第128章 如何把握停止澆鑄的時機
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相比之下,在三種鑄造方法中,泥模的散熱速度最慢,鐵模的透氣性最差。
所以翁翊皇在泥模上設置明頂冒口,是為了輔助散熱,在鐵模上設置明頂冒口,是為了輔助透氣。
不過鐵模隻靠冒口排氣是不夠的,還需要設置排氣孔、排氣槽、透氣塞,或在局部區域使用透氣材料以改善鐵模的排氣性能。
此外還可以使用真空輔助排氣。
其原理是在澆注前,通過真空泵將型腔內的空氣抽出,使型腔內部形成一定的真空度。
這樣在澆注時,氣體的阻力就會大大減小,有利於金屬液快速填充型腔。
不過這基本上是隻有現代才能使用的方法,
因為需要配備專門的真空設備,而且對鐵模的密封性能要求較高。
要說翁翊皇在砂箱上沒有設置冒口,那是打死李國助都不會相信的。
隻能說,他在砂箱上用到的是暗冒口。
這也恰恰符合古代鑄炮時,設置冒口的一般準則。
在17~19世紀70年代前後,優質的鑄鐵炮材主要是灰口鑄鐵。
灰口鐵具有良好的流動性、較小的收縮率和良好的切削加工性,可提高鑄件品質,使炮體質量更優。
石墨在鐵中以片狀形式析出後,就形成了灰口鐵。
而適中的冷卻速度,恰恰有利於鐵水在凝固過程中析出石墨,從而獲得灰口鐵鑄件。
這也是砂模鑄造在18世紀工業革命後開始逐漸成為主流鑄造工藝的原因之一。
而在這三種模具中,泥模散熱速度最慢,砂模散熱速度適中,鐵模散熱速度最快。
所以在模具上使用暗冒口有助於減緩散熱速度,特別是在鐵模上最有必要。
如果翁翊皇的經驗足夠豐富的話,他甚至可能在鐵模上設置保溫暗冒口。
保溫暗冒口是指頂部不暴露在外界環境中,被型砂、保溫材料等包圍的冒口。
其保溫材料可以在冒口壁內部或者包裹在冒口外部。
由於暗冒口四周被型砂包圍,本身散熱就相對較慢。
再加上保溫材料的作用,其內部金屬液的熱量散失就更加緩慢。
不過減緩散熱速度並不是暗冒口存在的意義,
而是因為其熱損失小,能夠在較長時間內為鑄件提供流動性良好的液態金屬來進行補縮,從而減少鑄件縮孔、縮鬆等缺陷,提高鑄件質量。
在鑄件凝固過程中,暗冒口可以利用金屬液的靜壓頭和凝固收縮產生的壓力差,將冒口內的液態金屬輸送到鑄件收縮部位進行補縮。
而且因為是暗冒口,它在一定程度上能夠減少外界因素,如灰塵、雜質等對冒口內金屬液的影響。
暗冒口的設計還可以控製鑄件的凝固順序。
合理設計的暗冒口能夠使鑄件按照順序凝固,即從遠離冒口的部位先凝固,然後逐漸向冒口方向凝固。
這樣可以保證在鑄件主體凝固過程中,冒口始終有液態金屬來進行補縮。
所以暗冒口在任何鑄造工藝中都是必要的。
不過模具上哪裏用了暗冒口就不是李國助能看出來的了,必須專門詢問翁翊皇才行。
但現在並不是詢問的時候,否則會幹擾翁翊皇對停止澆鑄時機的準確把握。
當模具上沒有明冒口的時候,在古代的技術條件下,可通過觀察澆口處的鐵水狀態來判斷停止澆鑄的時機。
當鑄型型腔即將被鐵水填滿時,澆口處的鐵水液麵會逐漸上升並趨於穩定。
當液麵不再有明顯的波動,沒有出現因鐵水流動而產生的漣漪或漩渦時,通常是型腔已基本充滿的一個信號,可以考慮停止澆鑄。
鐵水在高溫下呈現出明亮的顏色,隨著溫度降低和澆鑄過程的進行,會逐漸變暗。
當澆口處的鐵水顏色變得相對較暗,且不再有明顯的亮色區域流動時,可能意味著鐵水的補充已經足夠,澆鑄可以停止。
當型腔完全充滿後,繼續澆鑄會導致鐵水在澆口處出現回流或溢出。
一旦觀察到有少量鐵水從澆口溢出或沿著鑄型外壁流下,就應立即停止澆鑄,防止鐵水浪費和對周圍環境造成影響。
此外,還可憑借以往的經驗數據,依據澆鑄時間和鐵水用量估算停止澆鑄的時機。
在長期的生產實踐中,對於特定的鑄件和鑄型,會積累一定的澆鑄時間和鐵水用量數據。
可以根據以往成功澆鑄的經驗,大致估算本次澆鑄所需的時間和鐵水量。
當達到或接近這個估算值時,結合其他判斷方法,如澆口和冒口的情況,來綜合決定是否停止澆鑄。
如果已知鑄件的設計重量和體積,以及鐵水的密度,可以計算出所需鐵水的理論用量。
在澆鑄過程中,當注入鑄型的鐵水量接近理論計算值時,要密切觀察澆口和冒口的狀態,以確定是否停止澆鑄。
但這種方法需要考慮到鐵水在澆鑄過程中的損耗等因素,所以隻能作為一個大致的參考。
在現代,還可以使用先進的檢測設備判斷停止澆鑄的時機。
在澆鑄過程中,可以在鑄型的關鍵部位或澆口附近安裝熱電偶,實時監測鐵水的溫度變化。
當溫度曲線顯示鐵水溫度已經降低到接近凝固點,且不再有明顯的上升趨勢時,這可能是停止澆鑄的信號之一。
因為繼續澆鑄可能會導致新注入的鐵水與已在型腔內開始凝固的鐵水之間產生較大的溫度差,從而影響鑄件質量。
利用超聲波傳感器可以檢測鑄型內鐵水的填充情況。
超聲波在鐵水中的傳播速度和反射情況會隨著鐵水的填充狀態而變化,
通過分析超聲波信號,可以了解型腔是否已經被鐵水填滿。
當檢測到型腔已滿的信號時,就可以停止澆鑄。
可惜現在是17世紀,不可能有現代先進的檢測設備。
至於在長期的生產實踐中積累的經驗數據,基本也是不存在的。
畢竟鑄造3磅團炮、及用砂模和鐵模鑄炮,對翁翊皇來說,都是破天荒第一次。
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