消失模铸造浇注系统设计

消失模铸造浇注系统设计

浇注系统和浇注是获得高质量铸件的重要工序，浇注系统很关键，要经过反复试验，浇注系统可以用泡沫塑料板材来制造，但浇注系统最好是发泡成型，如果可能与模型成为一体，只有这样才能减少飞边，因为薄而复杂的浇注系统在操作过程中很容易损坏，所以使浇注系统简化很重要。

浇注系统和浇注操作的目的是减少浇注时产生紊流的倾向，减轻金属液的氧化，防止产生冷隔、皱皮等缺陷，应用成功的浇口设计有很多类型，如顶注、底注、雨淋式浇注，压边浇口、牛浇口等。

金属液的充型速度必频与模型热解的速度相同，浇注速度慢或出现断流的现象，都会引起严重的塌箱，金属液量一定要充分，以保持一定的金属静压头防止金属液前沿与熔融模型之间的空隙处发生他乡。铁或铝和氧的亲和性、铁或铝的吸气性以及模型结构对控制浇注

的成功至关重要。

浇注时泡沫塑料模型要发生一些列的变化，包括熔融、解聚、热解、聚合物裂解等，模型的热解产物会引起很多铸造缺陷，如铝合金中的气孔、缩松，铸件中的碳缺陷，以及铸钢件中的增碳等。

金属液充型过程中，模型在约75℃时开始软化，164℃时溶熔，316℃时开始解聚，在580℃时开始分解，设计浇注系统和浇注过程中，要防止气体、干砂、模型的热解残留物卷入金属液中，减少模型热解残留物取决于浇注系统的设计、浇注速度、模型的几何形状（尤其是模型的表

面和体积之比）、涂料、砂箱的排气、真空的使用、模型的密度及种类等。

浇注系统的主要作用是用金属液充填型腔，同时必须不对铸型和金属两者产生部可接受的损坏，浇注系统能够在型内建立温度梯度、提供补给金属，以促进健全的铸件，浇注过程中，浇注系统内的金属流不仅要支撑铸型，还要通过浇注系统排除模型的热解产物，在涂料和干砂的充填、紧实的过程中，浇注系统还可用以支撑和搬运，浇注系统还要有一定的强度，便于操作并使模型某些部位可能加固，防止变形。

浇注出铸件后，必须去掉浇注系统。浇注系统应该与铸件部重要的部位相连并且面积应尽量减小，一般情况下，面积越小，可增加浇注系统装配模型数量。

消失模铸造工艺中多使用较大的浇口杯防止浇注过程中出现断流，能够快速而稳定地浇注，保持液态金属的静压头，浇口杯多采用合粘结剂的型砂制造。生产铸件时常用过滤网，它有助于防止浇注时直浇道的损坏，金属液的静压头必须超过金属与模型界面的压力，否则就会发生反喷，金属液压头越高，通常导致铸件的质量越好，铝合金铸件中采用中空直浇道和其它组元，有助于铝液的充型。

1、消失模铸造浇注位置的确定

确定浇注位置应考虑以下原则

①尽量立浇、斜浇，避免大平面向上浇注，以保证金属有一定上1速度。

②浇注位置应使金属与模型热解速度相同，防止浇注速度慢或出现断流现象，而引起塌箱、对流缺陷。

③模型在砂箱中的位置应有利于干砂充填，尽量避免水平面和水平向下的盲孔。

@重要加工面处在下面或侧面，顶面最好是非加工面。

⑤浇注位置还应有利于多层铸件的排列，在涂料和干砂充填紧实怕过程方便支撑和搬运，使模型某些部位可能加固，防止变形。

2、消失模铸造浇注方式的确定

浇注系统按金属液引入型腔的位置分为顶注、侧注、底注或几种方式综合使用。所有这些方法都能够生产出合格的铸件，顶注时充型所需的时间最短，因此需要浇注速度最快，以防止塌箱。侧注充型速度最慢，而底注介于两者之间，因为铝合金浇注时模型分解的速度很慢，型腔保持充满可避免塌箱，因此多采用顶注，但是这样难以控制金属液流，容易卷入热解残留物。

