《材料成形工艺 教学课件 ppt 作者 周述积 第一篇 材工液态 第三、四章浇冒口系统的设计》由会员分享,可在线阅读,更多相关《材料成形工艺 教学课件 ppt 作者 周述积 第一篇 材工液态 第三、四章浇冒口系统的设计(72页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、,第一节 浇注系统的类型 一、浇注系统的组元,浇口杯: 接纳、引入金属,直浇道:引入金属,形成压头,横浇道:引入金属,阻撇熔渣,内浇道:引入金属,调控温度场,浇注系统设计正确与否关系到铸件的成败, 是铸造生产中的关键技术,第三章 浇注系统的设计,二、对浇注系统的要求 足够的浇注速度,流动平稳,满足一定时间 内充满型腔; 防止冲砂,避免铸件出现夹砂 、冷隔等缺陷; 防止旋涡,避免吸气或金属过度氧化; 内浇道的位置和数量符合铸件所需凝固或补 缩原则; 结构合理,造型简单; 浇注系统本身消耗金属少。,三 、浇注系统的类型,图中: a) 普通式 b) 楔形式 c) 压边式 d) 雨淋式 e) 搭边式,
2、(一)按内浇道在铸件上的位置分,1. 顶注式,压头大,流动阻力小,能够减少浇不足、冷隔缺陷;温度分布上高下低,铸件补缩效果好 对型腔底部冲击力大,易激溅、氧化、卷入空气,可造成砂眼、铁豆、气孔、氧化夹渣等缺陷。,顶注式的优缺点,优点,缺点,2. 底注式,优点: 充型平稳。横浇道、内浇道充满时利于挡渣;能够减少金属氧化。 缺点: 温度分布下高上低,铸件补缩效果不好; 内浇道附近易于过热,易发生缩松和晶粒粗大等缺陷; 铸件顶部、边远处容易形成浇不到,冷隔等缺陷。 应用: 主要用于结构复杂的各种黑色金属铸件和易氧化的有色合金铸件。,底注式的优缺点,汽缸头,中间浇注综合有顶注式和底注式的优缺点; 内浇
3、道、横浇道设在分型面上,造型方便。,3. 中间浇注应用广泛,兼有底注式和顶注式的优点,充型平稳。但结构复杂,设计和计算较难。 用于高度大的中、大型铸件。阶梯式或缝隙式用于垂直分型无箱挤压造型或金属型铸造,,4. 阶梯式的优缺点,1、封闭式浇注系统 内 横直 一般为 内:横:直1:1.1:1.15 特点: 挡渣力强,金属消耗少,易清理; 型内金属流速高,易喷射冲砂; 用于不易氧化的金属。,(二)按浇注系统各组元截面积的比例关系分,、开放式浇注系统,内 横直 开放式浇注系统中的各组元不可能全充满,撇渣能力较差,流速不高; 冲刷力小,受氧化的程度轻。 用于易氧化的有色合金铸件、球铁铸件。 对于铝、镁
4、合金,常用开放式浇注系统。各组元截面积比可参考应用: 直:横:内=1:2:4,四 浇注系统组元设计中的创新思维,1、浇口杯中加过滤网,浇口盆中采用挡渣措施。,2、直浇道底部开设半球形或圆台形窝坑,称 为直浇道窝。对铸钢,要用耐火砖。,3、提升横浇道的撇渣效果,前过滤,阻流式,缓流式,离心集渣式,轻合金浇注系统中安装过滤网,4、认真作好内浇道的设计,1) 内浇道的作用: 控制液态金属充型速度和流动方向、温度分布和凝固顺序。 2) 形状:扁平梯形、月牙形和三角形。 3) 位置的选择: 依据铸件所需凝固方式和流动特性考虑。 同时凝固: 对于壁厚均匀的铸件,拟采用多个内浇道分散引入; 对于不均匀的铸件
5、,则从薄壁处引入。 顺序凝固: 从厚壁处引入金属液。,5、确定内浇道位置的几个具体问题,对于结构复杂的铸件,在壁厚差别大的补缩区域则按顺序凝固从厚处引入;整个铸件按同时凝固方式采用多个内浇道分散充型。 要求各内浇道的流量分布合理。 液流顺壁流入,不冲刷 型壁、型芯和铸型凸出部分。 避开铸件重要部位, 防止晶粒粗大。 造型、清理操作方便, 不阻碍铸件收缩。,第二节 浇注系统的计算,1、 奥赞(Osann)公式 阻流(最小)截面积的计算 。 阻流(最小)组元指浇注系统中最小截面积的浇道,一般为内浇道,即,A阻=,1)金属充填型腔时平均静压头 Hp 的计算,根据水力学相关公式推导得知 , 对于从分型
