ProCAST 熔模铸造过程数值模拟

熔模铸造过程数值模拟

—国外精铸技术进展述评

北京航空航天大学陈冰

20世纪90年代以来，国外一大批商业化铸造过程数值模拟软件的出现，标志着此项技术已完全成熟并进入实用化阶段，有相当一部分已成功地用于熔模铸造。其中，A FSolid (3D)（美国）, PASSAGF/POWERCAST（美国）、MAGMA（德国）、PAM-CAST（法国）、ProCAST（美国）等最具代表性。尤其值得一提的是由美国UES公司开发的ProCAST，和美国铸造师协会(American Foundrymen's Society)开发的 AFSolid(3D)，它们代表了二种不同类型的软件系统。

一. 熔模精密铸造过程数值模拟的佼佼者——ProCAST

早在1985年，美国UES Software Co.便以工程工作站/Unix为开发平台，着手开发ProCAST[1]。为了保证模拟结果的准确性，ProCAST一开始就采用有限元方法(FEM)作为模拟的核心技术。自1987年起，开发用于熔模铸造（精铸）的专业模块。1990年后，位于瑞士洛桑的Calcom SA和瑞士联邦科技研究院也参加ProCAST部分模块的开发工作。2002年，UES Software和Calcom SA先后加盟ESI 集团（法国）。通过联合，ESI集团在虚拟制造领域的领先地位进一步增强。

现在，ProCAST也有微机/Windows或Windows NT版本。三维几何造型模块支持IGES、STEP、STL 或Parasolids等标准的CAD文件格式。Meshcast模块能自动生成有限元网格。它的凝固分析模块可以准确计算和显示合金液在凝固过程的温度场、凝固时间，以及固相率变化，同时，从孤立液相区、缩孔／缩松体积分数、缩孔／缩松Nyiama （新山英辅）判据等三方面，帮助铸造工程师分析判断缩孔／缩松产生的可能性和具体位置(见图1) [2]。针对熔模铸造热壳浇注的特点，ProCAST传热分析模块考虑到热辐射对温度场和铸件凝固过程的影响, 这对于经常需要处理热辐射问题的熔模铸造而言特别重要。例如，对不锈钢人体植入物的凝固过程进行模拟时，发现位于模组中部的铸件由于接收到的辐射热比周边铸件多，因而温度偏高，不利于铸件顺序凝固，容易产生缩孔、缩松[1]。特别值得一提的是，ProCAST特有的辐射分析模块，计及辐射线入射角和遮挡物的影响，模拟对象一旦因相互运动导致辐射线入射角改变或产生遮挡, 该软件将重新自动进行计算，特别适用于定向凝固和单晶铸造。

a) 孤立液相区

b) 缩孔／缩松体积分数

c) Nyiama （新山英辅）判据图1 ProCAST缩孔／缩松判据

图2 热辐射对模组温度场的影响图3 流场与温度场耦合计算

自1992年起，ProCAST的流动分析模块便能通过Navier-Stocks流动方程进行流场计算，同时与传热过程耦合(图3) [2]。不仅模拟金属液的充型过程和状态，同时还将温度场变化显示出来，预测冷隔和浇不到等铸造缺陷(图4) [2]。此外，它还可以模拟流体通过多孔介质(例如陶瓷过滤器)的流动状态，预测放置过滤器后可能出现的倒流、噎流等现象(图5)。此外，流动分析模块中，可以对诸如精铸模料在内的非牛顿流体的充型行为进行模拟，是该软件的又一特色(图6) [1]。

图

4 浇不足缺陷预测 图

5 由于过滤器使用不当造成噎流

图6空心叶片蜡模充型过程模拟结果(左) 与实验结果(右)比较

图7 铝-镁合金晶间疏松模拟结果(右) 与实验结果(左)比较

图8 整铸涡轮残留应力模拟（左）和裂纹预测（右）

1994年美国国家航空航天总局(NASA)在调查评估的基础上推荐该软件为美国航空航天领域铸造过程CAE的首选软件。其后，包括美国Howmet、Pratt & Whitney、PPC、GEAE以及英国Rolls-Royce 等世界著名的航空航天精铸企业纷纷选择ProCAST作为铸造工艺分析和新产品开发的重要工具。

图8所示为ProCAST新近发布的对整铸涡轮残留应力模拟和裂纹预测结果[3]。

ProCAST 2004公布的对铝-镁合金晶间疏松(图7) [4]、整铸涡轮铸造晶粒结构模拟（图9）[3]，和空心单晶叶片晶体生长过程的模拟结果(图10)[3]，标志着该软件已经将铸造晶粒组织和微观结构模拟提升到一个新水平。

图9 整铸涡轮铸造晶粒结构模拟 图10 单晶铸造空心叶片单晶生长过程模拟

二．充型-凝固过程模拟和浇道优化设计一步完成[5]

AFSolid开发始于1985年，它最初是以微机/DOS 为平台的一套二维系统，1993年后升级为三维。三维几何造型模块支持AutoCAD以及IGES、STL和DXF等几何图形文件格式。计算方法采用有限差分法，流动和传热计算进行了适当的简化处理，可以说是一种简化版的模拟软件，适用于包括砂型、熔模、金属型、压力铸造等在内的多种铸造方法。其功能虽不能和ProCAST等高档软件相提并论，但价格便宜，目前在全球40多个国家拥有410多家用户，其销售量号称世界之最，用户大多为生产商业铸件的中小型精铸厂。近来，美国Finite Solutions Co.与美国铸造师协会合作，将多变量优化运算软件链接到AFSolid凝固模拟软件中，使凝固过程模拟与工艺优化一步完成，使计算机模拟的效率大为提高。

众所周知，仅仅通过一模拟，其结果往往很难令人满意，所以工程技术人员就必须根据自身的经验和知识对首次模拟结果进行分析，修改工艺方案和设计，再进行下一次模拟，经过反复多次模拟和修改，最终才能获得满意的工艺方案或参数。可见，这种方法其实是用计算机试错法来代替生产现场的试错法。当然效率明显提高，也降低了成本。但是，计算机反复试错，也需要耗费较多的机时。针对这一问题，美国Finite Solutions Co. 提出将多变量优化运算软件链接到AFSolid凝固模拟软件中，进行二次开发，使模拟与优化一步完成，从而使计算机模拟的效率大为提高。目前已经有不少现成的商业软件可用来进行工程问题的优化运算。Finite Solutions Co.从中选择了当前流行于汽车零部件和结构设计的HyperOpt (开发商:Altair Engineering Inc.)。

优化运算通常要求有三个前提: 即设计变量、约束条件和目标函数。

设计变量是指具体的设计特征，可以是几何特征，如冒口直径、高度，横浇道和内浇道尺寸等，也可以是工艺参数，如浇注温度、型壳焙烧温度等。设定设计变量时需要给出最大、最小和正常值。

约束条件是指工艺条件的上限和下限。约束可被指定为一个最小值(所得的最终结果数值应等于或大于给定的约束值)或最大值(所得的最终结果数值应等于或小于给定的约束值)。每一次优化运算，可以指定一个或多个约束，例如约束可以是允许存在的最大的疏松级别或可以接受的最低的工艺出品率等。

目标函数是指预期目标。用户只能选择一个目标函数并指定该函数的最佳值(最大或最小值)。例如如果以缩孔缩松程度为目标函数，此时最小值为最佳；如果选择工艺出品率作为目标函数，当然最大值最佳。值得强调指出的是，每一次优化运算，只能指定一个目标函数。

模拟-优化运算步骤下:

首先建立一个初始的工艺设计，包括浇注补缩系统和铸件的三维几何模型和所有相关材料的数据；然后选择设计变量、约束和目标函数；再启动软件自动进行模拟-优化运算，计算机运行过程中不断按原先设定，自动更改设计变量，检查是否违反了约束条件，搜索并确定目标函数最佳值。

