1.2　消失模鑄造的“流場(chǎng)、熱場(chǎng)、負(fù)壓場(chǎng)”理論

1.2.1　消失模鑄造的流場(chǎng)和熱場(chǎng)理論來(lái)源于實(shí)踐

早期消失模鑄造的澆注系統(tǒng)是依據(jù)傳統(tǒng)鑄造平穩(wěn)充型的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)的：以封閉式澆注系統(tǒng)和底注為主。現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)告訴我們，那些不成功的所謂底注案例總是在內(nèi)澆口處發(fā)生縮孔、縮松等成型缺陷；在遠(yuǎn)離內(nèi)澆口的位置發(fā)生諸如皺皮、炭黑等泡沫氣化不完全的缺陷。這一規(guī)律非常明顯!（圖1-99～圖1-102）

狹小的內(nèi)澆道切入的位置吸收金屬液攜帶的熱量較多，是高溫區(qū)域，遠(yuǎn)離內(nèi)澆道的位置金屬液流經(jīng)的路線長(zhǎng)，丟失的熱量多，屬于末端的尾液，溫度相對(duì)低，即所謂的低溫區(qū)域。因此說(shuō)上述缺陷的發(fā)生與溫度場(chǎng)有直接關(guān)系。

試驗(yàn)證明，在相對(duì)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(duì)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(tǒng)是金屬液由澆包注入型腔通道的總稱。金屬液由澆注系統(tǒng)引導(dǎo)形成的充型軌跡，有具體的形態(tài)可循，我們稱之為流場(chǎng)。

消失模鑄造的澆注系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)的砂型鑄造相同，典型的澆注系統(tǒng)由澆口杯、直澆道、緩沖包、橫澆道和內(nèi)澆道（內(nèi)澆口）等部分組成。不同的是消失模的澆注系統(tǒng)不僅僅是為分配液態(tài)金屬而設(shè)計(jì)的，更重要的是要合理地分配液態(tài)金屬攜帶的熱量。液態(tài)金屬終結(jié)充型后，各個(gè)區(qū)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(chǎng)。熱場(chǎng)雖無(wú)形可覓，卻有結(jié)果可以顯現(xiàn)！

消失模鑄造澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須遵循的第一個(gè)工藝原則是：通過(guò)流場(chǎng)的調(diào)節(jié)使熱場(chǎng)合理。

何謂熱場(chǎng)合理？

傳統(tǒng)鑄造澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)注重“開(kāi)放式”還是“封閉式”，即直澆道截面積和內(nèi)澆道截面積的比值。認(rèn)為在直澆道截面積比內(nèi)澆道截面積大的情況下，澆注過(guò)程中直澆道會(huì)始終保持充盈狀態(tài)，金屬液中的夾雜物因?yàn)槊芏鹊蜁?huì)被截?fù)踉谥睗驳纼?nèi)，避免缺陷發(fā)生。

傳統(tǒng)鑄造澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的另一個(gè)注重點(diǎn)是平穩(wěn)的充型，主張底部注入金屬液，避免紊流發(fā)生。

傳統(tǒng)鑄造對(duì)澆注系統(tǒng)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(nèi)澆道的截面積與直澆道截面積比對(duì)，還是以眾多鑄件內(nèi)澆道截面積的和與直澆道截面積比對(duì)？如果是后者比對(duì)，肯定都是開(kāi)放式澆注系統(tǒng)。其次，消失模鑄造澆注時(shí)金屬液受負(fù)壓牽拉，比傳統(tǒng)鑄造的靜壓力充型流速要快很多，無(wú)論截面積多大都難以平穩(wěn)充型，一定會(huì)形成紊流。

消失模鑄造澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)是鑄件的凝固方式。

鑄件的凝固方式有兩種：同時(shí)凝固原則（均衡凝固）和順序凝固原則。

① 同時(shí)凝固原則是金屬液對(duì)泡沫模均衡授熱的過(guò)程，通過(guò)澆注系統(tǒng)合理地向鑄件各個(gè)部位分配金屬液，使各個(gè)部位之間沒(méi)有溫度差或溫度差盡可能地小，從而同時(shí)凝固。同時(shí)凝固的鑄件不易產(chǎn)生熱裂，不易產(chǎn)生應(yīng)力變形，有時(shí)不需要設(shè)置冒口補(bǔ)縮。

② 順序凝固原則是金屬液對(duì)泡沫模集中授熱的過(guò)程，從而制造從遠(yuǎn)離冒口到冒口之間的溫度梯度（溫度差），使遠(yuǎn)離冒口的區(qū)域先凝固，接近冒口的區(qū)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(nèi)，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(tǒng)設(shè)計(jì)的先導(dǎo)，凝固方式確定錯(cuò)了，澆注系統(tǒng)就會(huì)偏離授熱方式，無(wú)法形成合理的熱場(chǎng)。傳統(tǒng)鑄造凝固方式的選擇比較簡(jiǎn)單，認(rèn)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(fā)生了顛覆性的變化，特別是泡沫模型在砂箱中的擺放姿勢(shì)可以不受約束，因此，即使是相同的件應(yīng)用消失模鑄造的凝固方式與傳統(tǒng)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(shè)冒口補(bǔ)縮的鑄件都應(yīng)該選擇順序凝固方式；

② 泡沫模型的擺放姿勢(shì)會(huì)產(chǎn)生金屬液充型高度差和時(shí)間差的鑄件應(yīng)該選擇順序凝固方式；

③ 厚大件、充型時(shí)間較長(zhǎng)的鑄件也要選擇順序凝固方式；

④ 其他鑄件應(yīng)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(chǎng)可以從兩個(gè)方面界定。

消失模鑄造合理的熱場(chǎng)之一是：根據(jù)鑄件的凝固方式，對(duì)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(shí)現(xiàn)鑄件的同步凝固或順序凝固。

以同步凝固方式設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)要防止授熱不勻，發(fā)生泡沫模氣化不全缺陷；以順序凝固方式設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)要防止授熱分散，在鑄件本體內(nèi)發(fā)生縮孔、縮松成型缺陷。

流場(chǎng)是過(guò)程，很傷腦筋，但很精彩；熱場(chǎng)是結(jié)果，檢驗(yàn)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(xiàn)的缺陷，依然是鐵液溫度低！

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

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

澆注包內(nèi)金屬液溫度到鑄件型腔內(nèi)金屬液溫度的丟失，是消失模工程技術(shù)人員通過(guò)設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)（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(jìn)入腔內(nèi)的金屬液溫度，進(jìn)入型腔內(nèi)的溫度和熱量才是有效的溫度和熱量！

澆包內(nèi)金屬液和進(jìn)入型腔內(nèi)金屬液的溫度差是大還是小？顯示的數(shù)據(jù)表明金屬液通過(guò)該澆注系統(tǒng)時(shí)丟失的熱量是多還是少？因此，消失模鑄造合理的熱場(chǎng)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(nèi)金屬液的溫度。

至此，可以對(duì)消失模鑄造澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須遵守的第一個(gè)工藝原則做出完整的詮釋：消失模鑄造的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，必須通過(guò)流場(chǎng)的調(diào)節(jié)，使熱場(chǎng)合理，實(shí)現(xiàn)鑄件的同步凝固或順序凝固，并最大限度地減少澆注系統(tǒng)的熱量丟失，使進(jìn)入型腔的金屬液溫度最大程度地接近澆注包內(nèi)金屬液的溫度。

消失模鑄造澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)切忌人為復(fù)雜化，越簡(jiǎn)單越高明！簡(jiǎn)單要合理。