熔模铸造专业审核作业指导书

1 范围

本指导书明确了熔模铸造专业的环境、原材料、产品形成过程及主要工艺过程的审核要点。

本指导书适用于对熔模铸造专业的组织进行质量体系审核。

2 引用文件

GB/T19001-2000质量管理体系要求

GB/T5611-1999 铸造术语

3 定义

本文件采用下列标准中的术语和定义：

GB/T5611－1999 铸造术语

4 产品范围、特点与专业代号

本指导书适用于熔模铸造（也称失蜡铸造）专业，对应的专业代码为17.05（含17.05.01；17.05.02；17.05.03；17.05.04）熔模铸造的特点是金属零件表面光洁度好、加工余量小，甚至达到无余量，是针对砂型铸造的缺点发展起来的新工艺。

熔模铸造是利用蜡料制成精确的模型（熔模），再在模型表面涂覆耐火材料，然后加热熔化模型，形成空的型壳，型壳经高温焙烧即成铸型。浇注后可获得精度较高的铸件，故熔模铸造属于精密铸造。

它被广泛应用于航空、航天、造船、兵器等军工武器的制造，在民用方面的农林机械、纺织机械、食品机械、交通机械、矿山机械等行业的零部件生产也越来越多地采用熔模铸造技术。因此它对国防装备和民用经济的发展起着非常重要的不可替代的作用。

熔模铸造的直接顾客是大、中、小型各类机械制造加工企业，中间顾客是机械制造的总装行业和国内外贸易等机构，最终顾客是各军兵种和使用机械的所有企业和人员。

5 业务流程

5.1 工艺流程:熔模铸造的工艺流程图如图1所示

○1

制造压型

○2－1 ○2○2－2

配制模料制造熔模制造型芯

○3

组合模组

○4○4－1

模组脱脂配置脱脂液

○5○5－1

涂挂涂料及撒砂配制涂料

○6

干燥硬化型壳

○7

型壳脱蜡

○8

型壳焙烧

○9○9－2 ○9－1

浇注合金熔炼合金配料

○10

铸件清理

○11

修补与精整

○12

热处理

○13

检验

○14

包装入库

5.2 相对应的标准条款号

熔模铸造工艺流程图中相对应于GB/T19001-2000标准的条款号如下：

从○1到○14全过程相对应于标准的7.1；7.5；8.2.4

○1○2○3○4○5○7○10○11相对应于标准的7.5.1；

○6○8○9○12相对应于标准的7.5.2

○13相对应于标准的8.2.4

○14相对应于标准的7.5.5

5.3 通用技术要求

5.3.1 环境控制

制模间、制壳间、制芯间一般室内温度控制应在18～25℃，制壳间相对湿度控制应在30％～70％。对精度和表面粗糙度要求高的熔模铸件，需自动控制温度和相对湿度，温度控制在21±2℃，相对湿度控制在30％～70％。

5.3.2 原材料控制

5.3.2.1 主要材料

主要材料指构成铸件主要化学成分的全部组元材料，包括纯金属、中间合金、合金锭、化合物等。工艺材料指铸造生产过程中所需要的（除主要材料外）对产品质量有影响的材料和预制品。