从缩短模拟计算时间的角度考虑，计算方法采用有限差分比有限元法更为有利。而AFSolid的计算方法正是采用有限差分法，所以运算速度快。例如对一个需要上百万甚至更多单元才能准确表达清楚的复杂铸件，在目前新型的个人电脑上进行一次模拟计算，运行时间还不到30min。需要进行16次连续模拟的优化运算也只要一天就轻松地完成了。而采用某些其它软件进行类似的工作往往需要几周时间。

应用实例——不锈钢精铸接头重13.2磅。图11a所示为原始铸造方案。由图11b所示凝固时间模拟结果可见，其顶部红色部位正处在横浇道下方，受横浇道高温区热辐射影响冷却慢，得不到有效地补缩，容易产生缩松。

图11 不锈钢精铸接头原始铸造方案及模拟结果

a)铸造方案 b) 凝固时间模拟结果

更改设计变量包括内浇道尺寸(只改动水平方向尺寸，图12上)和横浇道尺寸(水平和垂直方向尺寸同时改动，图12下)，总共更改3个设计变量；以铸件材质密度最小值为健全铸件的99.8%作为约束条件(即疏松度最大值为0.2%)；以工艺出品率最大为目标函数。然后进行包含15次模拟(含充型分析)的模拟-优化运算。在Pentium III-1GHz微机上运行只需1小时零7分钟。每完成一次模拟，系统都会自动更改浇道尺寸，同时，进行网格剖分，建立新的型壳几何模型，应用热辐射观察因子计算型壳温度场。

采用经模拟-优化的工艺设计后(图13上)，缩孔已从铸件中被排除到浇道中(图13下)，缩松减少50%以上。对比图11a和图13上，内浇道减小为原先的85%，而横浇道水平和垂直尺寸分别减小到为原先的53%和86%，浇注系统总重量减少了6.75kg，工艺出品率由30%增加到46%。按每年生产铸件2500件计，每年节省金属材料费用37500美元，省电16500 kW·h。

三．当前推广应用计算机仿真技术存在的问题

1．数据库数据匮乏

数据库数据匮乏是当前熔模铸造过程仿真技术普遍存在的问题。某些材料（例如特殊合金材料和某些型壳材料）的热物理性能数据，尤其是界面传热系数，很难寻觅。国内情况就更为严重，各种合金和型壳材料的热物理性能数据几乎全部来自国外文献资料。真正按照国内材料和工艺，由实验方法测出的数据可以说是一片空白，这不能不说是一个很大的缺憾。对比国外，早在1978年,美国精铸年会上发表的题为“Factors Affecting The Solidification of Investment casting”、“Fundamentals of Solidification”和 Arizona大学长达100页的长篇论文“The Thermal Conductivity of Shell Investment Materials ”，为建立熔模铸造过程仿真所需的基础数据库奠定了坚实的基础。而ProCAST 除内含基本的材料性能数据库外，还拥有独特的合金热力学数据库。它以新兴的计算材料学为基础，

由英国的ThermoTech公司开发。利用这个独特的数据库，用户只需输入合金化学成分，计算机便可自动求算出液、固相线温度、凝固潜热、比热容和合金密度随温度的变化等热物理参数。

图12 更改设计变量

(上——更改内浇道尺寸，下——更改横浇道尺寸)

图13 更改后的工艺设计(上)和模拟结果(下)

2．图形数据文件标准化和相互交流

CAD数据文件的转换和标准化也是一个十分重要的问题。不同国家、地区、部门，不同厂家和单位，使用的CAD软件不尽相同。不同类型的CAD、CAM、CAE(例如铸造过程数值模拟)以及快速成形机，也都有各自支持的CAD文件格式。如果这些CAD文件相互之间不能转换和交流，那么信息时代和经济全球化的优势就难以发挥，工作效率也将大打折扣。

不同CAD软件之间数据转换通常有二种方法，即直接通过数据转换器（模块）和通过标准的数据文件交换格式转换。

z通过数据转换器（模块）转换如果CAD软件中有现成的转换器（模块），就可以直接用它来实现不同类型文件相互转换。这种方法的局限性是不同CAD软件，甚至不同版本，往往

需要不同的转换器。相对目前流行的CAD版本而言，这种方法不免有相形见拙之感。一些

较新版本的CAD软件也可通过 ‘文件’－‘输入’／‘输出’来转换文件类型和格式。

z通过标准数据文件转换新建的CAD文件完成后，只需将它另存为一个标准的数据文件交换格式，即可方便地与其它CAD软件进行交流。常用的标准CAD数据文件交换格式有IGES (International Graphics Exchange Standard) 、STEP (Standard for Translation of Electronic Products)、STL和Parasolid。IGES是一个比较老的工程图形文件转换标准格式，由于它对

处理二维图形也有效，所以，目前仍有应用。STEP是一种ISO 标准(10303)。它是专门为

转换三维实体模型和相关数据而开发的。它还可以转换某些非几何特征数据，例如图层、

颜色、尺寸、附注等。当前，实现CAD数据文件交换，建议最好选用STEP和Parasolid这

二种格式，以减少转换过程中数据丢失和缺损。在和快速成形机进行交流时，则是以输出

STL格式文件为佳。

3．人员技术水平和素质

要提高数值模拟的准确性、可靠性和工作效率，从事此项工作的技术人员不仅需要具备操作计算机的基本知识和技能，熟练掌握三维CAD造型及有关模拟软件，同时，还需要深入理解与数值模拟相关的物理概念，特别是需要有相当丰富的精铸工艺实践经验，以便正确设置初始条件、边界条

件，分析模拟结果，采取有效的应对措施。为满足上述要求，就目前国内情况而言，技术和管理人员的水平和素质均亟待提高。

参考文献

1Adi Sholapurwalla. The Virtual Casting: Process Simulation For The Investment Casting Industry. INCAST 2002(12): 20~23

2陈冰、荆剑. 从虚拟到真实——换热器壳体的虚拟熔模铸造. 中国铸协：第六届中国铸造厂长（经理）国际会议论文集，上海，2004: 228~235.

3Loic Calba、Dominique Lefebvr、Xiaojun Yang. Modelling the Investment Casting Process. 中国铸协：第四届有色合金和特种铸造国际会议论文集，上海. 2005: 162~169.

4阳晓军. The Theory And Application (Shape Casting, Continue Casting And Welding )of FEA Simulation In Metal Solidification And Microstructure Analysis.ESI集团: 数值模拟与工程应用研讨会论文集，北京.2004 : No.3 :1~16. 5David C Schmidt. One Step Beyond: From Simulation To Optimization. INCAST 2002(5):18~23.

熔模铸造工艺流程

熔模铸造工艺流程

模料 制熔模用模料为日本牌号：K512模料 模料主要性能： 灰分≤0.025% 铁含量灰分的10% ≤0.0025% 熔点83℃-88℃（环球法）60℃±1℃ 针入度100GM（25℃）3.5-5.0DMM 450GM（25℃）14.0-18.0DMM 收缩率0.9%-1.1% 比重0.94-0.99g/cm3 颜色新蜡——兰色、深黄色 旧蜡——绿色、棕色 蜡（模）料处理 工艺参数： 除水桶搅拌时温度110-120℃ 搅拌时间8-12小时 静置时温度100-110℃ 静置时间6-8小时 静置桶静置温度70-85℃ 静置时间8-12小时 保温箱温度48-52℃ 时间8-24小时 二、操作程序 1、从脱蜡釜泄出的旧蜡用泵或手工送到除水桶中，先在105-110℃下置6-8小时沉淀，将水分泄掉。

