材料成形工艺10.26

常见的底注式浇注系统
（3）中注式浇注系统 优缺点介于顶注式和 底注式之间。
普遍应用于壁厚均匀， 高度不大的中小型铸 件。
采用机器造型生产铸 件时，应用较多。
（4）阶梯式浇注系统
在铸件不同高度上开设多层内浇道的浇注系统。 优点：1.金属液自下而上充型； 2.充型平稳； 3.型腔内气体排出顺利； 4.顺序凝固，冒口补缩； 5.充型能力强，避免冷隔和浇不足； 6.减轻内浇道附近局部过热现象。 缺点：1.造型复杂，有时要求几个分型面； 2.正确计算和结构设计。 应用：高度大的大中型铸件。
2.3.3铸件 的凝固方 式：
逐层凝固 中间凝固 糊状凝固
逐层凝固
纯金属和共晶成分的合
金在凝固中因为不存在固液
两相并存的凝固区，所以固 体与液体分界面清晰可见， 一直向铸件中心移动。
糊状凝固
铸件在结晶过程中，当结 晶温度范围很宽，且铸件截面 上的温度梯度较小，则不存在 固相层，固液两相共存的凝固
3）工艺补贴的应用 在实际生产中往往有些铸件需补缩的高度 超过冒口的有效补缩距离。由于铸件结构 或铸造工艺上不便，难以在中部设置暗冒 口，此时单靠增加冒口直径和高度，补缩 效果很不明显，况且增大冒口会使大量液 流经过内浇道，使铸件在内浇道附近和冒 口根部因过热而产生疏松。在这种情况下， 一般采用在铸件壁板的一侧增加工艺补贴 的方法，来增加冒口的有效补缩距离，提 高冒口的补缩效率
2.4.2 对冒口的要求
1.冒口的凝固时间要大于等于铸件的凝固时间； 2.冒口应有足够的体积； 3.扩张角始终向着冒口。
2.4.3冒口的种类和形状
顶冒口 依位置分 侧冒口 贴边冒口 普通冒口 依顶部覆盖分 明冒口 暗冒口 大气压力冒口 依加压方式分 压缩空气冒口 发气压力冒口 通用冒口（传统） 保温冒口 发热冒口 特种冒口依加热方式分 加氧冒口 电弧加热冒口，煤气加热冒口 易割冒口 直接实用冒口（浇注系统当冒口） 铸铁件的实用冒口（均衡凝固） 控制压力冒口 冒口无补缩
4.2）、冒口数量的确定 关于冒口数量,一般是按照冒口有效补缩距离、冒 口延续度和工艺出品率进行确定与校核的。合理 施放冷铁,延长有效补缩距离,可以减少冒口个数。 5）. 冒口尺寸的确定 合理地确定冒口尺寸，在铸造生产中是一个很重 要的工艺问题。目前还缺少一种适合各种合金、 各种结构铸件、被大家所公认的确定冒口尺寸的 办法，往往都采用在特定条件下根据生产经验总 结出来的近似计算法。因此在应用这些方法时， 要注意结合生产的具体情况，才能得到较好的结 果。
2.4.5冒口设计的常用方法 常用冒口设计方法有以下六种： 1）模数法——广泛应用于铸钢件冒口设计中，也 适用于铸铁件，非铁合金铸件的冒口设计。 2）周界商法——基于模数理论的铸钢件冒口设计 方法。 3）收缩模数法——用于灰铸铁件和球墨铸铁件冒 口设计。 4）热节圆法——种经验性方法，以热节圆和补缩 液量为依据，适用于各种类型的中﹑小铸钢件 冒口设计，也用于铸铁件冒口设计。 5）K值法——它是模数法中比较实用的方法之一， 用于铸钢件，铸铁件等铸件冒口设计。 6）比例法——确定冒口尺寸最常用的方法，尤其 是在铝、镁合金铸件的生产中得到广泛的应用。
4）. 冒口位置的确定 冒口位置的选择对获得优质铸件有着重要 的意义。冒口位置选择不当，不仅不能消 除铸件的缩孔和疏松，反而会使铸件产生 裂纹，加重冒口附近的疏松，还会给清理、 切割等工序带来不便。
4.1）、冒口位置选择的原则： （1）冒口应就近设在铸件热节的上方或侧旁。 （2）冒口应尽量设在铸件最高、最后的部位。 （3）冒口不应设在铸件重要的、受力大的部位， 以防止组织粗大降低强度。 （4）冒口位置不要选在铸造应力集中处，应注意 减轻对铸件的收缩阻碍，以免引起裂纹。 (5) 尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件。 （6）冒口布置在加工面上，可节约铸件精整工时， 零件外观好。 （7）不同高度上的冒口，应用冷铁使各个冒口的 补缩范围隔开。
材料成形工艺
宁波工程学院 周志斌 11.10.26
2.2 浇注系统的设计
浇注系统的 典型结构
按浇注系统各单元 断面积比例分类
浇注系统的分类 按液态金属导入铸 件型腔的位置分类
1.按浇注系统各单元断面积比例分类 （1）收缩式浇注系统
A直＞A横＞A内 特点:流速大，冲击，喷溅，剧烈氧化，保持充满状态，熔 渣上浮避免进入型腔，所占体积小，减少合金的消耗。 应用：不易氧化的铸铁件
线收缩率：
其中 V0，L0表示铸件在高温T0时的体积和一维方向的长度；
V1，L1表示铸件在高温T1时的体积和一维方向的长度。
2.3.2铸件的凝固过程：
