熔模精密鑄造相對其它鑄造的區別主要是紅殼（1050℃左右）條件下澆注。它帶來了良好的充型能力使鑄件表面光滑，但給鑄件的補縮也帶來了諸多的問題，如：采用同時凝固時熱節分散和孤立熱節的補縮；將縮孔轉移到補縮系統后補縮的距離和冒口的增大量的計算【1】等系列的工藝措施，因鑄件的結構變化、模殼的厚度及適用的耐火材料不同，目前大多的工藝處理還是憑經驗。由于熔模鑄件小，一般狀況下澆注系統中的內澆口也是冒口，同時還是制殼的支撐點，運用多變的工藝手段，使有限的澆（冒）口的用量綜合性的解決問題，而且越少越好是本文論述的要點。
一 、 補貼
所謂補貼是通過向冒口敞開的擴張角，保證冒口和被補縮部位之間存在補縮通道【2】。圖一閥座是個應用補貼的一個實例，質量 2.62Kg。由圖一和圖二所示便知熱節區域，如箭頭所指位置可設置為鞍馬式的澆（冒）口，問題是不便打磨澆口余根的同時，由于位置有限還易出現反縮和制殼時易掉件的情況發生。據此設計的澆注補縮系統是轉移，如圖三所示一個補貼式澆（冒）口。按補縮距離、模數周界商法計算【2】，綜合分析溫度梯度分布后設置了如圖一的組樹方案一串兩件。但再經模擬分析仍可見部分區域的縮松現象，就是說補縮的能力還不夠。為此工藝設計時將內澆口的設置高度調低到僅為11mm，補縮距離縮短的同時澆（冒）口區域的型殼厚度也增厚了，即提高了澆（冒）口區域的蓄熱系數；制殼時在第第四、第五層，于內澆口附近和橫頂注棒整體區域用石墨砂替代莫來砂【3】，用以保溫和發熱；澆注時模殼從焙燒爐中取去來后，迅速順模殼的下部位（約孔的一半位）浸于水中使模殼降溫【4】約150℃左右，澆注完后在澆口杯口撒冒口保溫劑，以保證模殼的上部蓄熱最大化，減緩散熱速度，以保證澆注系統按照順序凝固的原則進行。橫頂注棒重4 Kg，工藝出品率56.7%。
圖三 7904C 高菜盆螺母 質量52g 圖四 原內澆口設置可能因為法蘭邊只有3.25mm厚，受蠟的強度限制，在制殼時不能挑起直徑有φ53mm這樣一個相對大面積的東西，按熱節的需求設兩個內澆口。采用四排豎模頭組樹24件，出品率23.78%，且對澆口的切割、打磨相當困難，變形嚴重【5】。圖五采用仿補貼式內澆口，除補縮作用和加大金屬液流入速度外，還有一個重要目的是增加蠟模的強度，以保證在制殼過程中，不能因為內澆口的入水口太薄，粘漿、撒砂的過程中斷裂或產生彈性使模殼層間破裂，導致澆注時“漏鋼水”。圖五箭頭所指轉角處的圓角R1mm，易出現縮松，酸洗鈍化處理后有“吐酸”現象，后改為倒角1.25mm×45°【6】，徹底解決了這個問題。側注豎三排直模頭，組樹60件，工藝出品率46.43%，比原方案提高了近一倍，切割、打磨效率則提高近3倍且幾乎沒有變形的問題，減掉了矯形這道工序。
二、溫度梯度
金屬材料的凝固區域寬、窄和凝固形態等因素影響是重要的工藝參數；鑄件的結構特征影響也是至關重要的。凝固過程中要實現正向的溫度梯度【4】，實質是對冷卻速度的調整，對一個鑄件而言不同的部位還應有不同的冷卻速度，當中它的依據是由鑄件的材質特性和特征來決定的。促使溫度梯度的變更，應加強對承載體——型殼的變更，不是單純地澆注系統變更。如制殼用漿粘度、耐火材料等做適當的調整，自然蓄熱系數的大小也就不同了；模殼的焙燒工藝實施有區別的對待，使其接觸金屬液時有不同的溫度，隨之冷卻速度也就不同了；再加之在澆注成型和冷卻的過程中，外部的條件和環境調整，鑄件的同時凝固和順序凝固就能夠順利進行了。
