1.2　消失模铸造的“流场、热场、负压场”理论

1.2.1　消失模铸造的流场和热场理论来源于实践

早期消失模铸造的浇注系统是依据传统铸造平稳充型的理念进行设计的：以封闭式浇注系统和底注为主。现场经验告诉我们，那些不成功的所谓底注案例总是在内浇口处发生缩孔、缩松等成型缺陷；在远离内浇口的位置发生诸如皱皮、炭黑等泡沫气化不完全的缺陷。这一规律非常明显!（图1-99～图1-102）

狭小的内浇道切入的位置吸收金属液携带的热量较多，是高温区域，远离内浇道的位置金属液流经的路线长，丢失的热量多，属于末端的尾液，温度相对低，即所谓的低温区域。因此说上述缺陷的发生与温度场有直接关系。

试验证明，在相对高温的情况下模型的泡沫气化速度快，气化得彻底，不留痕迹；在相对低的温度情况下泡沫模的气化速度慢，不彻底，留有痕迹。

浇注系统是金属液由浇包注入型腔通道的总称。金属液由浇注系统引导形成的充型轨迹，有具体的形态可循，我们称之为流场。

消失模铸造的浇注系统在结构上与传统的砂型铸造相同，典型的浇注系统由浇口杯、直浇道、缓冲包、横浇道和内浇道（内浇口）等部分组成。不同的是消失模的浇注系统不仅仅是为分配液态金属而设计的，更重要的是要合理地分配液态金属携带的热量。液态金属终结充型后，各个区域金属液温度的高低和热量积蓄的多少肯定不同，温度和热量的虚拟分布我们称之为热场。热场虽无形可觅，却有结果可以显现！

消失模铸造浇注系统设计必须遵循的第一个工艺原则是：通过流场的调节使热场合理。

何谓热场合理？

传统铸造浇注系统设计注重“开放式”还是“封闭式”，即直浇道截面积和内浇道截面积的比值。认为在直浇道截面积比内浇道截面积大的情况下，浇注过程中直浇道会始终保持充盈状态，金属液中的夹杂物因为密度低会被截挡在直浇道内，避免缺陷发生。

传统铸造浇注系统设计的另一个注重点是平稳的充型，主张底部注入金属液，避免紊流发生。

传统铸造对浇注系统的要求，在消失模铸造工艺中难以做到，首先，消失模铸造适宜群注，是以单一铸件内浇道的截面积与直浇道截面积比对，还是以众多铸件内浇道截面积的和与直浇道截面积比对？如果是后者比对，肯定都是开放式浇注系统。其次，消失模铸造浇注时金属液受负压牵拉，比传统铸造的静压力充型流速要快很多，无论截面积多大都难以平稳充型，一定会形成紊流。

消失模铸造浇注系统设计的依据是铸件的凝固方式。

铸件的凝固方式有两种：同时凝固原则（均衡凝固）和顺序凝固原则。

① 同时凝固原则是金属液对泡沫模均衡授热的过程，通过浇注系统合理地向铸件各个部位分配金属液，使各个部位之间没有温度差或温度差尽可能地小，从而同时凝固。同时凝固的铸件不易产生热裂，不易产生应力变形，有时不需要设置冒口补缩。

② 顺序凝固原则是金属液对泡沫模集中授热的过程，从而制造从远离冒口到冒口之间的温度梯度（温度差），使远离冒口的区域先凝固，接近冒口的区域后凝固，冒口最后凝固。顺序凝固的目的是保证缩孔集中在冒口内，而使组件本体组织致密。

消失模铸件凝固方式的选择：铸件凝固方式的选择是浇注系统设计的先导，凝固方式确定错了，浇注系统就会偏离授热方式，无法形成合理的热场。传统铸造凝固方式的选择比较简单，认为铸钢件就是顺序凝固，铸铁件就是同步凝固。消失模铸造由于工艺条件发生了颠覆性的变化，特别是泡沫模型在砂箱中的摆放姿势可以不受约束，因此，即使是相同的件应用消失模铸造的凝固方式与传统铸造比较，也可能有颠覆式的改变。消失模铸造铸件凝固方式的选择主要考虑：

① 需要设冒口补缩的铸件都应该选择顺序凝固方式；

② 泡沫模型的摆放姿势会产生金属液充型高度差和时间差的铸件应该选择顺序凝固方式；

③ 厚大件、充型时间较长的铸件也要选择顺序凝固方式；

④ 其他铸件应该考虑选用同步凝固方式，特别是铸铁球铁的箱体件。

消失模铸造的合理热场可以从两个方面界定。

消失模铸造合理的热场之一是：根据铸件的凝固方式，对型腔和泡沫模型均衡授热或集中授热，使金属液同步降温或顺序降温，实现铸件的同步凝固或顺序凝固。

以同步凝固方式设计的浇注系统要防止授热不匀，发生泡沫模气化不全缺陷；以顺序凝固方式设计的浇注系统要防止授热分散，在铸件本体内发生缩孔、缩松成型缺陷。

流场是过程，很伤脑筋，但很精彩；热场是结果，检验智商，判断成败。

消失模铸造工艺主张用较高温度金属液浇注，促使泡沫模型充分气化，不留痕迹地消失。因此，大幅度提高出炉温度，大幅度提高浇注温度后，令人不解的是在铸件上表现的缺陷，依然是铁液温度低！

我们从这种现象中得出一个概念：熔化炉内的金属液温度和浇注包内金属液的温度与铸件型腔内金属液的温度有很大的下降梯度。这个梯度我们称之为“丢失温度”。

熔化炉内的金属液温度到浇注包内金属液温度的丢失，主要是浇注前准备工作造成的。

浇注包内金属液温度到铸件型腔内金属液温度的丢失，是消失模工程技术人员通过设计的浇注系统（正确的与非正确的）丢失的。

综上所述，浇注温度不能代表型进入腔内的金属液温度，进入型腔内的温度和热量才是有效的温度和热量！

浇包内金属液和进入型腔内金属液的温度差是大还是小？显示的数据表明金属液通过该浇注系统时丢失的热量是多还是少？因此，消失模铸造合理的热场之二是：减少热量丢失，使型腔温度尽可能地接近或等于浇注包内金属液的温度。

至此，可以对消失模铸造浇注系统设计必须遵守的第一个工艺原则做出完整的诠释：消失模铸造的浇注系统设计，必须通过流场的调节，使热场合理，实现铸件的同步凝固或顺序凝固，并最大限度地减少浇注系统的热量丢失，使进入型腔的金属液温度最大程度地接近浇注包内金属液的温度。

消失模铸造浇注系统设计切忌人为复杂化，越简单越高明！简单要合理。