階梯澆注系統(tǒng)常用于高大鑄件的生產(chǎn)，其主要目的是實現(xiàn)自下而上的分層充型及形成由下往上逐漸升高的金屬液溫度梯度。一段時間以來，由于消失模鑄造工藝設(shè)計規(guī)范的缺乏，階梯澆注系統(tǒng)也常常被移植到消失模鑄造工藝設(shè)計中。
然而，由于消失模鑄造中金屬液充型受到泡沫模樣氣化產(chǎn)物的強烈阻礙，金屬液充型形態(tài)與普通鑄造明顯不同，因此將階梯澆注系統(tǒng)應(yīng)用于消失模鑄造并不總是成功的。運用階梯澆注系統(tǒng)制造某殼體鑄件，50件鑄件中有12件存在冷隔缺陷，因此建議不宜在消失模鑄造中使用階梯澆注系統(tǒng)。然而，也有人用階梯澆注系統(tǒng)成功地鑄造了很多類型的消失模鑄件。這給消失模鑄造工藝設(shè)計者帶來了困惑。雖然許多研究涉及到了消失模鑄造中的階梯澆注系統(tǒng)，可是很少有人分析導(dǎo)致試驗結(jié)果不同的原因。
本研究運用數(shù)值模擬的方法探索了消失模鑄造階梯澆注系統(tǒng)中金屬液充型流動形態(tài)，旨在為消失模鑄造工藝設(shè)計提供指導(dǎo)。在消失模鑄造過程中，EPS泡沫充滿鑄型型腔，當(dāng)泡沫還是固體時，金屬液不能填充泡沫所占空間；當(dāng)泡沫受熱軟化、熔化、氣化后失去強度時，金屬液才可以對該局部進(jìn)行充填，從這種意義上講，金屬液取代泡沫的運動由熱傳遞機理控制，而非金屬液的壓力或慣性。
在N485柴油機離合器殼體消失模鑄造中設(shè)計了一種框架式澆注系統(tǒng)。離合器殼體法蘭面與框架式澆注系統(tǒng)貼合，形成了6~9個內(nèi)澆口。在澆注過程中，液態(tài)金屬通過空心直澆道直接進(jìn)人主橫澆道，然后進(jìn)人底部分支橫澆道，此時，一部分金屬液通過底部的內(nèi)澆道充型，另一部分則通過輔助直澆道輸送到上一層分支橫澆道，進(jìn)而通過設(shè)在分支澆道的內(nèi)澆道充型，實現(xiàn)了從底部到頂部的逐層充型。很明顯，該框架式澆注系統(tǒng)本質(zhì)上是一種帶輔助直澆道的階梯澆注系統(tǒng)。
(1)鑄件幾何結(jié)構(gòu)對充型流動形態(tài)有的影響。當(dāng)液態(tài)金屬流動路線上有型芯時，金屬液將在型芯背面匯合碰撞。如果匯合處遠(yuǎn)離內(nèi)澆口，則鑄造缺陷容易在該區(qū)域形成。
(2)實心澆注系統(tǒng)中，澆口杯至內(nèi)澆口間的流程長度決定了各內(nèi)澆口開始充型的先后，流程短的先充型，流程長的后充型。
(3)實心普通階梯澆注系統(tǒng)各內(nèi)澆口從上到下依次開始充型，并且各澆口質(zhì)量流量百分比也從上到下依次減少，階梯澆注系統(tǒng)的功能沒有實現(xiàn)。實心帶輔助直澆道的階梯澆注系統(tǒng)各內(nèi)澆口自下往上依次開始充型，并且各澆口質(zhì)量流量百分比從下往上逐漸降低，型腔中金屬液上升平穩(wěn)，有利于鑄造缺陷的。因此，實心帶輔助直澆道的階梯式澆注系統(tǒng)有較好的適用性。
(4)空心普通澆注系統(tǒng)，金屬液幾乎同時通過各內(nèi)澆口開始充型，極易出現(xiàn)多股金屬液匯合現(xiàn)象；空心帶輔助直澆道的階梯澆注系統(tǒng)，上部內(nèi)澆口較下部和中部內(nèi)澆口開始充型時間稍晚，充型流動形態(tài)較空心普通澆注系統(tǒng)有所。

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