6、面注入: Hp = Ho P 2 / 2C 式中 Ho 阻流(最小)截面“重心”以上的平均静压头,mm ; P 阻流(最小)截面“重心”以上的型腔高度,mm ; C铸件高度, mm ; 对于 顶注式 : P=O , Hp = Ho 底注式 : Hp = Ho - C/ 2,2)浇注时间的确定,浇注快慢对铸件质量有重大影响。 浇注时间的确定,主要根据合金性质靠生产经验选择。 汽车灰口铸铁件的浇注时间依铸件质量的大小(250 kg)控制在4-6 秒之内。 球墨铸铁件的浇注时间参照图示曲线查询。 一般采用快浇。 对于收缩大的合金件,采用慢浇有利于补缩。,核算方法如下:,3)核算金属液在型腔中的液面上
7、升速度,型内金属液面在型腔中的上升速度过低可能形成氧化膜或结壳,易产生冷隔;铸件顶面和侧壁易出现夹砂等缺陷。,型内铸铁液最小上升速度,型内铸钢液最小上升速度,4)流量系数的确定,铸铁件流量系数,铸钢件流量系数,球墨铸铁件流量系数,2、阶梯式浇注系统的计算,目标是合理实现分层引注。 满足条件: 1) 直接连接内浇道的分配直浇道呈非充满状态; 2) 分配直浇道中的有效静压头小于两层内浇道间的距离, 即 h有效Ho 否则,会发生自两层内浇道中同时流出金属液的“混流”现象。,上层内浇口面积=12 F内底,1、参照奥赞(Osann)公式计算阻流截面积(A-A截面)A阻 ,,2、分配直浇道截面积 各层 取
8、分配直浇道截面积等于12 倍阻流面积。 3、每层内浇道的截面积通过阻流 截面的流量Q1和通过底层内浇 道的流量Q2相等。,4、上层内浇口面积 A内(上) = 12 A内(底),计算步骤:,即,Hp = H P 2 / 2C,;,、垂直分型面浇注系统的计算,技术难点是各层铸件充型压力不一致,底层压力比顶层压力大好几倍。怎么办呢? 建议采用等流量恒压浇注系统。 等流量恒压浇注系统的本意是满足每层铸件的内浇道(阻流)在充型时具有以下条件:,挤压造型铸造生产线均采用垂直分型无箱造型,用于大量生产条件下的小件多层浇铸。,1)恒定的压力头; 2)每个内浇道的流量相等; 3)各层型腔同时充满。,计算步骤:,
9、以内浇道为阻流(最小)截面,用奥赞(Osann)公式,计算每个内浇道截面积。 式中Hp可用浇口杯中液面到内浇道中心的距离Ho计算。,配套措施: 1)浇口杯应足够大; 2)严格控制浇注时间。,内浇道截面积 A内也可用内浇道计算诺谟图由参数 m、 Ho 值直接查出。,各层铸件内浇道的金属压力头: h1=100mm; h2=250mm; h3=350mm。,2、计算型内金属质量 m /kg 型内金属质量(即铁水质量数) 为212 /0.7=34.3 kg 。 3、浇注时间 生产节拍为12S/型。查表浇注时间为 8S。 约用2S充满浇注系统,则充填单个型腔的净浇注时间为 6S。 每个型腔的浇注速度应为
10、2 kg/6S0.33 kg/S。,计算实例:,1、绘制模板布置简图,4、 选用浇口杯 根据铸型的浇注速度,使用4号浇口杯,铁液积存5.5 kg; 5、分别计算或由内浇道计算诺谟图查各层内浇道截面积: (流量系数取 =0.5) A1=70mm2 ; A2=45mm; A3=38mm2。 6、分直浇道截面积 A内 =2(70+45+38)=306mm2, A分直=1.2S内=3061.2=367mm2 分直浇道的截面尺寸: 上底宽11mm;下底宽22mm;高22mm 。 实际:A分直=363mm2。 7、 水平横浇道尺寸 A横=1.3363 mm2=472 mm2。 选上底宽12.5mm;下底宽
