什麼是包模鑄造

以耐火物包覆蠟模並使其硬化,再將熔湯注入蠟熔出後之鑄模的精密鑄造法。也稱為脫蠟法,用於渦輪葉片等。

日文名稱: インベストメント鋳造

「包模鑄造」出現在1領域的1道練習題中(材料的加工與接合等)。

這個名詞所屬的領域: 材料的加工與接合

製程的流程

包模鑄造先將蠟射入金屬模具,製作與製品形狀相同的模型,把許多個裝到將成為流道的蠟棒上組成樹狀。將其浸入含耐火物細粉的漿料,在表面撒上耐火物粗粒並乾燥,重複多次而做出殼(殼模)。接著以蒸氣壓力釜等將蠟熔出,以高溫燒成殼模使其強化,並燒掉殘留的蠟。趁燒成的殼模還熱時注入熔湯,凝固後打碎殼模取出製品,從流道切離並加工完成。

精度與形狀的自由度

模型以熔化方式除去,因此鑄模不需分割,無法脫模的形狀、細溝、薄葉片般的形狀都能一體製作。細粉耐火物複製模型的表面,因此表面平滑、尺寸精度也好,可大幅減少機械加工量。在射蠟模具中放入陶瓷砂心使其埋入蠟模,鑄造後以藥品溶除,也能製作內部有複雜冷卻通道的中空零件。另一方面,模型與殼模須逐一製作,製程長,每件成本高,製作大型零件也比砂模鑄造困難。

與類似鑄造法的差異

在使用會消失之模型這點上,把發泡聚苯乙烯模型埋入砂中注入熔湯、以熔湯的熱使模型消失的消失模鑄造(全模法)也相似,但先除去模型再澆注的包模鑄造,表面與尺寸精度較高。珠寶與牙科鑄造使用把模型埋入石膏系包埋材中的方法,工業用零件則以陶瓷殼模為主流。壓鑄是以高壓注入金屬模具的方法,量產性優良,但不適合高熔點合金或複雜的中空形狀。

渦輪葉片與新用途

噴射引擎與燃氣渦輪的渦輪葉片,是以包模鑄造製作Ni基超合金的代表例。把殼模從加熱爐逐漸往下拉出而由下往上凝固,就成為柱狀晶整齊的單向凝固葉片;在途中設置只選出1個晶粒的細通道,就成為單晶葉片。目的是消除在高溫潛變中成為弱點、垂直於負荷的晶界。近年來,以3D列印製作蠟或樹脂模型,不用模具而鑄造試作品或少量零件的方法也逐漸普及。也用於醫療植入物與高爾夫球桿頭等。

練習包模鑄造的題目

以蠟製作與製品同形狀的模型,在其周圍以耐火物漿料包覆多層並使其硬化,再加熱使蠟熔出,然後將熔湯注入所得的鑄模,這是下列哪一種鑄造法?

  1. A高壓壓鑄
  2. B濕砂模鑄造
  3. C包模鑄造
查看答案與解析

正確答案:C. 包模鑄造

包模鑄造(脫蠟法)是將模型熔出,因此不需要分開鑄模取出模型,能以良好的尺寸精度與平滑表面製作複雜形狀。耐火物鑄模能耐高溫,因此也用於噴射引擎渦輪葉片這類鎳基超合金的精密零件,單向凝固與單晶葉片也以此法製作。壓鑄是將鋁、鎂等的熔湯以高壓注入金屬模的方法,生產性高且適合薄壁件,但不適合熔點高的鋼。砂模鑄造是以木模等模型製作砂的鑄模,再將模型拔出的方法,可以製作大型件,但表面較粗糙。

常見問題

包模鑄造與脫蠟法是同一件事嗎?

兩者幾乎以相同意義使用。脫蠟法是著眼於使蠟模熔化消失的稱呼,包模鑄造則是著眼於以耐火物包覆(invest)模型的稱呼。工業上多稱包模鑄造,美術工藝則多稱脫蠟法。

哪些材料適合包模鑄造?

耐火物殼模耐得住高溫,因此也能用於鋼、不鏽鋼、Ni基與Co基超合金、鈦合金等高熔點合金。鈦的熔湯容易反應,因此殼模內面使用氧化釔等不易反應的耐火物,並在真空中熔解鑄造。也用於鋁合金與銅合金。

為什麼稱為精密鑄造?

因為以細粉耐火物複製在模具中製作、尺寸一致的模型,尺寸精度比其他鑄造法高,表面也平滑。可直接使用的面多,能減少機械加工。不過模具尺寸須預估蠟與金屬的收縮來決定,零件越大越難保持精度。

解析中的「包模鑄造」

出現「包模鑄造」的題目(1題)

  1. 以蠟製作與製品同形狀的模型,在其周圍以耐火物漿料包覆多層並使其硬化,再加熱使蠟熔出,然後將熔湯注入所得的鑄模,這是下列哪一種鑄造法?

相關名詞

鎳基超合金 回彈 敏化 焊接熱影響區 碳當量 熱均壓 擠製 縮孔

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