金属液在浇注系统中的流动

浇注系统是承接并引导液态金属入型腔的一系列通道。浇注系统设计是工艺设计的重要组成部分。合理的浇注系统应满足下列基本要求：

1）金属液流动的速度和方向必须保证液态金属在规定的时间内充满型腔。2）保持液态金属的平稳流动，尽量消除紊流，从而避免卷入气体导致金属过分氧化以及冲刷铸型。3）浇注系统应具有良好的挡渣能力。4）使液态金属流入铸型后具有理想的温度分布，以利于铸件的补缩。5）浇注系统所用的金属消耗量小，且易清理。铸铁件浇注系统的典型结构，它是由浇口盆、直浇道、横浇道、内浇道四个基本组元组成。根据铸件的合金特点和结构特点可减少或增加组元。出气孔以及金属液需要在型内球化或孕育处理所设置的“反应室”也可视为浇注系统的组成部分。

一、金属液在砂型浇注系统中的流动的特点

金属液在砂型浇注系统中的流动毕竟不同于一般流体在封闭管道中的流动。它有其自身的特点：①型壁的透气性和与金属液的润湿条件。②金属液在流经浇注系统时与其型壁有强烈的机械作用和物理化学作用，导致其冲蚀铸型、吸收气体并产生金属氧化夹杂物。③一般金属液总含有少量夹杂和气泡，在充型过程中还可能析出晶粒及气体，所以金属液充型时应考虑对金属液的挡渣和排气以及尽量减小其紊流程度。

二、金属液在浇口盆中的流动

浇口盆的主要作用是承接和缓冲来自浇包的金属液并将其引入直浇道，以减轻对直浇道底部的冲击并阻挡熔渣、气体进入型腔。

当浇口盆中的金属液流向直浇道时，会使汇流在直浇道上部的金属液旋转起来，形成水平涡流。由于水平涡流的产生，使距离涡流中心（直浇道中心）越近的金属液，其旋转速度越快，压力越低，甚至形成负压，在涡流中心形成喇叭口的低压空穴区，使附近的渣和气被吸入直浇道中。水平涡流的产生与浇口盆中液面高度及浇注时包嘴距离浇口盆的高度有关。

当浇口盆中的金属液面高而浇包位置浇低时，流入直浇道的流线陡峭，水平分速度小，不易产生高速度的水平涡流；当浇口盆中的金属液面低，流线趋向平坦，水平分速度大，就容易产生水平涡流；当浇包位置浇高时，尽管盆中的液面也较高，仍会产生水平涡流，因为高速的液体穿入金属液面，对液面产生较大的冲击，使流线变得比较平坦，形成水平流股而产生涡流。因此，为避免水平涡流，应采用浇包低位浇注大流充满，并且使浇口杯中液面高度与直浇道直径保持一定的比值。

浇口盆可分为漏斗形和盆形两大类。漏斗形浇口盆挡渣效果差，但结构简单，消耗金属量少。盆形浇口盆挡渣效果好，但消耗的金属量较多。

三、金属液在直浇道中的流动

直浇道的作用是将来自浇口盆中的金属液引入横浇道。并提供足够的压力头以克服各种流动阻力而充型。直浇道一般不具备挡渣能力，如果设计不当，还易吸入气体。

直浇道截面形状多呈圆形，常用的事斜度为1%~2%上大下小的圆锥形直浇道，它起模方便，浇注时充型快，金属液在直浇道中呈正压状态流动，从而可以防止吸气和杂质进入型腔，是应用最广泛的一种直浇道。还一种是上小下大的倒锥形直浇道在，在机器造型应用较多，浇道模样固定在底板上，浇注时借助于横浇道和内浇道对金属液流动增大阻力，使金属液在直浇道中仍呈正压状态流动。在大型铸钢件生产中，一般采用耐火材料圆管作为直浇道。而在非铁合金铸件的生产中，为了平稳浇注、减少氧化和吸气。

四、金属液在横浇道中的流动

横浇道是连接直浇道与内浇道的水平通道。它的作用除了向内浇道分配金属液外，主要是起挡渣作用，故又称为撇渣槽。最初进入横浇道的金属液以较大的速度流向横浇道末端，并冲击型壁使动能转变为位能，从而使末端的金属液升高，形成金属浪并开始返回移动，直到返回移动的金属浪与由直浇道流出的金属液相遇（也称叠加现象），横浇道中的整个液面同时上

升直至充满为止。在此过程中，如果横浇道延长段不够长，则两个不同方向形成的叠加流会把熔渣一同带入离横浇道末端最近的内浇道中。为避免这一现象，建议横浇道延长段（即最后一个内浇道与横浇道末端的距离）为70~150mm。

五、金属液在内浇道中的流动

内浇道是将金属液直接引入型腔的通道。其作用是控制金属液的速度和方向，调节铸型各部分的温度和铸件的凝固顺序。同一横浇道上有多个等截面的内浇道时，各内浇道中的流量是不均匀的，即离职浇道远的内浇道的流量较大，而靠近直浇道的内浇道的流量较小，这种现象可以引起铸件局部过热而造成铸件质量不均匀。

内浇道在铸件上的开设置和数量，不仅影响金属液对铸型的充填，还影响铸件的温度分布和补缩。对于同一种铸件，选择的位置不同，得到的结果不同。