在世界上焦赋，絕大多數(shù)精密鑄造廠都采用高壓蒸汽脫蠟法弦途，這個方法可以輕易而又迅速地去除鑄造陶瓷模殼里面的蠟模兰斑。本文致力于幫助讀者了解這項技術(shù)笤卡，并且考察目前的趨勢和將來的發(fā)展藏趁。

熔模鑄造（InvestmentCasting）、脫蠟技術(shù)或工藝（LostWax）询时，這些都是用不同的技術(shù)術(shù)語描述相同的技術(shù)谎雷，即在人類歷史上最古老的原始工藝形式。

歷史回顧

在5000年前捷夜，古埃及和美索不達米亞的鑄造技術(shù)已經(jīng)可以在脫去蜂蠟模的黏土模具的技術(shù)上鑄造銅牌楚榕。制造原始模型的材料是由蜂蠟和用木炭做為燃料的火制造而成，這需要三個步驟：

1非震、蜂蠟模液化后流出來吨拗；

2、黏土做成的模殼被燒結(jié)婿斥；

3劝篷、熔化的青銅球從上澆道口澆入模腔。

不僅在中東民宿，甚至在中國漢代與墨西哥的阿茲臺克人和當今的貝寧和尼日利亞娇妓，這個工藝過程是眾所周知的，并完善這樣的方法活鹰，用于制作藝術(shù)作品哈恰、工具和武器。

一直到19世紀末志群，在美國牙科領(lǐng)域着绷，因為第一次把熔模鑄造技術(shù)用于牙冠和牙嵌體生產(chǎn)，熔模鑄造過程經(jīng)歷了第一次技術(shù)飛躍锌云。大約在40年后荠医，由于傳統(tǒng)的制造方法已不能再滿足軍方的要求，熔模鑄造技術(shù)就成了一個新的發(fā)展方向宾抓。1945年后如麦，熔模鑄造工藝不斷開發(fā)和調(diào)整忱确，并應用到系列產(chǎn)品的批量生產(chǎn)屏商。熔模鑄造技術(shù)總是應用于高精度復雜的零部件，以達到最小的工件返工量唐耿。其材料包括許多高熔點合金犹蝇，如鈦合金和用于精密模具的合金鋼。因此囤嗡，今天精密鑄造最廣泛應用于高爾夫球頭制造昵斤，和鉻和鈷合金制成的醫(yī)療人工替代品，以及汽車缤滑、賽車行業(yè)及航空航天工業(yè)的零部件生產(chǎn)困邪。

可以看到勃谎，在蓬勃發(fā)展的精密鑄造行業(yè)，這僅僅是一個更大發(fā)展的開始：當今熔模鑄造最新流行的詞語是“定向凝固”和“單晶凝固”技術(shù)业馒。通過模殼的結(jié)構(gòu)形式以及與一個特殊的熱處理過程中的凝固連接材料慷境，得到只有幾個平行柱狀晶的鑄件。

最好的理想狀態(tài)情況下做出的鑄件是由一個單一的晶粒鑄造而成蛾趣，沒有或幾乎沒有晶界冗懦，從而具有更高的機械性能和高溫性能。在許多飛機發(fā)動機和用于發(fā)電的燃氣輪機渦輪葉片應用這項技術(shù)可以使發(fā)動機和燃氣輪機工作效率達到前所未有的高度仇祭。雖然第一個單晶鑄件只有拇指蓋大小披蕉，但是單晶鑄件要求的不斷增長——現(xiàn)在最大的單晶鑄件大約兩英尺長，目前還不清楚這個令人激動人心的發(fā)展結(jié)果的前景乌奇。

高壓蒸汽脫蠟

不管是5000年前用青銅制造的生育女神或當今用高溫合金制造壓氣機的航空噴氣發(fā)動機没讲，它們在原理上仍然是相同的過程：模具是在蠟制成蠟模，然后在蠟模上涂有陶瓷材料的型殼华弓，最后再由熔化蠟的方法盡量輕易地去除蠟模食零。從閃燒法脫蠟、浸漬法脫蠟寂屏、微波法脫蠟贰谣、對流型加熱爐（烤箱）到目前世界上運用最普遍的高壓蒸汽脫蠟爐，各種不同的蠟模技術(shù)都曾出現(xiàn)過迁霎。下面將著重介紹高壓蒸汽脫蠟爐吱抚。