主要材料和工艺材料均应符合有关国标、行业标准或企标。

5.3.2.2 与原材料有关的标准

5.3.2.2．1模料用原材料

石蜡：按GB446标准的规定

硬脂酸：按GB/T9103标准的规定

地蜡：按SYl605标准的规定

蜂蜡：按GH013标准的规定

川蜡：按GH011标准的规定

松香：按GB/T8145标准的规定

聚合松香：按HB5344标准的规定

改性松香：按Q／HGl4—041标准的规定

聚乙烯：按GB/T1845.1标准的规定

聚苯乙烯：按GB12671标准的规定

EVA：EVA28／250

5.3.2.2.2 型壳用原材料

a)耐火材料

电熔刚玉：按HB5347标准的规定

锆英石粉：按HB5348标准的规定

石英砂(粉)：按JB2979标准的规定

铝钒土砂、粉：按GB/T12215标准的规定

煤矸石砂、粉：AL

2O

3

:42～46%,SiO

2

＞49%,密度2.72g/㎝3

b)粘结剂

硅熔胶：按HB5346标准的规定

硅酸乙酯：按HB5345标准的规定

水玻璃：按GB/T4209标准的规定

5.3.3 工艺参数控制

5.3.3.1 配制模料

5.3.3.1.1 模料的一般技术要求

熔点(或滴点)：50～100'C

线收缩：<1.0％

抗弯强度：>1.5Mpa

耐热性：在35℃，双支点试样的下垂量不大于2mm

灰分：<0.05％

化学稳定性：即与涂料中的粘结剂不发生化学反应。

5.3.3.1.2 一般按照模料配制工艺说明书进行，应控制配料成分，加料顺序，最高熔化温度，熔化、搅拌和保温时间等。

5.3.3.2 制造熔模

制造熔模时应根据模料种类和产品特点，应合理控制模料温度、压型温度、压注压力和保压时间等。

常用模料制模工艺参数见表1：

表1 制模工艺参数

5.3.3.3 制造型芯

5.3.3.3.1 对内腔复杂铸件，制造熔模时难以取模时，可采用可溶性型芯，在压制熔模时放入压型内，压制熔模后在水中溶失型芯。可溶性型芯的制备应控制其配料成分、熔化温度、衬注温度、压型温度、浇注温度及保压时间等。

5.3.3.3.2 对内腔复杂和细小的空心铸件，涂料难以成型时，可采用陶瓷型芯，在压制熔模时放入压型内压制熔模，在浇注铸件后脱芯。陶瓷型芯主要由粘结剂、耐火材料、矿化剂、增塑剂或固化剂等配制而成，一般应控制基配料成分、型芯基体材料粒度、料浆温度、压型温度、注射压力，保压时间及焙烧和强化工艺等。

5.3.3.4 配制涂料

熔模铸造用涂料主要由粘结剂、耐火材料粉料、表面活性剂、消泡剂配制而成。一般按照涂料配制工艺说明书进行，应控制其配料成分、搅拌时间、静置时间、粘度或比重等。

5.3.3.5 涂挂涂料及撒砂

5.3.3.5.1 型壳的性能要求湿态强度：型壳干燥硬化后不开裂，有一定的强度，脱蜡时型壳不被胀裂；

高温强度：一般浇注时，型壳应在1300℃左右短时间不变形，定向凝固时，型壳应在1500～1600℃保持1～2h不变形；

抗热震性：型壳在高温出炉和浇注的受热和冷却过程中，不产生龟裂和变形；

透气性：型壳应有一定的透气性，使浇注时型腔内的气体易于排出；

化学稳定性：在高温下与金属液不产生化学反应；

退让性及压溃性：浇注时铸件不产生热裂，浇注后易于清壳。

5.3.3.5.2 涂挂涂料及撒砂按照工艺规范进行。涂挂涂料及撒砂工艺见表2(以硅酸乙酯涂料为例)：

表2 硅乙酯涂料密度和撒砂粒度

5.3.3.6 干燥硬化型壳

按照工艺规范进行，干燥硬化工艺见表3（以硅酸乙酯涂料为例）：

表3 硅酸乙酯涂料氨气硬化工艺参数

氨气硬

空气+氨气硬化 快速胶凝硬化

化种类

自干或风 氨干，min 抽风时 自干或风 氨干，min 抽风除氨 层次 干时间，h 氨气 氨水 间，min干时间，h 通氨 保持 时间，min 1 ≥2 15～25 30～50 10～15 15 10 15 10

2-4 15～25 30～50 10～15 15 10 15 10

2层以

后

浸强剂 ≥3 20～30 40～60 10～15 60～120 10 30 15

注：室温为20～25o C，湿度不小于30％，氨干箱内氨气浓度应达4％～5％

5.3.3.7型壳脱蜡

常用脱蜡方法有热水、常压蒸汽和高压蒸汽三种。用蒸汽脱蜡时应控制脱蜡容器的蒸汽压力、脱蜡温度和保压时间；用热水脱蜡时应控制水温和脱蜡时间等。

通常工艺条件见表4：

表4 脱蜡方法和工艺条件

5.3.3.8 型壳焙烧

型壳焙烧按工艺规范进行，应按炉次控制焙烧温度和保温时间等。如硅溶胶和硅酸乙酯单壳高温焙烧工艺规范一般为，焙烧温度：900～1050℃，保温时间：1～2h

5.3.3.9 合金熔炼

合金熔炼分真空熔炼和非真空熔炼，铸造高温合金、钛合金等采用真空熔炼，通常用纯金属、中间合金或返回料预先熔制成母合金锭，其化学成分和力学性能符合要求时，方可用于重熔浇注铸件。铸钢、铸铁、铝合金、镁合金、铜合金等一般采用非真空熔炼。不同的合金均应照其熔炼工艺规范进行。

