材料成型浇注系统

浇注系统是为填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道。

常用的浇注系统大多由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道等部分组成。

除导入液态合金这一基本作用外，浇注系统还能实现其它的一些作用，其作用如下：
(1)使液态合金平稳充满砂型，不冲击型壁和砂芯，不产生激溅和涡流，不卷入气体，并顺利地让型腔内的空气和其它气体排出型外，以防止金属过渡氧化及生产砂眼、铁豆、气孔等缺陷。

(2)阻挡夹杂物进入型腔，以免在铸件上形成渣孔。

(3)调节砂型及铸件上各部分温差，控制铸件的凝固顺序，不阻碍铸件的收缩，减少铸件变形和开裂等缺陷。

(4)起一定的补缩作用，一般是在内浇道凝固前补给部分液态收缩。

(5)让液态合金以最短的距离，最合宜的时间充满型腔，并有合适的型内液面上升速度，得到轮廓完整清晰的铸件。

(6)充型流股不要对正冷铁和芯撑，防止降低外冷铁的激冷效果及表面熔化，不使芯撑过早软化和熔化，而造成铸件壁厚变化。

(7)在保证铸件质量的前提下，浇注系统要有利于减小冒口体积，结构要简单，在砂型中占据的面积和体积要小，以方便工人操作、清除和浇注系统模样的制造，节约金属液和型砂的消耗量，提高砂型有效面积的利用。

一、浇注系统各组成部分与作用：
(1)浇口杯：浇口杯又称外浇口，其作用是承接来自浇包的金属液，减轻金属液对铸型的冲击，阻止熔渣、杂物、气泡等进入直浇道，增加金属液的充型压力等。

常用浇口杯有呈漏斗形和池形（浇口盆），漏斗形浇口杯可单独制造或直接在铸型内形成，成为直浇道顶部的扩大部分；它结构简单，体积小，可节约金属，但阻渣能力较差，它常用于中、小型铸件，在机器造型中广泛采用。

对大、中型铸件，特别是铸铁件，常采用浇口盆，它具有较好的阻渣效果，浇口盆是与直浇道顶端连接，用以承接导入熔融金属的容器。

在浇口盆出口处常放置有浇口塞，当浇口盆充满金属后，塞子升起即开始浇注。

(2)直浇道：浇注系统中的垂直通道，它通常带有一定的锥度。

对黑色金属，直浇道应做成上大下小的锥体，锥度一般为1：20，其底部常比横浇道的底部稍低并呈
（它可储存最初进入的金属液，球形。

直浇道底部的凹坑和扩大部分亦称为直浇道窝。

对后面的金属液起缓冲作用，并适当引导液流向上，有助于杂质和气泡上浮至横浇道顶部，增强横浇道的撇渣功能。

）
(3)横浇道：是连接直浇道和内浇道的中间组元。

横浇道的作用是分配金属液和挡渣。

常开在上型的分型面以上，截面多呈上小下大的梯形。

对形状简单的小铸件可以省略横浇道。

(4)内浇道：浇注系统中，引导液态金属直接进入型腔的部分。

内浇道的作用是控制金属液流入型腔的速度和方向，调节铸件各部分的温度分布和控制铸件的凝固顺序。

在某种情况下，也有一定的补缩作用。

内浇道应与横浇道相接而低于横浇道（即内浇道常开在下型的分型面以下），其截面多呈上大下小的扁梯形。

内浇道不要开在横浇道的尾端，应与之有15-40mm的距离。

内浇道的长度对小件可选20-30mm，截面大时可选长些。

二、浇注系统的类型、特点及应用
（1）浇注系统按各组成元截面积比分类：
a、封闭式浇注系统
控流截面在内浇道；浇注开始后，金属液容易充满浇注系统，呈有压流动状态；挡渣能力较强，但充型速度较快，冲刷力大，易产生喷溅，金属液易氧化；适用于湿型铸铁小件及其干型中、大件；树脂砂型大、中、小件均可采用。