高壓蒸汽脫蠟爐原理很久以前就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，可以追溯到1674年發(fā)明蒸汽機和潛艇的法國丹尼斯·帕潘考廉。他在實踐中認識到狱林，水的沸點是和環(huán)境壓力有直接關(guān)系。如果增加壓力涛帐，則會導致水的沸點增加衙到，在10巴壓力，水的沸點為183℃梯匠。高壓蒸汽脫蠟爐正是運用這種原理贱避，以獲得更高的能量密度。

直到有一天扶绒，一個精密鑄造從業(yè)者產(chǎn)生一個好主意疙汁，陰差陽錯地用蒸汽壓力鍋爐去除他模殼的蠟，這種技術(shù)簡單而有效幅之。這樣的“蒸汽機”只包含幾個部件语哺，并且由于水蒸汽的高能量是完全適合用于快速融化蠟模。

工藝過程

首先是要有蒸汽發(fā)生器，就是一個加入一半水的鍋爐忽仗，采用電器元件加熱或氣體燃燒器的方式加熱范颠。只要達到適當?shù)膲毫蜏囟龋蜷_接口閥棒假，以接近音速的260米/秒俄占、183℃飽和蒸汽流速，傳遞到可以容納兩個模殼的第二個鍋爐淆衷。為了提高效率缸榄，需要預熱空置的內(nèi)膽鍋爐。蒸汽發(fā)生器通常是設(shè)計成圍繞著內(nèi)膽鍋爐祝拯，即實際壓力釜甚带。

 壓力增加后，高能量的水蒸汽聚集在爐內(nèi)的模具上佳头，通過模殼立即將其熱量傳遞到蠟模鹰贵。蠟模表面融化，蠟從模殼中泄漏出來康嘉，部分蠟滲透到模殼中碉输。由于所有這一切發(fā)生的非常快亭珍，模殼不會因膨脹而形成任何裂紋敷钾。如果一個工藝參數(shù)不正確，或者壓力產(chǎn)生過慢（或停滯）稿服，高壓蒸汽脫蠟爐也會使廢品率急劇上升絮增。

經(jīng)過10-20分鐘，鍋爐壓力因打開另一個閥門而降低舀闻。在理想的情況下菜缭，當它達到環(huán)境壓力，特定的門可以由一個插銷栓打開手霎，取出完全脫蠟的模具宪郑。

然而以下的因素仍然需要考慮：不是鑄造過程中液態(tài)金屬澆鑄到模殼的模殼最高強度，確切地說杖进，就是非常不引人注意的脫蠟（因為幾乎看不見的）的過程袁垄，最讓人頭疼的陶瓷模殼的濕強度，它決定鑄造成功或徹底失敗符貌。

過剩壓力工作原理

壓力越高越好脯砚。這個簡單的原理運用到高壓蒸汽脫蠟爐過程中肪斗，這意味著產(chǎn)生蒸汽的鍋爐應該足夠大钾排，以便容易能夠產(chǎn)生過飽和蒸汽過程。作為一個經(jīng)驗法則，兩個鍋爐的容積该肴，即蒸汽壓力發(fā)生器和實際裝載脫蠟模具的反應壓力釜的容積情竹，應約1.3：1。只有這樣匀哄，才能保證用蒸汽填充空的鍋爐秦效，也就是說，在最佳條件下蒸汽噴射時間約為4秒涎嚼。在每次模殼用脫蠟爐脫蠟時阱州，因為冰冷的模殼表面，會使蒸汽冷凝成水法梯，所以需要更多的能量苔货。