合金熔炼属特殊过程，虽然不同的合金其熔炼工艺规范各不相同，但他们却具有一些共同规律，如：

(1)加料顺序是先加高熔点元素后加低熔点元素；先加数量大的后加数量小的；对特别容易氧化烧损的元素往往采用中间合金的办法加入；

(2)为防止过多氧化，控制好合金成分，在充分熔化的原则下熔炼时间越短越好，温度控制越低越好；

(3)通常浇注速度越快越好；

(4)注意炉料防油防水，通常先烤后加；

(5)熔融的液体合金不能和坩锅、炉衬起交互反应；

(6)熔炼铝合金、镁合金、铜合金时，浇注前通常需扒渣，扒渣工具应事先涂料烘烤。

不同合金加料顺序是不相同的。

下面以非真空冶炼马氏体不锈钢ZCrl3熔模铸造东风汽车挂钩为例(用的加热设备是125KW中频可供硅感应炉)，其加料顺序和功率曲线如下:

图2 非真空中频感应冶炼ZCr13的工艺曲线图

注：1．炉前分析C含量，若C低加入铸铁，若C高加入铁元素调整合格；

2．炉前分析Cr含量，若Cr低加入Cr块，若Cr高加入已知Cr含量的废钢调整合格；

3．成分合格按工艺规定的浇注温度浇注； 4．大炉冶炼加料顺序类似。

再以真空冶炼船舶用锡青铜焊条(Cu －31Zn-8Sn—ISi)为例(用125KW中频可控硅加热设备)，其加料顺序和功率曲线如下：

功率(KW)

起动 30 60 时间（min）

起动 30 60 时间（min）

功率

(KW)

100

50

图3 真空中频感应冶炼锡青铜的工艺曲线图

注：1．炼铜合金必须用石墨坩锅，否则会起反应;

2．炉前分析如不合格应调整相应成分，直到合格为止；

3．水平铸造坩锅是四周有加热电阻丝的石墨坩锅；

4．大规模生产加料顺序类似；

5．所有用料均通过计算按量加入。

5.3.3.10 浇注

一般对真空重熔和浇注铸件时，应控制炉料配入量、总熔化时间、最高熔化时间、精炼温度和时间、铸型温度、真空度、液面质量、浇注温度和浇注速度及破真空时间等。对非真空熔炼和浇注铸件时，应按炉次控制炉料加入量，加料次序，炉料块度，送电最大功率，溶剂(覆盖剂、孕序剂或变质量剂，除气剂、氧化剂、脱氧剂等)加入量，精炼温度，精炼至浇注间隔时间，浇注温度与速度等。

5.3.3.11 铸件清理

铸件采用喷砂清理（含液体喷砂）时，应控制砂的粒度和喷砂压力；采用喷丸清理时，应控制喷丸粒度、压力和时间等。

5.3.3.12 修补与精整

对铸件上存在超过技术要求的缺陷，可进行修补。对不同的缺陷可采用不同的方法，如对铸件上较大的孔穴，通常采用补焊，与表面连通的细小的内部孔洞，可用浸渗处理法修补，而对封闭的细小内部孔洞，则可用热等静压处理。

为了改善铸件表面质量，提高尺寸精度和铸件合格率，可对铸件进行机械修整和光饰处理。

5.3.3.13 热处理

热处理是铸造后处理的重要工序，应根据合金及铸件的特点和要求选择热处理方式、设备和规范，并应严格按照热处理工艺规范要求进行控制。

5.3.3.14 检验

通常铸件检验项目有：尺寸和形位公差、化学成分、力学性能、物理性能、表面质量、内部质量及特殊检验项目等，不同的铸件应根据其图纸、产品验收标准或技术条件等规定的检验项目和要求进行检验。

5.3.3.15 包装、入库

只有合格产品（带有检验员签发的合格证）才能入库保管。包装材料根据合同规定执行。

6 关键质量活动

熔模铸造的关键质量活动主要是两个，一个是○2“制造熔模”，另一个是○9“合金熔炼和浇注”。前者决定金属零件的外形尺寸是否合格，后者决定了其内在质量和强度是否符合要求。其次，对有些合金零件（如高温合金和铝合金）来讲○12“热处理”也比较关键，因为它决定了零件的性能是否满足要求。

