消失模鑄鑄造中泡沫模具的分解(完成)

1、消失模鑄造泡沫模型分解建模S.M.H.MirbagheriabS.SerajzadehaN.VarahramaP.Davamiaa謝里夫科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系鑄造模擬中心，德黑蘭市郵箱13659466，伊朗b帝國(guó)學(xué)院材料科學(xué)與技術(shù)系，倫敦SW72BP，英國(guó)2004年4月26日收到，2004年9月23日接受摘要：在這項(xiàng)研究中，運(yùn)用一個(gè)新的數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算在消失模模型溶解過(guò)程中氣體壓力由于泡沫的降解而產(chǎn)生的變化。有很多方面因素都能影響這一過(guò)

2、程，比如：泡沫的分解、氣體的滲透、難溶物質(zhì)的滲透。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬液流體的流動(dòng)的預(yù)測(cè)與模擬，根據(jù)對(duì)流體溶液的體積算法而開(kāi)發(fā)了計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的代碼。為了驗(yàn)證模擬計(jì)算的結(jié)果，將1350℃的灰鑄鐵澆注到透明的薄板發(fā)泡模具中，用口徑為16mm的高速攝像機(jī)記錄充型的過(guò)程。為了測(cè)量在充型過(guò)程中泡沫的解聚率及泡沫與金屬液前段的間隙，而運(yùn)用框架分析圖像信息。將實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果的作比較，得出消失模鑄造充型順序，總結(jié)出良好的造型方案。關(guān)鍵字：SOLAVOF技術(shù)

3、，流體流動(dòng)模擬，建模的背壓，模型的分解1引言在消失模鑄造過(guò)程中，泡沫模型通常是可發(fā)性聚苯乙烯做成的。相對(duì)于傳統(tǒng)的砂型鑄造而言，消失模鑄造可以提高鑄件的尺寸精度和鑄件的質(zhì)量[1]。消失模鑄造是在物理和化學(xué)方面比傳統(tǒng)的鑄造更復(fù)雜的過(guò)程，其中包括傳熱傳質(zhì)、流體流動(dòng)、化學(xué)反應(yīng)、金屬凝固、EPS降解等在鑄造中都有涉及，而且這些現(xiàn)象都在很短的充型時(shí)間內(nèi)發(fā)生。據(jù)觀察，當(dāng)金屬液被倒入型腔后，模型立即開(kāi)始分解，并且能看到金屬液前沿和模型之間的間隙。模型的

4、溶解導(dǎo)致了間隙內(nèi)氣壓的上升，并改變了金屬液在充型過(guò)程中流動(dòng)的方向，這對(duì)金屬的質(zhì)量有決定性的影響[2]。因此在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)和消除缺陷（冷隔、氣孔）的時(shí)候EPS模型在充型過(guò)程中分解產(chǎn)生的壓力必須得以重視[3][4]。許多從事消失模鑄造的研究人員一直密切模具溶解這一潛在缺陷的根源[5][6][7]。一些研究人員試圖去測(cè)量模具內(nèi)的背壓作為金屬液前沿的進(jìn)展，但是他們對(duì)氣體的壓力和高熔點(diǎn)合金的充型速度對(duì)背壓的影響有不同的看法[8][9]。研究消失模

5、鑄造中金屬液的充型過(guò)程，主要是研究金屬液前端和泡沫接觸的瞬間的過(guò)程。消失模分解的機(jī)理主要是根據(jù)金屬與泡沫之間的熱交換律而定，然而這又得根據(jù)金屬與固體泡沫的熱傳導(dǎo)系數(shù)和金屬液前端與泡沫之間的壓力來(lái)確定。直接測(cè)量和模擬金屬與泡沫的熱交換系數(shù)是非常困難的，尤其是對(duì)高熔點(diǎn)的金屬。由于建立消失模鑄造的數(shù)學(xué)模型復(fù)雜，對(duì)消失模鑄造的數(shù)學(xué)建模的嘗試是很少的并且僅限于幾個(gè)簡(jiǎn)單的非常有限的計(jì)算，盡管有一些半公式性的流體流動(dòng)規(guī)律和關(guān)于金屬液前端氣體壓力的報(bào)道

6、，但是大多數(shù)學(xué)者還是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證消失模的充型過(guò)程[10]。為背壓，它對(duì)金屬液充型過(guò)程起決定性影響。因此，在有背壓的情況下建模的主要是如何測(cè)量間隙的體積和在充型過(guò)程中不斷釋放的氣體的體積。如果澆注時(shí)間可以被劃分成細(xì)小的等份，根據(jù)澆注時(shí)間，它可以被視為一個(gè)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。因此，理想氣體定律可以進(jìn)行改進(jìn)而用來(lái)測(cè)量間隙中的氣體壓力。在恒定的溫度下，且所有常量都等于1的情況下方程式（1）和理想氣體定律是相同的。2211cbcbvpavap?(1)為了獲

7、得消失模鑄造間隙中的壓力，必須遵循以下順序：（i）測(cè)量的質(zhì)量燃燒的泡沫在每個(gè)時(shí)間步或間隙體積。（ii）體積測(cè)量在步驟確定質(zhì)量釋放的氣體（i）。（iii）測(cè)量間隙壓力，考慮到耐火涂料透氣性。在第一步中，該間隙的體積（Vgap）是通過(guò)一種新方法測(cè)量的，在該方法中是一張鐵絲網(wǎng)放在玻璃窗的前面。如圖1所示，該Vgap由鐵絲網(wǎng)網(wǎng)孔面積之和決定的，用間隙中網(wǎng)孔的面積乘以模型的厚度就可以得到Vgap。這是通過(guò)分析從一個(gè)16mm高速攝像機(jī)獲得的充型過(guò)程