消失模鑄造澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、消失模鑄造澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)和澆注是獲得高質(zhì)量鑄件的重要工序，澆注系統(tǒng)很關(guān)鍵， 要經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，澆注系統(tǒng)可以用泡沫塑料板材來(lái)制造，但澆注系統(tǒng)最 好是發(fā)泡成型，如果可能與模型成為一體，只有這樣才能減少飛邊，因 為薄而復(fù)雜的澆注系統(tǒng)在操作過(guò)程中很容易損壞， 所以使?jié)沧⑾到y(tǒng)簡(jiǎn)化 很重要。澆注系統(tǒng)和澆注操作的目的是減少澆注時(shí)產(chǎn)生紊流的傾向， 減輕金 屬液的氧化，防止產(chǎn)生冷隔、皺皮等缺陷，應(yīng)用成功的澆口設(shè)計(jì)有很多 類型，如頂注、底注、雨淋式澆注，壓邊澆口、牛澆口等。金屬液的充型速度必頻與模型熱解的速度相同， 澆注速度慢或出現(xiàn) 斷流的現(xiàn)象，都會(huì)引起嚴(yán)重的塌箱，金屬液量一定要充分，以保持一定 的金屬靜壓頭

2、防止金屬液前沿與熔融模型之間的空隙處發(fā)生他鄉(xiāng)。 鐵或 鋁和氧的親和性、鐵或鋁的吸氣性以及模型結(jié)構(gòu)對(duì)控制澆注 的成功至關(guān)重要。澆注時(shí)泡沫塑料模型要發(fā)生一些列的變化， 包括熔融、 解聚、熱解、 聚合物裂解等，模型的熱解產(chǎn)物會(huì)引起很多鑄造缺陷，如鋁合金中的氣 孔、縮松，鑄件中的碳缺陷，以及鑄鋼件中的增碳等。金屬液充型過(guò)程中，模型在約75C時(shí)開(kāi)始軟化，164C時(shí)溶熔，316C 時(shí)開(kāi)始解聚，在580 C時(shí)開(kāi)始分解，設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)和澆注過(guò)程中，要防 止氣體、干砂、模型的熱解殘留物卷入金屬液中，減少模型熱解殘留物 取決于澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、澆注速度、模型的幾何形狀（尤其是模型的表面和體積之比） 、涂料、砂箱的排氣

3、、真空的使用、模型的密度及種類澆注系統(tǒng)的主要作用是用金屬液充填型腔， 同時(shí)必須不對(duì)鑄型和金屬兩者產(chǎn)生部可接受的損壞，澆注系統(tǒng)能夠在型內(nèi)建立溫度梯度、提供 補(bǔ)給金屬，以促進(jìn)健全的鑄件，澆注過(guò)程中，澆注系統(tǒng)內(nèi)的金屬流不僅 要支撐鑄型，還要通過(guò)澆注系統(tǒng)排除模型的熱解產(chǎn)物，在涂料和干砂的 充填、緊實(shí)的過(guò)程中，澆注系統(tǒng)還可用以支撐和搬運(yùn)，澆注系統(tǒng)還要有 一定的強(qiáng)度，便于操作并使模型某些部位可能加固，防止變形。澆注出鑄件后，必須去掉澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)應(yīng)該與鑄件部重要的 部位相連并且面積應(yīng)盡量減小，一般情況下，面積越小，可增加澆注系 統(tǒng)裝配模型數(shù)量。消失模鑄造工藝中多使用較大的澆口杯防止?jié)沧⑦^(guò)程中出現(xiàn)斷流，