在铸件的凝固过程中，其截面一般存在三个区域， 即液相区、凝固区、固相区。对铸件质量影响较大 的主要是液相和固相并存的凝固区的宽窄。铸件的 凝固方式就是依据凝固区的宽窄来划分的。
缩松的形成原因
铸件最后凝固的收缩未能得到补足，或者结晶 温度范围宽的合金呈糊状凝固，凝固区域较宽，液、 固两相共存，树枝晶发达，枝晶骨架将合金液分割 开的小液体区难以得到补缩所致。
2.3.5消除缩孔和缩松的方法
原理
定向凝固原则
是铸件让远离冒口的地方先 凝固，靠近冒口的地方次凝 固，最后才是冒口本身凝固。 实现以厚补薄，将缩孔转移 到冒口中去。
区贯穿整个区域。
中间凝固
大多数合金的凝固是介于逐 层凝固和糊状凝固之间，称为中
间凝固。
2.3.4缩孔与缩松的形成
纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金,浇注后在型腔 内是由表及里的逐层凝固。在凝固过程中，如得不到合金 液的补充，在铸件最后凝固的地方就会产生缩孔. 大而集中的叫缩孔，细小分散的叫缩松。
常用的冒口形状
a）球形 b)球顶圆柱形 c）圆柱形 d）腰圆柱形（明） e）腰圆柱形（暗）
2.4.4冒口的补缩原理 1）冒口与铸件间的补缩通道 在铸件凝固过程中，要使冒口中的金属液能够不 断地补偿铸件的体收缩，冒口与铸件被补缩部位 之间应始终保持着畅通的补缩通道。否则，冒口 再大也起不到补缩作用。 2）冒口的有效补缩距离 冒口作用区长度和末端区长度之和称为冒口有效 补缩距离。正确确定冒口的有效补缩距离是很重 要的工艺间题。 冒口的有效补缩距离与合金种类、铸件结构、几 何形状以及铸件凝固方向上的温度梯度有关，也 和凝固时析出气体的反压力及冒口的补缩压力有 关。
（2）扩张式浇注系统
A直＜A横＜A内 特点:流速慢，流动平稳，横浇道初期不易填满，浮渣差。 应用：大、中型铸件
（3）半扩张式浇注系统
A直＜ A横＞A内， A内＞ A直 特点：介于上述二者之间 应用：小型、结构简单的铸件
2.按液态金属导入铸件型腔的位置分类
顶注式、底注式、中注式、阶梯式、缝隙式、复合式等
浇注温度
铸 件 温 度 降 低
液态收缩
开始凝固温度
凝固收缩
凝固终止温度
体 积 收 缩 线收缩
固态收缩
室温
收缩率：
体积收缩是指单位体积的收缩量（表示由液态到常温的收缩）。 线收缩是指单位长度上的收缩量（可以表示固态时的收缩）。 体积收缩率：
V L
V0 V1 100% V1 L0 L1 100% L1
6）.提高冒口补缩效率的方法 在铸造生产中，冒口的重量约为铸件重量的 50%～100%，在铝合金和镁合金砂型铸造中有 的冒口重量甚至是铸件重量的二倍以上，铸件实 收率很低，冒口的补缩效率不高、去除冒口的劳 动量大。因此，采取措施努力提高冒口的补缩效 率，对于节约能量、劳力和降低铸件生产成本具 有重要意义。要提高冒口的补缩效率，最有效的 途径是增加冒口的补缩压力和廷长冒口的凝固时 间，在工艺上经常采用的措施有: 1）大气压力冒口 2）保温冒口 3）发热冒口 4）易割冒口
（1）顶注式浇注系统 特点： 优点：1.能有效发挥冒口的补缩作用 2.流量大、时间短、能力强。 3.造型工艺简单，模具制造方便， 消耗小，易清理 缺点：冲击大，飞溅和氧化，氧化夹渣 和气孔缺陷 应用：简单的中小铸件
常见的顶注式浇注系统
（2）底注式浇注系统（下注式） 特点： 优点：1.合金液从下部充满型腔，流动平稳 2. 横浇道处于充满状态，利于挡渣 和气体排出。 缺点：1. 削弱了冒口的补缩作用 2.铸件底部内浇道附件易出现缩松、 缩孔、晶粒粗大等缺陷。 3.充型能力差 4.造型工艺复杂、消耗大。 应用：铝镁合金铸件，复杂的黑色金属铸件。
合理布置内浇道及确定浇铸工艺。
方法
合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。
顺序凝固原则：使铸件按规定方向从一
部分到另一部分逐渐凝固的过程。
解决缩孔的方法演示： 冒口和冷铁
2.4冒口设计
浇口杯 冒口
直浇道
横浇道
内浇道
浇注系统
2.4.1冒口的作用 冒口是铸型内用以存储金属液的空腔
1.补偿铸件凝固时的收缩； 2.调整铸件凝固时的温度分布，控制凝固顺序； 3.排气集渣； 4.利用明冒口观察型腔内金属液的充型情况。
常见的阶梯式浇注系统
2.3液态金属的凝固收缩过程
高温液态金属 冷却 常温固态 液态收缩 液态合金冷却 凝固收缩 合金收缩
缩松 应力
收缩
缩孔
固态合金冷却
措施
固态收缩
变形 裂纹
冒口
冷铁
2.3.1铸件的收缩 定义：收缩是指合金从浇注、凝固到冷却至 室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象。
分类：分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩。