1.2.2　消失模铸造的负压场

“负压”在消失模铸造工艺过程中有两个重要功能：

① 束缚干砂，使其在浇注过程中紧硬如石，不溃散；

② 浇注过程中将泡沫模气化及燃烧的产物，透过涂料层牵拉排出。

由于负压的存在，消失模铸造与传统铸造相比较，有许多工艺环节表现得截然不同。

（1）充型的浸润方式

浇注过程中，消失模铸造的液态金属在型腔内与型腔壁浸润方式与传统铸造截然不同。

传统铸造在型砂碾制过程中加入一定量的发气材料，在高温金属液的作用下会产生大量气体，金属液与型腔壁之间被一层薄薄的气膜隔离。就是说，从微观角度看，充型过程中液态金属和型腔壁并没有直接接触。这种浸润方式称之为液气浸润，即金属液是和气膜直接接触的。因此，即使砂粒很粗，型腔壁较糙时，传统铸造铸件表面也会很光滑、平整，如图1-103 （a）所示。

消失模铸造的型腔是涂挂在泡沫型表面的涂料壳，消失模铸造浇注过程中，真空泵不停地抽吸，泡沫型气化，伴随燃烧所产生的气化物，气体无法在金属液和型腔壁之间停留，因此不能形成气膜。金属液和型腔壁直接接触。这种浸润方式称之为液固浸润，如图1-103 （b）所示。即金属液是与固态的涂料壳直接接触的。涂料壳是对泡沫模的复印，金属液是对涂料壳的复印，所以，消失模铸造是金属液对泡沫模型的复制。获得的铸件表面与泡沫模型表面相一致。

消失模铸造要想提高铸件表面光洁度，唯一的办法是提高发泡模具的精度，并使用细小的发泡珠粒制作泡沫模型。

（2）消失模铸造的附壁效应

充型过程中，传统铸造靠金属液自身的静压力，较平稳地向前推进，型腔液面和直浇道液面基本一致，因为金属液有较高的表面张力，液面前缘呈凸字形上升，金属液内的夹杂物都是轻体的，可以上浮从冒口排出。因此，传统铸造经验丰富的技术人员常常通过设置冒口排除金属液中的夹杂物，并给这种不以补缩为目的的冒口一个名字：集渣冒口或集渣包。

充型结束后，传统铸造直浇道液面与型腔或冒口的液面处于同一水平；消失模铸造金属液受负压牵拉，贴附两侧腔壁向上充型，液面呈下凹形，金属液中的夹杂物会被牢牢地吸附在涂层（型腔壁）上，这种现象称作附壁效应，如图1-104所示。

因此，以传统铸造理念在消失模铸造工艺上设置集渣冒口，期望排除金属液内夹杂物的措施是无效的。但是，通过设置这种冒口将受过泡沫模污染的金属液推出型腔，称为溢流冒口，达到置换金属液的目的还是有效的。过量设置会浪费较多金属液，使利用率降低。

附壁效应是负压对金属液牵拉的现象之一，利用好负压的牵拉力可以把一定要发生的缺陷引导到铸件的次要位置，降低废品率，提高合格率和经济效益。负压有缺陷导向作用。

负压对金属液的牵拉力会使消失模铸件形成锐利的直角，使消失模铸件轮廓规整。特别是铸件上的字和图案更清晰。

（3）消失模铸造的负压砂箱

消失模铸造砂箱的特点是设有供抽负压用的真空气室。

真空气室有的只设在底部，习惯称之为“底吸式负压砂箱”；有的设在砂箱的两个侧壁上，称之为“侧吸式负压砂箱”；也有砂箱四壁和底部都设气室的，称之为“全吸式负压砂箱”；在砂箱四个角设置过气室，称之为“角气室负压砂箱”。

负压砂箱是消失模铸造的重要工装，直接影响消失模铸造工艺的成败和铸件品质的好坏，所以，常常有人提问哪种砂箱好。

不管何种形式的负压砂箱，金属液浇注前，砂箱内各个区域的负压值是一致的、静止的、稳定的。浇注开始进行的时候，静止和稳定就不复存在了。先接触到金属液的泡沫模遇热萎缩成胶状物，并被负压牵拉吸附在型腔壁，随后气化或遇氧燃烧。此时型腔内出现3种物态，由于重力和温度作用，液态的金属在最下部；尚未遇热萎缩的固态泡沫模原位未动，仍居上位；液固之间，是泡沫模的气化物。

金属液和固态泡沫之间暴露出的涂层，我们称之为气隙间隙。

气隙间隙涂层上的微细孔道，是泡沫气化物排出的通道和窗口。涂层的微细孔道能让泡沫气化产物（包括游离的炭颗粒）通过的性能，称之为涂层通透性。通常片面地称之为透气性，以为只有气体可以通过。

泡沫气化产物被负压通过涂层牵拉出型腔后，无论砂箱设置了多少面的气室，都会透过型砂的间隙直奔真空抽气接口，这一路径是一条直线。其间如果遇到阻挡，也只会以最小的折弯和最近的距离奔向真空接口，绝不会反向、绕大弯，或拐弯抹角进入多面气室后再奔向真空接口，如图1-105所示。

消失模铸造浇注过程中，气隙间隙不断发生变化，泡沫气化产物排出的轨迹也不断变化，型砂间隙有一部分区域是静止的，一部分会有气流通过，砂箱内各个区域的负压值也随之发生变化，但直奔真空接口的方向不会改变。负压砂箱内负压差形成的泡沫气化产物排出的轨迹，称之为负压场。

负压场具有以下特征：

① 负压场具有方向性；

② 负压场是能量场，具有牵拉力。

综上所述，负压砂箱的优劣不能凭几面气室决定。判定的原则应该是：

① 形成的负压场是否与铸件的流场和热场互相给力。不同形状的铸件，流场和热场不同，负压砂箱气室的设置也不相同。

② 板状件群注、形状规则的箱体件的负压砂箱，只需在砂箱的一侧壁设气室。根据泡沫模组合的数量，至少要有2个以上真空接口。

③ 单一厚大板状件、形状不规则的箱体件，需要在对称的两侧壁上分别设置气室和真空接口，真空接口数量也应在2个以上。

④ 圆形或方形的、中间贯通、上下有开口的铸件，负压砂箱底面也需要设置气室，保证芯砂区域泡沫模气化产物的顺畅排出，与外部区域负压值相一致。

⑤ 除底部气室外，真空接口的水平高度应该在砂箱的中上部。

因此，判断负压砂箱的所谓优劣，重点在真空接口：

① 真空接口的数量；

② 真空接口的位置；

③ 真空接口的水平高度。

真空接口设置在砂箱下部的5面气室负压砂箱，消耗了相当于2个砂箱的材料，成本增加近1倍，却最不合理。

一些企业消失模铸件存在微小碳缺陷，虽经多次浇注系统调整依然没有效果时，应该考虑负压砂箱是否与铸件相匹配。

特殊结构的铸件，除砂箱气室外，还应该使用临时负压管合理调整负压场。充分利用负压场的特性，不仅可以避免型砂溃散，发生塌箱和进砂，还可以牵引金属液顺利充型和泡沫模气化产物顺畅排出，并把一定要发生的缺陷引导到铸件的次要位置，降低废品率，提高经济效益。

综上所述，我们可以总结出消失模铸造浇注系统设计必须遵守的第二个基本原则：消失模铸造浇注系统设计必须重视负压场的存在，并使流场与负压场方向一致。

负压是消失模铸造极其重要的工艺条件之一，截至目前尚无他人对负压场作深入的描述或阐述，借此机会提醒业内人士予以重视！