艺术铸造 原来艺术类精铸是这样制作出来的

0.93 s1.63 s 2.09 s2.30 s

图4方案一真空吸铸充型过程数值模拟结果

1.17 s 2.01 s 2.59 s 2.64 s

图5方案二真空吸铸充型过程数值模拟结果

从图4和图5可以看出，合金液的真空吸铸充型过程在两次浇注过程下是稳定的，当充型速度选择为60 mm/s时，主流道内合金熔体的自由液面以近似水平的状态向上填充。从图4b可以看出，在吸铸压力的作用下，合金液沿主流道垂直方向快速上升，几乎充满主流道，高温熔体同时流过两个垂直和水平的内流道，注入型腔，不利于型腔内气体从上内流道顺利排出。此外，熔融金属进入型腔后，型腔内液面的上升高度远低于主流道内液面的上升高度，这可能主要是由于下主流道横截面较小，限制了金属流入型腔，以及熔融金属流入模具时产生的反压力，随之填充阻力大大增加，型腔内熔融金属的流速将不可避免地降低。充型时合金流的分流和交汇见图4c，对不同位置的充型顺序和充型时间影响较大，难以避免铸造缺陷。当上下两种不同温度的熔融金属碰撞相遇时，通常相交处的熔融金属温差较大，无法避免夹卷或湍流现象，进而该区域的夹卷可能造成冷隔、夹渣等缺陷。再者，艺术铸件结构复杂，多为薄壁空，熔模壳本身透气性差，使得合金液充型背压较大，容易出现冷隔或浇注不充分等缺陷。这些因素不利于形成完整的铸件，生产中必须避免。

从图5可以看出，与工艺方案一相比，方案二中薄壁型腔处的熔体流速与主流道处的流速差别不大。合金溶液依次从副流道和下内流道流入充型腔，熔融金属自下而上缓慢充型，型腔内的气体可从顶部排气通道顺利排出，有助于艺术铸件的完全充型和顺序凝固。当充模时间为2.59 s时，熔融金属开始流入上浇道，型腔内金属液面基本达到同一高度，可有效避免合流带来的缺陷。而且从上浇道流入的高温熔融金属同时保持较大的流动压力，可以继续填充顶部细小区域。参见图5C。100%充满后见图5d。与右侧的温度梯度图相比，发现整个温度高于液相线温度。此时可以保证凝固过程中的补缩通道畅通，浇注系统中的高温熔融金属在true 空的压力下连续补缩，大大降低了冷隔的风险。同时也保证了凝固过程中的顺序凝固，从而进一步降低了缩孔的风险。

关公图像缩孔缩松缺陷的预测

方案一方案二

图6不同浇注工艺下铸件缺陷分布预测结果

从图6a可以看出，方案I形成的铸件表面缺陷较多，孔隙率达到2.67%，主要是合金液合流冲击产生的夹气夹渣缺陷。特别是关公雕像铸件的头部、袖口、臂杆等部位存在较多的缩孔，主要是由于真空吸铸后期壁薄而细，散热快，熔体温度下降快，凝固补缩压力有限，导致补缩通道不畅，导致这些部位可能出现冷隔或缩孔缺陷。此外，收缩缺陷也出现在关公图像的厚局部区域。缺陷预测结果表明，双通道浇注系统无法获得高质量的铸件。浇注方案二下成型铸件的孔隙率仅为0.4%左右，远低于方案一，说明浇注系统整体凝固补缩效果良好。此外，关公头部的缺陷明显减少，铸件袖口处只有轻微的收缩，因为这个区域不能很好地填充。从图6可以看出，方案二形成的关公图像除袖口外，表面没有明显的缺陷，这说明带有辅助流道和排气通道的浇注系统可以实现自下而上的顺序充型，可以很好地降低冷隔、缩孔、气孔等缺陷的发生概率，最终获得表面质量优异的艺术铸件。

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实际产量

实验采用水玻璃熔化型壳，选用ZL101A铝合金，吸铸充型速度为60 mm/s，浇注温度为710℃，型壳预热温度为350℃，吸铸真空度为-60 kPa，保压100 s，脱模。整个浇注过程在自主研发的离心真空空吸铸装置上完成。

图7是通过浇注获得的关公图像。从铸件外观可以看出，方案二形成的关公像外表面质量较好，没有明显的铸造缺陷，尤其是其头部、袖口和臂部的细小薄壁区域没有发现明显的缺陷，说明熔模铸造空吸铸复合工艺应用于中空薄壁艺术铸件可以取得良好的效果。

图7关公雕像铸造

资料来源:《特种铸造与有色合金》2020年第40卷第05期