2、蜡料在110-120℃下搅拌8-12小时，去除水份。 3、将脱完水的蜡料送到70-85℃的静置桶中保温静置桶中保温静置8-12小时。 4、也可将少量新蜡加入静置桶中，静置后清洁的蜡料用手工灌到保温箱蜡缸中，保温温度48-52℃，保温时间8-24小时后用于制蜡模。 5、或把静置桶中的回收蜡料输入到气动蜡模压注机的蜡桶中，保温后压制浇道。 三、操用要点 1、严格按回收工艺进行蜡料处理。 2、除水桶、静置桶均应及时排水、排污。 3、往蜡缸灌蜡时，蜡应慢没缸壁流入，防止蜡液中进入空气的灰尘。 4、蜡缸灌满后应及时盖住，避免灰尘等杂物落入。 5、经常检查每一个桶温，防止温度过高现象发生。 6、作业场地要保持清洁。 7、防止蜡液飞溅。 8、严禁焰火，慎防火灾。 压制蜡（熔）模 一、工艺参数 室温20-24℃压射蜡温50-55℃ 压射压力0.2-0.5Mpa 保压时间10-20S 冷却水温度15±3℃ 二、操作程序 1、从保温槽中取出蜡缸，装在双工位液压蜡模压注机上，使用前应去除蜡料中空气及 硬蜡。 2、将模具放在压注机工作台面上定位，检查模具所有芯子位置是否正确，模具注蜡口 与压注机射蜡嘴是否对正。 3、检查模具开合是否顺利。 4、打开模具，喷薄薄一层分型剂。 5、按照技术规定调整压注机时间循环，包括压射压力、压射温度、保压时间、冷却时 间等。

procast在铸造中的应用

对于我们学铸造专业的学生来说，掌握几款铸造方面的软件是很有必要的，有了一定的软件基础在以后的铸造设计、模拟中都是很有用的。下面介绍下ProCAST软件在铸造中应用。 一、概述 ?ProCAST是为评价和优化铸造产品与铸造工艺而开发的专业CAE系统，借助于ProCAST系统，铸造工程师在完成铸造工艺编制之前，就能够对铸件在形成过程中的流场、温度场和应力场进行仿真分析并预测铸件的质量、优化铸造设备参数和工艺方案。 ?ProCAST可以模拟金属铸造过程中的流动过程，精确显示充填不足、冷隔、裹气和热节的位置以及残余应力与变形，准确地预测缩孔、缩松和铸造过程中微观组织的变化。 ?作为ESI集团热物理综合解决方案的旗舰产品，ProCAST是所有铸造模拟软件中现代CAD/CAE集成化程度最高的。它率先在商用化软件中使用了最先进的有限元技术并配备了功能强大的数据接口和自动网格划分工具。 ?全部模块化设计适合任何铸造过程的模拟； ?采用有限元技术，是目前唯一能对铸造凝固过程进行热－流动－应力完全耦合的铸造模拟软件； ?高度集成。 二、发展历程 ?Procast自1985年开始一直由位于美国马里兰州首府Annapolis的UES Software进行开发，并得到了美国政府和诸多研究机构的大力资助。为了保证模拟的精度，Procast一开始就采用有限元方法作为模拟的技术核心。 ?1990年后，位于瑞士洛桑的Calcom SA和瑞士联邦科技研究院也加入了Procast部分模块的开发工作，基于其强大的材料物理背景，Calcom在Procast 的晶粒计算模块和反求模块开发上贡献良多。 ?2002年，Procast和Calcom SA先后加入ESI集团，并重新组建为Procast Inc. (美国马里兰州)和Calcom ESI (瑞士洛桑)。ESI也重新整合了其原有的热物理模拟队伍如PAM-CAST和SYSWELD，这样Procast（有限元铸造仿真），PAM-CAST（有限差分元铸造仿真）, Calcosoft（连续铸造仿真）和SYSWELD （热处理与焊接模拟）一起组成ESI完整的热物理综合解决方案。 三、适用范围 ?砂型铸造、消失模铸造; ?高压、低压铸造; ?重力铸造、倾斜浇铸; ?熔模铸造、壳型铸造; ?挤压铸造; ?触变铸造、触变成型、流变铸造。 由于采用了标准化的、通用的用户界面，任何一种铸造过程都可以用同一软件包ProCASTTM进行分析和优化。它可以用来研究设计结果，例如浇注系统、通气孔和溢流孔的位置，冒口的位置和大小等。实践证明ProCASTTM可以准确地模拟型腔的浇注过程，精确地描述凝固过程。可以精确地计算冷却或加热通道的位置以及加热冒口的使用。 四、材料数据

我国熔模铸造技术的进展

l 国内熔模铸造技术的发展概况 熔模铸造又称“失蜡铸造”，是一种古老的铸造方法。 在我国发现最早的熔模铸件是2400多年前的战国早期，从50年代开始；将熔模铸造用于工业生产中，经过40多年的发展；熔模铸造已成为我国机械制造业中的基础工艺，并形成一个独特的行业。 据1993年不完全统计，全国有熔模铸造厂点1300多个，熔模铸件产量约16万且，年产值约为16亿元人民币，全行业职工总数约为十万人。 当前我国的熔模铸造行业，按发展历史、产品适用范围和生产工艺的不同，大体可分为三种不同的类型。 l）碳钢类机械零件熔模铸造企业，是我国熔模铸造生产中的主体，全国约有1000多，约占我国熔模铸造厂点总数的90％，熔模铸件年产量约15万t左右，约占全部熔模铸件总产量的95％，但产值仅占总产值的75％。这一类型熔模铸造厂点的生产规模、技术水平参差不齐，大多数工厂生产工艺为：用石蜡和硬脂酸各半的低温模料，以 0.3 MPa－0.5MPa的低压注制蜡模，用水玻璃粘结剂及石英、硅铝系耐火材料作制壳材料，用氯化铵或氯化铝作硬化剂，用水浴脱蜡制造型壳，用中颇感应电炉熔炼、浇注碳钢或低合金钢来获得铸件。 2）不锈钢类商品零件熔模铸造企业，全国约一百家左右（其中大部分是合资或外资企业）；约占我国熔模铸造厂点7％左右，熔模铸件年产量估计为不足1万t，占全国全部熔模铸件总产量的3％左百，主要产品均外销国际市场。这类企业主要生产工艺采用松香基中温模料，用高压蒸气脱蜡，燃油炉焙烧型壳，中颇感应炉快速熔化钢液，并要求在高温红亮时浇注获得铸件。 该工艺比水玻璃粘结剂制壳工艺的设备投资要多，生产成本要高，但熔模铸件的质量要高l －2个等级；表面粗糙度可达 Ra1.6um~6.3um，这是水玻璃制壳工艺所难于达到的。 3）航空。航天及燃气轮机类熔模铸造企业，全国约有40家左右，占我国熔模铸造厂总数的3％以下，熔模铸件年产量约3000 t，约占我国熔模铸件总产量的2％以下。这一类型企业主要生产工艺为；用高压射蜡机将液态中温模料射人精密的模具中；制造出光洁的蜡模，采用陶瓷型芯作复杂的内腔，用水解硅酸粘结剂（近年来用硅溶胶粘结剂）及钢工、锆英。莫来石等耐火材料作制型壳的材料，在高压蒸气釜中脱模制造型壳，采用真空熔炼，浇注和定向结晶技术，生产出高温合金或高合金钢的航空。航天零件。这类企业的工艺技术含量高，设备投资大，主要集中在航空、航天的企业中。 我国台湾省熔模铸造业虽然起步晚（大约1969年），但发展很快，台湾省现有熔模铸造厂点150余个，熔模铸件年产量达1万t，其中台湾生产的高尔夫球棒头产量约占世界总产量的90％左右。台湾省熔模铸造业的产值约2亿美元，占台湾铸造行业总产值的1／6。 2 国外熔模铸造技术的发展概况 西方工业发达国家的熔模铸造业，近十年来平均每年以7％一9％的增长率发展，1996年西方熔模铸件的总产值达445亿美元，其中美国占50％，欧洲占25％。 80年代是美国熔模铸造增长最快的时期，据美国熔模铸造协会的统计1984年一1990年美国熔模铸造产量和产值年平增长率分别为8％一10％和18％。现有熔模铸造厂家400多个，熔模铸件产量约15万t。 日本1980年一1989年熔模铸件产量增加3倍，日本现有熔模铸造厂点100多个，熔模铸件年产量近1万＊产值4亿美元，居亚洲之首。其中钛合金高尔夫球棒头产值占07亿美元。英国于1958年就成立熔模铸造师协会。由于采用机器制壳；使熔模铸件的单件重量由65 kg 增为 350 kg。目前英国有 60多家熔模铸造厂家，产值4亿美元，为欧洲第一位。

熔模铸造工艺流程-图文.

