1．概述
近幾年，消失模鑄造在我國的發(fā)展速度是前所未有的，輿論宣傳對消失模鑄造技術(shù)的傳播和推廣起到導(dǎo)向作用。許多中小型民營企業(yè)因為沒有系統(tǒng)學(xué)習(xí)過消失模鑄造專業(yè)知識,也沒有參加過消失模鑄造專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，對消失模鑄造缺乏透徹的認(rèn)識和了解，甚至在一知半解的情況下生產(chǎn)消失模鑄件。為了節(jié)省開支，降低成本，自己琢磨設(shè)計澆注系統(tǒng)就開始投入生產(chǎn)，也有個別（模仿傳統(tǒng)濕型砂鑄造澆冒口設(shè)置）確實設(shè)計得不錯，但是，大多設(shè)計的澆注系統(tǒng)都不甚完善,因此導(dǎo)致鑄造的產(chǎn)品內(nèi)在缺陷和表面粗糙等問題解決不了，帶來諸多麻煩，無法滿足客戶對產(chǎn)品的質(zhì)量要求，或者導(dǎo)致訂單不能按期完成等，因此重視消失模鑄造工藝設(shè)計就凸顯重要。
2．澆注系統(tǒng)設(shè)計
設(shè)計消失模鑄件澆注系統(tǒng)應(yīng)懂得消失模鑄造成形的理論基礎(chǔ)和基本原理，并且要懂得它的工藝特點，對要消失的模樣在鑄型內(nèi)與液態(tài)金屬的置換狀態(tài)及反應(yīng)要有所了解。設(shè)計的澆注速度合理與否，模樣裂解、氣化后的產(chǎn)物順利排出型腔，才能鑄造出合格鑄件，這樣才可以說設(shè)計的澆注系統(tǒng)是合理的，一定的實踐經(jīng)驗積累在這里就顯得更為重要。
?。?）澆注系統(tǒng)的主要作用就是保證金屬液充填型腔，而且要求必須在充填的同時不對鑄型和金屬產(chǎn)生不可預(yù)測的損壞。采用消失模鑄造方式生產(chǎn)鑄件，與用砂型鑄造設(shè)計澆注系統(tǒng)大致相同，都是要保證金屬液既迅速又平穩(wěn)地充入鑄型。但是，應(yīng)該說消失模仍然有它的特殊性，與砂型鑄造并不完全相近，設(shè)計消失模澆注系統(tǒng)需考慮金屬液不僅要支撐鑄型，還要考慮通過澆注系統(tǒng)使泡沫塑料模樣（即白件）熱解產(chǎn)物排出，并且還要考慮到在涂料施涂過程和后續(xù)工序填砂、振動緊實造型過程中，澆注系統(tǒng)必須有的一定強度，設(shè)計的澆注系統(tǒng)要制作簡單，容易粘結(jié)組合，有一定強度，搬運過程中不易斷裂，以及不影響芯撐和冷鐵等。澆注系統(tǒng)可用以支撐、搬運，便于操作并使模樣某些部位得以加固，有效防止變形。另外是金屬液澆入鑄型并在型內(nèi)建立比較好的溫度梯度，提供補給金屬液，以形成健全的優(yōu)質(zhì)鑄件。澆注系統(tǒng)設(shè)計得合理與否，很大程度上取決于消失模模樣消失的怎么樣，采用消失模鑄造怕就怕因澆注系統(tǒng)設(shè)計不正確，而導(dǎo)致金屬液與氣化模之間氣隙太大，很可能造成塌箱的危險。
