消失模铸造浇注系统的考虑(转载)

铸造小虎

消失模铸造浇注系统的考虑
杭州学林科技开发服务部铸造研究室  章舟   310012
. B) D! O: I8 G2 x( F富阳联发消失模成型设备厂       厉三余    311404
& Q1 v' `6 \' a5 a9 |( L杭州奥宝精细化工有限公司       应根鹏    310012
* t& D  w: ^8 {: _6 ~4 \消失模铸造的主要特点：泡沫塑料模样（EPS,STMMA白模)，干砂（根据铸件合金的性质选用相匹配的型砂）有石英砂、镁橄榄石砂、白云母石砂、镁砂、铬矿砂、宝珠砂（融熔烧制AL2O3砂），少数用702砂（石灰石砂）等，真空泵吸气（配合铸件工艺设计的需要，钻洞的夹层能排气的砂箱），可上、中、下、底单向或综合排气。
消失模铸造的特点，它比砂型或其他铸造工艺更要影响其铸件力学性能，决定因素有：化学成分，白模的C、H、N等有机物分解的元素，直接与合金液接触，参与作用，比如增C，冷却速度；由于采用干砂，因此其冷却速度要比砂型（粘土砂型、树脂砂型、金属型）要慢，影响铸件基体的结晶，易成粗晶；熔炼和处理方法，由于以真空泵吸气，吸气速度过快过大，且集中在一处，宛如正火；尤其浇注中，高碳钢或低合金抗磨铸件而产生过硬（不能加工）或裂。
消失模铸造浇注系统在整个铸造工艺过程中，它是将合金液直接引入铸型型腔，其进入的合金液速度、温度（温度高低，热场分布），渣、气的排除等直接影响着铸件质量，故浇注系统的设计除遵循砂型铸造和熔模精密铸造的原则外，以它的特点还必要再考虑。
1、        热量。砂型内的白模浇注系统（直、横、内浇道）和连接铸件，必须融解、裂解、分解、气化掉，其整个空位让合金液注入。一般合金液的浇注温度比砂型铸造提高30---50℃，薄壁件至80℃，使其提高温度，有足够的热量来融化掉所有白模。以提高50℃浇注温度1500℃高锰钢液浇注筛板为例，顶注（直、横、内浇道合一），如喉管浇口杯下接直、横、内浇道，浇道偏大、偏多，则进入型腔的钢液温度过高、过快，使腔内过热，而产生的缺陷有：粘砂、化学粘砂、涂层开裂、剥落造成胀砂、结疤、鼓凸、多肉等，塌砂、腔内钢液进入过速过猛冲击力过大，温度又过高，使局部砂型溃崩、塌散，使铸件报废；同样的过热浇注温度，而采用底注，直、横、内浇道截面过小、偏少，使钢液进内腔时速度变缓变慢，时间又过长，促使温度降低过甚，以致局部地方白模完全干净融化，而产生的缺陷：皱皮、积碳、里皮、粘砂、物理机械粘砂，钢液、砂、白模分解残余液、固物光亮碳和焦油，粘结在一起，难以清理，浇不到、缺肉、重皮、夹渣、夹杂、夹气---等等。所以必须要考虑对铸件相适应的浇注系统，直、横、内截面积，以控制进入型腔的适当的速度，温度和热场的分布，才能获得合格铸件。
2、        渣、杂的排除。白模受合金液提供热量后热解形成一次气相、液相和固相。气相主要由CO、CO2、H2、CH4和分子量较小的苯乙烯以及它们的衍生物组成；液相由苯、甲苯、乙烯和玻璃态聚苯乙烯等液态烃基组成；固相由聚苯乙烯形成的光亮碳和焦油状残留物组成。其光亮碳、气相、液相形成熔胶粘着状；液相二次分解形成二次气相和固相，液态中二聚物、三聚物及再聚物，会出现粘稠的沥青状粘液态，这些物质在整个浇注系统流动过程中，会随着合金液进入型腔而形成夹渣、夹杂。因此在进入内浇道前设法直、横、内浇道中端头或两端留有集渣坑（包），以利集中，因此内浇道截面能扼制流速、流量，使渣档在横浇道二端俘集；进入型腔的合金液温度具有一定流动性，以便让渣上浮，同时留出一定时间使渣能浮至液面；内浇口截面的大小、分布、角度，使进入型腔的合金液不产生紊流，不利浮渣，而要平静和稳定的上升，利于浮出渣，最后将这些渣杂纳入冒口或设置集渣包中，所以浇注系统设计时必须仔细考虑集渣排渣等工艺措施。
3、        排气。白模在高温合金液的作用下进而热解反应，尤其1350℃---1550℃急剧裂解，析出H2可达48%，聚苯乙烯热解时析出气体（CnH2n,H2,CH4等），800℃时165---175cm3/g，1000℃时500---518cm3/g，1200℃时738---689cm3/g，不同合金浇注温度下的EPS发气量：锌合金450℃时，25cm3/g，银合金750℃时，40cm3/g，铸铁1300℃时，300cm3/g,，铸钢，1550℃时500---600cm3/g。白模在浇注系统和模型中的量（大小、结构、形状、重量及布置）起着决定性作用，加上浇注温度、浇注速度，直接影响发气量，由于发气量在不同温度区间是不一样的，首先控制好在浇注过程中的白模发气量，浇注温度过高、速度又快，尤其是直浇道短粗，极易发生气体爆发，再加上真空泵吸气偏小，造成反喷，危及安全，设计控制白模量（密度、大小），使发气平稳有序；在平稳有序的浇注下，白模产生气体和砂型中出来气体和合金液析出气体，及时由真空泵吸出或通过浇注系统的冒口（出气冒口）、集渣冒口逸出。必须协调好真空泵从砂箱中的上、中、下、底部吸气方向，和热气上升的规律，使气体吸排干净，否则，砂箱底下吸气，真空泵吸气偏小，同时产生的气体并不少，这样就出现铸件某处断面，热气上升，吸气向下二者相持而产生大量气孔。
