熔模精密鑄造相對(duì)其它鑄造的區(qū)別主要是紅殼（1050℃左右）條件下澆注。它帶來(lái)了良好的充型能力使鑄件表面光滑，但給鑄件的補(bǔ)縮也帶來(lái)了諸多的問(wèn)題，如：采用同時(shí)凝固時(shí)熱節(jié)分散和孤立熱節(jié)的補(bǔ)縮；將縮孔轉(zhuǎn)移到補(bǔ)縮系統(tǒng)后補(bǔ)縮的距離和冒口的增大量的計(jì)算【1】等系列的工藝措施，因鑄件的結(jié)構(gòu)變化、模殼的厚度及適用的耐火材料不同，目前大多的工藝處理還是憑經(jīng)驗(yàn)。由于熔模鑄件小，一般狀況下澆注系統(tǒng)中的內(nèi)澆口也是冒口，同時(shí)還是制殼的支撐點(diǎn)，運(yùn)用多變的工藝手段，使有限的澆（冒）口的用量綜合性的解決問(wèn)題，而且越少越好是本文論述的要點(diǎn)。
一 、 補(bǔ)貼
所謂補(bǔ)貼是通過(guò)向冒口敞開的擴(kuò)張角，保證冒口和被補(bǔ)縮部位之間存在補(bǔ)縮通道【2】。圖一閥座是個(gè)應(yīng)用補(bǔ)貼的一個(gè)實(shí)例，質(zhì)量 2.62Kg。由圖一和圖二所示便知熱節(jié)區(qū)域，如箭頭所指位置可設(shè)置為鞍馬式的澆（冒）口，問(wèn)題是不便打磨澆口余根的同時(shí)，由于位置有限還易出現(xiàn)反縮和制殼時(shí)易掉件的情況發(fā)生。據(jù)此設(shè)計(jì)的澆注補(bǔ)縮系統(tǒng)是轉(zhuǎn)移，如圖三所示一個(gè)補(bǔ)貼式澆（冒）口。按補(bǔ)縮距離、模數(shù)周界商法計(jì)算【2】，綜合分析溫度梯度分布后設(shè)置了如圖一的組樹方案一串兩件。但再經(jīng)模擬分析仍可見部分區(qū)域的縮松現(xiàn)象，就是說(shuō)補(bǔ)縮的能力還不夠。為此工藝設(shè)計(jì)時(shí)將內(nèi)澆口的設(shè)置高度調(diào)低到僅為11mm，補(bǔ)縮距離縮短的同時(shí)澆（冒）口區(qū)域的型殼厚度也增厚了，即提高了澆（冒）口區(qū)域的蓄熱系數(shù)；制殼時(shí)在第第四、第五層，于內(nèi)澆口附近和橫頂注棒整體區(qū)域用石墨砂替代莫來(lái)砂【3】，用以保溫和發(fā)熱；澆注時(shí)模殼從焙燒爐中取去來(lái)后，迅速順模殼的下部位（約孔的一半位）浸于水中使模殼降溫【4】約150℃左右，澆注完后在澆口杯口撒冒口保溫劑，以保證模殼的上部蓄熱最大化，減緩散熱速度，以保證澆注系統(tǒng)按照順序凝固的原則進(jìn)行。橫頂注棒重4 Kg，工藝出品率56.7%。
圖三 7904C 高菜盆螺母 質(zhì)量52g 圖四 原內(nèi)澆口設(shè)置可能因?yàn)榉ㄌm邊只有3.25mm厚，受蠟的強(qiáng)度限制，在制殼時(shí)不能挑起直徑有φ53mm這樣一個(gè)相對(duì)大面積的東西，按熱節(jié)的需求設(shè)兩個(gè)內(nèi)澆口。采用四排豎模頭組樹24件，出品率23.78%，且對(duì)澆口的切割、打磨相當(dāng)困難，變形嚴(yán)重【5】。圖五采用仿補(bǔ)貼式內(nèi)澆口，除補(bǔ)縮作用和加大金屬液流入速度外，還有一個(gè)重要目的是增加蠟?zāi)５膹?qiáng)度，以保證在制殼過(guò)程中，不能因?yàn)閮?nèi)澆口的入水口太薄，粘漿、撒砂的過(guò)程中斷裂或產(chǎn)生彈性使模殼層間破裂，導(dǎo)致澆注時(shí)“漏鋼水”。圖五箭頭所指轉(zhuǎn)角處的圓角R1mm，易出現(xiàn)縮松，酸洗鈍化處理后有“吐酸”現(xiàn)象，后改為倒角1.25mm×45°【6】，徹底解決了這個(gè)問(wèn)題。側(cè)注豎三排直模頭，組樹60件，工藝出品率46.43%，比原方案提高了近一倍，切割、打磨效率則提高近3倍且?guī)缀鯖](méi)有變形的問(wèn)題，減掉了矯形這道工序。
二、溫度梯度
