1液态金属铸造成形(第1章)20100305

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Re数值→充型稳定性→铸件含渣、气等
举例计算铸铁雷若数
1.1.2 液态金属在浇注系统中的流动
Molten metal flow in the gating system
浇注单元
1.液态金属在浇口杯中的流动
Flow in sprue cup 浇口杯的作用: 1)承接来自浇包的金属 液,防止金属液飞溅和溢 出,便于浇注; 2)减轻液流对型腔的冲 击; 3)分离渣滓和气泡,并 在一定程度上阻止其进入 型腔; 4)增加充型静压力头。
a)封闭式
b)开放式
5.金属液在浇注系统中的过滤
The filter in the gating system 在铸造生产中,由于非金属夹杂物等铸造缺陷导致的铸 件废品率一般占废品总数的50%—60%。采用金属液过滤技 术,可以有效地减少或消除其中的非金属夹杂物,净化液态 铸造合金。 减少金属中的夹杂物-夹渣缺陷减少 改善了金属的力学性能(疲劳、抗蚀等) 改进了切削性能,延长刀具寿命 提高了铸件表面品质,减少了加工余量 简化了浇注系统结构,提高了工艺出品率
第1章
液态金属充型过程
Mold-filling process of molten metal
内容简介 1.1 液态金属充型过程水力学特性及流动 情况 1.1.1 液态金属充型流动过程的水力 学特性 1.1.2 液态金属在浇注系统中的流动 情况 1. 2 浇注系统的设计 1.2.1 浇注系统的类型及应用 1.2.2 浇注系统的尺寸计算
横浇道的阻渣原理——避开吸动区 a)正确 b)不正确
4.在内浇道中的流动-流量不均匀性
Flow in the ingate
同一横浇道上有多个等断面的内 浇道时,各内浇道的流量不等。 一般条件下远离直浇道的流量 大,近直浇道的流量小。各内浇 道的流量主要取决于合金液柱的 高度、横浇道的长度、内浇道在 横浇道上的位置以及各浇道断面 积之比。 当合金液柱高,横浇道不十分长 时,从直浇道流入横浇道的合金 液,大部分流入距直浇道较远的 内浇道。如果直浇道高度不大, 横浇道很长,则大部分液流将通 过某几个处于中间位置或靠近直 浇道的内浇道。 这种流量不均匀现象同横浇道与 内浇道断面积之比有关。一般情 况下,浇道截面扩张程度越大, 则流量不均匀现象越明显。
1.1 液态金属充型过程的水力学特性及流动
The hydraulic properties of the filling process of molten metal and its flow
概述:充型+凝固→液态金属铸造成形→产品(铸 件)质量 1.1.1 液态金属充型流动过程的水力学特性 (The hydraulic properties of the filling process of molten metal ) 1.粘性流动←粘度→合金成分,温度,结晶 2.流动的不稳定性:界面传热、传质 3.散体材料的“多孔管流动”和多相流流动
直浇道窝对液流的影响 左) 无直浇道窝 右)有直浇道窝
3.液态金属在横浇道中的流动
(Flow
in the cross-runner
横浇道是连接直浇道和内浇道的中间通道,其作用: 1)稳流:液流从直浇道落下时,速度大不平稳,而 经过浇口窝进入横浇道后,液流转向并趋于平稳; 2)流量分配:液流充满横浇道的同时,即由横浇道 分配给各个内浇道。同一横浇道上有多个等断面的内浇 道时,各内浇道的流量不等。一般条件下远离直浇道的 流量大,近直浇道的流量小; 3)挡渣:横浇道是浇注系统的主要挡渣单元,其挡 渣作用与熔渣特性、横浇道本身结构、各浇道的相互配 置关系有关。
铸造用泡沫陶瓷过滤网
泡沫陶瓷过滤器性能
泡沫陶瓷过滤器的孔洞曲折,能有效地阻止非金属夹 杂物流过。 主要技术特性:体积密度,孔隙率、常温抗压强度、 抗热震性、高温抗弯强度等。 孔隙率应控制在70%-95%。孔的大小一般用单位面 积的孔数表示(或者用平均孔径表示)。
金属液过滤器在浇注系统中的安放位置