澆注系統(tǒng)設(shè)計得合理還包括控制合適的充型速度。充型速度的選擇依據(jù)是模樣的模數(shù)（或壁厚），其中包括直澆道壓頭高度的選擇。我們假設(shè)一個最理想的臨界充型速度，當(dāng)實際澆注的充型速度大于臨界充型速度的上限時，模樣材料的熱解產(chǎn)物沒有足夠時間從涂料界面及時排除，這時鑄件就易產(chǎn)生皺皮、粘砂和氣孔等缺陷。當(dāng)小于這個臨界充型速度的下限時，鑄件就容易產(chǎn)生冷隔、澆不足和塌箱。設(shè)計的澆注系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中還要不斷改進(jìn)與優(yōu)化，修正工藝參數(shù)，以生產(chǎn)出完全符合技術(shù)要求的高質(zhì)量鑄件。
當(dāng)然，在澆注出鑄件后，還必須易于去掉澆注系統(tǒng)，而且要求澆注系統(tǒng)應(yīng)該與鑄件不重要的部位相連接且面積盡量減小，一般情況下連接面積越小，就越會增加裝配模樣數(shù)量。澆注系統(tǒng)設(shè)計要綜合考慮鑄件成形和生產(chǎn)兩方面的影響，尺寸精度、質(zhì)量要求高的鑄件，對澆注系統(tǒng)的要求更高。即使設(shè)計的澆注系統(tǒng)比較合理，也還要不斷優(yōu)化，逐步完善，我們的體會：一是只有工藝設(shè)計者和生產(chǎn)工人之間密切配合，二是具備必要的專業(yè)理論知識，并與豐富的實踐經(jīng)驗相結(jié)合，才有可能做出最好的決策。
?。?）澆注位置的選擇非常重要。依據(jù)合金的凝固理論和實際生產(chǎn)經(jīng)驗，在選擇澆注位置時應(yīng)注意以下幾點。
第一，把加工面尤其是重要的加工面朝下或垂直放置。這一點和砂型鑄造是相同的，因為在金屬靜壓力的作用下，鑄件下部凝固時容易得到補縮，使其組織致密。對消失模鑄造更是如此，因為消失模在遇到高溫金屬液生成的熔渣，易浮到鑄件的上表面，加工面就能得到保證。當(dāng)然，最理想的是熔渣上浮到設(shè)置的冒口里。
第二，模樣的大平面應(yīng)垂直或傾斜放置。生產(chǎn)實踐表明，氣孔、熱解氣化的殘渣物形成的夾雜缺陷多出現(xiàn)在朝上的表面，而朝下的表面或側(cè)立面通常比較光潔，出現(xiàn)缺陷的可能性小。對消失模而言，這樣放置可以避免填砂造型時使大平面變形，也可以避免消失模遇高溫金屬液后在大面積內(nèi)同時分解氣化，起到抑制氣化速度的作用，同時減小氣隙與金屬液面的間距，有效避免了塌箱，保證澆注順利進(jìn)行。
第三，盡量把消失模上的開口部分（如窗口、凹槽及孔穴等）朝上安放，便于填砂造型，保證緊實。為了保證鑄件輪廓、棱角清晰，設(shè)計的直澆道要有必要的充型壓力頭，高于鑄件上水平面160～210mm，有足夠上升速度，可避免鑄件產(chǎn)生皺皮、冷隔和夾渣疤等缺陷。
第四，消失模鑄造通常采用底注式（包括側(cè)面下部式、下雨淋式等）澆注系統(tǒng)，由于消失模本身不透氣，澆注時模樣被高溫金屬液熱解的產(chǎn)物與氣體，主要是從型砂空隙及消失模與鑄型之間的間隙排除出去，垂直或傾斜安放有利于氣體和雜質(zhì)的排除，避免夾砂結(jié)疤缺陷。另外，要便于排氣暢通、除渣和澆冒口系統(tǒng)的開設(shè)。