金屬材料的凝固區(qū)域?qū)?、窄和凝固形態(tài)等因素影響是重要的工藝參數(shù)；鑄件的結(jié)構(gòu)特征影響也是至關(guān)重要的。凝固過(guò)程中要實(shí)現(xiàn)正向的溫度梯度【4】，實(shí)質(zhì)是對(duì)冷卻速度的調(diào)整，對(duì)一個(gè)鑄件而言不同的部位還應(yīng)有不同的冷卻速度，當(dāng)中它的依據(jù)是由鑄件的材質(zhì)特性和特征來(lái)決定的。促使溫度梯度的變更，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)承載體——型殼的變更，不是單純地澆注系統(tǒng)變更。如制殼用漿粘度、耐火材料等做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，自然蓄熱系數(shù)的大小也就不同了；模殼的焙燒工藝實(shí)施有區(qū)別的對(duì)待，使其接觸金屬液時(shí)有不同的溫度，隨之冷卻速度也就不同了；再加之在澆注成型和冷卻的過(guò)程中，外部的條件和環(huán)境調(diào)整，鑄件的同時(shí)凝固和順序凝固就能夠順利進(jìn)行了。
圖六 65E8底座 質(zhì)量 2.8Kg 。圖示鑄件大體由兩個(gè)直徑Ф105mm的圓柱體組 成，中心距101mm。采用復(fù)合式澆注系統(tǒng)，制殼4層+背漿，圖示冒口的下部一半位置，在澆注前將紅模殼浸水降溫，清砂后在兩圓柱交匯處出現(xiàn)縮裂，尤以上部更為嚴(yán)重，與計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬截面（藍(lán)色區(qū)域代表縮松傾向）基本吻合。簡(jiǎn)單的分析是由于此處的鑄件厚度太薄，設(shè)置的內(nèi)澆口太小形成的反縮所致。再進(jìn)一步的分析其端倪是制殼時(shí)由于兩圓柱交匯處，涂料漿形成的淤積和浮砂堆積使這個(gè)區(qū)域的模殼厚度增大，過(guò)厚的型殼不易散熱使蓄熱系數(shù)增大，促使溫度梯度反向，順序凝固變成了倒序凝固所致。也就是說(shuō)設(shè)置的補(bǔ)縮系統(tǒng)成了累贅——反縮了，由鑄件來(lái)補(bǔ)澆注系統(tǒng)。第二次試驗(yàn)時(shí)粘漿操作在第三和第四層分別重點(diǎn)關(guān)照，有意識(shí)的將此尖角部位一是先涂刷硅溶膠，以降低涂料漿的粘度和涂層厚度，上砂完畢后將多余的砂和漿撥掉。因鑄件外表面有幾處招牌標(biāo)記字體較細(xì)小，為使字面清晰澆注溫度設(shè)定為1650℃，浸水操作不變，鑄件清理后再也看不到縮孔、縮裂和縮松吐酸的問(wèn)題了。
圖八 圓盤閥 要求承壓50Mpa試驗(yàn)的耐高壓鑄件。 質(zhì)量：4Kg 。從鑄件的結(jié)構(gòu)看，中間的圓柱明顯偏小，其轉(zhuǎn)角處平面有標(biāo)記，就結(jié)構(gòu)而言不允許調(diào)整。組樹一串兩件，制殼5層+背漿，第三層后流道部位灌砂，第四層后在中間圓柱和錐形澆（冒）口處與橫頂注棒用漿料將口封住，使之內(nèi)部形成空隙保溫【6】。意在通過(guò)箭頭所指上部空隙保溫，達(dá)到延緩內(nèi)澆口的補(bǔ)縮時(shí)間但事實(shí)上達(dá)不到，鑄件加工后出現(xiàn)了如圖九所示的的縮孔。面對(duì)這種反順序凝固的現(xiàn)象，認(rèn)為問(wèn)題出現(xiàn)在12mm厚的流道上。模殼焙燒一次性升溫——保溫，再到澆注的這樣一個(gè)工藝過(guò)程。首先說(shuō)模殼它的內(nèi)外溫度是同等的、一致的，當(dāng)金屬液進(jìn)入型腔后，閥體12mm厚的流道受金屬液的包覆很難散熱，既是冷卻也是由外到里的緩慢的一層層這樣冷卻下來(lái)的，盡管前所述的實(shí)施的溫度梯度工藝措施，根本達(dá)不到正向的溫度梯度方向所需的條件要求。