5 C+ ~9 v& u& c5 j6 f" w1 Z- D  \4、        型腔温度场。浇注系统尤其是内浇道的断面积大小分布、多少，内浇道进合金液方向，位置侧面四壁（上、中、下、顶、底等六面的）内浇口，都直接影响着型腔内温度场的分布均衡，对于要求均衡化凝固的铸件比如低牌号铸铁、球墨铸铁和小中件锰钢（无特别力学性能要求），其内浇口务必在铸件的壁薄处均布进入（铸件重量大小、壁厚结构差异、尺寸、体积等情况，使整个型腔合金液的温度场分布，左右、前后、上下均衡，便于同时结晶凝固（时间不拉长）；对于要求顺序凝固铸件如碳钢、低合金钢、中大高锰钢、中大铸铁球铁件等，内浇口的选择要由顶注或底面进入，再设中、上的阶梯浇注横、内浇口进入，这样使型腔的合金液下面温度低、上面温度高，有冒口处温度最高，便于顺序凝固和补缩；也可设置铸件型腔中---侧内浇口进入，分布时使一端（断面大小、多少）温度低，另外一端温度高，再在高温时设置集渣包、出气冒口、冒口，以便顺序凝固，高温端向低温端铸件补缩。总之，内浇口设置是决定型腔温度场的关键，要获得合格铸件，必须遵循合金的凝固特征。
5、        浇注系统各单位截面积、冒口的设置
0 c& J5 D, _$ o0 `0 n0 h5 g按铸件的结构、形状、大小、壁厚、尺寸、重量等初步确定其结构形式，目前一般仍按照普通砂型铸造确定各单位截面积的比例和具体尺寸，实践证明各单位的截面积在一个较大范围变化，均可获得保质铸件。经验砂型计算：
$ j1 ^% q6 d7 [2 [6 e! D+ j（1）、经验法，传统砂型工艺，经查表或经验公式计算后得到∑内，一般再增加10%---25%即可，试后及时调整。
（2）、理论法，以水力学计算公式∑F内=G/(Mt0.31√Hp)（详见有关书本）。
     采用封闭式：铸钢件：F内：F横：F直=1：1.1：1.2
                 铸铁件：F内：F横：F直=1：1.2：1.4
& }1 h( c* A6 [. [" N! ]9 L" F     采用开放式：F内：F横：F直=1：（1.1---1.3）：（1.2---1.5）
# S0 A( A8 D! g* i0 {/ P其内浇口的大小、尺寸、形状、方向（角度），直接影响白模熔化，型腔合金液进入速度、温度（热场）、流股动向，如果早期套用砂型铸造中的三角浇口或薄片浇口、搭边浇口，其合金液容量少，散热周边面积多，会急剧降低进入型腔的合金液温度，等于设置了卡脖子冷区，影响白模熔化，宜用变截面式的内浇口，但与白模（铸铁模样）连接处，内浇口截面 厚度应小于铸件壁厚的1/2，最多不能超过2/3，太厚形成小热节会产生倒补缩，使根部（接合处）产生缩孔、缩松甚至小渣、气孔。内浇道长度应尽可能短，太长了，易损失合金流热量，还易在其中形成小死角区，影响流股，一般据铸件大小20mm---100mm。
2 `  G1 ^; p8 }8 ]2 i冒口设置：冒口除了起补缩，获得组织致密铸件的常规作用外，还要有提高铸件最后填充部分合金液的温度和集渣的作用，起着补缩和集渣的作用的冒口又称集渣冒口。
5 W) m4 O. D2 l2 |设置原则：
6 o8 s6 h2 k  x4 p2 j（1）、应放在可能产生缩孔或缩松的热节处或壁厚部位，以便凝固时提供补缩；
（2）、在合金液最后充型的部位，既可逸气、集渣，又可起到提高此处合金液温度的效果；
（3）、白模死角区设置冒口，以便集渣，同时避免该处产生气垫作用而造成铸件缺肉、轮廓不清晰。
冒口形状有：球形、圆柱形、立方体形、长方柱形等；有明冒口、暗冒口。在消失模铸造工艺条件下采用球形因表面积最小，容积大，凝固时间长；造型常用暗冒口，使整个浇注过程保持在密闭的真空状态，利用场地环保和卫生。
0 h" t7 A0 X; a9 G& n球形冒口尺寸据直径、模数M=V体/A表面积算得。至于集渣冒口不作要求，便于白模切割粘结，但是不能过小，反起倒缩作用。
对于消失模铸造工艺设置冷铁操作麻烦，非特殊情况少用。