 因此在理想情況下，蒸汽發(fā)生器中的壓力立哑，應大于10巴夜惭，溫度應達到183℃，以確保最大壓力可以在不到10秒時間內(nèi)充滿高壓蒸汽脫蠟爐铛绰。只有在這個溫度可以保證飽和水蒸汽诈茧，這意味著一個最佳的空氣和水蒸汽混合平衡流。在最壞的情況下丈巩，當這些數(shù)值下降時粗线，會導致模殼裂紋的發(fā)生并減緩脫蠟的過程，浪費能源超丛。

蒸汽對稱進口方式

不僅蒸汽注入速度對脫蠟結(jié)果和廢品率會產(chǎn)生巨大影響颁究。蒸汽進口方式的重要性也是一個常常被低估方面。通常只有一個蒸氣進口菱砚，會使蒸汽氣流擴散相當不對稱丢袁。因此，把模殼放置在一個與蒸汽直接接觸的“箱子底座”上理促。因此棠镇，理想的狀態(tài)是一個布滿兩邊高度的蒸汽入口的壓力釜，以便蒸汽可以快速穩(wěn)定地注入控栓。實際上亭郑，這個方法非常好，空氣動力學的運用可大大降低廢品率辽乎。

優(yōu)化蒸汽注入方式

最新一代的蒸汽壓力釜工作原理的另一個秘訣就是運用以達到最佳的蒸汽注入媳谁。到目前為止，在采用標準的過程中友酱，在過程開始時晴音，門是鎖住的，例如在反應壓力釜有1巴的標準空氣，壓力發(fā)生器充滿的是8巴水蒸汽锤躁。通過打開過渡閥搁料，這些8巴蒸汽注入到高壓高壓蒸汽脫蠟爐，與1巴的空氣混合系羞，壓力相應減少郭计，最后達成了7巴的有效蒸汽壓力。

目前使用所謂的“延遲關(guān)閉閥門”椒振，以避免這種效率的降低昭伸。一個特殊的控制裝置允許在排氣閥關(guān)閉滯后0.1-1秒。這樣澎迎，蒸汽注入推動著冷的空氣從閥出口出來之前關(guān)閉勋乾，并建立壓力。這種開關(guān)的好處是顯而易見的伎倆：飽和蒸汽內(nèi)不再稀釋嗡善，但模殼得到“真實的”8巴壓力帕侦，相當于提高12％效率。

完善減壓過程

可是蒸汽壓力強度和注入速度不是脫蠟過程取得成功的唯一保證皆坚，因為即使一個不正確的減壓過程也可以對模殼造成很大的破壞磷砌。在這個過程中，我們處理的仍是一個未燒結(jié)的陶瓷殼笑敷，未燒結(jié)的模殼不能承受任何劇烈的處理過程粒删。如果壓力突然釋放，在與殘留蠟和滲透蠟的附著力之間的高速氣流會導致模殼的剝落和產(chǎn)生微裂紋嫁商，在隨后的鑄造過程中會造成災難性的結(jié)果屁诬。因此，有必要將模殼理解成眾所周知的“生雞蛋”一樣捏趴，采用一個緩慢的降壓過程给惠，即模殼的壓力均勻緩慢地降低過程。下面的數(shù)字清楚地表明什么是壓力的減少過程：一公升10巴的飽和蒸汽對應于1000升常壓蒸汽時筑唁，當蒸汽正常地釋放到大氣中-它會發(fā)出巨大的嘯叫聲和嘶嘶聲拌喳，因此必須加以控制。

一個普通的“非智能”閥是不能用于這樣的目的饺饭，因為作為數(shù)字系統(tǒng)只接受“開啟”或“關(guān)閉”命令渤早，中間位置是不可能控制的。在這種情況下瘫俊，需要一個所謂的“智能閥門”鹊杖，這是一個可以獨立調(diào)節(jié)壓力釋放的智能閥。根據(jù)在設(shè)定的時間內(nèi)是否超壓而打開閥門扛芽，釋放壓力骂蓖。如果壓力下降太快积瞒，它可以減少壓力釋放出口，反之亦然涯竟。這種監(jiān)測以毫秒增量為單位的調(diào)節(jié)，因此保證了自由選擇的降壓形式沿著完美的準迭代方式壓降空厌。

