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 呈球形 直浇道底部的凹坑和扩大部分亦称为直浇道窝 它可储存最初进入的金 属液 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 浇注系统的流量损耗因素 Hp 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 t Hp均 为待定值 将通过讨论确定其值 1 值的确定 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Hp 平均静压力头在Hp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 Hp H0 C 2 中间注入 P C 2 Hp H0 C 8 顶部注入 P 0 Hp H0 其