浇注系统设计

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p1

（3）托里拆利（Torricelli）定理 是伯努利方程的一种特殊应用。如图，在一个流体高度h不变 的容器里在i=0的水平面处有一孔口，应用伯努利方程 (i=h):

pa

(i=0):
h
(v ， p=0 a
为大气压力)
2 vx pa 2g
(i=0)

得： vx
2gh
这是设计浇注系统最重要的根据之一。
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影响水平旋涡的因素： 浇口杯中金属流股的水平分速度越大，越容易形成水平旋 涡。而水平分速度的大小又与以下因素有关： a 浇口杯内液面的深度：液面深度超过直浇道上口直径的 5倍时可基本消除水平旋涡。 b 浇注高度：浇包嘴离浇口杯越高，越容易产生水平旋涡。
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c 浇注方向：逆向浇注较顺向浇注为佳。
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1.3 直浇道中的流动 直浇道的功用 （1）引导金属进入横浇道、内浇道或型腔。 提供足够的压头。 真空吸气理论：等截面直浇道附近型砂中的气体会被吸入 液流，溶于液态金属中的气体也会因压力降低而析出。
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直浇道的流动特点 （1）两种流态：充满和不充满。非充满状态易带气，但 在底注包浇注时或用阶梯浇注系统时采用。 （2）非充满直浇道中金属液以重力加速度做等加速运动， 流股必定向内收缩；流股内部与砂型表层气体之间无压力 差，气体不可能被吸入，而是被金属表面吸收和带走。 （3）直浇道入口形状影响金属流态。入口尖角时，增加 流动阻力和断面收缩率，常导致非充满式流动。要使直浇 道呈充满流态，要求入口处圆角半径r》d/4。 （4）水利学模拟实验与砂型中实际流动状况有差异。 （5）砂型中直浇道充满的理论条件。
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结构。如图侧壁在 能顺利拔模的条件 下尽量垂直，转角 处避免尖角，底面 作成平面。
p
p —质量压力（kg/m2）
—金属密度（kg/m3）
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（m）


动能：用单位体积的流体以速度v移动时的动量来表示。

v2 Ek 2g
定理：在一封闭系统中，单位质量流体所携带的总能量
是不变的，但其位能、压能、动能可以互换。


柏努利方程
v1 p2 v2 i1 i2 2g 2g
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生产中减轻水平旋涡的措施：


a 用大深度浇口杯。 b 用拔塞等方法，使浇口杯内液面

达到一定深度时再向直浇道注入。 c 浇口杯底部安放筛网砂芯等
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d 在浇口杯底部设置堤坝，形成垂直旋涡。
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垂直旋涡的挡渣作用： 如图，金属液沿斜壁流下，由于流速的减低和流向的改变， 形成垂直方向的旋流。

P=Pα +γ ·h
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（2）伯努利（E.Bernoulli）方程（能量守衡定律）


在封闭系统中移动的流体由三种不同的能量组成。 位能：用位于距离基准面以上i处的单位体积的流体来表 示（基准面位置任选）。

Ep i
E p
（m）
压能：作用在单位体积流体上的压力来表示。
（3）分离渣及气泡，防止其进入型腔。

（4）增加充型压头。
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结构形式： 漏斗形（bush）：挡渣效果差，结构简单。 盆形：（basin）
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水平涡流 水平旋涡是危害浇 口杯全面发挥功能的
重要原因。

原因：水平各向流 量不均衡造成流速方 向的偏斜。
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பைடு நூலகம்
若忽略金属粘度的影响，视液态金属为理想流体，浇口杯 内液态金属应满足动量矩守衡： Mvr=常量。 式中：M 距离直浇道中心为r处的质点的质量 v M点的切线速度 r M点距离直浇道中心的距离。 漏斗形等压自由液面的形成：一旦出现水平旋涡，越靠近 中心，M质点的离心加速度越高，重力加速度和离心加速 度的合成加速度越接近于水平，根据流体力学原理，等压 面垂直于总加速度方向。等压面逐步由水平过度到垂直， 形成中空的大气压力表面。 对铸件质量的影响：卷气、渣沿等压面进入型腔。



第4章 浇注系统设计
浇注系统：铸型中液态金属流入型腔的通道。 组成：浇口杯（又称外浇口）、直浇道、横浇道、内浇道 等，如图。
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基本要求：
（1）内浇道设置符合铸件凝固原则和补缩方法。 （2）在规定的浇注时间内充满型腔。 （3）提供必要的充型压头，保证铸件轮廓、棱角清晰。 （4）使金属液流动平稳，防止紊流、卷气、金属氧化。 （5）具有良好的阻渣能力。 （6）金属液进入时速度不可过高，避免飞溅、冲刷。 （7）保证金属液面有足够的上升速度，避免夹砂结疤、 浇不足。 （8）不破坏冷铁、芯撑的作用。 （9）金属消耗量小，并容易清理。 （10）减少砂型体积，造型、制模简单。
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（2）充型伴随着热作用、机械和化学作用。
（3）浇注过程是不稳定流动。 （4）合金液在浇注系统中呈紊流状态。 （5）多相流动。固相杂质、气相夹杂。
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1.2 浇口杯中的流动 浇口杯的作用： （1）承接来自浇包的金属液，防止飞溅和溢出，便于浇 注



（2）减轻对直浇道底部和侧壁、型腔的冲击。
S内 S直
1 z i
(hi hz ) 2 H
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1.4 直浇道窝 作用 （1）缓流作用：动能—压力能—水平流速。 （2）缩短直—横拐弯处的高度紊流区。 （3）改善内浇道的流量分布（使之更均匀）。 （4）减小直—横浇道拐弯处的局部阻力系数和水头损失。 （5）浮出金属液中的气泡。
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第1节
液态金属在浇注系统基本组元中的流动

1.1 在砂型中流动的水利学特点 流体力学原理：（可参阅卡塞博士箸《球墨铸铁浇口和 冒口—04 浇口原理》）

（1）帕斯卡（Pascal）定律

在一个静止而且相互连通的容器中，在一给定的水平面
上各点的压力是相等的；等于该给定的水平面致液体顶 部的垂直距离乘以液体的密度，加上外部压力。
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（4）连续流动定律

单位时间内流经任一给定断面的系统时，流体的体积是 常量。因此流速随着横截面积减少而增大。
A1v1 A2v2
（5）雷诺（Reynold）数
Re

vD

Re>2320为紊流。
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实际流动特点： (1) 流动通道多孔、透气、与金属液不润湿。充满与否取决于 内外压力差，如图。