浇注系统设计课件

浇注系统设计1浇注系统设计13.1概述23.1概述2浇注系统的主要功能使液态合金平稳充满砂型；阻挡夹杂物进入型腔，以免形成渣孔；调节铸型与铸件各部分的温度分布以控制铸件的凝固顺序；起一定的补缩作用，在内浇道凝固前补给部分液态收缩；让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；充型流股不要正对冷铁和芯撑；合理的浇注系统应能节约金属，有利于减少冒口的体积。结构简单紧凑，利于提高铸型面积的利用率，便于造型和从铸件上清除。3浇注系统的主要功能使液态合金平稳充满砂型；3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）；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。4浇注系统的设计内容与步骤选择浇注系统的类型和结构；4合金液在砂型中流动的水力学特点1.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；2.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；3.浇注过程是不稳定流动过程；4.合金液在浇注系统中一般呈紊流状态；5.多相流动。尽管如此，运用水力模似还是可以提供一些有益的情况。5合金液在砂型中流动的水力学特点1.型壁的多孔性、透气性和合3.2浇注系统类型选择3.2.1浇注系统的组元63.2浇注系统类型选择3.2.1浇注系统的组元6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。①浇口杯7作用：用来承受来自浇包的金属液流并引入直浇道，防止过浇而溢出液态金属在浇口杯中的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。图浇口杯中涡流运动8液态金属在浇口杯中的流动液态金属在平底的浇口杯中流动时易出现浇口杯中液体要有必要的深度，并在整个浇注过程中连续供给金属液，保持液面不变，浇包嘴尽可能接近和迅速浇满浇口杯。图浇注状态对液流运动的影响(a)合理(b)、(c)不合理浇口杯还应有合理的形状和结构，以防止产生水平涡流，提高浇口杯的挡渣能力。9浇口杯中液体要有必要的深度，并在整个浇注过程中连续供给金属液金属液沿斜壁流下，其流速的减低和流向的改变，形成垂直方向的涡流，有利于杂质的上浮。图浇口杯的挡渣作用10金属液沿斜壁流下，其流速的减低和流向的改变，形成垂直方向的涡漏斗形浇口杯：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；主要用在小型铸铁件及铸钢件，广泛用于机器造型。漏斗口的直径应该比直浇道大一倍以上。为了挡渣，可用带滤网的漏斗形浇口杯。浇口杯的结构分析11漏斗形浇口杯：结构简单，制作方便，容积小，消耗金属液少；只能挡渣作用明显，但是制作程序复杂，消耗的金属较多，主要用于中大型铸铁件。浇口盆的深度应该大于直浇道上端直径的5倍。图池形浇口杯在浇口杯底部加设凹坑有利于形成垂直涡流及增强挡渣能力，可有效的吸收金属液的冲击，并在浇注时阻止缓慢浇入的金属液进入直浇道。待包嘴对准，才快速浇注和充满直浇道，使渣子进入的最少。12挡渣作用明显，但是制作程序复杂，消耗的金属较多，主要用于中大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。