4、 能夠快速而穩(wěn)定地澆注，保持液態(tài)金屬的靜壓頭，澆口杯多采用合粘結(jié) 劑的型砂制造。生產(chǎn)鑄件時(shí)常用過(guò)濾網(wǎng)，它有助于防止?jié)沧r(shí)直澆道的 損壞，金屬液的靜壓頭必須超過(guò)金屬與模型界面的壓力，否則就會(huì)發(fā)生 反噴，金屬液壓頭越高，通常導(dǎo)致鑄件的質(zhì)量越好，鋁合金鑄件中采用 中空直澆道和其它組元，有助于鋁液的充型。1、消失模鑄造澆注位置的確定確定澆注位置應(yīng)考慮以下原則 盡量立澆、 斜澆，避免大平面向上澆注， 以保證金屬有一定上 1 速度。 澆注位置應(yīng)使金屬與模型熱解速度相同， 防止?jié)沧⑺俣嚷虺霈F(xiàn)斷流 現(xiàn)象，而引起塌箱、對(duì)流缺陷。 模型在砂箱中的位置應(yīng)有利于干砂充填， 盡量避免水平面和水平向下 的盲孔。重要加工

5、面處在下面或側(cè)面，頂面最好是非加工面。澆注位置還應(yīng)有利于多層鑄件的排列， 在涂料和干砂充填緊實(shí)怕過(guò)程 方便支撐和搬運(yùn)，使模型某些部位可能加固，防止變形。2、消失模鑄造澆注方式的確定澆注系統(tǒng)按金屬液引入型腔的位置分為頂注、側(cè)注、底注或幾種方 式綜合使用。所有這些方法都能夠生產(chǎn)出合格的鑄件，頂注時(shí)充型所需 的時(shí)間最短， 因此需要澆注速度最快， 以防止塌箱。 側(cè)注充型速度最慢， 而底注介于兩者之間，因?yàn)殇X合金澆注時(shí)模型分解的速度很慢，型腔保 持充滿可避免塌箱，因此多采用頂注，但是這樣難以控制金屬液流，容 易卷入熱解殘留物。頂注系統(tǒng)：頂注充型所需時(shí)間最短，澆注快有利于防止塌箱；溫度降低 少，有利于防止

6、澆不足和冷隔缺陷；工藝出品率高，順序凝固補(bǔ)縮效果 好，可以消除我鑄鐵件碳缺陷，因難控制金屬液流，容易使EPS熱解殘留物卷入，增碳傾向降低。由于鋁合金澆注時(shí)模型分解速度慢，型腔保 持充滿，可避免塌箱，一般薄壁件多采用頂注。側(cè)澆注系統(tǒng)：液體金屬?gòu)哪Ｐ椭虚g引入，一般在鑄件最大投影面積部位 引入，可縮短內(nèi)澆道的距離。生產(chǎn)鑄件的采用頂注和側(cè)注，鑄件上表面 出現(xiàn)碳缺陷的機(jī)率低。但卷入鑄件內(nèi)部碳缺陷常常出現(xiàn)。底澆注系統(tǒng)：從底部模型引入金屬液，上升平穩(wěn)，充型速度慢，鑄件上 表面容易出現(xiàn)碳缺陷，尤其厚大件更為嚴(yán)重。因此應(yīng)將厚大平面置于垂直方向而非水平方向。底注工藝最有利于金屬充型，金屬液前沿的分解產(chǎn)物在界面空隙

7、中排出的同時(shí)，又能夠支撐干砂型壁。一般厚大件應(yīng)采取底注方式。階梯式澆注系統(tǒng)：分兩層或多層引入金屬時(shí)采用中空直澆道，大部分金屬?gòu)淖钌蠈觾?nèi)澆道引入金屬，多層內(nèi)澆道作用減弱。階梯 澆道引入容易引起冷隔缺陷。一般在高大鑄件時(shí)采用。上述澆注方式在一定條件下能生產(chǎn)出合格的鑄件。 澆道比例和引入 位置，采用的澆注系統(tǒng)原則 引入液體金屬流，應(yīng)使充型過(guò)程連續(xù)不斷供應(yīng)金屬不斷流，液體金屬 必須支撐干砂型壁，采用封閉式澆注系統(tǒng)最為有利。 （即內(nèi)澆道斷面最 小。如內(nèi)澆道：直澆道 =1：1. 2-1. 4 。） 澆注系統(tǒng)的形式與傳統(tǒng)工藝不同，不考慮復(fù)雜結(jié)構(gòu)形式（如常用的離心式、阻流式、牛角式等，盡量減少澆注系統(tǒng)組成，常