挡渣效果2:降低合金液在横浇道的流动速度:增加横 浇道的水力学阻力的措施,采用搭接式横浇道或双重横浇道
搭接式a)和双重式b)横浇道
1—直浇道 6—内浇道
2—横浇道 3—缓冲槽 4—过滤网 5—铸件 7—过渡内浇道 8—过渡横浇道 9—出气孔
其他挡渣措施
a.横浇道应呈充满状态,这样有利于使渣团上浮到横浇 道顶部而不进入内浇道。减小浇注系统的扩张程度,采用 底注式浇注系统等措施均有利于使横浇道呈充满状态。 b.内浇道的位置关系要正确。内浇道距直浇道应有一定 距离,使渣团能浮上横浇道顶部而不进入内浇道。横浇道 末端应有一定的延长段,以容纳最初进入横浇道的低温、 含气及有夹杂的金属液,还可在末端设置集渣包。 c.在横浇道上设置过滤网以滤除渣团。 e.横浇道上被局部加高、加大的部分称为集渣包。在横 浇道上设置集渣槽是常用的除渣措施。
金属液的过滤装置
Molten metal filtration device
Foam Ceramic Filter
1978年,美国首次成功地在铸件浇注系统中应用了泡沫陶瓷过滤器. 1984年,在美国第3l届铸造年会上公开了他们的研究成果。这种过滤 器适用于砂型、石膏型及陶瓷型铸造。 1984年,美国的有关铸铝公司及英国FOSECO公司,分别使用固态烧 结工艺生产出用于黑色金属液过滤的泡沫陶瓷过滤器,并在实际生产 中得到广泛地应用。 国内也研制出多种钢、铁及有色合金液用的泡沫陶瓷过滤器。 2009年7月,中国铸造标准化委员会审查并通过了《铸造用泡沫陶瓷 过滤网》国家标准。据不完全统计,目前国内已有10多条泡沫陶瓷过 滤器生产线,年生产总量已达数千万片。 用于镁、铝、铜等有色金属合金的泡沫陶瓷过滤器性能稳定,已形成 了一定的生产规模,其性能可以与美国Selee公司的产品相媲美。 用于铸钢、铸铁和连铸等耐高温泡沫陶瓷过滤器,如碳化硅、氧化铝、 氧化锆等材质,目前还未形成生产规模,有的正处于开发阶段,所需 的产品尚须大量进口。
Flow heterogeneity
内浇道的连接形式与其流量不均匀性
直浇道、横浇道和内浇道 截面积之比(即S直:S横: S内)称为浇口比(gating ratio)。 以内浇道为阻流时,金属 液流入型腔时喷射严重; 以直浇道下端或附近的横 浇道为阻流时,充型较平 稳,S内/S阻比值越大则越 平稳。 因此,轻合金铸件常采用 S内比S阻大得多的开放式 浇注系统。
HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY
材料加工工程——液态金属铸造成形
材料科学与工程学院 李远才
主要铸造专业中文期刊
1)铸造(12),中国铸造学会 2)中国铸造装备与技术(12),中国铸造学会 3)铸造工程(6),中国铸造学会 4)现代铸铁(12),中国铸造学会 5)铸造设备研究(6),中国铸造学会 6)特种铸造与有色合金(12),中国铸造学会 7)铸造技术(12),中国铸造协会 8)热加工工艺(12),中船总公司 9)铸造世界报(12),中国铸造学会 10)铸造纵横(12),中国铸造协会
浇口杯水平旋涡的产生
当合金液从各个方向流 入直浇道时,各向流量不 均衡,某一流股的流向偏 离直浇道中心,就会形成 水平涡流。根据水力学原 理,水平涡流愈靠近中心 部位压力愈低,液面愈 低,这样浮在液面上的渣 滓会沿着弯曲的液面,一 面旋转,一面和空气一同 进入直浇道,就有可能形 成氧化夹渣等铸造缺陷。
主要铸造专业英语期刊
1)Transaction of AFS(美,1) 2)Modern Casting(美,12) 3)Foundry Management & Technology(美,12) 4)Die Cast Engineer(美,6) 5)The British Foundryman,The Foundryman (1988)(英,12) 6)Foundry Trade Journal(英,24) 7)Cast Metals(英,4) 8)Castings(澳大利亚,6) 9)Indian Foundry Journal(印度,12)
The level of vortex
浇注方向 a)逆向 b)顺向 c)侧向
