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1、第二章浇注系统设计n一、浇注系统的组成及其作用n二、浇注系统的类型及其应用范围一、浇注系统的组成及其作用n1、浇注系统的基本组元、基本要求n2、金属液在基本组元中的流动q（1）液态金属的水利学特点q（2）在浇口杯中的流动q（3）在直浇道中的流动q（4）在横浇道中的流动q（5）在内浇口中的流动典型浇注系统结构示意图浇注系统的基本组元、基本要求n浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道之总称。 它由浇口杯(外浇口)、直浇道、直浇道窝、横浇道和 内浇道等部分组成。n浇注系统的基本要求浇口杯直浇道直浇道窝横浇道内浇道横浇道末端溢流口冒口铸件排气孔浇注系统的基本要求1)所确定的内浇道的位置、方向和个数应符
2、合铸件 的凝固原则或补缩方法，调节砂型及铸件上各部 分温差，控制铸件的凝固顺序，不阻碍铸件的收 缩，减少铸件变形和开裂。2)在规定的浇注时间内充满型腔，让液态合金以最 短的距离，最合宜的时间充满型腔。3)提供必要的充型压力头，保证铸件轮廓、棱角清 晰。4)使金属液流动平稳，避免严重紊流。防止卷入、 吸收气体和使金属过度氧化。5)具有良好的阻渣能力。6) 金属液进入型腔时线速度不可过高，避免飞溅、 冲刷型壁或砂芯。 7) 保证型内金属液面有足够的上升速度，以免 形成 夹砂结疤、皱皮、冷隔等缺陷。 8)不破坏冷铁和芯撑的作用。 9) 浇注系统的金属消耗小，并容易清理。 10)减小砂型体积，造型简单
3、，模样制造容易。在保 证铸件质量的前提下，浇注系统要有利于减少冒 口体积，结构要简单，在砂型中占据的面积和体 积要小，以方便工人操作、清理和浇注系统模样 的制造，节约金属液和型砂的消耗量，提高砂型 有效面积的利用。液态金属的水利学特点n粘性流体流动n壁的多孔性、透气性和合金液的不相润湿性n不稳定流动n多孔管的流动n紊流流动 （ 雷诺系数Re=2300 ）n当液态金属具有一定的过热度，浇注系统不太 长，冲型时间较短时，浇道结晶现象不发生， 粘度对流动影响不大。液态金属在浇口杯中的流动情况n作用：n1、承接来自浇包的金属液体，防止 金属液飞溅和溢出，便于浇注，减轻 液流对型腔的冲击。n2、分离熔渣
4、和气泡，阻止其进入型 腔n3、增加冲型压头n浇口杯类型：n漏斗形(a)和盆形(b)n水平漩涡的预防q当金属液丛各个方向流入直浇道时， 各向流量不均衡，当某一流股的流向 偏离直浇道中心时就会形成水平漩涡 ，水平漩涡容易带进杂质和气体，要 尽量避免浇口杯内旋转的液体具有的 动量矩满足守恒定律q Mvr=常量 qM：距直浇道中心为r处的质点的质量 ；qv：该点的切线速率；qr：该点到直浇道中心的距离n浇口杯内的液面深度，其次是浇注高度、浇注方向及 浇口杯的结构等。为了保证浇口杯的液面高度，常采 用浇口塞水平漩涡的形成影响因素n逆向浇注较顺向浇注为佳，侧向浇注介乎两者之间。上大下小 截面等截面或 上小
5、下大金属液体在直浇道中的流动情况n功能：从浇口杯引导金属向下进入横浇道内浇 道或者直接导入型腔。n液态金属在直浇道呈现两种流动状态充满式 非充满式n水力模拟试验n实际生产中直浇道总是上大下小的圆锥状，入口处圆角过 渡。同时在其他浇道中设置局部阻力，保证充满状态，避 免液流离壁和负压现象。n轻合金砂型铸造是常采用蛇形或片状直浇道，以增加 水力学阻力，降低流速缓和紊流程度n直浇道底部浇口窝或 缓冲槽的作用：n1、缓冲作用n2、缩短直横浇道的紊流区n3、改善内浇道地流量分布n4、减少直横浇道拐弯处的 局部阻力和水头损失5、浮出金属液中的气泡金属液体在横浇道中的流动情况n主要功能 向内浇道分配洁净的