據(jù)此作如下調(diào)整，一是制殼工藝，鑄件流道灌砂后，在第四、第五層分別用炭砂和莫來(lái)砂，即澆注系統(tǒng)采用炭砂撒砂，鑄件部分采用莫來(lái)砂浮砂粘附，這樣的型殼是上下有別的；二是改變焙燒工藝，先將模殼燒透后從焙燒爐中取出來(lái)自然冷卻至室溫，澆注前20分鐘再將模殼裝入燒爐中焙燒，主要只給表面加溫——這樣模殼溫度的分布狀況也是內(nèi)外有別的；三是澆注完后將鑄件放入一個(gè)桶中，多加點(diǎn)燃燒劑，然后再迅速蓋箱保溫，在箱內(nèi)形成一個(gè)氣壓態(tài)勢(shì)的同時(shí)使模殼的外殼不易冷卻，特別是對(duì)澆注系統(tǒng)的保溫。通過(guò)上述系列措施，使鑄件的補(bǔ)縮系統(tǒng)冷卻時(shí)間遲于了閥體的流道部分時(shí)間，正向的溫度梯度達(dá)到了順序凝固的條件，自然反縮現(xiàn)象也就沒(méi)有了。
三、充型
在金屬液充型過(guò)程中，液—固—?dú)饨缑鎻埩推椒€(wěn)充型能力強(qiáng)弱過(guò)程【2】，即影響鑄件輪廓清晰與否，還影響內(nèi)在質(zhì)量，諸如縮孔、縮松和氣孔等。
圖七 322A/B螺母 材質(zhì) SCS13 質(zhì)量 43g 外徑φ40mm，內(nèi)孔φ23.5mm，高15mm，圖七剖面原內(nèi)澆口設(shè)計(jì)的方案工藝設(shè)計(jì)考慮到模具的脫模問(wèn)題，將內(nèi)澆口平行設(shè)置在端面上，寬度16mm，厚度4.5mm，形成一個(gè)徑向內(nèi)澆口。問(wèn)題出現(xiàn)如箭頭所指一圈的位置上，縮松引起的吐酸現(xiàn)象。圖八改進(jìn)后的設(shè)計(jì)如圖所示為軸向縫隙式內(nèi)澆口，切割處高度8mm，厚度仍是4.5mm，但是打磨量卻少了一半，關(guān)鍵是避免了吐酸和制殼時(shí)易斷裂的問(wèn)題。由此可以分析的問(wèn)題是，別看高度只有15mm，壁厚也很薄只有2.5mm厚，但從鑄件的熱節(jié)分析雖小還是有兩個(gè)。由圖七、圖八前后內(nèi)澆口的工藝設(shè)計(jì)原理來(lái)看，一個(gè)徑向和一個(gè)軸向金屬液的一個(gè)充填過(guò)程的90°方向變更，簡(jiǎn)單的看只是充型過(guò)程的變異，但它的內(nèi)涵牽涉到的是凝固原則性問(wèn)題。
圖九 814B螺母 質(zhì)量 0.24Kg 外徑φ68mm，壁厚5.45mm，高14.3mm，板厚4mm，六方頭對(duì)角32mm，高20mm，中間孔徑φ21.6mm，即此處的壁厚與外圓的壁厚基本相等，鑄造圓角客戶只應(yīng)許R0.5mm，從鑄件的熱節(jié)分析有兩個(gè)。內(nèi)澆口設(shè)置在外圓對(duì)應(yīng)平面輪輻上，直模頭的結(jié)合面和與鑄件的結(jié)合處面積陡增大2.5倍，保障了金屬液有一個(gè)強(qiáng)大的壓頭，通過(guò)輪輻這個(gè)平臺(tái)，按兩壁厚和輪輻板厚基本相等和輪輻不長(zhǎng)來(lái)分析，在不增加其它工藝措施的條件下是可以補(bǔ)縮給六角頭這個(gè)部位的。但圖十的組樹方案一是平澆工藝，金屬液的充型過(guò)程由一邊往六角頭這個(gè)最低處往下淋，或者說(shuō)是瀑布式的在六角頭往下落，然后逐漸充填至充滿型腔，問(wèn)題就在靠?jī)?nèi)澆口的這邊與對(duì)面的溫差，輪輻的轉(zhuǎn)角處就出現(xiàn)了縮松吐酸?！皥D十一方案二”只是將組樹方案改平澆為傾斜式澆注。傾斜35°角度后金屬液的充型過(guò)程是切線式的由下往上的旋轉(zhuǎn)充型過(guò)程，局部過(guò)熱和冷熱不均現(xiàn)象得到了改善，因而鑄件沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題。圖示澆注方案均采用直模頭，組樹21件，工藝出品率57%。
四、 鑄造過(guò)程數(shù)值模擬