图平底浇口杯中浇注方向对液流流向的影响a)侧向浇注b)纵向顺浇c)纵向逆浇13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纵向逆浇时排渣、排气效果最好；纵向顺浇时效果较差；侧向浇注虽然金属液从浇口杯一侧越过底坎流向直浇道时会出现水平涡流，但涡流的旋转速度也因底坎的限制而小得多。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14纵向逆浇时排渣、排气效果最好；纵向顺浇时效果较差；侧向浇注虽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作用限制在浇注去范围内，且能急剧改变流股方向，形成使轻质点杂质上浮的流向。图带隔板和底坎的浇口杯a)合理b)不合理15在池形浇口杯中增设隔板和在浇口杯出口处又有底坎，就能把浇包落拔塞浇口杯a)熔化铁隔片浇口杯b)扒塞浇口杯c)浮动闸门浇口杯即使带隔板和底坎（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。16拔塞浇口杯a)熔化铁隔片浇口杯b)扒塞浇口杯即使带②直浇道直浇道多为圆形或方形断面的锥形管道，作用是从浇口杯向下引导金属液进入浇注系统的其他组元或直接导入型腔，并提供足够的压力头，使金属液在重力作用下能克服流动过程中的各种阻力，充满型腔的各个部分。17②直浇道直浇道多为圆形或方形断面的锥形管道，作用是从浇口杯液态金属在直浇道中的流动特点直浇道一般不能挡渣，而且金属液通过时容易带入气体。当气体被卷入时容易带入气体。当气体被卷入型腔时而又不能顺利逸出时，就会在铸件中形成气孔。18液态金属在直浇道中的流动特点直浇道一般不能挡渣，而且金属液通图液流在有机玻璃模型的直浇道内的流动情况a)圆柱形直浇道，入口为尖角，呈不充满的状态b)圆柱形直浇道，入口为圆角，充满且吸气c)上大下小的圆锥形直浇道，入口为尖角，呈不充满状态d)上大下小的圆锥形直浇道，入口为圆角，充满且三排小孔有液体流出19图液流在有机玻璃模型的直浇道内的流动情况19直浇道的吸气问题由伯诺里方程可得：图不透气的模型直浇道中金属液流动状况及压力分布20直浇道的吸气问题由伯诺里方程可得：图不透气的模型直浇道中金对于直浇道不透气的条件下导出的等断面直浇道内液流呈充满状态流动时，越靠上部真空度越大，吸气越严重。根据流体的连续性方程，金属液稳定流动时，通过各个断面的流量相等。由于断面相等，因此，流速相等。有：图不透气的模型直浇道中金属液流动状况及压力分布21对于直浇道不透气的条件下导出的等断面直浇道内液流呈充满状态流实际砂型是均匀的透气体，砂型表层的气体压力均匀的作用在流股表面，使之呈等压(大气压力)状态；液态金属在等断面直浇道内自由下落过程中做等加速运动，流股必定向内收缩而离开直浇道壁；砂型和液态金属不润湿，透气的砂型壁使流股失去附壁效应，以及热作用型砂中气体压力略有升高，这些均促成在直浇道中出现不充满的状态。22实际砂型是均匀的透气体，砂型表层的气体压力均匀的作用在流股表金属流股断面上的压力应该大于或等于砂型表面层气体的压力。因此，流股内部和砂型表层气体压力之间便没有压力差存在，气体也不可能被“吸入”流股。液态金属在直浇道中呈非充满式流动时是会带入气体的，这是因为液流向下做加速运动时，其表面与气体发生摩擦，带动气体随之向下运动，并冲入直浇道底部的金属液之内而卷入型腔。