浇注系统设计

2．设置集渣包的浇注系统
金属液在内浇道中的流动
内浇道的功用
控制充型速度和方向，分配金属， 调节铸件各部位的温度和凝固顺序， 浇注系统的金属液通过内浇道对铸件 有一定补缩作用。设计内浇道时还应 避免流入型腔时的喷射现象和飞溅， 使充型平稳。
浇口比的影响
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 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
浇口杯中的流动
浇口杯的作用：承接来 自浇包的金属液，防止 金属液飞溅和溢是出， 便于浇注；减轻液流对 型腔的冲击、分离渣滓 和气泡，阻止其进入型 腔；增加充型压力头。 只有浇口杯的结构正确， 配合恰当的浇注操作， 才能实现上述功能。
浇口杯中的流动
浇口杯中的流动
浇注方向的影响见图3-4-8。逆向浇注较 顺向浇注为佳，侧向浇注介乎两者之间。
横浇道中金属的流动
横浇道的功用
向内浇道分配洁净的金属液 储留最初浇入的含气量和渣污 的低温金属液并阻留渣滓 使金属液流平稳和减少产生氧 域，被称为内浇道 的吸动区，只要金属进入该区就会自动流入内浇道。显然， 进入该区的渣团也将会流入型腔。
对渣团上浮运动分析可知： 渣团半径小．对应悬浮速度也小； 对应一定横浇道的流速有一可能上浮的临界 渣团半径，只有大于临界半径的渣闭才能上浮； 渣团密度相对于金属液密度越小，越有利于 上浮； 横浇道内金属的流速越低，可能阻留的渣团 也越小。 但无论如何、仅靠横浇道是不可能阻留金属液 中所有的渣污的，特别是那些小于临界半径的 渣团。
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浇注系统设计
3.1浇注系统的基本类型及选择
一、按内浇道在 铸件上的位置分 类
顶注式浇注系统
顶注式浇注系统
优点:
容易充满，可减少薄壁 件浇不到、冷隔方面的 缺陷 充型后上部温度高于底 部，有利于铸件自下而 上 的顺序凝固和冒口的 补缩 冒口尺寸小，节约金属 内浇道附近受热较轻 结构简单，易于清除
在正常浇注条件下，金属液不能充满所有组元的浇注系统，又 称为非充满式或非压力式浇注系统。 完全开放式浇注系统在内浇道被淹没之前，各组元均呈非充满 流态，几乎不能阻渣而且会带入大量气体。因此，使用转包浇 注的铸铁件上不宜应用这种浇注系统。 主要优点 进入型腔时金属液流 速度小，充型平稳，冲 刷力小，金属氧化轻。 主要缺点 阻渣效果稍差，内浇 道较大，金属消耗略多
4）封闭式 浇注系统 的横 浇道应高而窄，一般取高 度为宽度 之 2倍 。 内 浇道 宜扁而薄，以降低其吸动 区。 5)内浇道应远离横浇道的 弯道；应尽量使用直的横 浇道；内浇道同横浇的连 接，呈锐角时初期进渣较 多；呈钝角时增加紊流程 度。
强化横浇道阻渣的措施
强化横浇道阻渣的措施
3．设置筛网芯的浇注系统
3. 直浇道与横浇道的连接
直浇道窝
作用： 1、缓冲作用 2、缩短直- 横拐弯处的高度紊乱区 3、改善内浇道的流量分布 4、减小直- 横拐弯处的局部阻力系数和水头损失 5、浮出金属液中的气泡
直浇道窝的大小、形 状应适宜，砂型应坚 实。底部放置干砂芯 片、耐火砖等可防止 冲砂。直浇道窝常做 成半球形、圆锥台等 形状。推荐形状如图 3—4—15所示。
中间注入式浇注系统
对内浇道以下的型腔部 分为顶注式；对内浇道 以上的型腔部分相当于 底注式。故它兼有顶注 式和底注式浇注系统的 优缺点。由于内浇道在 分型面上开设，故极为 方便，广为应用。适用 于高度不大的中等壁厚 的铸件。
阶梯式浇注系统
阶梯式浇注系统适用于高 度大的中、大型铸件。具 有垂直分型面的中大件可 优先采用
浇口杯的挡渣
直浇道中的流动
直浇道的功用：
从浇口杯引导金属向下，进入横浇道、内 浇道或直接导入型腔。 提供足够的压力头，使金属液在重力作用 下能克服各种流动阻力，在规定时间内充满 型腔。
二、液态金属在直浇道中的流动
1．直浇道入口处的形状影响液流分布
2．直浇道形状影响液流的内部压力。
(二)直浇道的吸气问题