通常关键质量活动涉及的职能部门／单位有：

采购部门及库管—－原材料必须合格；

技术部门——工艺参数规定必须正确；

生产部门——生产管理必须得当；

设备部门——设备管理必须适用；

人力资源部门——人员培训必须合格、有效；

质量部门——质量监督控制、审核适宜；

检验部门——检验判断必须正确无误，尤其无损检测部门至关重要；

销售部门——善于收集用户信息，不断改进产品质量。

7 审核要点和审核方法

7.1 审核要点

7.1.1对生产过程中主要环节的审核要点

熔模铸造的审核要点应抓住生产过程的主要环节：

a)熔模制造

1）熔模尺寸是否符合图纸要求；

2）熔模间工作环境的温度、湿度是否符合工艺要求。

b)型壳制造

1）型壳生产用的涂料粘度是否符合工艺要求；

2）砂粒粗细是否符合工艺要求；

3）型壳间的温度、湿度是否符合工艺要求；

4）撒砂层数是否符合工艺要求。

c)干燥硬化型壳

1）槽液成分是否符合工艺要求；

2）硬化、干燥时间是否符合工艺要求。

d)型壳脱蜡

1）脱蜡温度是否符合工艺要求；

2）脱蜡是否完全。

e)型壳焙烧

1)焙烧温度、时间是否符合工艺要求；

2）所用热电偶、控温仪表是否按规定校准或检定合格。

f)合金焙烧和浇注

1）合金配料是否符合工艺要求；

2）合金熔炼是否化学成分合格；

3）焙烧、浇注温度是否符合工艺要求。

g)修补与精整

1)如有补焊，是否有补焊工艺文件，其操作是否符合规定；

2）精整一般应有检验，零件是否合格。

h)热处理

1)热处理记录的温度、时间、气氛、冷却方法是否符合工艺规定；

2）热处理炉温均匀性是否符合要求；

3）所用热电偶、检验仪表是否按规定校准或检定合格；

4）是否检验合格。

7.1.2审核重点

按照标准要求：对焙模铸造的审核重点是7.5.1；7.5.2。若是军品应加上7.5.6。

对7.5.1：

应有表述产品特性的信息，图样也可；

作业指导书应该有；

所用设备应完好，适用；

监视、测量设备适宜；

实施检验；

应有各阶段实施记录，而且须符合工艺要求。

对7.5.2：

通常把型壳焙烧，合金熔炼浇注和热处理（若有补焊，焊接过程）作为特殊过程。

因为型壳焙烧决定铸件是否能按要求形成；合金熔炼和浇注决定

合金成分是否合格；热处理决定零件性能是否达到预期目的，所以它们应是审核重中之重，应按7.5.2要求逐项查其过程确认情况。

对7.5.6：

如确定有关键过程，则应按标准的7.5.6检查（指军品）。

d)对7.5的其他条款：

按标准要求查。

7.1.3 检查取证方法

a)应按过程取证：

1）工艺文件规定是否适宜；

2）设备、环境控制是否适宜；

3）操作者是否具有相应能力／资格；

4) 原始记录是否符合要求；

5) 产品是否经检验合格；

6) 对不合格品如何处置；

7) 有何改进。

这样取证检查，7.5；4.2.3；6.3；6.4；5.5.3；4.2.4；7.6；8.2.4；

8.3；8.5.2等条款都查到。

b)抽样方法

1）如果企业申请的审核范围只有一种合金，抽样比较简单，因为是用模具生产的，除化学成份外产品变异情况较小。

2）如果企业申请的审核范围有多种合金，如有碳钢、合金钢、不锈钢、耐热钢、铜合金、金合金、银合金等，则对每种合金全都应抽样，不能漏掉其中任一个合金，否则界定审核范围有可能不能概全。

3）如果企业申请的审核范围是各种配件，则对每种配件都应抽样，不能漏掉其中任一零件。

4) 如果企业申请的审核范围有熔模铸造和消失模铸造，则对此二种方法应分别抽样，否则难以概全。

7.2法规与技术标准／规范要求的检查方法

应注意企业标准与国家相关法规和标准的对照检查，尤其企标不能低于国标或行业标准。如人工关节毛坯的Ni、Fe合金的限制；核设施用铸件不允许含B的限制；高温合金中对Bi、Sb的限制；汽车用前后挂钩的内部缺陷限制及强度要求等，均应关注。