熔模铸造工艺流程 模具制造 制溶模及浇注系 统 模料处理 模组焊接 模组清洗 上涂料及撒砂 涂料制备 重

复 型壳干燥(硬化 多 次 脱蜡 型壳焙烧 浇注 熔炼 切 割 浇 口 抛 光 或 机

工 钝化 修整焊补 热处理 最后清砂 喷丸或喷砂 磨内

口 震 动 脱 壳 模料 制熔模用模料为日本牌号：K512模料 模料主要性能： 灰分≤0.025% 铁含量灰分的10% ≤0.0025% 熔点 83℃-88℃（环球法）60℃±1℃ 针入度 100GM（25℃）3.5-5.0DMM 450GM（25℃）14.0-18.0DMM 收缩率 0.9%-1.1% 比重 0.94-0.99g/cm3 颜色新蜡——兰色、深黄色 旧蜡——绿色、棕色

蜡（模）料处理 工艺参数： 除水桶搅拌时温度 110-120℃ 搅拌时间 8-12小时 静置时温度 100-110℃ 静置时间 6-8小时 静置桶静置温度 70-85℃ 静置时间 8-12小时 保温箱温度 48-52℃ 时间 8-24小时 二、操作程序 1、从脱蜡釜泄出的旧蜡用泵或手工送到除水桶中，先在105-110℃下置6-8小时沉淀，将水分泄掉。 2、蜡料在110-120℃下搅拌8-12小时，去除水份。 3、将脱完水的蜡料送到70-85℃的静置桶中保温静置桶中保温静置8-12小时。 4、也可将少量新蜡加入静置桶中，静置后清洁的蜡料用手工灌到保温箱蜡缸中，保温温度48-52℃，保温时间8-24小时后用于制蜡模。

5、或把静置桶中的回收蜡料输入到气动蜡模压注机的蜡桶中，保温后压制浇道。 三、操用要点 1、严格按回收工艺进行蜡料处理。 2、除水桶、静置桶均应及时排水、排污。 3、往蜡缸灌蜡时，蜡应慢没缸壁流入，防止蜡液中进入空气的灰尘。 4、蜡缸灌满后应及时盖住，避免灰尘等杂物落入。 5、经常检查每一个桶温，防止温度过高现象发生。 6、作业场地要保持清洁。 7、防止蜡液飞溅。 8、严禁焰火，慎防火灾。 压制蜡（熔）模 一、工艺参数 室温20-24℃压射蜡温50-55℃ 压射压力0.2-0.5Mpa 保压时间10-20S 冷却水温度15±3℃ 二、操作程序

熔模铸造的工艺流程

熔模铸造的工艺流程 时间:2010-04-21 10:18来源:unknown 作者:36 点击:9次 2009年07月15日 熔模铸件尺寸精度较高，一般可达DT4-6（砂型铸造为DT10~13，压铸为 DT5~7）,当然由于熔模铸造的工艺过程复杂，影响铸件尺寸精 2009年07月15日 熔模铸件尺寸精度较高，一般可达DT4-6（砂型铸造为DT10~13，压铸为 DT5~7）,当然由于熔模铸造的工艺过程复杂，影响铸件尺寸精度的因素较多，例如模料的收缩、熔模的变形、型壳在加热和冷却过程中的线量变化、合金的收缩率以及在凝固过程中铸件的变形等，所以普通熔模铸件的尺寸精度虽然较高，但其一致性仍需提高（采用中、高温蜡料的铸件尺寸一致性要提高很多）。压制熔模时，采用型腔表面光洁度高的压型，因此，熔模的表面光洁度也比较高。此外，型壳由耐高温的特殊粘结剂和耐火材料配制成的耐火涂料涂挂在熔模上而制成，与熔融金属直接接触的型腔内表面光洁度高。所以，熔模铸件的表面光洁度比一般铸造件的高，一般可达Ra.1.6~3.2μm。熔模铸造最大的优点就是由于熔模铸件有着很高的尺寸精度和表面光洁度，所以可减少机械加工工作，只是在零件上要求较高的部位留少许加工余量即可，甚至某些铸件只留打磨、抛光余量，不必机械加工即可使用。由此可见，采用熔模铸造方法可大量节省机床设备和加工工时，大幅度节约金属原材料。 熔模铸造方法的另一优点是，它可以铸造各种合金的复杂的铸件，特别可以铸造高温合金铸件。如喷气式发动机的叶片，其流线型外廓与冷却用内腔，用机械加工工艺几乎无法形成。用熔模铸造工艺生产不仅可以做到批量生产，保证了铸件的一致性，而且避免了机械加工后残留刀纹的应力集中。中国精密铸造、中国铜合金精密铸造、中国不锈钢铸造生产企业，新疆精密铸造欢迎您。 1）适应范围广。铸造法几乎不受铸件大小、厚薄和形状复杂程度的限制 , 铸造的壁厚可达 0.3 ~ 1000mm, 长度从几毫米到十几米 , 质量从几克到 300t 以上。最适合生产形状复杂 , 特别是内腔复杂的零件 , 例如复杂的箱体、阀体、叶轮、发动机汽缸体、螺旋桨等。 2）铸造法能采用的材料广 , 几乎凡能熔化成液态的合金材料均可用于铸造。如铸钢、铸铁飞各种铝合金、铜合金、续合金、铁合金及钵合金等铸件。对于塑性较差的脆性合金材料 ( 如普通铸铁等 ) , 铸造是惟一可行的成形工艺 , 在工业生产中以铸铁件应用最广 , 约占铸件总产量的 70% 以上。 3）铸件具有一定的尺寸精度。一般情况下 , 比普通锻件、焊接件成形尺寸精确。 4）成本低廉、综合经济性能好、能源、材料消耗及成本为其它金属成形方法所不及。

ProCAST软件的特点及其在铸件成形过程中的应用_胡红军

ProCAST软件的特点及其在铸件成形过程中的应用Function of FEM Software ProCAST and Application in Casting 胡红军 (重庆工学院材料科学与工程学院,重庆400050) 摘　要:介绍了商品化有限元软件P ro CA ST的组成模块、功能以及在铸件成形、缺陷预测方面的应用。 关键词:有限元模拟;Pr oCA ST;凝固模拟;缺陷预测 中图分类号:T G244 文献标识码:B 文章编号:1001-3814(2005)01-0070-02 　Pr oCAST软件从1985年开始将最先进的有限元技术用在铸造模拟中,有效地提高了铸造工艺的正确性。借助于ProCAST系统,铸造工程师在完成铸造工艺编制之前,就能够对铸件在形成过程中的流场、温度场和应力场进行仿真分析并预测铸件的质量、优化铸造设备参数和工艺方案,通过对金属流动过程的模拟,可以精确显示浇不足、冷隔、裹气和热节的位置及残余应力和变形的大小,准确地预测缩孔缩松和微观组织。 1　ProCAST软件的组成模块 Pro CA ST是针对铸造过程进行流动-传热-应力耦合作出分析的系统,共有8个模块,用户可以比较灵活地租用或购买这些模块。对于普通用户,一般应有传热分析及前后处理、流动分析、应力分析和网格划分等基本模块。对于铸造模拟有更高要求的用户则需要有更多功能的其它模块,例如热辐射分析,显微组织分析,电磁感应分析,反向求解,应力分析等模块。这些模块既可以一起使用,也可以根据用户需要有选择地使用。 2　ProCAST软件的特点 2.1　可重复性 即使一个工艺过程已经平稳运行几个月,意外情况也有可能发生。由于铸造工艺参数繁多而又相互影响,因而在实际操作中长时间连续监控所有的参数是不可能的。任何看起来微不足道的某个参数的变化都有可能影响到整个系统,但又不可能在车间进行全部针对各种参数变化的试验。ProCAST可以让铸造工程师快速检查每个参数的影响,从而得到可重复的、连续平稳生产的参数范围。 2.2　可虚拟试验 在新产品市场定位之后,就应开始进行生产线的开发和优化。ProCAST可以虚拟试验各种革新设计而取之最优。因此大大减少工艺开发时间,同时又把成本降到最低。 2.3　灵活性大 ProCAST采用基于有限元法(FEM)的数值计算方法,与有限差分法相比,具有较大的灵活性,特别适用于模拟复杂铸件成型过程中的各种物理现象。 2.4　模拟功能强大 ProCAST作为针对铸造过程进行流动、传热、应力求解的软件包,能够模拟铸造过程中绝大多数问题和许多物理现象。在铸造过程分析方面,ProCAST提供了能够考虑气体、过滤、高压、旋转等对铸件充型的影响,能够模拟出气化模铸造、低压铸造、压力铸造、离心铸造等几乎所有铸造工艺的充型过程,并且对注塑、压制腊模、压制粉末等的充型过程进行模拟;在传热分析方面,ProCAST能够对热传导、对流和辐射等三种传热方式进行求解,尤其是引入最新“灰体净辐射法”模型,使ProCAST擅长于解决精铸及单晶铸造问题;在应力分析方面,通过采用弹塑性和粘塑性及独有的处理铸件/铸型热和机械接触界面的方法,使其具有分析铸件应力、变形的能力;在电磁分析方面,Pro CA ST 可以分析铸造过程所涉及的感应加热和电磁搅拌等。以上的分析可以获得铸造过程的各种现象、铸造缺陷形成及分布、铸件最终质量的模拟和预测。 2.5　界面人性化 ProCAST的前后处理完全基于Window s的用户界面,通过提供交互菜单、数据库和多种对话框完成用户信息的输入。ProCAST具有全面的在线帮助,具有良好的用户界面;通过提供和通用机械CAD系统的接口,可直接获取铸件实体模型的IGES文件或通用CAE系统的有限元网格文件;可以将模拟结果直接输出到CAD系统接口,尤其可以通过I-DEAS直接读取 70 APPLICATION Hot W orking Technology　2005No.1 收稿日期:2004-10-27 作者简介:胡红军(1976-),男,湖北人,讲师,硕士,现从事材料成型 CAD/CAE软件研究和开发。