b、开放式浇注系统
控流截面在直浇道，内、横浇道往往是充不满的，呈无压流动状态，流速小而平稳，冲刷力小，但挡渣差；适用于铸钢件和非铁合金铸件。

在球墨铸铁件中常有采用，灰铸铁件中也有应用。

c、半封闭式浇注系统
控流截面在内浇道；横浇道面积最大。

浇注中，浇注系统能充满，但较封闭式晚。

流速较封闭式慢，有一定挡渣能力，充型较平稳；广泛用于灰铸铁件、球墨铸铁件。

铝合金及镁合金铸件也有应用。

d、封闭-开放式浇注系统
控流截面在横浇道中，控流截面之前封闭，其后开放，既利于挡渣，又充型平稳，兼有封闭与开放式浇道的优点；多用于铸铁件和铝合金铸件。

特别是在模板造型及一型多件时广泛应用。

（2）浇注系统按内浇道在铸件上的位置分类：
a、顶注式浇注系统
以铸件的浇注位置为基准，内浇道设在铸件的顶部，称为顶注式浇注系统。

金属液自下而上地充满型腔，利于实现顺序凝固和冒口的补缩，冒口尺寸可较小；易于充满铸型，减少薄壁铸件的浇不足、冷隔缺陷；结构简单，容易清除，消耗金属较少。

但对型腔的冲击力较大，易产生飞溅、氧化、卷气等现象。

因而铸件较易出现砂眼、气孔，铁豆和氧化等缺陷。

它适用于重量不大、高度不高、形状简单的中、小铸件。

b、底注式浇注系统
与顶注式相反，金属液是从铸件的底部注入型腔，因而液面上升平稳，对型腔、砂芯的冲击力小，利于型腔内气体的排出，整个浇注系统较快充型，利于阻渣。

但金属液长时间流经型腔底部，使该处温度高而上部低，进入冒口的金属液温度低，不利于补缩，而且底部容易局部过热而引起缩孔、缩松和晶粒粗大等缺陷。

c、中间注入式浇注系统
该浇注系统的内浇道设在铸件中间某一高度的分型面处，它兼有顶注和底注的部分优缺点。

适用于中等重量的、高度不太高的、中等壁厚的中、小型铸件。

d、阶梯式浇注系统
其内浇道分为多层并开设在铸件的不同高度上。

金属液首先由最底层的内浇道充型，随着型内液面的上升，自下而上顺序地逐层进入型腔。

它能防止浇注初期中、上层注入金属液，实现充型平稳，排气顺利，型内温度较均匀和利于冒口补缩的目的。

三、浇注系统的计算：
1、内浇道最小截面积的计算：运用水力学原理导出用转包浇注铸件的内浇道的最小控流截面积F的计算式为：
式中 G--留经内浇道的金属液重量；
μ--浇注系统的流量损耗因素；
H p--平均静压力头高度。

式中，G值可通过计算或称量得到（一般为铸件质量的1.3倍）；μ、t 、H p均为待定值，将通过讨论确定其值：
（1）μ值的确定：μ值与浇注系统的结构、浇注方式、砂型情况及合金特性有关。

在填充过程中，该值是不稳定的，理论计算烦琐，也不准确，所以以实验方法或依据经验确定。

具体数值见表。

（2）t值的确定：计算浇注时间是为了使金属液在预定时间内充满砂型。

每个铸件都有一个适合的浇注速度。

浇注时间太长，型腔上表面长时间受高温烘烤，会产生开裂、脱落，致使铸件夹砂、粘砂和结疤，还可能使铸件产生冷隔等铸造缺陷。

浇注时间太短，可能使型腔中气体没有足够时间溢出，在浇注刚结束时，产生过大的液体动压力，而引起胀型、抬型和跑火，也可能引起铸件产生气孔。

浇注时间的长短，对铸件质量有重大的影响。

确定合适的浇注时间，尚无完善的计算公式，生产中常用经验计算式来确定浇注时间。

对于浇注重量小于450kg。

且形状复杂的铸铁件，其浇注时间可按下式计算：
L
式中 GL--浇注重量，计算时可按工艺出品率估算（见表3-71）
S--系数，决定于铸件厚度，由表2-6查得。

（3）确定平均静压力头H p：平均静压力头在H p生产中按金属液流经浇注系统所作的功来计算。

下面是不同浇注形式的平均压力头高度计算公式：
底部注入：P=C H p= H0-C/2
中间注入：P=C/2 H p= H0-C/8
顶部注入：P=0 H p= H0
（其中：H0为冒口顶部到分型面的高度；C为铸件在砂型中的高度。

）
2、直浇道和横浇道截面积的确定
直浇道和横浇道的截面积可根据浇注系统各组元截面比例来确定：（具体数值见表）
内浇道、横浇道和直浇道的截面形式如下图所示
内浇道、横浇道和直浇道的截面积与截面形式确定后，可通过查询来确定内浇道、横浇道和直浇道的具体尺寸。