如果仍然覺得壓力下降速度太快庐船，可以選擇一個斜坡函數(shù)。閥門根據(jù)自由設(shè)定的時間單位進行關(guān)閉嘲更，以保持壓力恒定筐钟。減壓過程并不是發(fā)生在一條直線的形式階段，而是發(fā)生在“斜線”的階段赋朦。至少對于壓力非常敏感的模殼咳讲，這是另一種更溫和的處理方式，有助于最大限度地減少廢品率线盔。

水處理

高壓蒸汽脫蠟爐的設(shè)計周期灸颜，在正常運轉(zhuǎn)情況下，只要超過20萬次柄童，就足夠連續(xù)使用大約25年拇从。然而在實際的使用過程中，使用壽命取決于許多因素免趋，首先是對水的質(zhì)量要求赠恭。水在整個過程中是不斷地加入并用能量加熱，即熱能轉(zhuǎn)化為蒸汽蔬透。由于這種蒸汽主要由蒸餾水組成棱歹，而加入含在水中的所有其它雜質(zhì)（如石灰和鹽）將沉淀在蒸汽發(fā)生器上，形成結(jié)垢发荧。如果要避免昂貴的高壓蒸汽脫蠟爐在一個很短的時間里變成一個“鈣化溶洞”（氧化和結(jié)垢）馁梁，則需要投資適當?shù)乃幚憝h(huán)節(jié)。它分為4個單獨的處理步驟刃唤，2個在高壓蒸汽脫蠟爐外部和2個在高壓蒸汽脫蠟爐的內(nèi)部口猜。

進水口配有軟化系統(tǒng)，盡可能隔離多種礦物質(zhì)透揣，如碳酸鈣等济炎，以防止其進入蓄水池。在第二個控制回路通過加入堿性劑辐真，檢測和調(diào)整水中的離子的含量须尚。如果加入的水已經(jīng)過妥善處理，這對減少鍋爐和加熱元件的結(jié)垢非常有幫助侍咱。但是耐床，鍋爐中的結(jié)垢是不可能完全避免密幔。

 因此，必須建立合適的水處理設(shè)備撩轰。為了達到這個目的胯甩，水的含鹽和鈣量必須連續(xù)檢測，一旦超越某一臨界值堪嫂，打開安裝在鍋爐底部的排污閥偎箫，形成一個漩渦，粉碎結(jié)垢并把它們沖走猖沈。在上部有一個導電探針莱检，設(shè)置了一個極限值，當水中的含鹽量達到一定的程度诲狐，通過控制閥和排水渠將富鹽的水排出并加入新的淡水斗赘。

經(jīng)過這4個步驟，確保一個完美的水處理過程喧畏，并提供長期持久和無故障的運行砍梁。這些措施通過一個緩沖裝置進行補充。在蒸汽管線的末端愤栽，確保在減壓鍋爐和冷卻混合器中显憾，沒有沸水和高壓蒸汽直接到達排水管線，摧毀結(jié)垢是遲早的事善歌。

收集廢蠟

所有材料的處理是和自身清潔處理一樣重要——對我們而言件塌，除了清空陶瓷殼，那就是蠟吸哩。

通常情況下漱凝，蒸汽加熱蠟的管子出口效率也相當有限。如果由于某種原因诸迟，蒸汽產(chǎn)生失敗茸炒，蠟“凍結(jié)”在管子里，清除它非常困難阵苇。蠟出口的電加熱管一直是工作的壁公，同時充分利用約0.8巴的殘余壓力把蠟從鍋爐排到一個特殊的大蠟包，實踐證明這是非常成功的绅项。這是一個完全封閉的系統(tǒng)紊册，并達到接近清潔的生產(chǎn)工藝。只要大蠟包被裝滿快耿，就被拉出來囊陡，取而代之的是一個空的蠟包∠坪ィ可以回收大蠟包里的廢蠟撞反。