熔模铸造型壳强度与硬化工艺改进

熔模铸造型壳强度与硬化工艺改进 作者：东风汽车公司精密铸造厂李海树 摘要：通过对型壳强度性能的要求与不同硬化剂的分析，在粘结剂和耐火材料不变的情况下，应用氯化铵与结晶氯化铝混合硬化工艺，取得较好的经济效果。关键词：熔模铸造型壳强度硬化剂 制造型壳是熔模铸造工艺中的一个关键工序，它不仅决定着铸件的尺寸精度和表面粗糙度，而且直接影响铸件的制造成本和生产效率。多年的实践证明，由于型壳残留强度大，给铸件清砂与碱煮工序带来困难，我厂每年碱煮工序消耗蒸气4 688.6 t(费用达25.79万元)，烧碱26.8 t(费用达9.28万元)，制壳工序消耗结晶氯化铝162.14 t(费用达42.16万元)，占用了大量的生产资金。因此，对影响型壳强度性能的结晶氯化铝硬化工艺进行了改进，应用氯化铵与结晶氯化铝混合硬化工艺，并取得较好的经济效果。 1型壳强度与硬化剂的关系分析 从制壳、浇注到清理的不同工艺阶段，型壳有三种不同的强度指标，即常温强度、高温强度和残留强度。三种强度之间有一定的关系，但形成机制和影响因素不完全相同。例如：若常温强度不足，在制壳过程中易掉件，在脱蜡过程中易变形或破裂；若高温强度不足，在焙烧和浇注过程中会发生型壳变形和跑火(漏钢)；若残留强度过高，直接影响型壳的脱壳性和铸件清砂的难易程度。 如何调整型壳三种强度间的关系，使其具有高的常温强度、足够的高温强度和尽可能低的残留强度是我们所希望的。根据制壳工艺的现状，在粘结剂和耐火材料不变的情况下，对常用硬化剂的分析与改进十分必要。 1.1氯化铵硬化剂的特点分析 氯化铵作为水玻璃型壳的硬化剂，其硬化反应式如下： 2NH4Cl+Na2O.mSiO2.nH2O→ mSiO2.(n-1)H2O+2NaCl+2NH3↑+2H2O 反应结果生成的SiO2胶体将型壳中的石英粉和砂粒牢固地粘结在一起，使型壳获得强度。 氯化铵是应用最早的水玻璃型壳硬化剂，其主要优点是扩散硬化速度快，制壳周期短，型壳残留强度低，脱壳性好。同结晶氯化铝硬化剂相比，型壳高温强度差，存放期间容易生茸毛，硬化反应时析出氨气污染空气，劳动条件差，设备腐蚀比较严重。 1.2结晶氯化铝硬化剂的特点分析 结晶氯化铝作为水玻璃型壳的硬化剂，在硬化过程中，氯化铝与水玻璃是相互中

我国传统的水玻璃粘结剂熔模铸造工艺的发展前景

我国传统的水玻璃粘结剂-熔模铸造工艺的发展前景展望 2011-10-11 14:02:27 作者：佚名来源：精密铸造分会浏览次数：136 熔模铸造工艺的发展前景展望 浙江省铸造协会精密铸造专委会 （浙江大学材料系）杭州熔模精铸研究所包彦堃 一、前言 我国的铸造业发展速度较快，据统计，我国在2009年的铸件总产量达3350万吨（主要指砂型铸件），铸件产量已连续10年居世界铸件产量首位，故我国是铸造大国，但还不是铸造强国，因从铸件的总产值看仍较低。 我国的熔模精密铸造业的情况亦基本相似，若将同期的水玻璃工艺生产的铸件加上硅溶胶工艺生产的铸件（不包括航空、军工铸件），大约年产量为160万吨以上，居世界首位，但产值却较低，仅约占欧、美总产值的1/3左右。 我国的铸造行业属高能耗高三废排放行业之一，与国外发达国家相比，生产每吨铸件的能源消耗较多，据有关资料报导，我国每生产一吨铸件三废排放量约是发达国家的六倍。 我国“十一五”期间的降耗指标为：单位GDP能耗降低20%，主要污染物排放减少10%。2006年我国GDP总量只占世界GDP总量的5.5%，但当年（2006年）我国能源消耗却占全世界的15%、我国钢材消耗占30%、水泥消耗占54%，从以上数值可看到我国的资源消耗确是非常高，而且比较严重，表明我国的经济增长方式十分粗放。 表1 国内外铸造生产能耗（2008年浙江省铸造年会资料统计）

从表1中可见，我国的水玻璃工艺精密铸造生产的铸钢件，若按每吨铸钢件的能源消耗计，一般测算可能要大于1100k g标煤，若采用硅溶胶工艺，由于硅溶胶涂料制壳车间及蜡模室都需恒温，硅溶胶沾浆机要24小时不停机转动，硅溶胶型壳焙烧温度也较高（要达1000～1100℃），若仍按吨铸件计算能耗，就显得不合理，若采用万元GDP的产值能耗来表示，就比较合理了，表2所示为2010年的熔模精密铸造铸钢件，按GDP万元产值计的能耗数值（浙江省统计）。 表2 精密铸造铸钢件能耗（2010年浙江省统计） 万元产值综合能耗（公斤标煤/万元产值） （石腊-硬脂酸模料）水玻璃工艺钢钢件硅溶胶工艺钢钢件 全硅溶胶工艺钢钢件730600～650（待补） x 二、水玻璃粘结剂熔模精密铸造工艺的发展概况 浙江省的熔模精密铸造企业2010年统计约有400多家（二年前约500多家），其中90%以上的精铸企业是采用aa工艺（采用硅溶胶粘结剂工艺的企业约占10%），在应用水玻璃工艺的精铸企业中，年产量达万吨以上的约有5～6家，浙江全省精密铸造的铸钢件根据2006年统计全年总产量约达70万吨以上。