6、金属液储留最初浇入的含气和 渣污的低温金属并阻留 渣滓使金属液流平稳和减少 氧化夹杂物横浇道的流量分配作用n 液流充满横浇道的同时，即由横浇道分配给各个内浇道。同一横浇道上 有多个等断面的内浇道时，各内浇道 的流量不等。一般条件下远离直浇道 的流量大，近直浇道的流量小各内 浇道的流量主要取决于合金液柱的高 度、横浇道的长度、内浇道在横浇道 上的位置以及各浇道断面积之比。n 内浇道流量不均匀性对铸件质量有显著影响，容易出现局部浇不足。横浇道的挡渣作用 n熔渣特性不同，挡渣的原 理和措施也不同。对于密 度小于合金液的夹杂物一 般采用重力分离的措施， 而对于密度大于合金液的 夹杂物，则在浇注系统中
7、采用过滤挡渣的方法(如 镁合金铸造)。铝合金的 熔渣有大有小，所以在横 浇道设计中需要综合采用 以上两种挡渣措施。(1)杂质与合金液的密度差，密度差越大，渣子越易上浮除 去。n(2)渣团半径及上浮速度的大小，渣子上浮速度越大，越易 除去。n(3)合金液在横浇道中的流动速度越大，液流在横浇道中的 紊流程度越大，杂质上浮所遇到的干扰越大。当达到一定 程度时，杂质就浮不上来，而始终悬浮在液流中，此时的 临界速度称为悬浮速度。n(4)合金液的粘度，粘度越大，则渣团上浮越慢，越难除去 夹杂。影响横浇道挡渣的主要因素a横浇道应呈充满流态，即满足充满 条件nb流速应尽可能低nc内浇道的位置关系要正确横浇道发
8、挥阻渣作用应具备的条件:nc内浇道的位置关系要正确 1)内浇道距直浇道应足够远，使渣团有条件浮起到超过内浇道的吸动 区。 2)有正确的横浇道末端延长段，其功用为容纳最初浇注的低温、含气 及渣污的金属液，防止其进入型腔；吸收液流动能，使金属流入 型腔平稳。末端呈坡形可阻止金属液流到末端时出现折返现象。 为防止聚集在末端的渣滓回游，应在末端设集渣包。 3)封闭式浇注系统的内浇道应位于横浇道的下部，且和横浇道具有同 一底面。 4)封闭式浇注系统的横浇道应高而窄，一般取高度为宽度之2倍。内 浇道宜扁而薄，以降低其吸动区。 5)内浇道应远离横浇道的弯道；应尽量使用直的横浇道；内浇道同横 浇的连接，呈锐角
9、时初期进渣较多；呈钝角时增加紊流程度。n强化横浇道挡渣作用的工艺措施1、安放筛网芯的浇注系统2、设置集渣包的浇注系统液态金属在内浇道中的流动情况n内浇道是浇注系统中把液体金属引入型腔的一个单元 。n功用是控制充型速度和方向，分配液态金属，调节铸 件各部位的温度分布和凝固次序，并对铸件有一定的 补缩作用。(一)内浇道与横浇道的相互位 置n(1)第一个内浇道不要离直浇道 太近，最后一个内浇道距直浇道 末端要有一定距离。n(2)内浇道一般应置于横浇道的 中部(中置式)，其底面与横浇道 的底面相平，或者内浇道的底面 应比横浇道高出46mm。对镁 合金铸造采用扩张式浇注系统时 ，采用上置式比较好，这样横
10、浇 道中可以挡住密度大于合金液的 杂质，横浇道易于充满。(二)内浇道与铸件的位置n确定内浇道的位置的一个很重要的方面是将内浇口设于铸件的 何处,液体金属的导入位置是控制铸件凝固顺序的一个重要措 施。同时还要注意：n(1)液流不要正对着冲击细小砂芯和型壁，以避免匠气孔和夹 砂等缺陷。导入位置应选择在沿着型壁方向较好 n(2)应仔细分析液流在型腔中的流动情况，避免发生溢流、喷 射等现象。n(3)对于大型复杂的薄壁铸件的浇不足问题，应予以足够重视 。 n(4)内浇道不要开设在铸件机加工初基准面上，以：避免因浇 道切割残留量而影响铸件的夹持和定位。n(5)内浇道的位置最好选择在铸件平面或凸出部位上，不
11、要妨 碍铸件浇冒口的切割、打磨清整等工序。(三)内浇道的结构形状n内浇道的形状多为扁矩形，其宽度和厚度的比 例应按铸件壁厚和所要求的凝固形式而定。n其中平梯形a)内浇道造成的吸 动区域小，有助于横浇道发挥挡 渣作用，而且浇注完毕后内浇道 能迅速凝固，模样 的制造及造 型均方便，还易于从铸件上清除 掉，故应用最广。高梯形e)、f) 用于沿铸件垂直壁充型时，月牙 形图c)，d)和三角形图b)也能迅 速凝固，易于靖除，但冷却过快 ；圆形内浇道冷却最慢，多用于 铸钢件和导热快的铸型二、浇注系统的类型及其应用范围n1、浇注系统的充满理论n2、按照截面积划分浇注系统类型q封闭式、开放式、半封闭式、封闭开放