8、沒(méi)有橫澆道只有 直澆道和內(nèi)澆道以縮短金屬流動(dòng)的距離。形狀簡(jiǎn)單，方形長(zhǎng)方形為主。 直澆道與鑄件間距離（即內(nèi)澆道長(zhǎng)度）應(yīng)保證充型過(guò)程不因溫度升高 而使模型變形。金屬壓頭，應(yīng)超過(guò)金屬 EPS界面氣體壓力，以防嗆火。嗆火是液體金 屬?gòu)闹睗驳婪磭姵鰜?lái)，中空直澆道和底注有利于避免反噴，（同樣適用于鑄鋁件）。對(duì)EPS/EPMkIA共聚樹(shù)脂模型更為突出，高的直澆道（壓頭 高）容易導(dǎo)致良好的鑄件質(zhì)量和澆注時(shí)的安全。生產(chǎn)鑄件時(shí)，采用頂注和側(cè)注，鑄件表面出現(xiàn)碳缺陷，但是由于卷 入模型殘留物，鑄件的內(nèi)部常常出現(xiàn)碳缺陷。底注能夠減少內(nèi)部的碳缺 陷，但是在鑄件的上表面容易出現(xiàn)碳缺陷， 尤其是在厚大鑄件的上表面， 目此多將

9、厚大平面置于垂直的而不是水平的方向。 厚度介于 3. 2-6. 4mm 的鑄件一般不會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題，但是對(duì)于壁厚較大的鑄件，需要更多的 內(nèi)澆道隱入、更低的模型密度、代用模型材料、采用不同的涂料配方、 抽真空澆注或其它的調(diào)整，以減少碳缺陷。3、內(nèi)澆道尺寸大小的設(shè)計(jì)計(jì)算首先確定內(nèi)澆道（最小斷面尺寸） ，再按一定比例確定在直澆道和 橫澆道。計(jì)算方法有 2 種：經(jīng)驗(yàn)法：以傳統(tǒng)砂型工藝為參考查表或經(jīng)驗(yàn) 公式計(jì)算后，適當(dāng)調(diào)整，一般增大 15%-20%即可。理論計(jì)算方法：如水力學(xué)計(jì)算公式，以球鐵（包括灰鐵）為例G: 流經(jīng)內(nèi)澆道的液態(tài)重量（ kg ）（鑄造重 +澆注系統(tǒng)重）u ：流量系數(shù)， 可參考傳統(tǒng)工藝查表

10、， 一般可按阻力偏小來(lái)取。 （如）Hp: 壓頭高度，根據(jù)模型在砂箱中位置確定。t :關(guān)鍵是澆注時(shí)間的選擇，快速澆注是EPC工藝最大特點(diǎn)。按下式?jīng)Q定 t:k1 （中小件用公式 k1 是修正系數(shù)，有負(fù)壓時(shí)；K1 取 <1-般為左右； T=k1計(jì)算結(jié)果是一個(gè)參考值，通過(guò)澆注試驗(yàn)調(diào)整，有確切把握后可和模 型聯(lián)在一起發(fā)泡成型是有利的。4、消失模鑄造澆注工藝澆注鋁合金鑄件時(shí)由于模型分解速度不快， 澆注速度與鑄鐵件生產(chǎn) 相比要低一些，因此，需要較大的內(nèi)澆道和直澆道，生產(chǎn)鋁合金件時(shí)的 冷隔和皺皮缺陷是由于鋁合金液中卷入了模型的熱解殘留物以及當(dāng)今束流相遇是鋁液的熱量不足以充分熔融這些殘留物的綜合結(jié)果所致。

11、底注工藝最有利于金屬液充型， 金屬液以受控最好的方式在直澆道 中下降，然后在鑄型型腔內(nèi)有規(guī)律地上，金屬液前沿使分解產(chǎn)物在金屬 液與模型的界面空隙中逸出的同時(shí)，又能夠支撐干砂型壁。一個(gè)澆注系統(tǒng)上能夠組裝多層模型， 在澆注結(jié)束前金屬液的靜壓頭 降低和流動(dòng)的速度減小的情況下，一定要使每個(gè)鑄型都充滿，模型之間 不要靠得太近，否則會(huì)使型內(nèi)氣壓升高，澆注鑄鐵和鑄鋼件時(shí)，模型的 熱解的過(guò)程中產(chǎn)生大量高溫氣體， 如果這些氣體聚集在相鄰兩個(gè)模型間 的區(qū)域內(nèi)，模型會(huì)受到損壞，使干砂流入型腔內(nèi)，產(chǎn)生嚴(yán)重的缺陷。如 果把這些高溫氣體從型內(nèi)排出，則可以解決這些問(wèn)題。澆注時(shí)也可采用抽真空，抽真空能夠排出砂箱內(nèi)的氣體，提高

