消失模鑄造澆注系統(tǒng)設計

1、消失模鑄造澆注系統(tǒng)設計澆注系統(tǒng)和澆注是獲得高質量鑄件的重要工序，澆注系統(tǒng)很關鍵， 要經過反復試驗，澆注系統(tǒng)可以用泡沫塑料板材來制造，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 為薄而復雜的澆注系統(tǒng)在操作過程中很容易損壞， 所以使?jié)沧⑾到y(tǒng)簡化 很重要。澆注系統(tǒng)和澆注操作的目的是減少澆注時產生紊流的傾向， 減輕金 屬液的氧化，防止產生冷隔、皺皮等缺陷，應用成功的澆口設計有很多 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，都會引起嚴重的塌箱，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構對控制澆注 的成功至關重要。澆注時泡沫塑料模型要發(fā)生一些列的變化， 包括熔融、 解聚、熱解、 聚合物裂解等，模型的熱解產物會引起很多鑄造缺陷，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。金屬液充型過程中，模型在約75C時開始軟化，164C時溶熔，316C 時開始解聚，在580 C時開始分解，設計澆注系統(tǒng)和澆注過程中，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)的設計、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， 同時必須不對鑄型和金屬兩者產生部可接受的損壞，澆注系統(tǒng)能夠在型內建立溫度梯度、提供 補給金屬，以促進健全的鑄件，澆注過程中，澆注系統(tǒng)內的金屬流不僅 要支撐鑄型，還要通過澆注系統(tǒng)排除模型的熱解產物，在涂料和干砂的 充填、緊實的過程中，澆注系統(tǒng)還可用以支撐和搬運，澆注系統(tǒng)還要有 一定的強度，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)應該與鑄件部重要的 部位相連并且面積應盡量減小，一般情況下，面積越小，可增加澆注系 統(tǒng)裝配模型數量。消失模鑄造工藝中多使用較大的澆口杯防止?jié)沧⑦^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 劑的型砂制造。生產鑄件時常用過濾網，它有助于防止?jié)沧r直澆道的 損壞，金屬液的靜壓頭必須超過金屬與模型界面的壓力，否則就會發(fā)生 反噴，金屬液壓頭越高，通常導致鑄件的質量越好，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、對流缺陷。 模型在砂箱中的位置應有利于干砂充填， 盡量避免水平面和水平向下 的盲孔。重要加工

5、面處在下面或側面，頂面最好是非加工面。澆注位置還應有利于多層鑄件的排列， 在涂料和干砂充填緊實怕過程 方便支撐和搬運，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、側注、底注或幾種方 式綜合使用。所有這些方法都能夠生產出合格的鑄件，頂注時充型所需 的時間最短， 因此需要澆注速度最快， 以防止塌箱。 側注充型速度最慢， 而底注介于兩者之間，因為鋁合金澆注時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。側澆注系統(tǒng)：液體金屬從模型中間引入，一般在鑄件最大投影面積部位 引入，可縮短內澆道的距離。生產鑄件的采用頂注和側注，鑄件上表面 出現(xiàn)碳缺陷的機率低。但卷入鑄件內部碳缺陷常常出現(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，尤其厚大件更為嚴重。因此應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物在界面空隙

7、中排出的同時，又能夠支撐干砂型壁。一般厚大件應采取底注方式。階梯式澆注系統(tǒng)：分兩層或多層引入金屬時采用中空直澆道，大部分金屬從最上層內澆道引入金屬，多層內澆道作用減弱。階梯 澆道引入容易引起冷隔缺陷。一般在高大鑄件時采用。上述澆注方式在一定條件下能生產出合格的鑄件。 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，應使充型過程連續(xù)不斷供應金屬不斷流，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。 （即內澆道斷面最 小。如內澆道：直澆道 =1：1. 2-1. 4 。） 澆注系統(tǒng)的形式與傳統(tǒng)工藝不同，不考慮復雜結構形式（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、沒有橫澆道只有 直澆道和內澆道以縮短金屬流動的距離。形狀簡單，方形長方形為主。 直澆道與鑄件間距離（即內澆道長度）應保證充型過程不因溫度升高 而使模型變形。金屬壓頭，應超過金屬 EPS界面氣體壓力，以防嗆火。嗆火是液體金 屬從直澆道反噴出來，中空直澆道和底注有利于避免反噴，（同樣適用于鑄鋁件）。對EPS/EPMkIA共聚樹脂模型更為突出，高的直澆道（壓頭 高）容易導致良好的鑄件質量和澆注時的安全。生產鑄件時，采用頂注和側注，鑄件表面出現(xiàn)碳缺陷，但是由于卷 入模型殘留物，鑄件的內部常常出現(xiàn)碳缺陷。底注能夠減少內部的碳缺 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 的鑄件一般不會出現(xiàn)什么問題，但是對于壁厚較大的鑄件，需要更多的 內澆道隱入、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整，以減少碳缺陷。3、內澆道尺寸大小的設計計算首先確定內澆道（最小斷面尺寸） ，再按一定比例確定在直澆道和 橫澆道。計算方法有 2 種：經驗法：以傳統(tǒng)砂型工藝為參考查表或經驗 公式計算后，適當調整，一般增大 15%-20%即可。理論計算方法：如水力學計算公式，以球鐵（包括灰鐵）為例G: 流經內澆道的液態(tài)重量（ kg ）（鑄造重 +澆注系統(tǒng)重）u ：流量系數， 可參考傳統(tǒng)工藝查表

