就是由于熔模铸件有着很高的尺寸精度和表面

光洁度;所以可减少机械加工工作;只是在零件上要求较高的部位留少许

加工余量即可;甚至某些铸件只留打磨、抛光余量;不必机械加工即可使

用..由此可见;采用熔模铸造方法可大量节省机床设备和加工工时;大幅

度节约金属原材料..

熔模铸造方法的另一优点是;它可以铸造各种合金的复杂的铸件;特

别可以铸造高温合金铸件..如喷气式发动机的叶片;其流线型外廓与冷却

用内腔;用机械加工工艺几乎无法形成..用熔模铸造工艺生产不仅可以做

到批量生产;保证了铸件的一致性;而且避免了机械加工后残留刀纹的应

力集中..

熔模精密铸造工艺比较复杂;流程如下图所示：

图１熔模精密铸造工艺流程

二、熔模精密铸造技术在航空航天领域的应用

美国新一代军用飞机的目标要求：质量减轻50％;机身紧固件数量减

少80％以上;批生产成本降低25％以上;制造周期缩短1/3～1/2..除广泛

采用新材料外;还需大量采用各种大型、薄壁、复杂、整体、优质精密铸

件..可见;未来航空航天领域对于零件的要求是质量更轻、比强度更高、

数量减少、体积变大、结构更复杂;同时降低生产成本与生产周期..

为了实现以上目标;一次成形的熔模精密铸造工艺得到了广泛的运

用..以美国某发动机STME为例;该发动机广泛采用了一次成形精密铸造工

艺;将燃烧室零件数量减少50多个;焊接次数减少约90道;生产制造成本

得以显着降低..

目前;熔模精密铸造技术在航空航天领域主要应用于铝合金、镁合金、

钛合金、高温合金等零件的制造..

1、铝合金

铝合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好、易成形、成本低等优点;

因而在航空航天领域得到了大量应用..铝合金精密铸造技术是指大型、薄

壁、复杂、整体、高性能铝合金构件无或少余量铸造;轮廓尺寸一般为

1500mm左右、壁厚一般为3mm左右;铸件性能基本达到中等变形合金性能

指标;为无或少加工余量..

欧美等发达国家广泛采用整体精密铸造技术;研制出了各类大型薄壁

整体结构铝合金精密铸件;用于先进作战飞机与机体、导弹发动机与弹体

等关键部位;并替代部分铝合金锻件和钣金件..例如;黑鹰直升机发动机

复杂薄壁整体机匣与壳体；F-16战斗机进气道唇口;美国战斧巡航导弹、

BAT导弹等先进导弹壳体也采用铝合金整体精密铸件..

铝合金熔模铸造一般采用石膏型或陶瓷型制壳..普遍运用旋转喷吹

法精炼金属;加入Ti、B、Zr等元素细化晶粒、改善铸造性能..最后;熔模

精密铸造主要采用反重力铸造;以提高金属液的充型能力;增强金属液对

铸件的补缩效