第五，要考慮模樣在砂箱內(nèi)擺放的位置，模樣在砂箱中的位置應(yīng)有利于干砂充填，盡可能避免水平或向下的不通孔，保證造型砂容易填充與緊實。防止造型砂填充不到或振實不緊產(chǎn)生死角，避免澆注后產(chǎn)生漲砂或節(jié)瘤缺陷。設(shè)計的澆注系統(tǒng)應(yīng)該是金屬液流向合理，流程短，彎道少，阻力小，保證在設(shè)定的澆注時間內(nèi)能完全充滿型腔。設(shè)計時為了具有良好的擋渣能力，可考慮用集渣包、過濾網(wǎng)等。通過現(xiàn)場試驗，必須經(jīng)過驗證，方可照此控制。澆注位置應(yīng)有利于多層鑄件模殼的排列，在干砂充填緊實時方便支撐，使模樣某些加固困難的部位能防止變形。
第六，設(shè)計的澆注系統(tǒng)要使金屬液流動平穩(wěn)，避免嚴(yán)重紊流、卷入氣體，以及高溫金屬液的過度氧化。液態(tài)金屬液進(jìn)入鑄型時線速度不可過高，避免飛濺、沖刷型壁。要保持澆口杯2/3內(nèi)有金屬液。
第七，必須遵循合金凝固原則。就消失模鑄造灰鑄鐵來說，一般盡可能按“順序凝固”原則考慮，除了對壁厚均勻的鑄件按同時凝固原則考慮外，所確定的內(nèi)澆道位置、方向和個數(shù)應(yīng)符合鑄件凝固的“順序”原則，對厚實部位采用加快冷卻，使其能同時凝固，盡量使快速、平穩(wěn)充型，能夠有效補縮。消失模凝固原則就是使模樣的橫截面積自下而上逐漸增大，這樣有利于排氣與浮渣，有利于補縮，消除氣孔、縮孔缺陷，獲得組織致密的優(yōu)良鑄件。
3．鑄件缺陷問題
如何持續(xù)提高消失模鑄造產(chǎn)品的質(zhì)量，降低廢品率，一直是消失模鑄造工作者追求與探討研究的課題。以消失模鑄造中最常見的夾雜缺陷為例，沒有哪個工廠敢說其已經(jīng)完全根除或解決了這類缺陷，只能說某個時間段或在某個產(chǎn)品上這種缺陷的問題多或少。
（1）消失模鑄造中的夾雜缺陷主要分為兩大類：一類是金屬渣夾雜物，其均為點狀、團(tuán)狀渣，以及模樣熱解時殘留在鑄件內(nèi)部的黑色團(tuán)狀夾雜物，主要是渣和聚苯乙烯熱解產(chǎn)物夾雜物，其主要成分是碳；另一類是非金屬夾雜物，呈不規(guī)則塊狀，分布在鑄件內(nèi)部，主要是型砂和涂料夾雜物，這類夾雜物的主要成分是SiO2。
形成夾渣缺陷的原因：①澆注過程中涂層因裂紋、剝落、破壞后進(jìn)入液態(tài)鐵液中；滲入模樣組合部（角）的涂料被鐵液流沖刷掉進(jìn)鐵液流，鑄件凝固后形成留在內(nèi)部的涂料點，呈黑色的團(tuán)塊狀夾雜。②在澆注過程中，干型砂被沖入鐵液中不能排出，存在于鑄件內(nèi)部形成夾砂，呈白色的團(tuán)塊狀夾雜。③澆注時，鐵液帶入熔渣，由于鐵液溫度低不能上浮而又未排出，進(jìn)入鑄件內(nèi)部后，形成點塊狀渣類夾雜物。④泡沫塑料模樣在高溫鐵液作用下氣化熱解后生成大量氣體和裂解物，不能及時排除，殘留在鑄件內(nèi)部，形成了消失模鑄造特有的瀝青狀焦化（碳化）后黑色塊團(tuán)狀夾雜物。