除了蠟妥色，另一種“副產(chǎn)品”是沉淀在高壓蒸汽脫蠟爐內(nèi)部表面的冷凝水，在最糟糕的情況下遏片，冷凝水里混合有蠟的成分锉窑，打開高壓蒸汽脫蠟爐時會形成巨大水坑。在高壓蒸汽脫蠟爐的廢蠟收集容器下方安裝一個簡單的自動冷凝水閥門辫慎，將冷凝水排入緩沖區(qū)袁朗，完成一個清潔的工作。

 清潔和安全

所有這些先進的部件和輔助技術(shù)對高壓蒸汽脫蠟爐無故障運行和完善脫蠟塑渤，可能只有間接的影響巢的。對系統(tǒng)進行細致地日常清洗和維護至少要象對水自動處理一樣重要确铛。因為有一點是不容低估：飽和壓力蒸汽熱量是最危險的原因之一饱舆，它的危害性不可低估，因為在長期的運行中巨揪，它會破壞密封件稻蒂、閥門和管道。這就是為什么高壓蒸汽脫蠟爐在運行過過程中需要使用四倍TUV認證檢查涂嫡。鍋爐除了焊接和壓力檢驗秒牙，還有就是在制造商系統(tǒng)普遍接受的系統(tǒng)測試。最后審批機關(guān)對用戶場地安裝規(guī)范和安全性進行檢查——需要半年（德語版是一年）時間得到最后正式的許可抬泛。接著是預定的第一次檢查攻臀。經(jīng)過9年，是一個完整的系統(tǒng)檢修過程纱昧，特別是鍋爐刨啸，必須打開并徹底檢查。

所有這一切又回到了工業(yè)革命時代识脆。在煤礦和工廠设联，蒸汽鍋爐爆炸中工人死亡的現(xiàn)象屢見不鮮。因此灼捂，目前我們非常嚴格的高壓蒸汽脫蠟爐使用指導方針是高壓蒸汽脫蠟爐長時間可靠并安全地運行的保證离例。

前景

不斷增長的高品質(zhì)精密鑄件需求，在世界各地悉稠，特別是在印度和中國宫蛆，新的大型鑄造工廠都建在開闊的村莊。作為一項規(guī)則的猛，一些生產(chǎn)線被并行安裝洒扎，但在大多數(shù)情況下，只有一個用于整個生產(chǎn)線的高壓蒸汽脫蠟爐衰絮。如果一切運行良好驹播，這是沒有任何問題的蝎业，但如果因高壓蒸汽脫蠟爐“瓶頸”而停工，生產(chǎn)停滯不前谓虽。因為所有的蠟和模殼制造是一個連續(xù)流暢的過程捣卵。高壓蒸汽脫蠟爐因它的壓力循環(huán)原因，它的工作是間斷和按批次進行的笤簸。生產(chǎn)經(jīng)理將會因它的停止工作而遇到一個巨大問題借陕。

最簡單的解決方案是建立一個富余的系統(tǒng)，即第二個高壓蒸汽脫蠟爐的投資沛愕。但是這是很多公司都不愿意投資的事情册安，他們更愿意“站在刀尖”上冒風險。那么應該如何發(fā)展才能使脫蠟過程變得更加安全姑享？將來的高壓蒸汽脫蠟爐烫奏，其故障安全極為重要，所有主要部件至少進行兩次安裝罪褒。

如果可能的話耙肖，它們應該更高效、更節(jié)能婿着，因為它們的電源輸入至少在100千伏安以上授瘦，所以他們是真正的“電老虎”。用發(fā)展的眼光來看竟宋，達到連續(xù)工作的過程是也許可能的提完。因為無論任何人，只要發(fā)明了一種自我熔化的蠟設(shè)備丘侠，它們?nèi)匀皇切枰@些嘶嘶作響并臭氣熏天的過時怪物——但實際上是非惩叫溃現(xiàn)代化的蒸汽機。

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