水平旋涡及其影响因素
液面深度和浇注高 度的影响 Factors
防止措施—— 拔塞式等
Preventive measures
2.液态金属在直浇道中的流动
Flow in the sprue
直浇道的作用 1)将来自浇口杯的液流引入横浇道、内浇道 或直接进入型腔; 2)通过调整直浇道的高度,可获得足够的压 头以保证金属液能克服沿程阻力损失,在规定的 时间内以适当的速度充满型腔。 直浇道越高,则压头越大,金属液进入型腔的 速度越快,对充满薄壁铸件有利,但同时对铸型 的冲击也愈大。
砂型铸造用直浇道形式及常用断面形状
a)圆柱形
b)蛇形
c)片状形
d)阶梯形
直浇道的截面形状——不 同的水力学流动态: 1.充满式(Full of style):上 大下小型 2.非充满式(Non-filled type):
等截面型
直浇道截面各点的压力P与 型壁气体压力Pa
在等截面的圆柱形和 上小下大的倒锥形直浇道 中液流呈非充满状态。在 非充满的直浇道中,流股 自上而下呈渐缩形,流股 表面压力接近大气压力, 微呈正压。流股表面会带 动表层气体向下运动,并 能冲入型内上升的金属液 内。 在上大下小的锥形直 浇道中液流呈充满状态, 无负压和吸气现象。
充型能力mold-filling capBaidu Nhomakorabeacity
影响充型能力的其他因素
1)铸型性质 a)蓄热系数 b)温度 c)气体 2)浇注条件 a)浇注温度 b)充型条件 c)浇注系统结构: 3)铸件结构 a)模数 b)结构复杂程度
非铁合金化学成分与流动性
铸钢(铁)液流动性的差异
4、紊流流动(eddying flow)
2)表面效应(Surface effect) 当金属液流经结构复杂的陶瓷体时,被分割成许多细小 的流股,增大了金属液中夹杂物与过滤介质的接触面积及接 触几率,由于过滤器表面具有极微小的凹凸面,具有静电吸 附和粘附截流作用。
place location of Ceramic foam filters
泡沫陶瓷过滤器过滤机理
Mechanism of ceramic foam filters
1)“滤饼”机制 Cake filtration
mechanism
当金属液通过结构复杂的泡沫陶 瓷过滤器时,通过过滤介质的机械分 离作用,把大于过滤器表面孔眼的夹 杂物滤除,并使之沉积在过滤器液态 金属流入端,成为过滤器的一个组成 部分。随着夹杂物在过滤器表面上堆 积数量的增多,逐渐形成了一层“滤 饼”,使金属液流道进一步变细,因而 新增的过滤介质表面可以滤除更为细 小的夹杂物。 与此同时,介质内部也有过滤作 用,在贯穿于陶瓷体的众多小孔中, 有的呈现微小狭缝,有的存在死角, 这些变化不同的区域都是截获夹杂物 的可能位置。
液流在直浇道中的流动模拟
浇口窝(Sprue
base)
一般在直浇道的底部设有浇口窝 或缓冲槽,以改善金属液的流动状况。 浇口窝的作用有: 1)缓冲作用:液流下落的动能 有相当大的一部分被窝内液体吸收而 转变为压力能,再由压力能转化为水 平速度流向横浇道,从而减轻了对直 流道底部铸型的冲刷。 2)缩短拐弯处的高度紊流区: 可减轻金属氧化、阻渣和减少卷入气 体都有利; 3)改善内浇道的流量分布:设 置浇口窝,有利于内浇道流量分布的 均匀化; 4)减少浇道拐弯处的局部阻力 系数和水头损失。
挡渣效果1:横浇道末端延长段的形式
pushing off the slag
液流速度的影响
流速高
流速低
合金液在横浇道中的流动速度υ越大,液流在横浇道中 的紊流程度越大,杂质上浮所遇到的干扰越大。
杂质(渣)去除的难易
a.杂质与合金液的密度差越大,渣子越易上浮除去。 b.渣团半径R越大,渣子上浮速度越大,越易除去。 c.合金液在横浇道中的流动速度V横越大,液流在横浇道中 的紊流程度越大,杂质上浮所遇到的干扰越大。当V横达到 一定程度时,杂质就浮不上来,而始终悬浮在液流中,此时 的V横临界速度称为悬浮速度。 d.合金液的粘度越大,则渣团上浮越慢,越难除去夹杂。
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