1.2　消失模鑄造的“流場、熱場、負壓場”理論

1.2.1　消失模鑄造的流場和熱場理論來源于實踐

早期消失模鑄造的澆注系統是依據傳統鑄造平穩充型的理念進行設計的：以封閉式澆注系統和底注為主。現場經驗告訴我們，那些不成功的所謂底注案例總是在內澆口處發生縮孔、縮松等成型缺陷；在遠離內澆口的位置發生諸如皺皮、炭黑等泡沫氣化不完全的缺陷。這一規律非常明顯!（圖1-99～圖1-102）

狹小的內澆道切入的位置吸收金屬液攜帶的熱量較多，是高溫區域，遠離內澆道的位置金屬液流經的路線長，丟失的熱量多，屬于末端的尾液，溫度相對低，即所謂的低溫區域。因此說上述缺陷的發生與溫度場有直接關系。

試驗證明，在相對高溫的情況下模型的泡沫氣化速度快，氣化得徹底，不留痕跡；在相對低的溫度情況下泡沫模的氣化速度慢，不徹底，留有痕跡。

澆注系統是金屬液由澆包注入型腔通道的總稱。金屬液由澆注系統引導形成的充型軌跡，有具體的形態可循，我們稱之為流場。

消失模鑄造的澆注系統在結構上與傳統的砂型鑄造相同，典型的澆注系統由澆口杯、直澆道、緩沖包、橫澆道和內澆道（內澆口）等部分組成。不同的是消失模的澆注系統不僅僅是為分配液態金屬而設計的，更重要的是要合理地分配液態金屬攜帶的熱量。液態金屬終結充型后，各個區域金屬液溫度的高低和熱量積蓄的多少肯定不同，溫度和熱量的虛擬分布我們稱之為熱場。熱場雖無形可覓，卻有結果可以顯現！

消失模鑄造澆注系統設計必須遵循的第一個工藝原則是：通過流場的調節使熱場合理。

何謂熱場合理？

傳統鑄造澆注系統設計注重“開放式”還是“封閉式”，即直澆道截面積和內澆道截面積的比值。認為在直澆道截面積比內澆道截面積大的情況下，澆注過程中直澆道會始終保持充盈狀態，金屬液中的夾雜物因為密度低會被截擋在直澆道內，避免缺陷發生。

傳統鑄造澆注系統設計的另一個注重點是平穩的充型，主張底部注入金屬液，避免紊流發生。

傳統鑄造對澆注系統的要求，在消失模鑄造工藝中難以做到，首先，消失模鑄造適宜群注，是以單一鑄件內澆道的截面積與直澆道截面積比對，還是以眾多鑄件內澆道截面積的和與直澆道截面積比對？如果是后者比對，肯定都是開放式澆注系統。其次，消失模鑄造澆注時金屬液受負壓牽拉，比傳統鑄造的靜壓力充型流速要快很多，無論截面積多大都難以平穩充型，一定會形成紊流。

消失模鑄造澆注系統設計的依據是鑄件的凝固方式。

鑄件的凝固方式有兩種：同時凝固原則（均衡凝固）和順序凝固原則。

① 同時凝固原則是金屬液對泡沫模均衡授熱的過程，通過澆注系統合理地向鑄件各個部位分配金屬液，使各個部位之間沒有溫度差或溫度差盡可能地小，從而同時凝固。同時凝固的鑄件不易產生熱裂，不易產生應力變形，有時不需要設置冒口補縮。

② 順序凝固原則是金屬液對泡沫模集中授熱的過程，從而制造從遠離冒口到冒口之間的溫度梯度（溫度差），使遠離冒口的區域先凝固，接近冒口的區域后凝固，冒口最后凝固。順序凝固的目的是保證縮孔集中在冒口內，而使組件本體組織致密。

消失模鑄件凝固方式的選擇：鑄件凝固方式的選擇是澆注系統設計的先導，凝固方式確定錯了，澆注系統就會偏離授熱方式，無法形成合理的熱場。傳統鑄造凝固方式的選擇比較簡單，認為鑄鋼件就是順序凝固，鑄鐵件就是同步凝固。消失模鑄造由于工藝條件發生了顛覆性的變化，特別是泡沫模型在砂箱中的擺放姿勢可以不受約束，因此，即使是相同的件應用消失模鑄造的凝固方式與傳統鑄造比較，也可能有顛覆式的改變。消失模鑄造鑄件凝固方式的選擇主要考慮：

① 需要設冒口補縮的鑄件都應該選擇順序凝固方式；

② 泡沫模型的擺放姿勢會產生金屬液充型高度差和時間差的鑄件應該選擇順序凝固方式；

③ 厚大件、充型時間較長的鑄件也要選擇順序凝固方式；

④ 其他鑄件應該考慮選用同步凝固方式，特別是鑄鐵球鐵的箱體件。

消失模鑄造的合理熱場可以從兩個方面界定。

消失模鑄造合理的熱場之一是：根據鑄件的凝固方式，對型腔和泡沫模型均衡授熱或集中授熱，使金屬液同步降溫或順序降溫，實現鑄件的同步凝固或順序凝固。

以同步凝固方式設計的澆注系統要防止授熱不勻，發生泡沫模氣化不全缺陷；以順序凝固方式設計的澆注系統要防止授熱分散，在鑄件本體內發生縮孔、縮松成型缺陷。

流場是過程，很傷腦筋，但很精彩；熱場是結果，檢驗智商，判斷成敗。

消失模鑄造工藝主張用較高溫度金屬液澆注，促使泡沫模型充分氣化，不留痕跡地消失。因此，大幅度提高出爐溫度，大幅度提高澆注溫度后，令人不解的是在鑄件上表現的缺陷，依然是鐵液溫度低！

我們從這種現象中得出一個概念：熔化爐內的金屬液溫度和澆注包內金屬液的溫度與鑄件型腔內金屬液的溫度有很大的下降梯度。這個梯度我們稱之為“丟失溫度”。

熔化爐內的金屬液溫度到澆注包內金屬液溫度的丟失，主要是澆注前準備工作造成的。

澆注包內金屬液溫度到鑄件型腔內金屬液溫度的丟失，是消失模工程技術人員通過設計的澆注系統（正確的與非正確的）丟失的。

綜上所述，澆注溫度不能代表型進入腔內的金屬液溫度，進入型腔內的溫度和熱量才是有效的溫度和熱量！

澆包內金屬液和進入型腔內金屬液的溫度差是大還是小？顯示的數據表明金屬液通過該澆注系統時丟失的熱量是多還是少？因此，消失模鑄造合理的熱場之二是：減少熱量丟失，使型腔溫度盡可能地接近或等于澆注包內金屬液的溫度。

至此，可以對消失模鑄造澆注系統設計必須遵守的第一個工藝原則做出完整的詮釋：消失模鑄造的澆注系統設計，必須通過流場的調節，使熱場合理，實現鑄件的同步凝固或順序凝固，并最大限度地減少澆注系統的熱量丟失，使進入型腔的金屬液溫度最大程度地接近澆注包內金屬液的溫度。

消失模鑄造澆注系統設計切忌人為復雜化，越簡單越高明！簡單要合理。