11、25mm;高25mm; 实际截面积469mm2。,小结浇注系统设计步骤,选择浇注系统类型; 确定内浇道在铸件上的位置、数目和金属引入方向; 决定直浇道高度(一般取决于砂箱高度); 计算浇注时间并核算金属在型内的上升速度; 计算阻流(最小)截面积; 确定组元截面积比; 于铸造工艺图上绘制浇注系统结构及组元截面图。,复习题,1浇注系统由哪些部分组成?分别说明各个组元的作用? 2比较顶注式和底注式浇注系统的优缺点。 3比较封闭式和开放式浇注系统的优缺点。 4 . 如何提高横浇道的撇渣效果? 5. 内浇道在铸件浇铸中能够起到哪些重要作用? 6确定内浇道位置要注意哪些具体问题?,7如何应用奥赞(Osan
12、n)公式计算阻流截面积? 如何确定或计算式中各个工艺参数? 8计算阶梯式浇注系统的内容和步骤是什么? 9一铸铁件重 5 吨,平均壁厚为30毫米,试求浇注 时间?若为铸钢件,其浇注时间 应为多少?,10. 教材中P88图3-21所示 为东风汽车的一个协 配零件,是一个研究 项目。据图计算其浇 注系统。(随后有解),例题讲解,解:一型两件,吃砂量:A=B=C=35mm。 1. 压力头 上浇道 :H1=135+35=170mm; 底浇道 :H2 =135+90+35=260mm; 2. 单个铸件质量 m=8 kg; 3. 浇注时间和浇注速度 查 =8秒(表3-8,P81); 充填单个铸型时间为 6
13、s ; 浇注速度:V=8/6=1.33 kg/s;,4. 选浇口杯,4号,铁液质量5.5 kg 5. 底浇道面积 取=0.5;c=250mm,p=225, H2=260mm,H均=H2-P2 /2c=160mm; 查图3-18(P79)得A底=220 mm2, 用2210的长方形断面。 6. 上浇道面积取 A上=1.5 220 =330mm2, 用2513.5的长方形断面。 7. 下部 A直下=2 220=440mm2 ;d下=26 mm; 8. 上部 A直上= 2 330=660mm2 ; d上=30 mm。 9. 浇口杯底为阻流截面 A阻= A底=2220 =440mm2。,第四章 冒口、
14、冷铁与铸肋,一 、冒口的作用:补缩 、排气、集渣,二、冒口种类,第一节 概述,球形 圆柱形(带斜度) 球顶圆柱形 腰圆柱形 暗腰圆柱形,四、冒口形式 a)铸钢件 明边冒口 b)铸铁件 暗边冒口,三、冒口形状,五、冒口位置 1、铸件热节上方或侧旁; 2、铸件最高最厚部位; 3、一个冒口同时补缩几 个铸件; 4、不选应力集中部位, 希望放在加工面上; 5、 用冷铁隔开冒口的 补缩范围。,第二节 铸钢件冒口的设计与计算,冒口必须提供足够的金属液,补偿铸件凝固完毕前的体收缩和因型壁移动而扩大的容积,满足此条件应有: 即 Vr =Vc/(-) 式中: Vr 冒口体积; Vc铸件体积; Ve型壁移动所扩大
15、 的体积; 体收缩率; 冒口补缩效率。,常用合金的体收缩率,冒口的补缩效率,(一)应用 模数法计算冒口尺寸 1、模数概念 冷凝物体的模数是它的体积V 和散热面积A 之比。 即 M=V/A,应用 模数法计算冒口尺寸的计算原理是基于冒口 的凝固时间r 大于铸件补缩部位的凝固时间c , 即 r c,而 c= ; r =, ,式中 Mr 、 Mc 冒口与被补缩铸件部位 的模数; Kr、 Kc 冒口与被补缩铸件的凝 固系数。 对于普通冒口, Kr =Kc, Mr = f Mc f 冒口安全系数, 一般取f =1.2 。,对于碳钢、低合金钢铸件,侧冒口 :Mc : Mn : Mr = 1 : 1.1 : 1.2 内浇道通过冒口: Mc : Mn : Mr = 1:(11.03): 1.2 顶冒口: Mr=(1.21)Mc 式中 Mn为冒口颈的模数。,2、简单几何体及热节部位模数的计算(参照教材 P106-P107),用“一倍厚度法”求热节模数,a)平板或圆柱(a5T):M=T/2 b)矩、方形体:M=ab/2(ab) c)立方体、圆柱体、球:M=a/b d)空心圆柱体:M=a/2,3、模数法冒口设计步骤,把铸件划分为几