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消失模铸件的“流场、热场、负压场”
时间:2012-03-10 16:22 作者:恒迅机床铸造 点击:次
消失模铸件的“流场、热场、负压场”

        二十多年的实践,笔者注意到:消失模铸件和传统铸、造虽然都是铸造,但是由于消失模铸造出现了泡沫模型、干砂和负压三个新的工艺条件。因此,用传统铸造的理论指导消失模铸造常常不能成功。偶然的成功也是试来试去,不能称为“消失‘模’”,只能称作“消失‘摸’”。更有苦者,上的快,下的快,终不成功,亏的一塌糊涂,大量的资金被吞噬,此时,“消失‘模’”成了“消失‘魔’”,有的地区因此谈消失模而色变。
消失模铸件作为一门科学,一定要有它自己的理论基础。要想驾驭消失模铸造,就须认真研究属于消失模铸件的理论,理性的指导工艺操作,顺利的做出好产品,而不是靠摸来摸去。成知源,败知因,做真正的消失模。
介入消失模铸造,首先要知晓消失模铸造应该研究什么。
消失模铸件的名字起的非常好,它的名字直接回答了这个问题,就是把消失模三个字颠倒一下排列,研究“模”消失!研究模的消失方式,研究模的消失时间和模的消失量。
研究模的消失方式,我们发现了模有两种消失方式:
1、在高温无氧的条件下,模由大分子裂解成小分子的可燃气体,这种方式我们称之为“气化消失”。
2、在高温有氧的条件下,模燃烧,空气中的氧不足,模不能完全燃烧,会产生大量的游离碳。如果这些碳不能顺利的排出型腔,溶解、凝固在金属液体中,就导致了铸件局部增碳,使铸件的材质改变,品质下降。
由此我们得出了如下结论:
① 消失模铸造的模应该通过气化的方式消失,若要模气化消失,须创造高温无氧的条件;
② 如果不能创造高温无氧的条件,泡沫模一定要燃烧,就应该创造条件使其彻底燃烧,并将燃烧产生的游离碳排出型腔。
前一种方式我们称作消失模铸造的气化法,适用于铸铁件;后一种方法我们称作排碳法,适用于可以进行开放式浇注的铸钢件。
研究模的消失时间,我们发现,消失模铸造实际上是金属液对泡沫模的空间置换。既然是两种物质互相换位,有就三种时间关系:
1、金属液的充型速度快于泡沫模的消失速度,金属液会把泡沫模预热收缩产生的胶状物淹没,胶状物在金属液中继续气化,就产生大量的植入性的气孔,这些气孔如果不能及时排出,会使铸件报废。
2、金属液的充型速度和泡沫模的气化速度相等或植入金属液的气体有充分的排出空间,对铸件质量有影响。
3、        金属液的充型速度比泡沫模的气化速度慢,泡沫模先于金属液充型消失,这种情况泡沫模的消失对金属液充型没有任何影响,是我们所期待的。
为了使泡沫模先于铁水充型消失,我们发明了空壳铸造法。就是在浇注前先把泡沫模点燃,并用氧气助燃,形成没有泡沫模的空壳再浇注金属液。
由此,我们也得出结论,在采用气化法进行实型浇注的时候,要想获得高品质铸件,避免产生气化缺陷,在工艺设计上须要平衡液态金属的给进速度和泡沫模的气化速度,使泡沫模的消失速度快于或等于充型速度。
研究消失模铸件的消失量,我们总结出消失模铸特有缺陷的定义“模在消失过程中留下的痕迹”。消失模铸造工程技术人员和全体操作人员的责任,就是通过对模消失特性和模消失规律的认识,制定合理的工艺和正确的操作,使模不留痕迹的消失。
消失模铸造的“模”,如何才能不留痕迹的彻底消失呢?有过生产实践经验的技术人员都知道,模的消失需要吸收热量,与金属液的温度有比例关系,温度越高消失的越快,消失的越彻底,不留痕迹,相反,温度低则消失的慢,消失的不彻底,留有痕迹,产生铸造缺陷。
笔者这里讲的温度,不能狭隘的理解为出炉温度,浇包内的温度,浇注时的温度,也不是浇注系统的温度,而是分配到型腔内各部位时的温度。因为,出炉的温度再高,不合理的操作和不合理的浇注系统设计都会丢失大量的热量,使进入型腔的金属液体携带的温度和热量远远不能满足消失模不留痕迹消失的需要。
型腔内高温区域泡沫模气化的彻底,低温区泡沫模气化的就不彻底,消失模泡沫模型的气化缺陷都发生在远离内浇口的低温区。这一规律非常明显。
浇注系统是分配金属液的通道,我们称之为“流场”。不同形式的浇注系统,不同结构的浇注系统,*终分配给型腔各部位的热量和温度相差很大,这种热量的分配和分布我们称之为“热场”。消失模铸造浇注系统的设计原则,不是单纯的灌注金属液,而是通过流场的调节,使型腔内热场分布合理。
何谓合理的热场?
消失模铸造的浇注系统设计理念与传统铸造不同。传统铸造注重“开放式”还是“封闭式”的浇注系统,注重平稳充型,不能产生紊流;消失模铸造适宜群铸,浇注时有负压牵拉,无法计算直浇道和内浇道的截面积比例,也无法实现平稳充型。
消失模铸造的浇注系统设计依据的是铸件的凝固方式!要根据铸件的材质和结构来判断。壁厚较均匀,铸铁、球铁材料的铸件适合同步凝固;壁厚不均、厚大件,铸钢件则适合顺序凝固。
在设计浇注系统的时候,同步凝固的铸件要把热量分散开,笔者总结的口诀是“同步凝固横浇长,多点切入同步凉”。顺序凝固要把热量集中在冒口上,也有一个口诀“顺序凝固浇口短,*好开在冒口上”。冒口集中热量,*后凝固,补缩效果才好。所以说消失模铸造浇注系统的设计是要通过“流场”的调节使“热场”合理分布,热量合理分配!
消失模铸造使用干砂埋型,干砂靠负压定型,失去负压的束缚,干砂就溃散,或型腔进砂、加工时有砂眼,或塌箱、漂芯,导致浇注失败。
消失模铸造的金属浸润方式与传统铸造迥然不同。传统铸造是“液气浸润”,消失模铸造是“液固浸润”。充型过程中传统铸造靠静压力,液面程凸型,夹杂物可以上浮从冒口排出;消失模铸造液面受负压牵拉,程凹形上扬,金属液中夹杂物会被牢牢吸附在涂层(型腔壁)上,称“附壁效应”。
不管何种形式的负压砂箱,负压都会产生一定的方向性。负压的方向性我们称之为“负压场”,利用好负压场的特性可以避免发生塌箱、进砂,还可以把一定要发生的缺陷引导到铸件的次要位置,降低废品率,提高合格率和经济效率。
消失模铸件的“流场”、“热场”和“负压场”是大课题,要想做“消失‘模’”,不做“消失‘摸’”和“消失‘魔’”,研究“三场理论”很有必要。

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