在生產(chǎn)實踐中，從澆口杯、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道至鑄件，所有部位都有可能造成進(jìn)砂，尤其是澆注系統(tǒng)與鑄件的結(jié)合部位。在整個生產(chǎn)過程中，澆注系統(tǒng)白模表面的涂料脫落開裂、白模結(jié)合部位的涂料脫落開裂、泡沫塑料白模表面的涂料脫落開裂，以及直澆道封閉不嚴(yán)密等因素是造成夾渣、進(jìn)砂缺陷的最主要原因。另外，工藝參數(shù)選擇不當(dāng)，如澆注系統(tǒng)靜壓頭大小、澆注溫度高低、負(fù)壓大小、干砂粒度等因素，以及模樣運輸過程及裝箱操作情況等都對鑄件夾渣和進(jìn)砂缺陷有很大影響。只有在這些環(huán)節(jié)采取系統(tǒng)的措施，并精心操作，才能減少鑄件的夾渣缺陷。因此，克服夾渣缺陷是一個全方位多道工序控制的系統(tǒng)工程。
綜上所述，只有在澆注系統(tǒng)設(shè)計方面想盡千方百計，才有可能減少或避免夾渣缺陷的產(chǎn)生。模樣與內(nèi)澆道圓滑過渡，盡量防止尖角砂塊的存在，保證結(jié)合部位粘結(jié)牢固，防止涂料滲入縫隙中。另外，也要考慮直澆道與橫澆道貼合面的粘結(jié)，因為只有二者粘結(jié)的牢靠，在涂刷與烘干耐火涂層過程中或搬運時才不至于開裂，避免澆注時滲入模樣組合部（角）的涂料被鐵液流沖刷掉進(jìn)鐵液流，鑄件凝固后形成留在內(nèi)部的涂料點。同時避免因開裂后的重新粘結(jié)和復(fù)修；尤其是對直澆道與澆口杯的連接處要吻合，做好密封，防止?jié)沧⑦^程中涂層因裂紋、剝落、破壞后型砂粘貼，或從縫隙進(jìn)入液態(tài)鐵液中。澆注時，若金屬液帶入的熔渣未能排出，則會留在鑄件內(nèi)部形成夾渣。防止措施：采用底注包或茶壺包，金屬液除渣要干凈，注重加強扒渣、擋渣的操作，當(dāng)然也包括在澆注系統(tǒng)上采用過濾網(wǎng)。
必須清醒地認(rèn)識到，對消失模鑄件質(zhì)量起決定作用的白區(qū)是一個多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，涉及到模具制造、高分子發(fā)泡材料和發(fā)泡成形工藝，以及相關(guān)的預(yù)發(fā)成形、膠合、設(shè)備等方面，對于鑄造工作者來說是個全新的領(lǐng)域，因此，不斷學(xué)習(xí)并在生產(chǎn)中積累實踐經(jīng)驗顯得尤為重要。
消失模鑄件澆注系統(tǒng)設(shè)計至今還沒有一個規(guī)范模式可借鑒或采用，每種鑄件均需根據(jù)本廠實際條件通過工藝試驗來確定。必須保證模樣平穩(wěn)氣化，并能保證及時排出熱解、氣化后的分解產(chǎn)物，才可能克服碳缺陷，消除夾渣缺陷。因此，與傳統(tǒng)的濕型砂鑄造相比，消失模鑄造要想獲得健全無缺陷鑄件難度會更大。
（2）為解決澆注系統(tǒng)進(jìn)砂，我們認(rèn)為應(yīng)注意以下幾個方面。
首先，是澆注系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)盡可能合理。消失模鑄造的澆注系統(tǒng)設(shè)計除了需要滿足傳統(tǒng)工藝對其要求外，最主要是設(shè)計時必須考慮要有撇渣、擋渣設(shè)置，濕砂型澆注系統(tǒng)的有些方法可作借鑒。