運(yùn)用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬【7】分析到的鑄造缺陷，找到關(guān)鍵點(diǎn)然后采用對(duì)應(yīng)措施，可以事半功倍。圖十二是“KO.040閥體”的解剖圖，材質(zhì)“SCS14”，質(zhì)量 1.95Kg。圖十三至十四是兩種組樹工藝方案，經(jīng)數(shù)值模擬后，“組樹方案一”的缺陷截面如圖十五“a”、“b”、“c”三圖所示，缺陷嚴(yán)重且又工藝補(bǔ)救措施不利實(shí)施；“組樹方案二” 的缺陷截面如圖十五“d”、“e”兩圖所示依然嚴(yán)重，但利于補(bǔ)救措施的實(shí)施。從缺陷“e”截面分析，問(wèn)題嚴(yán)重的地方是在箭頭所指的那個(gè)部位。就“組樹方案二”而言這個(gè)最高點(diǎn)其它補(bǔ)救措施也很難到位，且在“圖十七 組樹方案三”所示“A”區(qū)域正對(duì)的兩筋板，由于間隙太窄，易使型殼局部過(guò)熱引起縮松或縮裂，靠上部的澆道很難消除這部分的缺陷。據(jù)此設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)工藝方案如圖“十七 組樹方案三”所示，一串組樹兩件。但模擬分析的缺陷依然還有兩個(gè)地方存在縮松區(qū)，在“圖十七 組樹方案三”所指的筋板“Ⅰ”區(qū)域和“Ⅱ”區(qū)域?！阿瘛眳^(qū)域所指的筋板“B”澆口是補(bǔ)縮不到這個(gè)熱節(jié)點(diǎn)的；再?gòu)摹阿颉眳^(qū)域來(lái)看，于圖“十八”剖面所示的流道由于轉(zhuǎn)角位太尖、窄如箭頭所指涂有紅色的圓角位置，殼型不易散熱而極易引起鑄件的縮裂傾向產(chǎn)生，“A”澆口由于被流道隔開望塵莫及，“B”澆口說(shuō)明圖中藍(lán)色部分為“縮松傾向區(qū)”，黃色部分為“縮孔傾向區(qū)”。
位置有限也無(wú)法補(bǔ)縮到位。為此對(duì)“Ⅰ”和“Ⅱ”區(qū)域采用如“圖五 65E8 底座”的工藝，在制殼第三、第四層時(shí)，用鐵線將此圓角的砂扒掉，開約4mm寬的槽，雖然模殼的厚度約比其它區(qū)域約薄一點(diǎn)，但沒(méi)有影響到殼型的基本強(qiáng)度；模殼的焙燒澆注工藝也同“圖八 圓盤閥”；金屬澆注前將殼型的一半多一點(diǎn)的地方，即超過(guò)筋板的位置入水降溫。這是個(gè)復(fù)合式的澆注系統(tǒng)，既要側(cè)注，又有頂注；從凝固方式分析既有順序凝固，又有同時(shí)凝固的方式；從補(bǔ)縮系統(tǒng)分析，既有集中，又有“分散、孤立”——這樣一個(gè)綜合式的補(bǔ)縮系統(tǒng)運(yùn)用。
結(jié)語(yǔ)
鑄造工藝的實(shí)施前，首先要弄清楚它的材質(zhì)特性，再來(lái)分析鑄件的結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計(jì)的澆口用量盡可能的少，借以數(shù)值模擬分析平臺(tái)論證，以減少試制周期爭(zhēng)取較好的經(jīng)濟(jì)效益。問(wèn)題是在補(bǔ)縮系統(tǒng)的澆注工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，如何處理好“分散、孤立”、“轉(zhuǎn)移、集中”的關(guān)系，這就需要有多手段的、靈活多變的工藝方法來(lái)克服“差一點(diǎn)”問(wèn)題。所謂“差一點(diǎn)”主要是指鑄件的結(jié)構(gòu)，熱節(jié)點(diǎn)多且設(shè)置澆口的位置有限，往往因加工難度或費(fèi)用而要鑄造來(lái)解決，但作為鑄造工作者應(yīng)盡量滿足原設(shè)計(jì)者的理念，這就給我們提出了“更高、更好、更快”的新挑戰(zhàn)，在諸多方面需有新的突破才可滿足市場(chǎng)的需求。
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