第二节 浇注系统设计

②阻渣作用，将最初浇入的含气和渣滓的低 温金属液储存起来。
2)阻渣原理
内浇道吸动区较横浇道 尺寸小得多，渣团不会 进入型腔，设计良好。
内浇道吸动区较横浇 道尺寸大，渣团全部 进入型腔，设计不好
3)强化横浇道阻渣的措施
①设置筛网芯的浇注系统。
②设置过滤网。
横浇道
直浇道 筛网芯
③设置集渣包的浇注系统。
1.浇口杯 1)作用
①承接来自浇包的金属液，防止飞溅和溢 出，方便浇注； ②减少金属液对铸型的直接冲击； ③可能撇去部分熔渣、杂质、阻止其进入 直浇道内；提高金属液静压力。
2)分类 漏斗形浇口杯：结构简单，节约金 属，但撤渣效果差。常配合过滤网 浇口杯 使用。 浇口盆：效果较好，浇 注速度适宜，浇口杯内 液体深度大，避免水平旋涡的产生， 形成垂直旋涡，能较有利地分离渣 滓和气泡。
1.顶注式浇注系统 1)特点 以浇注位置为基准，内浇道 设在铸件的顶部。
金属液自型腔顶部注入，铸 件上部的温度高于下部的 温度，有利于实现自下而 上的顺序凝固和冒口补缩， 冒口尺寸较小，节约金属。
金属液自由下落，冲击力大，充型不平 稳，易发生飞溅、氧化和卷入空气等现象， 铸件中容易出现砂眼、气孔 和夹渣等缺陷。
二、液态金属在浇注系统基本组元中的流动 （一）液态金属在铸型中流动过程的特点： 1.粘性流体流动，充型过程中，粘度不断增 大。 2.多相流动，含有杂质、气体及可能析出的 晶体。 3.不稳定的流动，其流速和流态不断变化。 4.紊流流动。 5.伴随着复杂的热作用、机械作用和化学作 用。
（二）液态金属在浇注系统基本组元中的流动
铸件的外廓周长

2.立缝和立筒尺寸的确定 1)立缝 立缝=（80%~150%）铸件 对航空镁铸件： 立缝=（200%~300%）铸件 锥度=2°~3°
立筒 立缝

宽度b=15~35mm 高度h立缝=H型腔 2)立筒 直径d=（4~6）立缝 高度h立筒=h立缝=H型腔
3.其它个组元的设计
④内浇道开在易清理和打磨的地方。 ⑤当合金收缩较大，且壁 厚有一定差别时，宜将内 浇道从铸件厚壁处引入； 而对壁薄而轮廓尺寸又较 大的铸件，宜从铸件薄壁 处引入。
5)内浇道断面形状
扁平梯形 月牙形
三角形 圆形
高梯形
三、浇注系统的种类
（一）按浇注系统各基本组元截面积的比例 分类
直浇道截面积：S直 横浇道截面积：S横 内浇道截面积：S内
将两式合并，得计算浇注系统中最小截面积 公式： m
S阻
2 gH均
材料 S直:S横:S内 1:2:2 1:4:4 1:1:1 1:1:3（黄铜） 1:6:6 1:2:4 （ 0.6~0.7 ） :1:0.75
2.确定浇注系统各组元的截面比
材料 S直:S横:S内 1:4:4 1.1:1.3:1 1:0.75:0.5
直浇道、横浇道与底注式 浇注系统相同。
内浇道应位于立筒的底部， 立筒底部应比铸件的高度低 20~30mm。 适当配以冷铁和冒口。
五、各种合金铸件浇注系统的特点
（一）铸钢件的浇注系统
（二）球墨铸铁件的浇注系统
（三）轻合金铸件的浇注系统
（四）铜合金铸件浇注系统
铸钢件的浇注系统
铸钢的特点是熔点高，易氧化，流动 性差，收缩大。多使用柱塞包进行浇注。 1.浇注系统应结构简单、截面积大，使钢 液充填铸型快而平稳。 2.为避免钢液溢出，浇注系统应设计成直 浇道不充满的开放式。 3.对于一般中、小铸件，多采用底注式浇 注系统，对于高大铸件则宜采用阶梯式浇 注系统，而且直浇道常由管状耐火砖组成。
3.直浇道窝 1)作用 ①缓冲作用，减轻金属液对直浇道底部型砂 冲刷； ②缩短直横浇 道拐弯处的高 度紊流区； ③改善内浇道的流量分布，有利于内浇道 流量分布的均匀化； ④减少直-横浇道拐弯处的局部阻力系数 和水头损失，有利于金属液中气泡的浮出。
4.横浇道 1)作用 ①分配流量，使金属液流足量、平稳地流入 内浇道；
2)应用 多用于易氧化的合金。
正牛角式 反牛角式 底淋雨式 基本形式