6、        耐火材料空心直浇道：当铸件较大较高，选定的直浇道直径＞φ60，又较长（高）时＞1.5M，采用空心白模直浇道，而采用耐火材料空心管（常用陶瓷耐火管）更具有其优势。
. a! |8 t5 I- D（1）、优势
①、浇注温度降低少慢，保持合金液进入型腔温度，其保温性能好，减少了合金液流股向干砂传热，相对地提高或保持了浇注温度，使金属液快速平稳充型；
②、避免反喷，大型铸件、组串、组模的中小件，直浇道截面大，又高（长），尤其在一定温度区间发气量大，往往产生反喷；
③、克服掉砂，浇口杯下直浇道口上端、直浇道与横浇道连接处，均无白模，故不会引发掉砂、落砂、冲砂而出现白斑（点，即SiO2）的干砂进入铸件；
. G3 E8 c$ n9 ^& }# q④、消除黑点。使合金液保持了减少损失热量，更有利于型腔内白模气化、裂解、液化、稀化而逸出涂料层外，从而避免了因热量不足剩余的碳氢化合物残留在铸件内而成“黑点”（焦炭点）甚至积碳、皱皮；
⑤、防止夹砂。没有了白模直浇道或白模空心直浇道，引发冲砂、落砂、掉砂而产生夹砂，如果底部嵌入耐火陶瓷过滤网一片，将渣、杂堵在型腔外，防止了夹砂（渣、杂）；
⑥、有利于型腔内热场，型腔内合金液温度相对提高，有充分时间给予凝固，利于顺序凝固设置补缩；均衡化凝固热场均布，也有利于浮渣、浮杂；
⑦、减少废品。克服了消失模铸造常见一些缺陷，黑点、结碳、皱皮（尤其薄壁球墨铸铁件）；白点、白斑、夹砂、夹渣（杂）等引发废品，提高了经济效益，且耐火陶瓷管价格也不贵。
: J4 a& c! q$ s% W( n8 T+ d2 ]（2）种类和粘结
①、空心管种类供应灵活优惠：耐火材料陶瓷管生产厂家，有现存常备产品供选择；也可以根据消失模铸造厂家对浇注系统设定而专制，比如，圆形、方形、异形的直浇道，浇口杯下端均可定制配合紧密无缝接口，一般常用直浇道、横浇道、内浇道均以方形、长方形为主，便于白模板材的切割而成。多见的浇口杯和空心直浇道为一整体。
/ t4 V. }; x3 n( h/ J②、粘结（装配）
" |: p, F6 F2 Y: ~3 G4 X; d1）、插入（嵌入）：将漏斗型空心管下端插入长度（深度）横浇道内，将其挖去1/3白模，使陶瓷空心管放置在横浇道坑（园、方）内，斗端底面和插入外壁涂上粘结剂，使二者粘结为一体；
3 N- O! y5 x7 ^5 d+ `: a9 w9 K- p2）、套入：空心管内径恰为白模直浇道外径，（可略大一些，泡沫可压缩），套入段不上涂料；
3）、粘胶粘结，空心管端面、白模直浇道端面均为平面，二端面外廓尺寸应一样大小，用粘结剂粘牢，后包玻璃布，胶带纸缠紧；
1 f- U- s7 Z, F& b& a4）、粘结加耐火泥条。浇口杯和空心管端口均为平面，则将直浇道露出砂箱顶面3---5mm,砂箱盖上塑料薄膜后，周边放一圈耐火泥条，上面放浇口杯在接面处用耐火泥条合接（如合箱封条泥），也可将浇口杯底面和直浇道空心管顶面用粘结剂粘牢，外圈耐火泥浆涂刷封，其它粘结可变通而定。
总之，浇注系统考虑还要置于生产成本，即铸件的出品率，以较少的浇注系统重量能获得合格铸件，只要在实践中适时宜调整，才能获得较佳铸件。
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“”浇注温度比砂型铸造提高30---50℃，薄壁件至80℃,“”现场实际操作表明这个说法就是想当然

铸造小虎

22222111 发表于 2020-5-19 16:19

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“”浇注温度比砂型铸造提高30---50℃，薄壁件至80℃,“”现场实际操作表明这个说法就是想当然 ...

现在网上的只能参考，可不要盲听盲信
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老翻砂匠

铸造小虎 发表于 2020-5-20 05:18

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不过，有时参考所付出的代价还是很大的。正是对其中的数据有点怀疑，所以没推送到论坛的微信公众号发表。
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铸造小虎

老翻砂匠 发表于 2020-5-20 06:43

                               
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每个企业习惯和环境不一样，并不是数据问题，而是数据存在多变的形态，这个写法没有太大问题，