故在直浇道内气体是被液流带走，而不是被吸入。23金属流股断面上的压力应该大于或等于砂型表面层气体的压力。23入口处的连接。采用圆角，其半径为直浇道上端直径的0.25倍。这样可以减少气体的卷入和冲砂的危险。直浇道的结构设计24入口处的连接。采用圆角，其半径为直浇道上端直径的0.25倍。直浇道的形状。上大下小的锥形，有利于在直浇道中呈正压流动，能防止吸气或非充满状态而带气。特例：机器造型机上使用直浇道多是上小下大的倒锥形，这时要靠增加直浇道的出口阻力，如在直浇道中增加滤网，阻流片使充满；直浇道的结构设计25直浇道的形状。上大下小的锥形，有利于在直浇道中呈正压流动，能蛇形直浇道时利用增加水力损失改变直浇道压力分布的一例，多用于有色金属铸件和直浇道直接接于型腔时。在机器造型机上使用的直浇道多被固定在模板上，其形状必须是圆柱形或上小下大的倒锥形，这时要靠增加直浇道出口以后的阻力，如在横浇道上加设滤网、阻流片等。图蛇形直浇道曲折程度对直浇道中压力分布的影响(非透气壁)直浇道出现负压b)直浇道呈正压分布26蛇形直浇道时利用增加水力损失改变直浇道压力分布的一例，多用于直浇道与横浇道的连接。要增设直浇道窝的结构防止冲砂和卷气，使金属液的紊乱程度降低。窝座的直径一般为横浇道宽的2倍左右，最好接近横浇道的高度，直浇道与横浇道的连接也应做成圆角。27直浇道与横浇道的连接。要增设直浇道窝的结构防止冲砂和卷气直浇道窝直浇道窝的作用：减小金属液的紊流和对铸型的冲蚀作用，减小局部阻力和压头损失，有利于渣、气与金属液分离并上浮。湿型砂强度低，必要时可在直浇道底放一干芯片（或耐火砖片）以承受金属液的冲击。28直浇道窝直浇道窝的作用：减小金属液的紊流和对铸型的冲蚀作用，③横浇道横浇道用以连接直浇道与内浇道，并将金属平稳而均匀的分配给各个内浇道；主要作用是捕集、保留由浇道流入的夹杂物，所以又称“捕渣器”，是浇注系统最后一道挡渣关口。要求横浇道平稳、缓慢地输送金属液，而低速流动又可减少充填时对型腔时的冲击，利于渣粒在横浇道中上浮并滞留在其顶部而不进入型腔。29③横浇道横浇道用以连接直浇道与内浇道，并将金属平稳而均匀的横浇道中液流分配金属液从直浇道进入横浇道初期，他以较大速度沿长度方向向前运动，等到达横浇道末端冲击该处型壁后，金属液的动能转变为势能，横浇道末端附近液面升高，形成金属浪，并开始返回移动，使横浇道内液面向直浇道方面逐渐升高，直到全部充满。图液流分配比例1-直浇道2-横浇道3-内浇道30横浇道中液流分配金属液从直浇道进入横浇道初期，他以较大速度沿横浇道的挡渣原理31横浇道的挡渣原理31横浇道内向前流动的金属液，在内浇道附近除了有继续向前的运动速度外，还有一个向内浇道流动的速度，于是内浇道会将横浇道中的金属液“吸”进去，即“吸动作用”。吸动区范围大小与内浇道中的液流速度成正比例，还随内浇道断面的增大及内浇道、横浇道高度比值得增大而增大。生产中常将横浇道做成高梯形，内浇道制成扁平梯形，内浇道置于横浇道之下，使横浇道高度为内浇道高度的5~6倍。内浇道的吸动作用32横浇道内向前流动的金属液，在内浇道附近除了有继续向前的运动速为了使从直浇道急转弯进入横浇道的金属液的流动比较平稳，以及使渣来得及浮到横浇道顶部，直浇道中心到第一个内浇道的距离为L≥5h横，浇道末端要加长一段距离，以减少最后一个内浇道的吸动作用，甚至加上冒渣口，及使聚集在加长段中的夹杂物不再随液流返回到横浇道的工作段中去。