对国家技术监督部门重点监控和定检的产品注意相应抽检结果的检查。

对切割浇冒口，吹砂工作场所的环境控制也是 6.4检查的内容、涉及国家劳动保护法。

8 附录以下均为提示性附录

附录A 相关标准文件清单

GB446-1993 石蜡

GB/T4209-1996 水玻璃

GB/T8145-1987 松香

GB/T9103-1988 硬脂酸

GB/T12214-1990熔模铸造用硅砂（粉）

GB/T12215-1990 熔模铸造用铝矾土砂、粉

GB12671-1990 聚苯乙烯树脂

JB2979-1981 石英砂（粉）

GH011-1980 川蜡

GH013-1982 蜂蜡

SY1605-1981 地蜡

HB5344-1986 熔模铸造用聚合松香

HB5345-1986 熔模铸造用硅酸乙酯

HB5346-1986 熔模铸造用硅溶胶

HB5347-1986 熔模铸造用电熔白刚玉粉

HB5348-1986 熔模铸造用锆英石粉

GB/T1845.1-1999 聚乙烯（PE）模塑和挤出材料

Q/HG14-041-1980 改性松香

GJB905-1990熔模铸造工艺质量控制

GB/T 6414-1999 铸件尺寸公差与机械加工余量

GB/T 6060.1-1997 表面粗糙度比较样块铸造表面

GB/T 8063-1994 铸造有色金属及其合金牌号表示方法

GB/T 11351-1989 铸件重量公差

GB 2946-82 氯化铵

GJB 905-1990 熔模铸造工艺质量控制 MT37-80 熔模铸造用结晶氯化铝

附录B 水玻璃

GB/T 42029《硅酸钠》规定的熔模铸造选用水玻璃的技术要求见附录B表1

附录B表1

类 级 和 指 标

项目

一 二 三 四 五

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

35.0～37.0 39.0～41.0 44.0～46.0 39.0～41.0 50.0～52.0 密度

（200C,g/cm3）

Na

O(%)≥ 7.0 8.2 10.2 9.5 12.8

2

(%)≥ 24.6 36.0 25.7 22.1 29.2

SiO

2

模数 3.5～3.7 3.1～3.4 2.6～2.9 2.2～2.5 2.2～2.5 Fe(%)≤ 0.02 0.05 0.02 0.05 0.02 0.05 0.02 0.05 0.02 0.05

0.2 0.4 0.2 0.4 0.2 0.6 0.2 0.4 0.2 0.8 水不溶物（％）

≤

附录C 硅酸乙酯

航标 HB 5345 《焙模铸造用硅酸乙酯》的技术要求见附录C表

附录C 表1

性能

指标

硅酸乙酯32 硅酸乙酯40

外观无色或淡黄澄清微浊液体

SiO2(%) 32.0～34.0 40.0～42.0

酸度（HCL,%）≤0.04 ≤0.015

1100C以下馏分含量（％）≤2 ≤3

密度（200C,g/cm3） 0.97～1.0 1.04～1.07

运动粘度（m2/s）≤1.6×10－6 （3.0～5.0）×10－6

航标HB5346《熔模铸造用硅溶胶的》技术要求见附录D表

附录D表

化学成分物理性能

牌号

SiO2(%) NaO(%) 密度

（g/cm3）PH 运动粘度

（m2/s）

二氧化

硅（nm）

外观稳定

期

GRJ-26 24～28 ≤0.3 1.15～

1.19 9～9.5 ≤6×10-47～16 乳白

或淡

青无

外来

杂物

≥1年

GRJ-30 29～31 ≤0.5 1.20～

1.22 9～10 ≤8×10-49～20 乳白

或淡

青无

外来

杂物

≥1年

GB/T 12214 《熔模铸造用硅砂粉》规定的成分、粒度、耐火度分别见附录E表1、2、3

附录E 表1

有害杂质含量（％），≤

分级代号 SiO2

(%) K2O＋Na2O CaO＋MgO Fe2O3 耐火度

（0C）

外观

98 ≥98 1．0 0．1 1700 洁白

97 ≥97 1．5 0．2 1650 个别砂粒有锈

斑

96 ≥96 2.0 0.3 1650 个别砂粒有锈

斑

附录E 表2

(mm)

主要粒度组成部份

分组代号

前筛主筛后筛

85 1.70 0.850

0.600

60 0.850

0.600

0.425

30 0.425

0.300

0.212

21 0.300

0.212

0.150

附录E 表3

分级代号 98 97 96

耐火度（0C）≥1700 ≥1650 ≥1650

航标 HB 5348 《熔模铸造用锆英石粉》规定的成分和粒度分别见附录F表1、2。

附录F表1

（％）