3.中间注入式浇注系统
1)特点 以浇注位置为基准，内浇道设在在铸件 的某一中间高度上。 兼有底注式和顶注式浇注系统的优缺点。
2)应用 适用于高度不大的中等壁厚的铸件。
垂直阻流式 基本形式
水平阻流式 逆齿式
缓流式 集渣包式
顺齿式
球墨铸铁件的浇注系统
球墨铸铁件的特点是因球化处理而 形成的渣子小而多。 1. 加强过滤网等排渣措施， 同时保证铁液在充型过程 中流动平稳、通畅。 2. 用开放式浇注系统。 3.大量流水线生产时 可在浇注系统结构 中增加反应室，实 现型内球化或型内 孕育处理。
轻合金铸件的浇注系统
轻合金的特点是密度小、熔点低、导热 系数大、质量定容热容量小、化学性质活泼、 极易氧化和吸收气体等，因此易氧化生成氧 化膜，在紊流情况下卷入液流中而产生夹杂 缺陷。 1.轻合金要求平稳、无涡流、无喷溅地充满 型腔。 2. 浇注时间要短，以避免出现浇不到等缺陷。 3. 一般采用开放式底注式浇注系统，广泛应 用垂直缝隙式和带立缝的底注式浇注系统 （除高度小于100mm的不重要的小件外）。
塞球法控制 组元比例控制
多直浇道
带反直浇道 带缓冲直浇道
5.缝隙式浇注系统 1)特点 金属液由下到上沿整个铸件高 度开设的垂直缝隙状内浇道平稳 地进入型腔。 充型平稳，有利于阻渣及铸件由 下而上顺序凝固和上部冒口补缩。 金属消耗多，浇道切割麻烦。 2)应用 轻合金铸件，尤其适合缩松倾向大的 镁合金铸件，一般不用于铸铁和铸钢件。
（二）按流体力学公式计算浇注系统 适用于转包浇注的封闭式浇注系统。 1.确定阻流截面 对于封闭浇注系统，最小截面在内浇 道，对于半封闭式或开放式浇注系统，最 小截面则是内浇道前的某个截面。
金属液由内浇道流出的速度
来自百度文库
v2 H0 h总损 2g
总的阻力损耗
内浇道以上的金属液静压头
v2 而 h总损 浇 2g
2)应用
特别适合薄壁的中小件。
楔形式
搭边式
压边式
2.底注式浇注系统 1)特点 以浇注位置为基准，内浇道设在铸件的 底部。 金属液从下部开始充填，充型平稳，可 避免金属液发生喷溅、氧化及由此而形成 的铸件缺陷，利于气体排出和横浇道阻渣。 金属的温度分布不利于顺序凝固和冒口 补缩，充型过程中温度损失大，难以保证 高大薄壁铸件充满，易形成浇不到、冷隔 等缺陷，金属消耗较大。
灰铸铁
铜合金
铝合金
1:0.9:0.8（壳型） 球墨铸铁 1:2:2（壳型，立浇） 1.2:1:2 铸钢 1:2:1.5 1:3:3 1:1:0.7 1:2:2
镁合金 1:2:2 1:4:4
（三）按经验公式计算非铁合金的阻流截面 积
材质系数
S阻
m
W 2 g
铜合金 黄铜、铝青铜、 镁合金 紫铜
铜合金铸件浇注系统
1.锡青铜及磷青铜结晶温度范围宽，氧化 倾向小，常用雨淋式、压边式等顶注式浇 注系统。大、中型复杂铸件可设置带有滤 网或滤片的浇注系统。
2.铝青铜流动性好，体收缩大， 结晶范围窄，易产生集中缩孔， 需设置较大的补缩冒口。此外 又由于易氧化而生成氧化渣， 因此一般采用带有滤网或集渣 包的底注开放式浇注系统。
封闭式浇注系统
开放式浇注系统
1)特点 系统阻流截面在直浇道的下部或横浇道 上，即：S直<S横<S内 进入型腔的金属液流速小，充型平稳， 冲刷力小，金属氧化少。 阻渣效果差，内浇道较大，金属消耗略 多。 2)应用 应用于易氧化的非铁合金铸件、球墨 铸铁件和用柱塞包浇注的中大型钢件。
（二）按浇注系统在铸件浇注时的位置分类
v2 H0 (1 浇） 2g
v 2 gH 0 / (1 浇 )
充填下半型的金属液重量为：
m1 S阻 1 2 gH 0 / 1 浇 1 1 令： ，称为流量系数 1 浇
m1 1S阻1 2 gH0 S阻 m1 /( 11 2 gH0 )
第二节 浇注系统设计
一、浇注系统 浇注系统是引导金属液流入型腔的一系 列通道的总称。 （一）浇注系统组成
直浇道窝
末端延长段
