1.2.2　消失模鑄造的負(fù)壓場(chǎng)

“負(fù)壓”在消失模鑄造工藝過程中有兩個(gè)重要功能：

① 束縛干砂，使其在澆注過程中緊硬如石，不潰散；

② 澆注過程中將泡沫模氣化及燃燒的產(chǎn)物，透過涂料層牽拉排出。

由于負(fù)壓的存在，消失模鑄造與傳統(tǒng)鑄造相比較，有許多工藝環(huán)節(jié)表現(xiàn)得截然不同。

（1）充型的浸潤方式

澆注過程中，消失模鑄造的液態(tài)金屬在型腔內(nèi)與型腔壁浸潤方式與傳統(tǒng)鑄造截然不同。

傳統(tǒng)鑄造在型砂碾制過程中加入一定量的發(fā)氣材料，在高溫金屬液的作用下會(huì)產(chǎn)生大量氣體，金屬液與型腔壁之間被一層薄薄的氣膜隔離。就是說，從微觀角度看，充型過程中液態(tài)金屬和型腔壁并沒有直接接觸。這種浸潤方式稱之為液氣浸潤，即金屬液是和氣膜直接接觸的。因此，即使砂粒很粗，型腔壁較糙時(shí)，傳統(tǒng)鑄造鑄件表面也會(huì)很光滑、平整，如圖1-103 （a）所示。

消失模鑄造的型腔是涂掛在泡沫型表面的涂料殼，消失模鑄造澆注過程中，真空泵不停地抽吸，泡沫型氣化，伴隨燃燒所產(chǎn)生的氣化物，氣體無法在金屬液和型腔壁之間停留，因此不能形成氣膜。金屬液和型腔壁直接接觸。這種浸潤方式稱之為液固浸潤，如圖1-103 （b）所示。即金屬液是與固態(tài)的涂料殼直接接觸的。涂料殼是對(duì)泡沫模的復(fù)印，金屬液是對(duì)涂料殼的復(fù)印，所以，消失模鑄造是金屬液對(duì)泡沫模型的復(fù)制。獲得的鑄件表面與泡沫模型表面相一致。

消失模鑄造要想提高鑄件表面光潔度，唯一的辦法是提高發(fā)泡模具的精度，并使用細(xì)小的發(fā)泡珠粒制作泡沫模型。

（2）消失模鑄造的附壁效應(yīng)

充型過程中，傳統(tǒng)鑄造靠金屬液自身的靜壓力，較平穩(wěn)地向前推進(jìn)，型腔液面和直澆道液面基本一致，因?yàn)榻饘僖河休^高的表面張力，液面前緣呈凸字形上升，金屬液內(nèi)的夾雜物都是輕體的，可以上浮從冒口排出。因此，傳統(tǒng)鑄造經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員常常通過設(shè)置冒口排除金屬液中的夾雜物，并給這種不以補(bǔ)縮為目的的冒口一個(gè)名字：集渣冒口或集渣包。

充型結(jié)束后，傳統(tǒng)鑄造直澆道液面與型腔或冒口的液面處于同一水平；消失模鑄造金屬液受負(fù)壓牽拉，貼附兩側(cè)腔壁向上充型，液面呈下凹形，金屬液中的夾雜物會(huì)被牢牢地吸附在涂層（型腔壁）上，這種現(xiàn)象稱作附壁效應(yīng)，如圖1-104所示。

因此，以傳統(tǒng)鑄造理念在消失模鑄造工藝上設(shè)置集渣冒口，期望排除金屬液內(nèi)夾雜物的措施是無效的。但是，通過設(shè)置這種冒口將受過泡沫模污染的金屬液推出型腔，稱為溢流冒口，達(dá)到置換金屬液的目的還是有效的。過量設(shè)置會(huì)浪費(fèi)較多金屬液，使利用率降低。

附壁效應(yīng)是負(fù)壓對(duì)金屬液牽拉的現(xiàn)象之一，利用好負(fù)壓的牽拉力可以把一定要發(fā)生的缺陷引導(dǎo)到鑄件的次要位置，降低廢品率，提高合格率和經(jīng)濟(jì)效益。負(fù)壓有缺陷導(dǎo)向作用。

負(fù)壓對(duì)金屬液的牽拉力會(huì)使消失模鑄件形成銳利的直角，使消失模鑄件輪廓規(guī)整。特別是鑄件上的字和圖案更清晰。

（3）消失模鑄造的負(fù)壓砂箱

消失模鑄造砂箱的特點(diǎn)是設(shè)有供抽負(fù)壓用的真空氣室。

真空氣室有的只設(shè)在底部，習(xí)慣稱之為“底吸式負(fù)壓砂箱”；有的設(shè)在砂箱的兩個(gè)側(cè)壁上，稱之為“側(cè)吸式負(fù)壓砂箱”；也有砂箱四壁和底部都設(shè)氣室的，稱之為“全吸式負(fù)壓砂箱”；在砂箱四個(gè)角設(shè)置過氣室，稱之為“角氣室負(fù)壓砂箱”。

