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帝國學(xué)院材料科學(xué)與技術(shù)系，倫敦SW72BP，英國2004年4月26日收到，2004年9月23日接受摘要：在這項研究中，運用一個新的數(shù)學(xué)模型來計算在消失模模型溶解過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

2、程，比如：泡沫的分解、氣體的滲透、難溶物質(zhì)的滲透。為了實現(xiàn)對金屬液流體的流動的預(yù)測與模擬，根據(jù)對流體溶液的體積算法而開發(fā)了計算流體動力學(xué)的代碼。為了驗證模擬計算的結(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的高速攝像機記錄充型的過程。為了測量在充型過程中泡沫的解聚率及泡沫與金屬液前段的間隙，而運用框架分析圖像信息。將實驗和仿真結(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、，流體流動模擬，建模的背壓，模型的分解1引言在消失模鑄造過程中，泡沫模型通常是可發(fā)性聚苯乙烯做成的。相對于傳統(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)雜的過程，其中包括傳熱傳質(zhì)、流體流動、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程中流動的方向，這對金屬的質(zhì)量有決定性的影響[2]。因此在設(shè)計澆注系統(tǒng)和消除缺陷（冷隔、氣孔）的時候EPS模型在充型過程中分解產(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量模具內(nèi)的背壓作為金屬液前沿的進展，但是他們對氣體的壓力和高熔點合金的充型速度對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程，主要是研究金屬液前端和泡沫接觸的瞬間的過程。消失模分解的機理主要是根據(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確定。直接測量和模擬金屬與泡沫的熱交換系數(shù)是非常困難的，尤其是對高熔點的金屬。由于建立消失模鑄造的數(shù)學(xué)模型復(fù)雜，對消失模鑄造的數(shù)學(xué)建模的嘗試是很少的并且僅限于幾個簡單的非常有限的計算，盡管有一些半公式性的流體流動規(guī)律和關(guān)于金屬液前端氣體壓力的報道

6、，但是大多數(shù)學(xué)者還是通過實驗來驗證消失模的充型過程[10]。為背壓，它對金屬液充型過程起決定性影響。因此，在有背壓的情況下建模的主要是如何測量間隙的體積和在充型過程中不斷釋放的氣體的體積。如果澆注時間可以被劃分成細小的等份，根據(jù)澆注時間，它可以被視為一個準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。因此，理想氣體定律可以進行改進而用來測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）測量的質(zhì)量燃燒的泡沫在每個時間步或間隙體積。（ii）體積測量在步驟確定質(zhì)量釋放的氣體（i）。（iii）測量間隙壓力，考慮到耐火涂料透氣性。在第一步中，該間隙的體積（Vgap）是通過一種新方法測量的，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。這是通過分析從一個16mm高速攝像機獲得的充型過程