33为了使从直浇道急转弯进入横浇道的金属液的流动比较平稳，以及使横浇道断面形状内浇道的断面形状有梯形，圆形和圆顶梯形三种。梯形和圆顶形主要用于浇注灰铸铁和有色金属合金铸件，圆形断面的横浇道散热最少，但撇渣效果差，用于浇注铸钢件。34横浇道断面形状内浇道的断面形状有梯形，圆形和圆顶梯形三种。梯横浇道具有撇渣作用的条件：横浇道必须呈充满状态；液流的流动速度低于渣粒的悬浮速度（渣粒能在横浇道中浮起）；液流的紊流搅拌作用要尽量小；应使夹杂物有足够的时间上浮至顶面，横浇道的顶面应该高出内浇道区一定距离，末端应加长；内浇道和横浇道应有正确的相对位置。35横浇道具有撇渣作用的条件：横浇道必须呈充满状态；35增强横浇道挡渣能力的措施缓流式浇注系统1-直浇道2-横浇道3-内浇道36增强横浇道挡渣能力的措施缓流式浇注系统1-直浇道2-横浇道阻流式浇注系统a)垂直式b)水平式37阻流式浇注系统a)垂直式37带滤网式浇注系统1-滤渣网2-直浇道3-横浇道4-内浇道38带滤网式浇注系统1-滤渣网2-直浇道3-横浇道4-内浇集渣包式39集渣包式39④内浇道内浇道的作用是引导金属液进入型腔。内浇道比较短，本身不能挡渣，但是合理的结构尺寸与与横浇道的连接方式将有利于横浇道的挡渣。内浇道可以调节铸型与铸件各部分的温差和凝固顺序；分配金属液；控制金属液流的充型速度与方向，使之平稳充型。40④内浇道内浇道的作用是引导金属液进入型腔。40内浇道对凝固顺序的影响及其位置选择同时凝固能使铸件中内应力最小，因而铸件变形量也小，但不能防止缩孔、缩松，故主要适用于液态和凝固收缩不大的合金(灰铸铁)及壁厚均匀的其他合金的薄壁铸件。顺序凝固时内应力大，变形也大，易造成裂纹缺陷。但收缩大的合金如铸钢、可锻铸铁及大多数有色金属铸件，防止产生缩孔和缩松常是工艺上首要考虑的问题，故需采用顺序凝固的原则，将缩松、缩孔集中并移入冒口。41内浇道对凝固顺序的影响及其位置选择同时凝固能使铸件中内应力最该图表示一铸钢件高900mm，用砂型从铸件不同高度位置浇注时其纵向温度分布的情况。图内浇道位置对铸件纵向温度分布的影响1-顶注2-阶梯浇注3-底注快浇4-底注慢浇42该图表示一铸钢件高900mm，用砂型从铸件不同高度位置浇注时内浇道在铸件上开设位置的选择对壁厚均匀的铸件，应当采用同时凝固的方式，可选用多个内浇口分散引入金属液。壁厚不均匀的铸件，可从薄壁处引入，这样可以平衡铸型各部分的温差，使铸件大体在相同时间凝固；对需要采用冒口补缩的铸件，应获得顺序凝固的条件，从厚壁处引入金属液，形成从薄壁到厚壁最后到冒口的先后凝固顺序；43内浇道在铸件上开设位置的选择对壁厚均匀的铸件，应当采用同时凝对于结构复杂的铸件，往往采用同时凝固和顺序凝固相结合的解决方法。即对每一个补缩区按顺序凝固的需要安放内浇道，但对整个铸件，则需要按照同时凝固的方式采用多个内浇道分散充型；在铸件壁厚相差悬而又必须从薄壁处导入金属时，则应同时使用冷铁使厚壁处先凝固及加大冒口等工艺措施；内浇道应使液流顺壁流入，不冲刷型壁，不冲击型芯，且不阻碍收缩；内浇道应该避开铸件的重要加工面部分，防止出现晶粒粗大，降低耐磨性等；内浇道的位置应使造型清理方便，且不阻碍铸件的收缩。44对于结构复杂的铸件，往往采用同时凝固和顺序凝固相结合的解决方内浇道与横浇道的连接内浇道与横浇道的交界处角度不应小于90°。