消失模铸造的精度问题及注意事项

2018-08-20 22:07:11

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采用消失模铸造工艺生产的铸件，易产生气孔、夹渣和表面夹渣状冷隔等缺陷，严重时会发生塌箱，导致浇注失败。这些缺陷是由于泡沫模样的分解气化过程及其分解产物(气体和残渣)不能排出而引起的，与金属液的充型过程有很大关系。但生产实践也证明，这些缺陷的产生与所采取的浇冒口形式和结构紧密相关。浇注系统的形式和结构影响着消失模铸造的充型过程，进而影响到缺陷的产生和铸件的质量。为此，对消失模铸造的充型特性进行研究。
在消失模铸造充型过程中，模样与金属液前沿发生复杂的物理和化学反应，分解产生大量的气态和液态分解产物。模样的气化过程是一个吸热反应过程，将降低金属液前沿的温度，影响金属液充型；模样气化过程中产生的大量气体，会通过透气性良好的砂型排出；同时，砂型与金属液、砂型与模样之间存在着复杂的热交换和物质交换。因此，应当正确选取泡沫和砂型的热物性参数和界面热交换参数，才能消失模铸造模拟的精度。
消失模铸造的充型过程与传统普通铸造工艺的充型不同，高温金属液先要使得模样分解气化，才能充满原先被泡沫模样占据的铸件型腔。消失模铸造充型过程主要受模样在流动前沿的金属液的热作用下的分解速率(模样分解速率)和分解产物通过涂料层排除到砂箱中去的速率(分解产物逸出速率)影响，要使两者达到一种动态平衡，金属液才能平稳的充型。目前，应用消失模铸造的金属材料主要是铝合金、铸铁和铸钢，有部分研究者开始针对镁合金的消失模铸造特性进行研究。铸铝件的小孔、夹渣，铸铁件和铸钢件的碳缺陷(铸铁件的碳薄膜、皱皮和铸钢件的表面渗碳和内部增碳)都是在充型过程中因模样热解产物的不排除而造成的，这些缺陷的形成与充型过程中液态金属前沿的流动形态密切相关。下面将通过模拟灰铸铁件的消失模铸造和传统砂型铸造充型过程，并进行对比，分析消失模铸造充型金属液前沿流动形态。
导致消失模铸造和传统砂型铸造充型模式差异的根本原因就是消失模铸造金属液流动前沿存在着泡沫模样分解产物，形成气隙层，气隙中存在的气隙压力，阻碍金属液的流动和充填，改变了金属液的充型形态。气隙压力的作用使金属液在直浇道内呈有压流动，在充型过程中，金属液每抵达一层内浇道，都会从该层内浇道流入型腔，且上层内浇道的流量较大，且贯穿充型过程的始终。而传统砂型铸造在充型过程中，液态金属在直浇道中呈无压流动，流经上、中层内浇道时不会产生横向分速度；只有当直浇道中金属液静压头在内浇道入口处建立起来时，液态金属才能沿该内浇道注入；且底层内浇道流量较大，且充型过程的自始至终都有金属液注入；对于传统砂型铸造过程，不管采用何种铸造方式或浇注方式，金属液都是先填充铸件型腔的底部，然后沿垂直方向整个液面上升，直至充满型腔。相比较而言，消失模铸造的充型形态平稳。
①采用消失模工艺的阶梯式浇注系统是从较顶上的内浇口充填，和传统砂型铸造有很大区别；②由于铸件较后凝固的部分不同，消失模铸造的浇冒系统设计具有新的特点，要根据需要选择合适的浇冒系统；③消失模铸造是从内浇口层层向前充填，能在程度上传统砂型铸造中的由于金属液与型壁碰撞而产生的回流等不利现象。
消失模铸造的浇注过程是钢液充型，同时泡塑模具汽化消失的过程。整个过程中需要注意的是：
（1）浇道自始至终要冲满钢液，如若不满，由于涂料层强度有限，很容易发生型砂塌陷以及进气现象，造成铸件缺陷。
（2）浇注钢液时要把握住，做到稳、准、快。瞬时充满浇口杯，并做到不断流，吨钢液在大约一分钟左右。如果同箱铸件的钢液断流会吸进空气，有可能引起塌砂现象或者铸件增多气孔的问题，导致铸件报废。
（3）消失模铸造采用负压封闭式，而且是在浇口杯以下封闭。钢液进入模塑模具，其开始液化燃烧，并气化消失，钢液前端短距离形成暂时的空腔，所以设计钢液充型的速度和泡塑模型消失的速度大致相同。为防止钢液高温辐射熔化同箱其它模型，浇道适当离铸件模型远一点。立浇道的位置选择整箱铸件较低位置。浇注时注意调节和控制负压真空度在范围内，浇注完毕后保持在负压状态下一段时间，负压停止、钢液冷凝后出箱。