浇注系统

第2章浇注系统

§2-1 概述

§2-2 液态金属在浇注系统中的流动

§2-3 浇注系统类型及其应用范围

§2-4 铸铁件浇注系统计算方法

§2-5 其它合金铸件浇注系统特点

§2-1 概述

1．浇注系统

浇注系统是铸型中使液态金属充填型腔的通道。浇注系统设置不当，常使铸件产生冲砂、夹砂、缩孔、缩松、裂纹、冷隔，以及气孔等多种缺陷，甚至会使铸件报废。因此，正确的设计浇注系统，对提高铸件质量及降低生产成本具有重要意义。

2．浇注系统的结构

一般情况下，浇注系统的结构由：浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。对于某些复杂铸件的浇注系统，除上述四个组元外，尚可增加其他组元；而对于某些简单铸的浇注系统可以少于四个组元。

图2-1 浇注系统的基本组元

3．浇注系统的设计内容

包括浇注系统的结构、开设位置及各组元尺寸等。

4．浇注系统要求

良好的浇注系统通常满足以下几点要求:

1) 控制金属液流动的速度和方向，并保证充满型腔，保证适当的浇注时间。

2) 金属注入方式及内浇口方向应不致使金属冲毁铸型或砂型，并有利于杂质上浮和型中气体排出。金属液在型腔中的流动应平稳、均匀以免夹带空气、产生金属氧化物。

3)有利于铸件温度的合理分布。（铸型充满后，型内金属的温度分布状态尽可能有利于铸

件预期的凝固方式。希望同时凝固的铸件，温度应分布均匀；希望顺序凝固的铸件，温度应朝向冒口递增。）

4)浇注系统应具有除渣功能。生产无锡青铜、球墨铸铁等铸铁件，要求浇注系统具有较强

的挡渣能力，以防止溶渣进入铸型。

5)浇注系统不应阻碍铸件收缩，在生产裂纹敏感性强的大型铸件时，这点尤为重要。

6)在保证铸件质量的前提下，浇注系统力求简单，便于造型，金属消耗量最少，以及有利

于铸件清理。

附加：对浇注系统的基本要求

由以上的叙述大致上可以看出，浇注系统对铸件质量的影响是多方面的，其作用显然是重要的。对浇注系统的基本要求如下：

(1)根据铸件结构和合金凝固特点考虑浇注系统的结构，使金属液能以合理的充

填速度或上升速度、尽可能平稳地(紊流程度低)、无喷射、飞溅地充填型腔；金属流股不冲蚀砂型或砂芯，也不在型内相互冲击，防止卷入气体和吸收气体，防止金属氧化。

(2)能提供金属液充填型腔时所需的压力头，以保证在规定时间内将型腔充满，

并使铸件赋形良好(铸件轮廓清晰)。

(3)内浇道的分布(包括位置，方向和个数)有利于铸件实现合理的凝固原则，

而且对铸件的收缩影响最小。

(4)浇注系统要有较好的敷渣性能。它还要不破坏冷铁、芯撑、冒口的作用。

(5)浇注系统的结构与分布应方便造型，占用位置小，金属耗量小和易于从铸件清

掉除。

可以将以上几点概括为三个方面：

(1)控制流经浇注系统的金属液充填型腔和形成铸件的全过程；

(2)浇注系统的布局；

(3)设计的浇注系统是否经济合理。

第一方面由于影呐因素多，不容易控制好，而且有时受到其它两方面的制约。同—零件在不同的单位生产时，浇注系统的结构可能不同。这就说明要按具体条件，分清主次，采取措施以便尽可能地考感到所要求的各点。

浇注系统在铸型充填系统中的地位

浇注系统是引导金属液进入铸型的一系列通道的总称，是铸型充填系统中

一个组成部分。它的基本组元有：浇口杯、直浇道、直浇道窝、横绕道和内绕道，见图2-1。

液态金属的充型能力受金属的流动性、铸型的性质、浇注条件、铸件结构等方面因素的影响，是各种因素的综合反映。由于影响铸型充填过程的因素很多，加上对液态金属停止流动的机理还没有一致的认识，要从理论上计算金属液充填铸型的能力还很困难。但可以说，在一定的挠注条件下，金属液的充型能力与它在型腔中的平均流速v (v=u√2gH)及从它进入型腔直到停止流动为止的时间t(可以近似认为等于浇注时间t浇)密切相关。也可以说，合适的流速v和浇注时间t浇是保证铸型充填良好的最基本的条件。但金属液自身无法创造出这二个最基本的条件，而工艺设计者却可以在综合考虑金属的流动性(包括液态金属停止流动的机理在内)、铸型的性质、浇注条件及铸件结构等综合影的基础上，设计出合理的浇注系统结构（包括组元、尺寸和分布等），从而获得上述的基本条件v和t浇.它们将保证金属液有足够的能量来克服在充填过程中所遇到的各种阻力和使金属液在进入型腔之前的热损耗减至最低限度。所以，浇注系统是铸型充填系统中的重要环节。

但是，要制得合格铸件，光是将金属液充满型腔是做不到的，还必须保证金属有一定的冶金质量和有符合要求的造型材料和铸型条件。否则铸件将出现某种内部缺陷和表面缺陷。

此外，铸件在铸型中的浇注位置、浇注系统的开设位置、浇注方法、浇注温度等也是影响铃型充填的工艺因素。

一、浇注系统对铸件质量的影响

浇注系统开设得是否合理的检验标准主要是铸件质量。通常由于浇注系统开设不当而造成的铸造缺陷有：砂眼( SAND INCLUSION0、夹渣(SLAG INCLIUSION)、气孔(BLOWHOLE)、冷豆（COID SHOT）、未浇满(pour SHOT)和冷隔(COLD SHUT)等等。实际生产中由于浇注系统而引起的废品约为铸件总废品量的30％。所以浇注系统设计得正确与否对铸件的质量影内很大。

§2-2 液态金属在浇注系统中的流动

浇注过程：液态金属通过浇注系统充填铸型的过程。

1浇注初期，因阻力较小和要充满浇注系统各组元，须快速浇注；待到浇注后期，由于有效压头减少和型腔内气体背压增高等原因，浇注系统的通流能力减少，浇注速度随之降低。特别是在临近浇注结束时，为了避免动-静压头转换造成抬箱、呛火等事故，更要求放慢浇注速度。此外，浇注系统拐弯多而且各组元之间断面积不等，因此，在整个浇注过程中，液态金属在浇注系统中的流速随着时间和空间位置改变而变化的。

2 液态金属的密度大，其运动粘度系数小，在浇道内流动时呈紊流状态，金属在沿浇道向前流动时，流动质点还产生垂直于流线方向的十分杂乱的横向运动，这种紊流对渣粒上浮是不利的。

3 可以忽略：金属在浇道壁面上的结晶凝固，浇道断面缩小，由于温度降低而使粘度增加，流动性能降低。

液态金属在浇道内的流动规律

一、液态金属在浇口杯中的流动

1 浇口杯的主要作用：承接来自浇包的金属液并引入直浇道，防止浇注过程中因金属流不易对准直浇道而溢出。经过特殊设计的浇口杯还兼具有防止溶渣进入直浇道的功能。

图2-2 浇注系统形式