激光选区烧结快速成型在熔模铸造中的应用

激光选区烧结快速成型在熔模铸造中的应用 采用激光选区烧结(SLS)技术烧结耐碱腐蚀阀门PS基粉料原型件，并结合熔模铸造技术生产出铸件。研究了SLS快速成型和熔模铸造一体化技术，从而实现了从计算机三维模型到金属零件的快速铸造工艺。 激光选区烧结(SLS)快速成型技术采用离散／堆积成型的原理，就是将在计算机上建模的CAD三维立体造型零件，转换成STL文件格式，再用一离散软件从STL文件离散出一系列给定厚度的有序片层，然后，将上述的离散数据传递到成型机中去。成型机中的扫描器在计算机信息的控制下逐层进行扫描烧结。通过层层堆积生成实物样件。由于它把复杂的三维制造转化为一系列简单的二维制造的叠加.因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零件，极大地提高了生产效率和制造的灵活性。它与多领域制造工艺相结合，可实现快速模具、快速铸造、快速产品制造。 1 基于SLS原型件的熔模铸造工艺 快速成型技术与铸造工艺相结合的产物是快速铸造技术(Quick Casting，简称QC)，与传统熔模铸造相比，直接由快速成型系统制造出铸造熔模，省去了蜡模压型设计、压型制造等环节，大大地提高了企业的竞争力。下面介绍利用SLS 快速成型技术提供的PS原型件为“蜡模”，进行熔模铸造工艺研究。基于SLS 的熔模铸造工艺流程如图l所示。 图1 基于SLS的熔模铸造工艺流程 1.1 “蜡模”的制作 采用SLS专用聚苯乙烯（PS）粉末材料，在AFS快速成型机上烧结出阀体和阀芯的PS原型件。经过蜡化、精整处理后，称为“蜡模”，如图2所示。 1.2 浇注系统的确定

图2 阀体和阀芯的蜡模 浇注系统是铸型中引导液态金属进入型腔的通道，合理的浇注系统设计。应该根据铸件的结构特点、技术条件、合金种类.选择浇注系统的结构类型、确定浇口位置。浇注系统设计是否合理.直接影响着铸件的质量。采用韩国出品的铸造模拟分析软件Anycasting对铸造充型和凝同过程进行数值模拟，对铸件可能产生的缺陷进行事前预测，通过模拟结果判断浇注系统是否合理，是否需要进行调整。 1.3 浇注系统的焊接 根据模拟中确定的浇注系统的尺寸，选择蜡质浇注系统标准件进行焊接。由于蜡模表面进行了渗蜡处理，因此焊接性好，结合力强。图3为焊接好浇注系统的阀体、阀芯熔模。 图3 阀体、阀芯熔模 1.4 制壳 型壳是由粘结剂、耐火材料和撒砂材料等组成，经配涂料、浸涂料、撒砂、干燥硬化、脱蜡和焙烧等工序制成。 (1)水玻璃制壳工艺本实验中采用水玻璃制壳工艺，根据制件尺寸大小确定涂挂7层半型壳。每一层要经过上涂料、撒砂、空于、硬化和晾干五个步骤。 (2)脱蜡熔失熔模的过程通称为脱蜡。而在这里指的是脱去浇注系统蜡料.而PS原型件“蜡模”熔失在焙烧阶段进行。采用热水法脱蜡时，应尽量减少水煮时间，脱出棒芯即可。 (3)焙烧通常来说，焙烧的目的是去除型壳中的挥发物，如水分、残余蜡料等，使型壳在浇注时有低的发气性和良好的透气性，防止出现气孔等缺陷。焙烧

铸造模拟软件讲解

PROCAST ProCAST由法国ESI公司开发的综合的铸造过程软件解决方案，有20多年的历史，提供了很多模块和工程工具来满足铸造工业最富挑战的需求。基于强大的有限元分析，它能够预测严重畸变和残余应力，并能用于半固态成形，吹芯工艺，离心铸造，消失模铸造、连续铸造等特殊工艺。 procast 百科名片 ProCast软件界面 ProCAST由法国ESI公司开发的综合的铸造过程软件解决方案，有20多年的历史，提供了很多模块和工程工具来满足铸造工业最富挑战的需求。基于强大的有限元分析，它能够预测严重畸变和残余应力，并能用于半固态成形，吹芯工艺，离心铸造，消失模铸造、连续铸造等特殊工艺。 目录 适用范围材料数据库 模拟分析能力 分析模块 ProCAST特点 模拟过程 展开 适用范围 材料数据库 模拟分析能力 分析模块 ProCAST特点 模拟过程 展开 ProCast应用(10张) 编辑本段适用范围 ProCAST适用于砂型铸造、消失模铸造、高压铸造、低压铸造、重力铸造、

软件操作界面 倾斜浇铸、熔模铸造、壳型铸造、挤压铸造、触变铸造、触变成形、流变铸造。由于采用了标准化、通用的用户界面，任何一种铸造过程都可以用同一软件包ProCAST进行分析和优化。它可以用来研究设计结果，例如浇注系统、通气孔和溢流孔的位置，冒口的位置和大小等。实践证明，ProCAST可以准确地模拟型腔的浇注过程，精确地描述凝固过程。可以精确地计算冷却或加热通道的位置以及加热冒口的使用。 编辑本段材料数据库 ProCAST可以用来模拟任何合金，从钢和铁到铝基、钴基、铜基、镁基、镍基、钛基和锌基合金，以及非传统合金和聚合体。ESI旗下的热物理仿真研究开发队伍汇集了全球顶尖的五十多位冶金、铸造、物理、数学、计算力学、流体力学和计算机等多学科的专家，专业从事ProCAST和相关热物理模拟产品的开发。得益于长期的联合研究和工业验证，使得通过工业验证的材料数据库不断地扩充和更新，同时，用户本身也可以自行更新和扩展材料数据。除了基本的材料数据库外，ProCAST还拥有基本合金系统的热力学数据库。这个独特的数据库使得用户可以直接输入化学成分，从而自动产生诸如液相线温度、固相线温度、潜热、比热和固相率的变化等热力学参数。 编辑本段模拟分析能力 ProCAST可以分析缩孔、裂纹、裹气、冲砂、冷隔、浇不足、应力、变形、模具寿命、工艺开发及可重复性。ProCAST几乎可以模拟分析任何铸造生产过程中可能出现的问题，为铸造工程师提供新的途径来研究铸造过程，使他们有机会看到型腔内所发生的一切，从而产生新的设计方案。其结果也可以在网络浏览器中显示，这样对比较复杂的铸造过程能够通过网际网络进行讨论和研究。 编辑本段分析模块 ProCAST是针对铸造过程进行流动一传热一应力耦合作出分析的系统。它主要由8个模块组成：有限元网格划分MeshCAST基本模块、传热分析及前后处理(Base License)、流动分析(Fluid flow)、应力分析(Stress)、热辐射分析(Radiation)、显微组织分析(Micromodel)、电磁感应分析(Electromagnetics)、反向求解(Inverse)，这些模块既可以一起使用，也可以根据用户需要有选择地使用。对于普通用户，ProCAST应有基本模块、流动分析模块、应力分析模块和网格划分模块。 1)传热分析模块 本模块进行传热计算，并包括ProCAST的所有前后处理功能。传热包括

熔模铸造壳模作业指导书

熔模铸造壳模作业指导 书 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

目的： 为了在生产过程中，确保壳模质量，减少铸造缺陷。 2.范围： 本程序适用于壳模工序的控制。 3.职责： .生产组长对本工序生产的全过程和产品的质量负责。 .操作者严格按作业指导书操作，并对设备实施保养、维护。 .质检人员对产品质量实行监督检查。 4.工作程序： .蜡树的清洗: a.将组焊好的模组静置45min以上，方可清洗。 b.将蜡模清洗剂和蒸馏水按1：1的比例混合搅拌均匀，将蜡树完全浸入清 洗液内，每棵连续上下窜动10～20次，约10～20秒，清洗后的蜡树即可直接沾面层浆。 c.在清洗液使用中应及时、干净地清除带入到清洗液中的蜡屑，当清洗液变 成豆花状时，停止使用，重新更换新的清洗液。每桶清洗液可洗3000～8000串蜡树。 d.将清洗完成的时间记在“挂壳管制卡”上。 e.若改为其它清洗液，依临时作业指令进行。 .浆液的配制： 4.2.1.预湿液的配制： 预湿液可直接用纯硅溶胶或硅溶胶加蒸馏水配制,形状复杂的蜡件,面层预湿液可加入适当的湿润剂。 4.2.2.面层浆的配制： a.在不锈钢制浆桶中加入适量硅溶胶，开动浆桶，使其旋转。 b.把湿润剂以每公斤硅溶胶加入约3～9ml的比例加入，添加时，以搅拌机 搅拌，使其加速混合。 c.若采用2F－401面层涂料添加剂，加入硅溶胶投入量的千分之二到千分

