消失模铸造中阶梯浇注系统的适用性分析

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消失模铸造中阶梯浇注系统的适用性分析 周洪，肖沅均 ( 1 .攀枝花学院材料工程学院，四川攀枝花 6 1 7 0 0 0;2 .成都云内动力有限公司，四川成都 6 1 0 1 0 1 )

摘要：砂型铸造中广泛使用的阶梯浇注系统常常被运用于消失模铸造，实践证明这样的技术移植并不总是成功的。 为了探索阶梯浇注系统在消失模铸造中的适用性，数值模拟了消失模铸造中两种阶梯浇注系统对板类和套类铸件的充型过程。研究发现，空心阶梯浇注系统的所有内浇口几乎同时开始充型，而实心阶梯浇注系统的各内浇口开始充型的先后顺序与浇口杯至内浇口的流线长度相关，，流线短的先开始充型。结果表明，实心带辅助直浇道的阶梯浇注系统在消失模铸造中可以实现阶梯浇注系统的功能，有较好的适用性，并且实心比空心效果好。

关键词：流动形态；阶梯浇注系统；辅助直浇道；消失模铸造；数值模拟

中图分类号：G 2 4 9 . 6;T P 3 9 1 . 9

文献标识码：A

文章编号：1 0 0 1— 4 9 7 7( 2 0 1 4 )0 1— 0 0 3 8— 0 7

Ap p l i c a b i l i t y o f St e p Ga t i n g Sy s t e m i n L o s t F o a m Ca s t i n g Pr o c e s s Z H O U H o n g , XI AO Y u a n - j u n ( 1 . De p a r t me n t o f Ma t e r i a l s En g i n e e in r g, P a n z h i h u a Un i v e r s i t y, P a n z h i h u a 6 1 7 0 0 0, S i c h u a n, C h i n a; 2 . Ch e n g d u Yu n n e i P o we r Co ., L t d ., C h e n g d u 61 0 1 01, S i c h u a n, Ch i n a )

Ab s t r a c t: Th e s t e p g a t i n g s y s t e m wi d e l y u s e d i n t h e s a n d c a s t i n g p r o c e s s h a s b e e n o t f e n u s e d i n l o s t f o a m

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t i n g ( L F C )p r o c e s s, a n d p r a c t i c e c o n i f r ms t h a t t h e t e c h n i c a l￣ a n s p l a n t d o e s n o t a l w a y s s u c c e e d . I n o r d e r t o e x p l o r e t h e a p p l i c a b i l i t y o f s t e p g a t i n g s y s t e m i n t h e l o s t f o a m c a s t i n g p r o c e s s, t h e il f l i n g p r o c e s s o f t wo k i n d s o f

p l a t e a n d j a c k e t c a s t i n g s a n d c o r r e s p o n d i n g t wo t y p e s o f s t e p g a t i n g s y s t e m w a s s i mu l a t e d . T h e r e s e a r c h s h o ws t h a t f o r t h e h o l l o w s t e p g a t i n g s y s t e m, t h e l i q u i d me t a l s t a r t i f l l i n g a l l t h e i n g a t e s a l mo s t a t he t s a me t i me, a n d t h e s e q u e n c e or f s o l i d s t e p g a t i n g s y s t e m i s r e l e v a n t t o t h e l e n g t h o f t h e l f o w l i n e f r o m p o u r i n g c u p s t o i n g a t e s a n d t h e o n e wi t h s h o r t f l o w l i n e b e g i n i f l l i n g i f r s t . Th e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e s t e p g a t i n g s y s t e m wi t h a u x i l i a r y s p r u e c a n a c h i e v e he t f u n c t i o n o f s t e p g a t i n g s y s t e, h m a s a g o o d a p p l i c a b i l i t y i n L F C, a

n d t h e s o l i d s t e p g a t i n g s y s t e m i s b e t t e r t h a n t h e h o l l o w o n e .

Ke y wo r d s:f i l l i n g p a t t e m; s t e p g a t i n g s y s t e m; a u x i l i a y r s p r u e; l o s t f o a m c a s t i n g; n u me r i c a l s i mu l a t i o n

阶梯浇注系统常用于高大铸件的生产，其主要目 的是实现自下而上的分层充型及形成由下往上逐渐升

在为消失模铸造工艺设计提供有效指导。

高的金属液温度梯度。一段时间以来，由于消失模铸 造工艺设计规范的缺乏，阶梯浇注系统也常常被移植到消失模铸造工艺设计中[ 1】。然而，由于消失模铸造中金属液充型受到泡沫模样气化产物的强烈阻碍，金属

1 数学模型 以F L O W. 3 D软件包为模拟软件，用自定义消失模铸造模块模拟了两种阶梯浇注系统的充型过程。

1 . 1基本消失模模型 文献[ 8]认为，在消失模铸造过程中，E P S泡沫充满铸型型腔，当泡沫还是固体时，金属液不能填充泡沫所占空间；当泡沫受热软化、熔化、气化后失去强 度时，金属液才可以对该局部进行充填，从这种意义

液充型形态与普通铸造明显不同，因此将阶梯浇注系 统应用于消失模铸造并不总是成功的。胡志君等人【 2]运

用阶梯浇注系统制造某壳体铸件，5 0件铸件中有 1 2件 存在冷隔缺陷，因此建议不宜在消失模铸造中使用阶梯浇注系统。然而，也有人用阶梯浇注系统成功地铸造了很多类型的消失模铸件[ 3 ' 5】。这给消失模铸造工艺

上讲，金属液取代泡沫的运动由热传递机理控制，而 非金属液的压力或惯性。 F L O W- 3 D中，泡沫模样被表示为一种特殊的障碍物，当金属液进入一个含有 E P S泡沫的网格单元时，

设计者带来了困惑。虽然许多研究【 3涉及到了消失模铸造中的阶梯浇注系统，可是很少有人分析导致试验结果不同的原因。本研究运用数值模拟的方法探索了消失模铸造阶梯浇注系统中金属液充型流动形态，旨

将计算在接下

来的一个时间步长时间范围内E P S泡沫因接收金属液传来的热量而消失的体积，计算式为：

基金项目：四川省教育厅重点科研项目( 1 1 Z A 2 5 9 )。收稿日期：2 0 1 3 - - 0 8 - 2 1收到初稿，2 0 1 3 - 0 9 - 2 1收到修订稿。 作者简介：周洪( 1 9 6 6 - ),男，高级工程师，副教授，主要从事铸造工艺研究。E - ma i l: p z h uz h o u h o n g@1 6 3 . c o r f l _

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