其次，是消失模鑄造澆注系統(tǒng)的材料泡沫塑料要選對、用對，我們的主張是澆注系統(tǒng)用料最好和成形的模樣白件用料一致。就筆者所知，許多消失模鑄造企業(yè)沒有壓制澆注系統(tǒng)用泡沫塑料板材的專用成形機，而是到建材市場上購買泡沫塑料成形板，然后再按澆注系統(tǒng)尺寸的要求切割，但強度和珠粒不符合要求，殊不知建筑和鑄造用的材質(zhì)要求不同。例如，某企業(yè)原先用的建材上的泡沫塑料板制模，由于珠粒粒度大而且壓制不好，珠粒間隙大，涂刷過程中涂料鉆進(jìn)去了，澆注時這些耐火涂料就隨金屬液進(jìn)入了鑄件。而將澆注系統(tǒng)用泡沫塑料改用合格料后，夾渣減少了40%左右。
除此之外，嚴(yán)格要求將澆注系統(tǒng)各個部分組合時粘結(jié)牢固，才能預(yù)防浸刷涂料后操作工搬動時澆注系統(tǒng)產(chǎn)生裂紋而鉆進(jìn)涂料，減少夾渣缺陷，最大限度地從進(jìn)渣源頭杜絕夾渣或夾砂缺陷。
在實際生產(chǎn)中，我們采用鑲嵌的方式將直澆道與橫澆道進(jìn)行連接，貼合面加大粘結(jié)后比單平面組合粘結(jié)要牢靠的多。為了提高用電熱絲切割過程的平整度，在這一工序上我們制作了不同尺寸的專用工具（見圖1、圖2），既保證了尺寸精度，又大幅提高了工作效率，也解決了后道工序填砂造型裝箱后因為澆注系統(tǒng)粘結(jié)不牢固，以及振動作用力而使?jié)沧⑾到y(tǒng)產(chǎn)生的裂紋，防止?jié)沧r干砂粒在負(fù)壓狀態(tài)中隨金屬液流進(jìn)入鑄件中，從而造成夾砂（即鑄件中白色的塊狀成分為SiO2非金屬夾雜）缺陷。
圖3所示為改進(jìn)后的直澆道與橫澆道連接的澆注系統(tǒng)。
當(dāng)然，在具體實施中還要與空心直澆道棒的使用相配合，因此必須認(rèn)真仔細(xì)操作，如澆注系統(tǒng)連接處的涂料層不能存在裂紋，避免涂層與模樣剝離。
經(jīng)較長時間觀察，經(jīng)上述改進(jìn)后，夾渣缺陷明顯減少。以前，我們采用一型一個澆注系統(tǒng)，用鑲嵌式后，一個澆注系統(tǒng)同時澆注兩型（俗稱雙胞胎）。原來長時間用Φ36mm直澆道棒，現(xiàn)在可改用Φ27mm，鐵液利用率明顯提高。
結(jié)語
與其他行業(yè)企業(yè)相比，鑄造企業(yè)管理難度較大，特別是消失模鑄造企業(yè)，除了因為它是個系統(tǒng)工程，還因為不管哪一個環(huán)節(jié)的任何一道工序出了問題，都會帶來“滿盤皆輸”的結(jié)果。鑄件質(zhì)量來自于設(shè)計比較合理的澆注系統(tǒng)，當(dāng)工藝設(shè)計基本到位后，鑄件質(zhì)量的好壞就要取決于管理，因此就有了“三分技術(shù)，七分管理”的說法。設(shè)計再好的工藝，若細(xì)節(jié)上落實執(zhí)行得不好，帶來的結(jié)果相差甚遠(yuǎn)。消除消失模鑄件缺陷，一是要學(xué)會對廢品進(jìn)行科學(xué)的分析，二是靠一絲不茍地執(zhí)行工藝。管理者不但要掌握消失模鑄造的基本知識和操作要領(lǐng)，而且要盡快使自己從外行變成內(nèi)行，提高質(zhì)量管理意識。企業(yè)對操作工不僅是管理，更主要是給予正確指導(dǎo)和相互的配合理解，兩者相輔相成，定會事半功倍，績效顯著。
來源：《金屬加工（熱加工）》
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