45内浇道与横浇道的连接内浇道与横浇道的交界处角度不应小于90°内浇道与横浇道的连接方式对于封闭式浇注系统内浇道应在横浇道底部，内浇道和横浇道的底面最好在同一平面上，否则浇注之初内浇道不能很好地保持空位而过早地起作用。46内浇道与横浇道的连接方式对于封闭式浇注系统内浇道应在横浇道底内浇道与横浇道的连接方式对于开放式浇注系统，内浇道开在横浇道顶部，内浇道的顶面不能和横浇道顶面在同一平面上，而要置于横浇道的顶上，以防止整个（或大部分）浇注期中，当横浇道还还未充满时杂质就进入内浇道而不滞留在横浇道顶部。47内浇道与横浇道的连接方式对于开放式浇注系统，内浇道开在横浇道内浇道个数与断面形状充填型腔的高温金属如集中通过一个内浇道，常会使内浇道附近的铸型局部过热，一起铸件局部晶粒粗大，粘砂、缩孔、缩松等缺陷。所以一般采用两个或更多内浇道。但太多也会使金属冷却过度及氧化。48内浇道个数与断面形状48内浇道个数和断面形状

49内浇道个数和断面形状

493.2.2浇注系统的类型一、按内浇道在铸件上的相对位置分类顶注式浇注系统底注式浇注系统中间注入浇注系统阶梯式浇注系统503.2.2浇注系统的类型一、按内浇道在铸件上的相对位置分类5151顶注式浇注系统特点缺点：对铸型的冲击大，流股与空气接触面积大，金属液会产生激溅、氧化，易造成砂眼、铁豆、气孔、氧化夹渣等缺陷；52顶注式浇注系统特点缺点：对铸型的冲击大，流股与空气接触面积大优点：顶注在铸型中所形成的温差与一般铸件由底部开始逐渐向上的凝固顺序，有利于加强凝固的顺序性和顶部冒口对铸件的补缩，可以减少轴向缩松的倾向及冒口的体积；金属液从顶部充填型腔易于充满，对薄壁铸件可减少浇不足、冷隔等缺陷；浇注系统的结构可以简单而紧凑，便于造型，金属的消耗量也少；适用于结构比较简单而且高度不大的薄壁铸件，以及致密性要求高、需用顶部冒口补缩的中小型厚壁铸件。不宜用于易于氧化的合金。53优点：535454底注式浇注系统优点：底注式的内浇道很快被金属液淹没，因此充型平稳，不会产生激溅、铁豆，型腔中的气体易于排除，金属氧化少，同时型腔中液面升高后可使横浇道较快充满，较好挡渣。55底注式浇注系统优点：底注式的内浇道很快被金属液淹没，因此充型缺点：1）底注式的高温金属液从底部进入型腔中所造成的温差与靠重力补缩的顺序相反，所以对补缩不利，当铸件较高时更加明显。2）充型上升平稳，当铸件较高时，金属液在上升过程中长时间与空气接触，表面容易形成氧化皮，这会妨碍金属液内的气体排出，影响铸件的表面质量。因此，底注式浇注系统主要适合于高度不大、结构复杂的铸件。56缺点：565757中间注入式浇注系统58中间注入式浇注系统58中注式浇注系统综合了底注式＆顶注式浇注系统的优点，使之充型平稳，改善了补缩条件，又有利于排气。59中注式浇注系统综合了底注式＆顶注式浇注系统的优点，使之充型平阶梯式浇注系统在浇注之初金属液只从最底层内浇道流入型腔，待型腔内的页面上升到接近第二层内浇道时，才从第二层内浇道流入型腔。这样各层内浇道由下到上逐层接替地起作用，最上层内浇道通入冒口，可保证实现顺序凝固和冒口最后冷凝。60阶梯式浇注系统在浇注之初金属液只从最底层内浇道流入型腔，待型阶梯式浇注系统主要缺点在于结构复杂，设计计算必须正确。容易出现各层内浇道同时引入金属液的混流现象造成底层进入金属液过多，底部温度过高。优点：充型平稳，避免因压头过高或流股从高处落下冲击型底，造成严重的喷射和激溅；金属液自下而上的充满型腔，有利于排气，而且逐渐上部的温度高于下部，能方便的实现自下而上的顺序凝固，可使冒口充分补缩铸件；内浇道分散，减轻了局部过热现象。