之四。 d.把300～350目的锆粉按约3:1的粉液比加入硅溶胶浆桶中，此时要注 意，用手把团块揉散并搅拌均匀。 e.把消泡剂以每公斤硅溶胶加约2ml消泡剂并搅拌均匀。（用2F－401，则 不需要加消泡剂） f. 涂料需要混合到规定的工艺时间（面层：全新料时12小时以上，部分新 料时6小时以上），使气泡消除，耐火材料完全润湿后，才能使用。 g.以4詹氏杯检查，用锆粉、硅溶胶把粘度调到353秒。形状复杂的或 大件取上限,形状简单的或小件取下限,对小件浆液最低可以控制在28秒,但必须经技术人员同意. h.面层涂料配制时，要严格按加料顺序，依次加入硅溶胶、润湿剂、锆英 料、消泡剂，加料顺序应正确。 4.2.3.二层浆的配制： a.在不锈钢制浆桶中加入适量硅溶胶，开动浆桶，使其旋转。 b.把200目的煤矸石粉按约2：1的粉液比加入硅溶胶浆桶中，注意不要倾 泄添加以免结块，浆液必须混合到规定的时间，全新料10小时以上，部分新料2小时以上，才能使用。 c.以4詹氏杯检查，用煤矸石粉、硅溶胶，把粘度调到222秒(由工艺文件 具体确定) 。 4.2.4.背层浆的配制： a.在不锈钢制浆桶中加入适量硅溶胶，开动浆桶，使其旋转。 b.把200目的煤矸石粉按约：1的粉液比加入硅溶胶浆桶中，注意不可倾泄 添加，以免结块，浆液必须混合到规定的时间，全新料10小时以上，部分新料2小时以上，才能使用。 c.以4詹氏杯检查，把背层粘度调到142秒(由工艺文件具体规定)，封浆 层粘度121秒.

(仅供参考)ProCAST-熔模铸造过程数值模拟

熔模铸造过程数值模拟 —国外精铸技术进展述评 北京航空航天大学陈冰 20世纪90年代以来，国外一大批商业化铸造过程数值模拟软件的出现，标志着此项技术已完全成熟并进入实用化阶段，有相当一部分已成功地用于熔模铸造。其中，A FSolid (3D)（美国）, PASSAGF/POWERCAST（美国）、MAGMA（德国）、PAM-CAST（法国）、ProCAST（美国）等最具代表性。尤其值得一提的是由美国UES公司开发的ProCAST，和美国铸造师协会(American Foundrymen's Society)开发的 AFSolid(3D)，它们代表了二种不同类型的软件系统。 一. 熔模精密铸造过程数值模拟的佼佼者——ProCAST 早在1985年，美国UES Software Co.便以工程工作站/Unix为开发平台，着手开发ProCAST[1]。为了保证模拟结果的准确性，ProCAST一开始就采用有限元方法(FEM)作为模拟的核心技术。自1987年起，开发用于熔模铸造（精铸）的专业模块。1990年后，位于瑞士洛桑的Calcom SA和瑞士联邦科技研究院也参加ProCAST部分模块的开发工作。2002年，UES Software和Calcom SA先后加盟ESI 集团（法国）。通过联合，ESI集团在虚拟制造领域的领先地位进一步增强。 现在，ProCAST也有微机/Windows或Windows NT版本。三维几何造型模块支持IGES、STEP、STL 或Parasolids等标准的CAD文件格式。Meshcast模块能自动生成有限元网格。它的凝固分析模块可以准确计算和显示合金液在凝固过程的温度场、凝固时间，以及固相率变化，同时，从孤立液相区、缩孔／缩松体积分数、缩孔／缩松Nyiama （新山英辅）判据等三方面，帮助铸造工程师分析判断缩孔／缩松产生的可能性和具体位置(见图1) [2]。针对熔模铸造热壳浇注的特点，ProCAST传热分析模块考虑到热辐射对温度场和铸件凝固过程的影响, 这对于经常需要处理热辐射问题的熔模铸造而言特别重要。例如，对不锈钢人体植入物的凝固过程进行模拟时，发现位于模组中部的铸件由于接收到的辐射热比周边铸件多，因而温度偏高，不利于铸件顺序凝固，容易产生缩孔、缩松[1]。特别值得一提的是，ProCAST特有的辐射分析模块，计及辐射线入射角和遮挡物的影响，模拟对象一旦因相互运动导致辐射线入射角改变或产生遮挡, 该软件将重新自动进行计算，特别适用于定向凝固和单晶铸造。 a) 孤立液相区 b) 缩孔／缩松体积分数 c) Nyiama （新山英辅）判据图1 ProCAST缩孔／缩松判据

熔模铸造工艺流程

熔 模 铸 造 工 艺 流 程 料 模料 主 要 性 能： 灰 分 ≤0.025% 铁含量 灰分的10% ≤0.0025% 熔 点 83℃-88℃（环球法）60℃±1℃ 针入度 100GM （25℃）3.5-5.0DMM 450GM （25℃）14.0-18.0DMM 收缩率 0.9%-1.1% 比 重 0.94-0.99g/cm 3 颜 色 新蜡——兰色、深黄色 旧蜡——绿色、棕色 蜡（模）料处理 工艺参数： 除水桶 搅拌时温度 110-120℃ 搅拌时间 8-12小时 静置时温度 100-110℃ 静置时间 6-8小时 静置桶 静置温度 70-85℃ 静置时间 8-12小时 保温箱 温 度 48-52℃ 时 间 8-24小时 二、操作程序

1、从脱蜡釜泄出的旧蜡用泵或手工送到除水桶中，先在105-110℃下置6-8小时沉淀，将水分泄掉。 2、蜡料在110-120℃下搅拌8-12小时，去除水份。 3、将脱完水的蜡料送到70-85℃的静置桶中保温静置桶中保温静置8-12小时。 4、也可将少量新蜡加入静置桶中，静置后清洁的蜡料用手工灌到保温箱蜡缸中，保温温度 48-52℃，保温时间8-24小时后用于制蜡模。 5、或把静置桶中的回收蜡料输入到气动蜡模压注机的蜡桶中，保温后压制浇道。 三、操用要点 1、严格按回收工艺进行蜡料处理。 2、除水桶、静置桶均应及时排水、排污。 3、往蜡缸灌蜡时，蜡应慢没缸壁流入，防止蜡液中进入空气的灰尘。 4、蜡缸灌满后应及时盖住，避免灰尘等杂物落入。 5、经常检查每一个桶温，防止温度过高现象发生。 6、作业场地要保持清洁。 7、防止蜡液飞溅。 8、严禁焰火，慎防火灾。 压制蜡（熔）模 一、工艺参数 室温20-24℃压射蜡温50-55℃ 压射压力0.2-0.5Mpa 保压时间10-20S 冷却水温度15±3℃ 二、操作程序 1、从保温槽中取出蜡缸，装在双工位液压蜡模压注机上，使用前应去除蜡料中空气及硬 蜡。 2、将模具放在压注机工作台面上定位，检查模具所有芯子位置是否正确，模具注蜡口与压 注机射蜡嘴是否对正。 3、检查模具开合是否顺利。 4、打开模具，喷薄薄一层分型剂。 5、按照技术规定调整压注机时间循环，包括压射压力、压射温度、保压时间、冷却时间 等。 6、每次循环完毕，抽出芯子，打开模具，小心取出蜡模，按要求放入冷却水中或存放盘 中。注意有下列缺陷的蜡模应报废： A因模料中卷入空气，蜡模局部有鼓起的；B蜡模任何部位有缺角的； C蜡模有变形不能简单修复的；D尺寸不符合规定的。 7、清除模具上残留的模料，注意只能用竹刀，不可用金属刀片清除残留模料，防止模具型腔 及分型面受损。 8、合上模具，进行下次压制蜡模。 每班下班或模具使用完毕，应用软布或棉棒清理模具，使用螺钉紧固好模具。 9、如发现模具有损伤或不正常，应立即报告领班，由领班处理。