2.1顶注系统：顶注充型所需时间最短，浇注快有利于防止塌箱；温度降低少，有利于防止浇不足和冷隔缺陷；工艺出品率高，顺序凝固补缩效果好，可以消除我铸铁件碳缺陷，因难控制金属液流，容易使EPS 热解残留物卷入，增碳倾向降低。由于铝合金浇注时模型分解速度慢，型腔保持充满，可避免塌箱，一般薄壁件多采用顶注。

2.2侧浇注系统：液体金属从模型中间引入，一般在铸件最大投影面积部位引入，可缩短内浇道的距离。生产铸件的采用顶注和侧注，铸件上表面出现碳缺陷的机率低。但卷入铸件内部碳缺陷常常出现。

2.3底浇注系统：从底部模型引入金属液，上升平稳，充型速度慢，铸件上表面容易出现碳缺陷，尤其厚大件更为严重。因此应将厚大平面置

于垂直方向而非水平方向。底注工艺最有利于金属充型，金属液前沿的分解产物在界面空隙中排出的同时，又能够支撑干砂型壁。一般厚大件应采取底注方式。2.4阶梯式浇注系统：分两层或多层引入金属时采用中空直浇道，大部分金属从最上层内浇道引入金属，多层内浇道作用减弱。阶梯浇道引入容易引起冷隔缺陷。一般在高大铸件时采用。

上述浇注方式在一定条件下能生产出合格的铸件。浇道比例和引入位置，采用的浇注系统原则

①引入液体金属流，应使充型过程连续不断供应金属不断流，液体金属必须支撑干砂型壁，采用封闭式浇注系统最为有利。（即内浇道断面最小。如内浇道：直浇道=1：1. 2-1. 4。）

②浇注系统的形式与传统工艺不同，不考虑复杂结构形式（如常用的离心式、阻流式、牛角式等，尽量减少浇注系统组成，常没有横浇道只有直浇道和内浇道以缩短金属流动的距离。形状简单，方形长方形为主。

③直浇道与铸件间距离（即内浇道长度）应保证充型过程不因温度升高而使模型变形。

@金属压头，应超过金属EPS界面气体压力，以防呛火。呛火是液体金属从直浇道反喷出来，中空直浇道和底注有利于避免反喷，（同样适用于铸铝件）。对EPS/EPMkIA共聚树脂模型更为突出，高的直浇道（压头高）容易导致良好的铸件质量和浇注时的安全。

生产铸件时，采用顶注和侧注，铸件表面出现碳缺陷，但是由于卷入模型残留物，铸件的内部常常出现碳缺陷。底注能够减少内部的碳缺陷，但是在铸件的上表面容易出现碳缺陷，尤其是在厚大铸件的上表面，

目此多将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 的铸件一般不会出现什么问题，但是对于壁厚较大的铸件，需要更多的内浇道隐入、更低的模型密度、代用模型材料、采用不同的涂料配方、抽真空浇注或其它的调整，以减少碳缺陷。

3、内浇道尺寸大小的设计计算

首先确定内浇道（最小断面尺寸），再按一定比例确定在直浇道和横浇道。计算方法有2种：经验法：以传统砂型工艺为参考查表或经验公式计算后，适当调整，一般增大15%-20%即可。

理论计算方法：如水力学计算公式，以球铁（包括灰铁）为例

G:流经内浇道的液态重量（kg）（铸造重+浇注系统重）

u：流量系数，可参考传统工艺查表，一般可按阻力偏小来取。（如0.3-0.4）

Hp:压头高度，根据模型在砂箱中位置确定。

t：关键是浇注时间的选择，快速浇注是EPC工艺最大特点。

按下式决定t:k1（中小件用公式k1是修正系数，有负压时；

K1取<1-般为0.85左右；T=k1

计算结果是一个参考值，通过浇注试验调整，有确切把握后可和模型联在一起发泡成型是有利的。

4、消失模铸造浇注工艺

浇注铝合金铸件时由于模型分解速度不快，浇注速度与铸铁件生产相比要低一些，因此，需要较大的内浇道和直浇道，生产铝合金件时的冷隔和皱皮缺陷是由于铝合金液中卷入了模型的热解残留物以及当今束流相遇是铝液的热量不足以充分熔融这些残留物的综合结果所致。