圖六 65E8底座 質量 2.8Kg 。圖示鑄件大體由兩個直徑Ф105mm的圓柱體組 成，中心距101mm。采用復合式澆注系統，制殼4層+背漿，圖示冒口的下部一半位置，在澆注前將紅模殼浸水降溫，清砂后在兩圓柱交匯處出現縮裂，尤以上部更為嚴重，與計算機數值模擬截面（藍色區域代表縮松傾向）基本吻合。簡單的分析是由于此處的鑄件厚度太薄，設置的內澆口太小形成的反縮所致。再進一步的分析其端倪是制殼時由于兩圓柱交匯處，涂料漿形成的淤積和浮砂堆積使這個區域的模殼厚度增大，過厚的型殼不易散熱使蓄熱系數增大，促使溫度梯度反向，順序凝固變成了倒序凝固所致。也就是說設置的補縮系統成了累贅——反縮了，由鑄件來補澆注系統。第二次試驗時粘漿操作在第三和第四層分別重點關照，有意識的將此尖角部位一是先涂刷硅溶膠，以降低涂料漿的粘度和涂層厚度，上砂完畢后將多余的砂和漿撥掉。因鑄件外表面有幾處招牌標記字體較細小，為使字面清晰澆注溫度設定為1650℃，浸水操作不變，鑄件清理后再也看不到縮孔、縮裂和縮松吐酸的問題了。
圖八 圓盤閥 要求承壓50Mpa試驗的耐高壓鑄件。 質量：4Kg 。從鑄件的結構看，中間的圓柱明顯偏小，其轉角處平面有標記，就結構而言不允許調整。組樹一串兩件，制殼5層+背漿，第三層后流道部位灌砂，第四層后在中間圓柱和錐形澆（冒）口處與橫頂注棒用漿料將口封住，使之內部形成空隙保溫【6】。意在通過箭頭所指上部空隙保溫，達到延緩內澆口的補縮時間但事實上達不到，鑄件加工后出現了如圖九所示的的縮孔。面對這種反順序凝固的現象，認為問題出現在12mm厚的流道上。模殼焙燒一次性升溫——保溫，再到澆注的這樣一個工藝過程。首先說模殼它的內外溫度是同等的、一致的，當金屬液進入型腔后，閥體12mm厚的流道受金屬液的包覆很難散熱，既是冷卻也是由外到里的緩慢的一層層這樣冷卻下來的，盡管前所述的實施的溫度梯度工藝措施，根本達不到正向的溫度梯度方向所需的條件要求。據此作如下調整，一是制殼工藝，鑄件流道灌砂后，在第四、第五層分別用炭砂和莫來砂，即澆注系統采用炭砂撒砂，鑄件部分采用莫來砂浮砂粘附，這樣的型殼是上下有別的；二是改變焙燒工藝，先將模殼燒透后從焙燒爐中取出來自然冷卻至室溫，澆注前20分鐘再將模殼裝入燒爐中焙燒，主要只給表面加溫——這樣模殼溫度的分布狀況也是內外有別的；三是澆注完后將鑄件放入一個桶中，多加點燃燒劑，然后再迅速蓋箱保溫，在箱內形成一個氣壓態勢的同時使模殼的外殼不易冷卻，特別是對澆注系統的保溫。通過上述系列措施，使鑄件的補縮系統冷卻時間遲于了閥體的流道部分時間，正向的溫度梯度達到了順序凝固的條件，自然反縮現象也就沒有了。
三、充型
在金屬液充型過程中，液—固—氣界面張力和平穩充型能力強弱過程【2】，即影響鑄件輪廓清晰與否，還影響內在質量，諸如縮孔、縮松和氣孔等。
圖七 322A/B螺母 材質 SCS13 質量 43g 外徑φ40mm，內孔φ23.5mm，高15mm，圖七剖面原內澆口設計的方案工藝設計考慮到模具的脫模問題，將內澆口平行設置在端面上，寬度16mm，厚度4.5mm，形成一個徑向內澆口。問題出現如箭頭所指一圈的位置上，縮松引起的吐酸現象。圖八改進后的設計如圖所示為軸向縫隙式內澆口，切割處高度8mm，厚度仍是4.5mm，但是打磨量卻少了一半，關鍵是避免了吐酸和制殼時易斷裂的問題。由此可以分析的問題是，別看高度只有15mm，壁厚也很薄只有2.5mm厚，但從鑄件的熱節分析雖小還是有兩個。由圖七、圖八前后內澆口的工藝設計原理來看，一個徑向和一個軸向金屬液的一個充填過程的90°方向變更，簡單的看只是充型過程的變異，但它的內涵牽涉到的是凝固原則性問題。