負(fù)壓砂箱是消失模鑄造的重要工裝，直接影響消失模鑄造工藝的成敗和鑄件品質(zhì)的好壞，所以，常常有人提問哪種砂箱好。

不管何種形式的負(fù)壓砂箱，金屬液澆注前，砂箱內(nèi)各個(gè)區(qū)域的負(fù)壓值是一致的、靜止的、穩(wěn)定的。澆注開始進(jìn)行的時(shí)候，靜止和穩(wěn)定就不復(fù)存在了。先接觸到金屬液的泡沫模遇熱萎縮成膠狀物，并被負(fù)壓牽拉吸附在型腔壁，隨后氣化或遇氧燃燒。此時(shí)型腔內(nèi)出現(xiàn)3種物態(tài)，由于重力和溫度作用，液態(tài)的金屬在最下部；尚未遇熱萎縮的固態(tài)泡沫模原位未動(dòng)，仍居上位；液固之間，是泡沫模的氣化物。

金屬液和固態(tài)泡沫之間暴露出的涂層，我們稱之為氣隙間隙。

氣隙間隙涂層上的微細(xì)孔道，是泡沫氣化物排出的通道和窗口。涂層的微細(xì)孔道能讓泡沫氣化產(chǎn)物（包括游離的炭顆粒）通過的性能，稱之為涂層通透性。通常片面地稱之為透氣性，以為只有氣體可以通過。

泡沫氣化產(chǎn)物被負(fù)壓通過涂層牽拉出型腔后，無論砂箱設(shè)置了多少面的氣室，都會(huì)透過型砂的間隙直奔真空抽氣接口，這一路徑是一條直線。其間如果遇到阻擋，也只會(huì)以最小的折彎和最近的距離奔向真空接口，絕不會(huì)反向、繞大彎，或拐彎抹角進(jìn)入多面氣室后再奔向真空接口，如圖1-105所示。

消失模鑄造澆注過程中，氣隙間隙不斷發(fā)生變化，泡沫氣化產(chǎn)物排出的軌跡也不斷變化，型砂間隙有一部分區(qū)域是靜止的，一部分會(huì)有氣流通過，砂箱內(nèi)各個(gè)區(qū)域的負(fù)壓值也隨之發(fā)生變化，但直奔真空接口的方向不會(huì)改變。負(fù)壓砂箱內(nèi)負(fù)壓差形成的泡沫氣化產(chǎn)物排出的軌跡，稱之為負(fù)壓場(chǎng)。

負(fù)壓場(chǎng)具有以下特征：

① 負(fù)壓場(chǎng)具有方向性；

② 負(fù)壓場(chǎng)是能量場(chǎng)，具有牽拉力。

綜上所述，負(fù)壓砂箱的優(yōu)劣不能憑幾面氣室決定。判定的原則應(yīng)該是：

① 形成的負(fù)壓場(chǎng)是否與鑄件的流場(chǎng)和熱場(chǎng)互相給力。不同形狀的鑄件，流場(chǎng)和熱場(chǎng)不同，負(fù)壓砂箱氣室的設(shè)置也不相同。

② 板狀件群注、形狀規(guī)則的箱體件的負(fù)壓砂箱，只需在砂箱的一側(cè)壁設(shè)氣室。根據(jù)泡沫模組合的數(shù)量，至少要有2個(gè)以上真空接口。

③ 單一厚大板狀件、形狀不規(guī)則的箱體件，需要在對(duì)稱的兩側(cè)壁上分別設(shè)置氣室和真空接口，真空接口數(shù)量也應(yīng)在2個(gè)以上。

④ 圓形或方形的、中間貫通、上下有開口的鑄件，負(fù)壓砂箱底面也需要設(shè)置氣室，保證芯砂區(qū)域泡沫模氣化產(chǎn)物的順暢排出，與外部區(qū)域負(fù)壓值相一致。

⑤ 除底部氣室外，真空接口的水平高度應(yīng)該在砂箱的中上部。

因此，判斷負(fù)壓砂箱的所謂優(yōu)劣，重點(diǎn)在真空接口：

① 真空接口的數(shù)量；

② 真空接口的位置；

③ 真空接口的水平高度。

真空接口設(shè)置在砂箱下部的5面氣室負(fù)壓砂箱，消耗了相當(dāng)于2個(gè)砂箱的材料，成本增加近1倍，卻最不合理。

一些企業(yè)消失模鑄件存在微小碳缺陷，雖經(jīng)多次澆注系統(tǒng)調(diào)整依然沒有效果時(shí)，應(yīng)該考慮負(fù)壓砂箱是否與鑄件相匹配。

特殊結(jié)構(gòu)的鑄件，除砂箱氣室外，還應(yīng)該使用臨時(shí)負(fù)壓管合理調(diào)整負(fù)壓場(chǎng)。充分利用負(fù)壓場(chǎng)的特性，不僅可以避免型砂潰散，發(fā)生塌箱和進(jìn)砂，還可以牽引金屬液順利充型和泡沫模氣化產(chǎn)物順暢排出，并把一定要發(fā)生的缺陷引導(dǎo)到鑄件的次要位置，降低廢品率，提高經(jīng)濟(jì)效益。

綜上所述，我們可以總結(jié)出消失模鑄造澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須遵守的第二個(gè)基本原則：消失模鑄造澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須重視負(fù)壓場(chǎng)的存在，并使流場(chǎng)與負(fù)壓場(chǎng)方向一致。

負(fù)壓是消失模鑄造極其重要的工藝條件之一，截至目前尚無他人對(duì)負(fù)壓場(chǎng)作深入的描述或闡述，借此機(jī)會(huì)提醒業(yè)內(nèi)人士予以重視！