尽管非充满的直浇道有带气的缺点，但在特 定条件下也会采用。如阶梯式浇注系统中为 了实现自下而上地逐层引入金属的目的而采 用；又如用底注包浇注的条件下，为了防止 钢液溢至型外而使用非充满态的直浇道。
(三)直浇道结构设计 防止液流带入气体和冲砂，设计直浇道时应注意以下几点：
1．入口处的连接 2．直浇道的形状
横浇道发挥阻渣作用应具备的条件 横浇道应成充满流态，即满足充满的条件 流速应尽可能低 内浇道的位置关系要正确
三、液态金属在横浇道中的流动
1)内浇道距直浇道应足够远，使渣固有条件浮起到超过内浇道 的吸动区。 2)有正确的横浇道末端延长段
3)封闭式浇注系统的内浇道应位于横浇道的下部，且和 横浇道具有同一底面。
金属液在直浇道中的流动的特点
1)液态金属在直浇道中存在两种流态：充满式流动或非充满 式流动。 2)在非充满的直浇道中，金属液以重力加速度向下运动，流 股呈渐缩形，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，由于流股内部和砂型表层气体之间无压力差，气体不可 能被“吸人”流股，故在直浇道中气体可被金属表面所吸收 和带走。 3)直浇道入口形状影响金属流态。当入口为尖角时，增加流 动阻力和断面收缩率，常导致非充满式流动。实际砂型中尖 角处的型砂会被冲掉引起冲砂缺陷。 4)砂型中直浇道的充满式流动的理论条件
四、液态金属在内浇道中及进入型腔时的流动
内浇道的基本设计原则 内浇道在铸件上的位置和数目应服从所选定的凝 固顺序 或补缩方法 方向不要冲着细小砂芯、型壁、冷铁和芯撑，必 要时 采用切线引入 内浇道应尽量薄，薄的内浇道的好处是 降低内浇道的吸动区，有利于横浇道阻渣 降低初期进入渣的可能性 减轻清理工作量 内浇道薄于铸件的壁厚，在去除浇道时不易损害 铸件 对薄壁铸件可用多内浇道的浇注系统实现补缩， 这时 内浇道尺寸应符合冒口颈的要求

缺点:
易造成冲砂缺陷金属， 液下落过程中接触空气， 出现飞溅、氧化、 卷入 空气等现象，使充型不 平稳 易产生砂孔、铁豆、气 孔和氧化夹杂物缺陷， 大部分浇注时间，内浇 道工作在非淹没状态， 横浇道阻渣条件相对较 差
应用:
主要用于结构复杂的各种黑色金属 铸件和易氧化的有色金属铸件。
用于不易氧化的金属铸件。
优点 封闭式浇注系统有较好的阻渣能力，可防止金属液卷入气 体，消耗金属少，清理方便 缺点 进入型腔的金属液流速度高，易产生喷溅和冲砂，使金属 氧化，使型内金属液发生扰动、涡流和不平静
开放式浇注系统：
∑S内≥∑S横≥ S直；例如1.5 : 1.2 : 1 或半开放式： ∑S内≥ S直≥∑ S横
内浇道流量的不均匀性
内浇道流量的不均匀性
同一横浇道上有多个等截面的内浇道时， 各内 浇道的流量不等，试验表明： 一般条件下，远离直浇道的内浇道流量大，且先进 入金属。近直浇道的流量小，且后进入金属。 （浇注初期，进入横浇道的金属液流向末端时失去 动能而使压力升高，金属液首先在末端充满并形成 末端压力高而靠近直浇道压力低的态势，故而形成 这种流量分布；但当总压头小而横浇道很长时，沿 程阻力大，也会出现近直浇道处压力高的情况，这 时近处的内浇道流量大）
二、按浇铸系统各基本组元截面积比例分类
封闭式浇注系统：
阻流－在一个浇注系统中截面积最小的浇道 ∑S内≤∑ S横≤ S直，例如1: 1.2 : 1.5 或半封闭式：S内≤ S直≤ S横
封闭式浇注系统可理解为正常浇注条件下， 所有组元能被金属液充满的浇注系统，也 称为充满式浇注系统。（因全部截面上的 金属液压力均高于型壁气体压力，故是有 压或正压系统）
适用于易氧化的有色金属铸 件(如轻合金铸件)、球铁件 等、漏包浇注的铸钢件也宜 采用开放式浇注系统，但直 浇道不能成充满态，以防钢 水外溢，造成事故。
3.2 液态金属在浇注系统基本组元中的流动
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 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 合金液在浇注系统中一般呈紊流状态 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