底注工艺最有利于金属液充型，金属液以受控最好的方式在直浇道中下降，然后在铸型型腔内有规律地上，金属液前沿使分解产物在金属液与模型的界面空隙中逸出的同时，又能够支撑干砂型壁。

一个浇注系统上能够组装多层模型，在浇注结束前金属液的静压头降低和流动的速度减小的情况下，一定要使每个铸型都充满，模型之间不要靠得太近，否则会使型内气压升高，浇注铸铁和铸钢件时，模型的热解的过程中产生大量高温气体，如果这些气体聚集在相邻两个模型间的区域内，模型会受到损坏，使干砂流入型腔内，产生严重的缺陷。如果把这些高温气体从型内排出，则可以解决这些问题。

浇注时也可采用抽真空，抽真空能够排出砂箱内的气体，提高铸件表面的光洁度，阻止干砂流态化，改善薄壁铸件的充型性能，抽真空还能够排出浇注时产生的其它产物，真空系统中收集过多的这类产物会发生批爆炸，所以要求真空系统至少能够承受住1MPa的峰值压力。

4.1浇注温度的确定：由于模型气化是吸热反应，需要消耗液体金属的热量，浇注温度应高一些，虽然负压下浇注，充型能力大为提高，但从顺利排除EPS固、液相产物也要求温度高一些，特别是球铁件为减少残碳、皱皮等缺陷，温度偏高些对质量有利。一般推荐EPC工艺浇温比砂型高30-50℃，对铸铁件而言，最后浇注的铸件应高于136 0℃

表1推荐的浇注温度范围：

表l采用消失模铸造工艺时合金浇注温度

4.2负压的范围和时间的确定

负压的作用：

(1) 紧实干砂，防止冲砂和崩散、型壁移动（尤其球铁更为重要）。

(2) 加快排气速度和排气量，降低界面气压，加快金属前沿推进速度提高充型能力，有利于减少铸件表面缺陷。

(3) 提高复印性，铸件轮廓更清晰。

(4) 密封下浇注，改善环境。

负压大小范围：(1)根据合金种类，选定负压范围，见表2。

表2 负压范围

铸件凝固，形成外壳足以保持铸件时即可停止抽气，一般5min左右（根据壁厚定）为加快凝固冷却速度也可延长负压作用时间。铸件较

小负压可选低些，重量大或一箱多铸可选高一些，顶注可选高一些，壁厚或瞬时发气量大也可选略高一些。浇注过程中，负压会发生变化，开始浇注后负压降低，达到最低值后，又开始回升，最后恢复到初始值，浇注过程负压下降最低点不应低于（铸铁件）l00-200mmHg，生产上最好控制在200mmHg以上，不允许出现正压状态，可通过阀门调节负压，保持在最低限以上。

为避免浇注时喷灯效应，不应采用名冒口，而且直浇道是砂箱表面上唯一敞开处，仔细设计浇注系统，要力争减少型内不同方向的金属液的对流，在金属液流的前沿，常有一些模型热解残留物，在两股金属液对流时在交界面处会卷入这些残留物，因此，铸件截面尺寸的突然变化的部位也有类似的问题，设计浇注系统时，一定要懂得在金属液前沿积累的热解残留物一定要力争排除或减少。

4.3浇注操作

EPC工艺中浇注时多使用较大的浇口杯防止浇注过程中出现断流而使铸型崩散，达到快速稳定浇注并保持静压头。浇口杯多采用砂型制造，生产铸件还常采用过滤网。它有助于防止浇注道的损坏并起滤渣的作用。

消失模铸件在模型后退允许情况下，一般应尽快浇注。采用自动浇注机有利于稳定浇注速度，并能够在浇注时快速调整。而手工浇注不便控制，废品率比自动浇注时的要高一些。几种新的自动浇注方法已得到生产应用。如才用加压方法从铸件底部充型；采用真空技术将金属液吸入铸件中，其前景很好。