12、式n3、按照内浇口位置来划分浇注系统类型q顶注式、底注式、中间注入式、阶梯注入式1、浇注系统的充满理论n浇注系统充满的条件：PPan把液态金属视为理想流体，则全部阻力系数均等 于零，流量系数=1。只有S直S横S内才能满足充 满条件，这就是传统的浇注系统的理论。众所周 知，实际液态金属是有粘度的，不能当作理想流 体去研究，实际流体的流动阻力影响是不容忽略 的。图所示的浇注系统，其浇口比为S直：S横：S内 1:2.5:2.5，浇注时2、按照截面积划分浇注系统类型2、按照截面积划分浇注系统类型2、按照截面积划分浇注系统类型2、按照截面积划分浇注系统类型3、按照内浇口位置来划分浇注系统类型 顶注式 底
13、部注入式 中间注入式 分层注入式 其他形式浇注系统n顶注式n内浇道设在铸件顶部n优点，容易充满，可减少薄壁件浇不到、冷隔方面的缺陷 ；充型后上部温度高于底部，有利于铸件自下而上的顺序 凝固和冒口的补缩；冒口尺寸小，节约金属；内浇道附近 受热较轻；结构简单，易于清除。n 缺点：易造成冲砂缺陷；金属液下落过程中接触空气， 出现激溅、氧化、卷入空气等现象，使充型不平稳。易产 生砂孔、铁豆、气孔和氧化夹杂物缺陷；大部分浇注时间 ，内浇道工作在非淹没状态，相对地说，横浇道阻渣条件 较差。顶注式简单式顶注式搭边式顶注式压边式顶注式雨淋式顶注式楔形式底注式 内浇道设在铸件底部的称为底注式浇注系统。 优点：内
14、浇道基本上在淹没状态下工作，充型平 稳；可避免金属液发生激溅、氧化及由此而形 成的铸件缺陷；无论浇口比是多大，横浇道基 本工作在充满状态下，有利于阻渣；型腔内的 气体容易顺序排出。 缺点：充型后金属的温度分布不利于顺序凝固和 冒口补缩；内浇道附近容易过热，导致缩孔、 缩松和结晶粗大等缺陷；金属液面在上升中容 易结皮，难于保证高大的薄壁铸件充满，易形 成浇不到、冷隔等缺陷；金属消耗较大。底部注入式简单式底部注入式反雨淋式底部注入式牛角式中间注入式 从铸件中间某一高度面上开设内浇道的称为中间 注入式浇注系统 兼有顶注式和底注系统的优点。内浇道开设在分 型面上，故极为方便，适用于高度不大的中等 壁厚
15、的铸件。中间注入简单式n阶梯式浇注系统n优点：金属液首先由最底层内浇道充型，随着型内液 面上升，自下而上地、顺序地流经各层内浇道。因而 充型平稳，型腔内气体排出顺利。充型后，上部金属 液温度高于下部，有利：于顺序凝固和冒口的补缩， 铸件组织致密。易避免缩孔、缩松、冷隔及浇不到等 铸造缺陷。利用多内浇道，可减轻内浇道附近的局部 过热现象。n主要缺点是：造型复杂，有时要求几个水平分型面， 要求正确的计算和结构设计，否则，容易出现上下各 层内浇道同时进入金属液的“乱浇”现象，或底层进入金 属液过多，形成下部温度高的不理想的温度分布。n 阶梯式浇注系统适用于高度大的中、大型铸件。具有 垂直分型面的中大
16、件可优先采用。n a多直浇道的阶梯式n各层内浇道由专用直浇道连 接，用依次浇注不同直浇道的 方法实现分层浇注。但需要较 大的砂箱，造型工作量大。用 于很重要的铸件。用塞球法控制的阶梯式n 直浇道采用特制 耐火砖管或砂芯管 ，上层的V形管径大 于下层的n 优点是能较可靠地 控制浇注顺序，并 获得有利的金属温 度分布。n缺点是需要特制耐 火管和金属塞球。 对于经常应用阶梯 式浇注系统的铸造 厂可以考虑应用。控制各组元比例的阶梯式n 在和各层内浇道相连 接的分配直浇道之前设 置阻流，造成分配直浇 内呈非充满流态，并使 标效片，从而实现分 层引注。这是一种先封 闭后开放的浇注系统， 故仅适用于转包浇注的 各种铸件。n 主要优点：结构简单 ，占用砂型体积小。缺 点是：底层内浇道进入 金属量过多，在获得有 利于冒口补缩的温度场 方面不如前两种类型。带缓冲或反直浇道的阶梯式n具有反直浇道的阶梯式，当几层内浇道都被淹没时，上层 内浇道流量较大
