从一个产品制壳断芯看脱蜡应力

       还是上次那个通道产品，我们对前期发生的断芯情况进行总结，发现断芯问题比较多的是一边，而另一边断的很少或者基本不断，这是怎么回事?

       我们来看看断芯与不断芯部位的产品结构。断芯部位就是一个简单的管状不通孔，壁厚均匀；而不断芯部位前面是一个7.5mm厚的大平面，后面的结构与断芯位置类似。这到底是什么原因，它产生的机理是什么？断芯的断裂方式是什么?

       要知道为什么断，怎么断，我们必须从芯子部位的受力情况进行分析。

       首先分析型芯断裂情况。断芯实际上是一个悬臂梁。要使悬臂梁断裂，有三种方式：第一，在悬臂梁轴线的垂直方向位置施加一个力，当该力大于模壳湿强度时，悬臂梁断裂；第二，在悬臂梁轴线方向施加一个拉应力使其断裂；第三种情况也有可能是两者皆有之导致型芯断裂。这是其一。其二，芯子断裂的部位。俗话说的好，绳子总是从细处断。在材料力学上讲，断裂部位一般在应力集中部位。在本案例中，断裂位置符合材料力学，从型芯的根部断掉。

       再来分析型芯的受力情况。型芯部位为悬臂梁。它的轴线四周以及型芯顶部全部被蜡料包围。而蜡料在加热膨胀时产生一个膨胀应力，而这个应力的方向取决于蜡料的膨胀方向，也就是蜡料膨胀逃逸的方向。在本例中，由于型芯部位全部被灌浆为实心，蜡料膨胀受阻力比较大，所以，蜡料只能向外壁逃逸。在蜡料向外部逃逸的过程中会给型芯施加一个反作用力。在型芯轴线的垂直方向由于四周都受到蜡模膨胀所产生的应力，这个力由于四周壁厚都一致，所以在型芯轴线垂直方向受力应该是合力为零。而在轴线方向，由于两段结构不一致。一端是大平面（相对于另一端），另一端面积比较小。在脱蜡时，面积大的由于跟热蒸汽快速对接后，相应位置蜡料快速熔化，蜡模膨胀产生的应力得到释放，相应对型芯产生的作用力方向为型芯顶部向外，为压应力。同时强度减小很多。而另一端由于面积较小，脱蜡时蜡料膨胀产生的应力无法释放，其作用力方向为型芯根部向内，为拉应力。同时，强度很大。当应力超过模壳湿强度时，就会产生型芯断裂。

       实际上，这个产品的主要问题还是在于脱蜡时蜡料膨胀无法释放。根本原因在于在蜡模生产时使用了实心铸件，一致在脱蜡时蜡料耿耿于怀，无法释放戾气，最终以搞破坏的形式结束了脱蜡过程。

       模壳脱蜡的目的是尽可能顺利、干净的排出蜡料。所以，凡事有利于脱蜡的因素都会对模壳脱蜡质量有积极意义。因此，作为一个铸造工程师，在搞铸造工艺设计时应该考虑周细，才能使铸件质量得到保证。