10、， 一般可按阻力偏小來取。 （如）Hp: 壓頭高度，根據模型在砂箱中位置確定。t :關鍵是澆注時間的選擇，快速澆注是EPC工藝最大特點。按下式決定 t:k1 （中小件用公式 k1 是修正系數，有負壓時；K1 取 <1-般為左右； T=k1計算結果是一個參考值，通過澆注試驗調整，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由于模型分解速度不快， 澆注速度與鑄鐵件生產 相比要低一些，因此，需要較大的內澆道和直澆道，生產鋁合金件時的 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，然后在鑄型型腔內有規(guī)律地上，金屬液前沿使分解產物在金屬 液與模型的界面空隙中逸出的同時，又能夠支撐干砂型壁。一個澆注系統(tǒng)上能夠組裝多層模型， 在澆注結束前金屬液的靜壓頭 降低和流動的速度減小的情況下，一定要使每個鑄型都充滿，模型之間 不要靠得太近，否則會使型內氣壓升高，澆注鑄鐵和鑄鋼件時，模型的 熱解的過程中產生大量高溫氣體， 如果這些氣體聚集在相鄰兩個模型間 的區(qū)域內，模型會受到損壞，使干砂流入型腔內，產生嚴重的缺陷。如 果把這些高溫氣體從型內排出，則可以解決這些問題。澆注時也可采用抽真空，抽真空能夠排出砂箱內的氣體，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 能夠排出澆注時產生的其它產物， 真空系統(tǒng)中收集過多的這類產物會發(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， 需要消耗液體金屬的熱量， 澆注溫度應高一些，雖然負壓下澆注，充型能力大為提高，但從順利排 除EPS固、液相產物也要求溫度高一些，特別是球鐵件為減少殘?zhí)?、?皮等缺陷，溫度偏高些對質量有利。一般推薦 EPC 工藝澆溫比砂型高 30-50 C,對鑄鐵件而言，最后澆注的鑄件應高于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合金澆注溫度負壓

13、的范圍和時間的確定 負壓的作用：(1) 緊實干砂，防止沖砂和崩散、型壁移動(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 速 度提高充型能力，有利于減少鑄件表面缺陷。(3) 提高復印性，鑄件輪廓更清晰。(4) 密封下澆注，改善環(huán)境。負壓大小范圍： (1) 根據合金種類，選定負壓范圍，見表 2。表 2 負壓范圍鑄件凝固，形成外殼足以保持鑄件時即可停止抽氣，一般 5min 左 右(根據壁厚定)為加快凝固冷卻速度也可延長負壓作用時間。鑄件較 小負壓可選低些，重量大或一箱多鑄可選高一些，頂注可選高一些，壁 厚或瞬時發(fā)氣量大也可選略高一些。澆注過程中，負壓會發(fā)生

14、變化，開 始澆注后負壓降低，達到最低值后，又開始回升，最后恢復到初始值， 澆注過程負壓下降最低點不應低于(鑄鐵件)IOO-2OOmmHg,生產上最好控制在200mmH以上，不允許出現(xiàn)正壓狀態(tài)，可通過閥門調節(jié)負壓， 保持在最低限以上。為避免澆注時噴燈效應，不應采用名冒口，而且直澆道是砂箱表面 上唯一敞開處，仔細設計澆注系統(tǒng)，要力爭減少型內不同方向的金屬液 的對流，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 對流時在交界面處會卷入這些殘留物，因此，鑄件截面尺寸的突然變化 的部位也有類似的問題，設計澆注系統(tǒng)時，一定要懂得在金屬液前沿積 累的熱解殘留物一定要力爭排除或減少。澆注操作EPC 工藝中澆注時多使用較大的