圖九 814B螺母 質量 0.24Kg 外徑φ68mm，壁厚5.45mm，高14.3mm，板厚4mm，六方頭對角32mm，高20mm，中間孔徑φ21.6mm，即此處的壁厚與外圓的壁厚基本相等，鑄造圓角客戶只應許R0.5mm，從鑄件的熱節分析有兩個。內澆口設置在外圓對應平面輪輻上，直模頭的結合面和與鑄件的結合處面積陡增大2.5倍，保障了金屬液有一個強大的壓頭，通過輪輻這個平臺，按兩壁厚和輪輻板厚基本相等和輪輻不長來分析，在不增加其它工藝措施的條件下是可以補縮給六角頭這個部位的。但圖十的組樹方案一是平澆工藝，金屬液的充型過程由一邊往六角頭這個最低處往下淋，或者說是瀑布式的在六角頭往下落，然后逐漸充填至充滿型腔，問題就在靠內澆口的這邊與對面的溫差，輪輻的轉角處就出現了縮松吐酸。“圖十一方案二”只是將組樹方案改平澆為傾斜式澆注。傾斜35°角度后金屬液的充型過程是切線式的由下往上的旋轉充型過程，局部過熱和冷熱不均現象得到了改善，因而鑄件沒有出現問題。圖示澆注方案均采用直模頭，組樹21件，工藝出品率57%。
四、 鑄造過程數值模擬
運用計算機數值模擬【7】分析到的鑄造缺陷，找到關鍵點然后采用對應措施，可以事半功倍。圖十二是“KO.040閥體”的解剖圖，材質“SCS14”，質量 1.95Kg。圖十三至十四是兩種組樹工藝方案，經數值模擬后，“組樹方案一”的缺陷截面如圖十五“a”、“b”、“c”三圖所示，缺陷嚴重且又工藝補救措施不利實施；“組樹方案二” 的缺陷截面如圖十五“d”、“e”兩圖所示依然嚴重，但利于補救措施的實施。從缺陷“e”截面分析，問題嚴重的地方是在箭頭所指的那個部位。就“組樹方案二”而言這個最高點其它補救措施也很難到位，且在“圖十七 組樹方案三”所示“A”區域正對的兩筋板，由于間隙太窄，易使型殼局部過熱引起縮松或縮裂，靠上部的澆道很難消除這部分的缺陷。據此設計的澆注系統工藝方案如圖“十七 組樹方案三”所示，一串組樹兩件。但模擬分析的缺陷依然還有兩個地方存在縮松區，在“圖十七 組樹方案三”所指的筋板“Ⅰ”區域和“Ⅱ”區域。“Ⅰ”區域所指的筋板“B”澆口是補縮不到這個熱節點的；再從“Ⅱ”區域來看，于圖“十八”剖面所示的流道由于轉角位太尖、窄如箭頭所指涂有紅色的圓角位置，殼型不易散熱而極易引起鑄件的縮裂傾向產生，“A”澆口由于被流道隔開望塵莫及，“B”澆口說明圖中藍色部分為“縮松傾向區”，黃色部分為“縮孔傾向區”。
位置有限也無法補縮到位。為此對“Ⅰ”和“Ⅱ”區域采用如“圖五 65E8 底座”的工藝，在制殼第三、第四層時，用鐵線將此圓角的砂扒掉，開約4mm寬的槽，雖然模殼的厚度約比其它區域約薄一點，但沒有影響到殼型的基本強度；模殼的焙燒澆注工藝也同“圖八 圓盤閥”；金屬澆注前將殼型的一半多一點的地方，即超過筋板的位置入水降溫。這是個復合式的澆注系統，既要側注，又有頂注；從凝固方式分析既有順序凝固，又有同時凝固的方式；從補縮系統分析，既有集中，又有“分散、孤立”——這樣一個綜合式的補縮系統運用。
結語
鑄造工藝的實施前，首先要弄清楚它的材質特性，再來分析鑄件的結構特征，設計的澆口用量盡可能的少，借以數值模擬分析平臺論證，以減少試制周期爭取較好的經濟效益。問題是在補縮系統的澆注工藝設計過程中，如何處理好“分散、孤立”、“轉移、集中”的關系，這就需要有多手段的、靈活多變的工藝方法來克服“差一點”問題。所謂“差一點”主要是指鑄件的結構，熱節點多且設置澆口的位置有限，往往因加工難度或費用而要鑄造來解決，但作為鑄造工作者應盡量滿足原設計者的理念，這就給我們提出了“更高、更好、更快”的新挑戰，在諸多方面需有新的突破才可滿足市場的需求。
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