铸造浇注系统设计资料

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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 浇口杯底部安放筛网等
c 在浇口杯底部设置堤坝，形成垂直旋涡。
垂直旋涡的挡渣作用： 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。
a)合理
b)不合理
• 在池形浇口杯中增设隔板和在浇口杯出口处又有 底坎，就能把浇包落入浇口杯中流股的紊乱搅拌
• 按经验比例数据决定其他组元的断面积；
• 大批量生产时需经过生产阶段的反复，如有不足之 处，应调整以上各项设计内容，甚至修改工艺方案 ，直到合理并保证质量为止。
第一节 液态金属在浇注系统的流动
一、砂型流动的水力学特点
型壁的多孔性、透气性和合金液的不相润湿性，给合金液的 运动以特殊边界条件
在充型过程中，合金液和铸型之间有着激烈的热作用、机 械作用和化学作用；合金液冲刷型壁，粘度增大，体积收 缩，吸收气体、使金属氧化等；
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。
作用限制在浇注区范围内，且能急剧改变流股方
向，形成使轻质点杂质上浮的流向。
d 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
• 即使带隔板和底坎（或凹坑）的浇口杯，也不能 完全阻挡浇注开始时液流带入的气体和夹杂物， 故浇注重要铸件时，常在浇注前用各种方法将直 浇道堵住，等浇口杯充满后再打开，并一直保持 浇口杯的液面高度。
应用：主要用在小型铸铁件及铸钢件，广泛用于机器造 型。
结构：漏斗口的直径应该比直浇道大一倍以上。可用带 滤网的漏斗形浇口杯。
池盆形浇口杯
特点：挡渣作用明显，但是制作程序复杂，消耗 的金属较多
应用：主要用于中大型铸铁件。
结构：浇口盆 的深度应该大 于直浇道上端 直径的5倍。
浇口杯中应避免出现水平涡流
阻挡夹杂物进入型腔，以免在铸件上形成渣孔。
调节铸型及铸件各部分温差，控制铸件的凝固顺序， 不阻碍铸件的收缩，减少铸件的变形和开裂倾向。
合金液流不应冲刷冷铁和芯撑。防止冷铁的激冷效 果降低及表面熔化，避免芯撑过早软化和熔化，造 成铸件壁厚变化
浇注系统设计原则
浇注系统尽可能结构简单紧凑，占砂箱面积小，体 积小，有利于减少冒口体积，节约合金和型砂，提 高砂箱利用率，方便造型、清理和浇注系统模样的 制造
第七章 浇注系统设计
本章主要讲授浇注系统类型的选择，浇注最小截 面尺寸的计算，其它铸造合金浇注系统的特点。要 求掌握浇注系统的选择原则。
重点为浇注系统的选择原则和确定浇注位置，难 点为浇注系统选择原则的灵活应用。
概述
浇注系统：铸型中液态金属流入型腔的通道之总称
组成：浇口杯、直浇道、直浇道窝、横浇道、内浇道
浇注过程是不稳定流动过程 ✓ 在型内合金液淹没了内浇道之后，随着合金液面上升，
充型的有效压力头渐渐变小 ✓ 型腔内气体的压力并非恒定 ✓ 浇注操作不可能保持浇口杯内液面的绝对稳定
一、砂型流动的水力学特点
合金液在浇注系统中一般呈湍流状态
多相流动
一般合金液总含有某些少量固相杂质、液相夹杂和气 泡，在充型过程中还可能析出晶粒及气体，故充型时合 金液属于多相流动
液态金属在平底的浇口杯中 流动 时易出现水平涡流。 流量分布不均匀造成流速方 向偏 斜。水平分速度对直浇 道中心线 偏斜，形成水平涡 流运动。在涡 流中心区形成 一个漏斗形充满空 气的等压 自由液面的空穴。容易 将空 气和渣子带入直浇道。
原因：水平各向流量不均 衡造成流速方向的偏斜。
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：
使液态合金以最短的距离，最合适的时间充满型腔， 有足够的压力头，并保证金属液面在型腔内有必要 的上升速度等，以确保铸件的质量；
起一定的补缩作用，在内浇道凝固前补给部分液 态收缩
浇注系统的设计内容与步骤
• 选择浇注系统的类型和结构；
• 合理地在铸型中布置浇注系统及确定内浇道的引入 位置和个数；
• 计算浇注时间和浇注系统中的最小断面积，确定直 浇道的高度（如有浇口杯则从杯中液面高度算起）
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端直
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。
• c 浇注方向：逆向浇注较顺向浇注为佳。纵向逆浇不 易形成水平涡流，而纵向顺浇易将夹渣带入型腔；带 底坎时，侧向浇注时金属液可能绕过底坎从另一侧进 入直浇道形成水平涡流。
正确设计浇注系统使液态合金平稳合理的充满型 腔，对铸件品质影响很大，铸件废品中的30%是因浇注 系统不当引起。
浇注系统的组成
浇注系统设计原则
使液态合金平稳充满铸型，不冲击型壁和型芯， 不产生涡流和喷溅，不卷入气体，并利于型腔内 的空气和其他气体排出型外，防止金属液过度氧 化及产生砂眼、冷豆、气孔。
二、浇口杯中的流动
浇口杯作用：
用来承受来自浇包的金属液流并引入直浇道， 防止过浇而溢出；
避免流股直冲直浇道，减少液流对铸型的冲击
有一定的挡渣作用；
当砂箱高度低、压头不够时，又可用以增加金 属液的静压头。
二、浇口杯中的流动
浇口杯分类：漏斗形浇口杯、池盆形浇口杯
漏斗形浇口杯
特点：结构简单，制作方便，容积小，消耗金属液少； 只能用来接纳和缓冲浇注的金属流股，挡渣能力小；
图 底坎和浇注方向对液流流向的影响 a) 纵向逆浇 b)纵向顺浇 c)侧向浇注
图 底坎和浇注方向对液流流向的影响 a) 纵向逆浇 b)纵向顺浇 c)侧向浇注
• 纵向顺浇方便浇注工作，不易产生垂直涡流，轻 质点夹杂物进入直浇道的可能性大；
• 纵向逆浇易形成垂直涡流，有助于夹杂物上浮。
• 侧向浇注形成垂直涡流的可能介于上述两者之间 ，液流从一侧流向直浇道，易形成水平涡流。