12、鑄件 表面的光潔度，阻止干砂流態(tài)化，改善薄壁鑄件的充型性能，抽真空還 能夠排出澆注時(shí)產(chǎn)生的其它產(chǎn)物， 真空系統(tǒng)中收集過(guò)多的這類產(chǎn)物會(huì)發(fā) 生批爆炸，所以要求真空系統(tǒng)至少能夠承受住1MPa的峰值壓力。澆注溫度的確定： 由于模型氣化是吸熱反應(yīng)， 需要消耗液體金屬的熱量， 澆注溫度應(yīng)高一些，雖然負(fù)壓下澆注，充型能力大為提高，但從順利排 除EPS固、液相產(chǎn)物也要求溫度高一些，特別是球鐵件為減少殘?zhí)?、?皮等缺陷，溫度偏高些對(duì)質(zhì)量有利。一般推薦 EPC 工藝澆溫比砂型高 30-50 C,對(duì)鑄鐵件而言，最后澆注的鑄件應(yīng)高于136 0 C表 1 推薦的澆注溫度范圍：表 l 采用消失模鑄造工藝時(shí)合金澆注溫度負(fù)壓

13、的范圍和時(shí)間的確定 負(fù)壓的作用：(1) 緊實(shí)干砂，防止沖砂和崩散、型壁移動(dòng)(尤其球鐵更為重要) 。(2) 加快排氣速度和排氣量， 降低界面氣壓， 加快金屬前沿推進(jìn) 速 度提高充型能力，有利于減少鑄件表面缺陷。(3) 提高復(fù)印性，鑄件輪廓更清晰。(4) 密封下澆注，改善環(huán)境。負(fù)壓大小范圍： (1) 根據(jù)合金種類，選定負(fù)壓范圍，見(jiàn)表 2。表 2 負(fù)壓范圍鑄件凝固，形成外殼足以保持鑄件時(shí)即可停止抽氣，一般 5min 左 右(根據(jù)壁厚定)為加快凝固冷卻速度也可延長(zhǎng)負(fù)壓作用時(shí)間。鑄件較 小負(fù)壓可選低些，重量大或一箱多鑄可選高一些，頂注可選高一些，壁 厚或瞬時(shí)發(fā)氣量大也可選略高一些。澆注過(guò)程中，負(fù)壓會(huì)發(fā)生

14、變化，開(kāi) 始澆注后負(fù)壓降低，達(dá)到最低值后，又開(kāi)始回升，最后恢復(fù)到初始值， 澆注過(guò)程負(fù)壓下降最低點(diǎn)不應(yīng)低于(鑄鐵件)IOO-2OOmmHg,生產(chǎn)上最好控制在200mmH以上，不允許出現(xiàn)正壓狀態(tài)，可通過(guò)閥門(mén)調(diào)節(jié)負(fù)壓， 保持在最低限以上。為避免澆注時(shí)噴燈效應(yīng)，不應(yīng)采用名冒口，而且直澆道是砂箱表面 上唯一敞開(kāi)處，仔細(xì)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，要力爭(zhēng)減少型內(nèi)不同方向的金屬液 的對(duì)流，在金屬液流的前沿，常有一些模型熱解殘留物，在兩股金屬液 對(duì)流時(shí)在交界面處會(huì)卷入這些殘留物，因此，鑄件截面尺寸的突然變化 的部位也有類似的問(wèn)題，設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)，一定要懂得在金屬液前沿積 累的熱解殘留物一定要力爭(zhēng)排除或減少。澆注操作EPC 工藝中澆注時(shí)多使用較大的