用FDM的ABS快速原型件进行熔模铸造

用FDM的ABS快速原型件进行熔模铸造 1、介绍 熔模铸造是一种经济的制造金属件方法，在某些情况下甚至是唯一的方法，比如：内凹，薄壁或其他难以制造的复杂结构。小批量生产时熔模铸造不利的一点是很长的准备时间和高昂的蜡模制造费用。做为蜡件的代替品，快速成型件可以为您节省大量的时间和费用。 一共6个铸造厂家参与了这项旨在评定由Stratasys 公司制作的ABS快速成型样件进行熔模铸造的测试。ABS样件是用来替代通过模具生产出来的蜡模。这些工厂都有使用不同工艺快速成型件的经验。此项实验的可行性报告是9个月前完成的，我们将测试3种样件。 2、目的 我们希望通过这个报告为FDM用户和铸造厂提供用不同材料熔模铸造的基本资料。 对于希望使用FDM样件熔模铸造的用户，这份报告提供了一些基本原理说明。 对于有经验的铸造厂来说，这个报告可以让他们了解到ABS与其他的快速成型件如环氧树脂，纸或其他材料相比的优越性。 最后，对于有一点或者完全没有经验的铸造厂，这个报告将揭示熔模铸造的过程以及使用ABS熔模铸造需要注意的方面。 3、ABS同蜡件的比较 传统的熔模铸造使用的蜡件是通过蜡模制作的，这个过程与注塑相似，而通常使

用的模具为铝模。今天，这种工艺已经被广泛的理解和接受。 Stratsys提供了另一种模式，这种模式不需要使用铝模。 我们提供两种适合这项工艺的材料，蜡和ABS。蜡材可以用于FDM1600，FDM1650，FDM2000；ABS可用于FDM1600，1650，2000，8000和FDM QUANTUM。 4、先进性和不足点： 使用这几种材料的优缺点请参考表1。几种材料分别是FDM ABS，FDM 蜡，铝模制作的蜡。 表1. 原型用FDM 的ABS，FDM 的蜡和传统蜡模优缺点对比 5、快速成型件的熔模铸造 一、普通熔模铸造过程 在熔模铸造件的传统生产过程中，每个蜡模都有用蜡焊接的浇口和出气口附着在其上，一个或更多的这些子装配件被称为树并且用几个陶瓷层成壳，开始用硅胶固定。 二、快速成型件用于熔模铸造 如果使用快速原形样件，首先安上蜡制的浇冒口和排气管，然后涂覆陶瓷浆，这些过程与普通熔模铸造是相同的。之后我们要把ABS件放到能够升温到1093度以上的热炉中脱蜡。脱蜡完成后清理残余灰烬并且检查模壳是否有裂缝。

熔模铸造

熔模铸造 1 概述 熔模铸造又称"失蜡铸造"，通常是在蜡模表面涂上数层耐火材料，待其硬化干燥后，将其中的蜡模熔去而制成型壳，再经过焙烧，然后进行浇注，而获得铸件的一种方法，由于获得的铸件具有较高的尺寸精度和表面光洁度，故又称"熔模精密铸造" 熔模铸造的工艺过程见图1。可用熔模铸造法生产的合金种类有碳素钢、合金钢、耐热合金、不锈钢、精密合金、永磁合金、轴承合金、铜合金、铝合金、钛合金和球墨铸铁等。 熔模铸件的形状一般都比较复杂，铸件上可铸出孔的最小直径可达0.5mm，铸件的最小壁厚为0.3mm。在生产中可将一些原来由几个零件组合而成的部件，通过改变零件的结构，设计成为整体零件而直接由熔模铸造铸出，以节省加工工时和金属材料的消耗，使零件结构更为合理。 熔模铸件的重量大多为零点几十牛（即几十克到几公斤），太重的铸件用熔模铸造法生产较为麻烦，但目前生产大的熔模铸件的重量已达800牛左右。 熔模铸造工艺过程较复杂，且不易控制，使用和消耗的材料较贵，故它适用于生产形状复杂、精度要求高、或很难进行其它加工的小型零件，如涡轮发动机的叶片等。 图1是熔模铸件的照片。熔模铸造的工艺过程见图2。 图1 熔模铸件照片 2 熔模的制造 熔模铸造生产的第一个工序就是制造熔模，熔模是用来形成耐火型壳中型腔的模型，所以要获得尺寸精度和表面光洁度高的铸件，首先熔模本身就应该具有高的尺寸精度和表面光洁度。此外熔模本身的性能还应尽可能使随后的制型壳等工序简单易行。为得到上述高质量要求的熔模，除了应有好的压型（压制熔模的模具）外，还必须选择合适的制模材料（简称模料）和合理的制模工艺。 2.1 模料 制模材料的性能不单应保证方便地制得尺寸精确和表面光洁度高，强度好，重量轻的熔模，它还应为型壳的制造和获得良好铸件创造条件。模料一般用蜡料、天然树脂和塑料（合成树脂）配制。凡主要用蜡料配制的模料称为蜡基模料，它们的熔点较低，为60～700C；凡主要用天然树脂配制的模料称为树脂基模料，熔点稍高，约70～1200C。 经常用来配制模料的原材料的性能见表1。

ABS熔模铸造

用FDM的ABS快速原型件熔模铸造 1、介绍 熔模铸造是一种经济的制造金属件方法，在某些情况下甚至是唯一的方法，比如：内凹，薄壁或其他难以制造的复杂结构。小批量生产时熔模铸造不利的一点是很长的准备时间和高昂的蜡模制造费用。做为蜡件的代替品，快速成型件可以为您节省大量的时间和费用。 一共6个铸造厂家参与了这项旨在评定由Stratasys 公司制作的ABS快速成型样件进行熔模铸造的测试。ABS样件是用来替代通过模具生产出来的蜡模。这些工厂都有使用不同工艺快速成型件的经验。此项实验的可行性报告是9个月前完成的，我们将测试3种样件。 2、目的 我们希望通过这个报告为FDM用户和铸造厂提供用不同材料熔模铸造的基本资料。 对于希望使用FDM样件熔模铸造的用户，这份报告提供了一些基本原理说明。 对于有经验的铸造厂来说，这个报告可以让他们了解到ABS与其他的快速成型件如环氧树脂，纸或其他材料相比的优越性。 最后，对于有一点或者完全没有经验的铸造厂，这个报告将揭示熔模铸造的过程以及使用ABS熔模铸造需要注意的方面。 3、ABS同蜡件的比较 传统的熔模铸造使用的蜡件是通过蜡模制作的，这个过程与注塑相似，而通常使用的模具为铝模。今天，这种工艺已经被广泛的理解和接受。 Stratsys提供了另一种模式，这种模式不需要使用铝模。 我们提供两种适合这项工艺的材料，蜡和ABS。蜡材可以用于FDM1600，FDM1650，FDM2000；ABS 可用于FDM1600，1650，2000，8000和FDM QUANTUM。 4、先进性和不足点： 使用这几种材料的优缺点请参考表1。几种材料分别是FDM ABS，FDM 蜡，铝模制作的蜡。 表1. 原型用FDM 的ABS，FDM 的蜡和传统蜡模优缺点对比 5 一、普通熔模铸造过程 在熔模铸造件的传统生产过程中，每个蜡模都有用蜡焊接的浇口和出气口附着在其上，一个或更多的这些子装配件被称为树并且用几个陶瓷层成壳，开始用硅胶固定 二、快速成型件用于熔模铸造