不锈钢铸造的精加工前景和趋势

2020-09-14

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不锈钢精加工领域不同于传统型铸,在我国虽然是铸大国,但精加工处于发展阶段,与资本主义国家相比仍存在较大差距。近年来,在我国大力推进现代化建设,高新技术水平不断提高,在不锈钢精密铸造方面早已有了一些相对完善的技术手段。另外,我国对精密铸造产品的需求也在不断提高。因此,精密铸造(特别是精密不锈钢铸造)在中国具有广阔的发展空间。

发展不锈钢精密铸造市场前景广阔。

精铸也叫熔模精铸。这种工艺在整个铸造过程中都尽量避免或压根不进行钻削,是一种少钻削或无钻削的铸造工艺,是铸造行业中一项优秀的工艺技术。它的应用范围非常广泛,不仅适用于各种类型的铝合金铸造,而且所生产的铸件的规格精度、工艺性能也比其他铸造方法要高。此外,铸件耐热,不便于生产加工,可采用熔模精铸法铸造。由于这种铸造方法在整个铸造过程中不处于高温高压状态,因此更适合于在航天航空、国防安全等高科技产业链中铸造元件。

早在上个世纪三四十年代,英国就开始用高科技引领的飞机发动机的涡轮叶片进行精密铸造,而当时的不锈钢精密铸造在各个方面都受到了五星好评,因此这种铸造方法也得到了市场的欢迎。新中国成立后,随着我国国防科技事业的发展,我国对精密铸造产品的研发与应用,先后在辽宁省、贵州省、北京市、陕西省、湖南省等地设立了精密铸造研究所或铸造厂。但客观地说,在我国不锈钢精密铸造领域还处于发展阶段,无法考虑到我国航天航空、国防科技等领域的发展需求。

水玻璃壳体加工工艺。生产水玻璃壳的工艺发明时间较早,在我国也是在上世纪五六十年代前苏联引进的工艺。此工艺成本低,实际操作相对简单,而且原料要求也不高,在不锈钢精密铸造中应用较为普遍。但与硅溶胶制壳工艺相比,工艺难点较大,所获得铸件工艺性能一般,规格精度较低。但是由于其成本低廉的优点,在我国仍有部分民用型或低精度燃气轮机上延迟使用该技术。从引进到现在,我国科技人员对此项技术进行了较大的改进,具体表现在改进壳体建筑涂料、提高密封固化剂、选用复合壳体等方面。

改进的关键之处在于在型壳的背面涂上一定数量的耐火粘土,使型壳的抗压强度有较大的提高,完成了单壳培烧和烧注。提高密封固化剂的级别时,传统型密封固化剂要使用氯铵,但这类原材料在整个铸造过程中会释放出大量的二氧化氮和氮氧化物,对空气造成环境污染。所以密封固化剂改为氯化铝溶液,再改为氯化铝结晶体,其实际效果与氯铵相似。

选择复合壳层时,由于水玻璃型壳的工艺性能存在一定的缺陷,所以很多铸件原装壳层采用双模复合壳层进行铸造,一方面节约了生产成本,另一方面提高了铸件的工艺性能。

此外,在新技术新工艺开发层面,现阶段比较完善的新技术有自然吸气铸法、泡塑模具法、熔体实体模壳法等。但这一加工工艺在某些方面具有明显的优缺点,今后仍需科技工作者不断改进。

多元技术交叉融合发展趋势明显。

未来的发展方向将更加注重不锈钢精密铸造技术的交叉与融合,新一轮高新科技革命的发展方向将不再简单地依靠一两个大类或某一类单一技术,而将仅仅是多学科、多技术产业的高宽比交叉与紧密结合。因此,精密不锈钢铸造还需结合相关技术发展。

跨界应用快速成型技术技术。科研技术的交叉应用大多是为了更好地相互补充。在精铸不锈钢蜡模生产过程中,设计方案和模具加工都比较繁杂,而且要耗费大量的时间。但快速成形技术却可以很好的弥补这一不足。但由于原材料的限制,单独应用快速成形技术是不能做到这一点的。因此,近几年来,许多工作人员首先利用高分子技术获得了铸造件的原型,从而生产出蜡模,然后投资于不锈钢精密铸造领域。

例如光固化机的立体造型设计技术(SLA)和选择性激光器锻烧技术(SLS)就是在现阶段较好地与熔模铸造术相结合。SLA技术能够提供更高的规格精度,特别是在零件表面层的精度上;而SLS的原材料价格相对较低,而且精度比SLA技术要低。两者在应用全过程中,都要注意把握好快速成形技术与不锈钢精密铸造技术的结合点,综合考虑成本管理、零件铸造精度难题等因素。选择合适的平衡点是快速成型技术和熔模铸造工艺有机结合的关键。

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和电脑技术交叉而成的组合。在不锈钢精铸的全过程中,设计方案和优化工作是一项耗费人力资源和时间的工作。近几年来,随着电子计算机技术的不断发展,许多需要测量和精确测量的领域都引入了电子计算机技术,并开发设计了各种相关的计算软件,如ProCASTAutoCADAFSolidAnycasting等手机软件。这款手机软件可以对不锈钢精密铸造的设计方案和整个铸造过程进行测量或模拟,根据数据信息测量或模拟,完成对规划方案的提升,对不锈钢精密铸造的发展有很好的促进作用。

清华大学在基本的通用性模拟仿真软件开发和设计方面早已走在了世界的前列,也是针对航空公司发动机零件铸造模拟软件、TiAi铝合金涡轮叶片等高档铸造电子计算机模拟仿真软件进行的;哈工大早已针对航天站、火箭弹等航空公司关键铸造结构开展了试验室手机软件模拟铸造的科学研究工作;华南理工大学为中高档熔模铸造开发出的华铸CAE系统软件,具有更广泛的使用面,也是当今国内电子计算机技术和熔模铸造术相交叉应用比较领先的典范。

但是,在今天的整个应用过程中,大家也应该关注一些难题,比如计算机技术的模型适用范围,原材料本身的主要热物性参数,这种难题处理得好可以大大缩短不锈钢精密铸造的产品研发时间。

长期以来,在我国产业布局不断调整的情况下,高新技术领域在中国高新技术和经济发展中的地位越来越重要。面对这样的大环境,未来不锈钢精密铸造市场前景广阔,其稳定发展需要多道配套。

首先,应该坚持自主研发,坚持以自己的能力为基础。虽然引进和改进技术的方法可以大大减少我国与高科技水平国家之间的差距,但这种引进方法仍然是一种“走别人的路”的方法,并受到其他国家的限制。因此,在新时期,在我国应该坚持以发展具有自身特色的高新技术为主,抓住关键高新技术,才能使我国的不锈钢行业持续发展,不断发展。

其次,要坚持发展的核心理念,塑造公司的典范。本领域是较为顶尖的不锈钢精密铸造领域,理应在众多企业中选择龙头和典范,以其推动我国不锈钢精密铸造的发展。

归根结底,要促进产品研发和生产制造的融合。国内目前从事不锈钢精密铸造科研的知名高校并不多,且往往与各式各样的厂家保持着密切的联系,仅在校园内的实验室进行产品研发。这种做法在我国不锈钢铸造行业大规模生产和大范畴营销推广方面存在不足。因此,生产商能够与高校建立起协同产品研发与生产制造的协作体系,让技术不仅能在实验室中存活,而且能将资金投入到生产生产线上。