（二）浇注系统的要求 1. 在规定时间内充满型腔，保证铸件轮廓、 棱角清晰。 2.使金属液流动平稳，避免严重紊流；防止 卷入、吸收气体和使金属过度氧化。 3.具有良好撇渣能力，防止夹渣和气孔缺陷。 4.保证型内金属液面有足够的上升速度，以 免形成夹砂结疤、皱皮、冷隔等缺陷。 5.金属液进入型腔时线速度不可过高，避免 飞溅、冲刷型壁或砂芯。 6.浇注系统结构力求简单，简化造型，减少 清理工作量和液态金属的消耗。
④设计合理的横浇道/内浇 道形式，降低流速，强化 排渣。 4)常见横浇道的断面形状
5.内浇道 1)作用 控制金属液充填铸型的速度和方向， 调节铸型各部分的温度和铸件的凝固顺序， 起补缩作用
2)液态金属的运动 同一横浇道上有多个等截面的内浇道时， 各浇道的流量不等。一般条件下，远离直浇 道的内浇道的流量最大，而先进入金属液； 近直浇道的流量小，且后进入金属液。
4.阶梯式浇注系统 1)特点 具有多层内浇道。 金属液从下到上逐层按顺序充填型腔， 充型平稳，型腔内气体排出顺利；上部金 属液温度高于下部，有利于顺序凝固和冒 口补缩；充型能力强，易避免缩孔、缩松、 浇不到等缺陷。
造型复杂，要求多个分型面；需要合理 的设计和计算，否则易出现”乱浇”现象。
2)应用 适用于高度较高的 中大型铸件或型腔较复 杂、收缩量较大或品质 要求较高的铸件，优先 用于具有垂直分型面的 中大件。 3)常见形式
常见有色金属材质系数W 铝合金 锌合金 硅铝系、 硅铜系、 青铜 硅锌系 硅镁系
0.32
0.31
0.29
0.28
0.26
0.25
（四）缝隙式浇注系统的尺寸计算 1.立缝数量和位置的确定 立缝的作用：有利于铸件的顺序凝固和补 缩，避免产生缩松、裂纹和氧化等缺陷。
当质量要求高时：
n (1.5 (0.016 0.024 ) P n (0.016 0.024 ) P
阻流部分截面积：S阻 1.封闭式浇注系统
2.开放式浇注系统
1)特点 各组元中截面积最小的是内浇道，内浇道为 阻流截面，S直>S横>S内或部分扩张式S直<S横 >S内（S内/S阻<1.5~2.5） 有较好的阻渣能力，可防止金属液卷入气体， 消耗金属少，清理方便。 进入型腔的金属液流速高，易产生喷溅和冲 砂使金属氧化。 2)应用 应用于不易氧化的各种铸铁件，不适用于 易氧化的非铁合金铸件和用柱塞包浇注的钢件。
继续充填内浇道出口处以上的型腔部分时：
v2 H0 h总损 h h型损 2g
v2 H均 （ 1 浇 型） 2g S阻 m2 / 2 2 H均 1 其中：2 1 浇 型
对于作用在内浇道中金属液上的实际压头 的平均值H均： 内浇道出口处以上的型腔 H均 H 0 h 设： 内金属液的平均静压头
四、浇注系统的计算 （一）浇注系统的计算步骤 （二）按流体力学公式计算浇注系统 （三）按经验公式计算非铁合金的阻流截面 积 （四）缝隙式浇注系统的尺寸计算
开始 确定浇注系统类型 确定浇注系统引入位置 计算浇注系统阻流面积
确定浇注系统各基 本组元的尺寸结构
选择浇道比
计算各组元的截面尺寸
浇注试验 浇注
3)防止水平旋涡的方法 ①拔塞 ②浮塞 ③铁隔片
2.直浇道 1)作用：从浇口杯中将浇口杯中的金属液 引入横浇道、内浇道或直接进入型腔。 2)形状 锥形、柱形和倒锥形 等。
3)液态金属在直浇道中的流动 不会吸收和带走气体 充满式流态： 一般直浇道中液态金属的流动呈充 满式流态。 会吸收和带走气体 非充满式流态： 仅在阶梯式浇注系统中的分配直浇道 和柱塞包浇注钢件时用的直浇道中液态金 属的流动呈非充满式流态。
3)设计要点
①流量分布均匀：缩小远离直浇道的内浇道 的截面积，或使横浇道截面积依比值逐步缩 小。 ②金属充填型腔时平稳、无喷射和飞溅现象。
4)内浇道与铸件型腔连接位置的选择原则
①浇道中的金属液能畅通无阻地进人型腔， 不正面冲击铸型壁、砂芯或型腔中薄弱的突 出部分。 ②内浇道不应妨碍铸件 收缩。 ③内浇道尽量不开设在 铸件的重要部位。