可以减少铸件上的砂眼、气孔、冷隔、浇不足、缩孔和缩松等缺陷。适合于高度大的中大型铸件。61阶梯式浇注系统主要缺点在于结构复杂，设计计算必须正确。容易出思考如何有效的调整流动状态和挡渣措施？62思考如何有效的调整流动状态和挡渣措施？62二、按断面比例关系分类63二、按断面比例关系分类63封闭式浇注系统开放式浇注系统64封闭式浇注系统64封闭式浇注系统封闭式浇注系统是指从浇口杯底孔到内浇道的断面积逐渐缩小（即内浇道的断面积之和最小，浇口杯底孔的断面积最大），其阻流断面正好是内浇道的浇注系统。65封闭式浇注系统封闭式浇注系统是指从浇口杯底孔到内浇道的断面优点：封闭式浇注系统充满快，故在浇注后不久就有好的挡渣能力；还可以减少金属液的消耗，在铸型中也较好安排，便于清理；可以防止气体卷入金属液中，适合于中小型铸铁件。缺点：流速较大，有时甚至向型腔产生喷射现象使合金液发生氧化，不适合于易氧化的非铁金属铸件或压头高的铸件。66优点：封闭式浇注系统充满快，故在浇注后不久就有好的挡渣能力；开放式浇注系统这种浇注系统是指从浇口杯底孔到内浇道的断面逐渐加大，阻流断面在直浇道上口的浇注系统。浇注过程呈无压流动状态。67开放式浇注系统这种浇注系统是指从浇口杯底孔到内浇道的断面逐渐特点挡渣能力很差，熔渣和气体容易进入型腔，造成废品；同时消耗的金属液也较多。内浇道的金属液流速不高，流动平稳，冲刷力小，金属液受氧化的程度轻。主要用于易于氧化的合金铸件。68特点挡渣能力很差，熔渣和气体容易进入型腔，造成废品；同时消耗生产上常常使用介于这两者之间的半封闭式和封闭－开放式浇注系统；半封闭式浇注系统直浇道一般是上大下小的锥形，能够很快充满，而横浇道断面最大、充满较晚，可以降低液流速度，在浇注开始时平稳，对铸型的冲刷比封闭式浇注系统小的多，挡渣效果比开放式好。主要用于球墨铸铁。69生产上常常使用介于这两者之间的半封闭式和封闭－开放式浇注系统封闭－开放式浇注系统控制流量的阻流断面位于直浇道下端，或在横浇道中，或者在集渣包出口处等。70封闭－开放式浇注系统控制流量的阻流断面位于直浇道下端，或在横这类浇注系统在阻流之前是封闭的，可起挡渣作用；其后开放，可使充型平稳。兼有开放式和封闭式浇注系统的优点，一般用于小型铸铁件和铝合金浇注，特别是在一箱多铸小件时应用，这种浇注系统结构复杂，浇道模样制造以及造型费事，多用于手工造型。71这类浇注系统在阻流之前是封闭的，可起挡渣作用；其后开放，可使3.3浇注系统最小断面尺寸的计算

设单位时间内流经内浇道金属液的体积为Qm3/s，则Q=F内v内F内－内浇道断面积m2；v内－内浇道口的平均流速m/s，可由伯努里方程等到；①

阿暂（Osann）公式723.3浇注系统最小断面尺寸的计算设单位时间内流经内浇从浇口杯叶面到内浇道出口处的伯努里方程是：73从浇口杯叶面到内浇道出口处的伯努里方程是：73由伯努里方程可得则74由伯努里方程可得则74简化可得其中流量系数

流量系数一般通过实验或者经验获取75简化可得其中流量系数流量系数一般通过实验或者经验获取75在浇注时间t内，金属液流入型腔的总重量为G，则Osann公式76在浇注时间t内，金属液流入型腔的总重量为G，则Osann公式式中H0在金属液充填内浇道以下型腔时是不变的。但当型腔内的金属淹没内浇道、并继续充填内浇道以上的型腔时，静压头是在H0与(H0-P)之间发生变化，使用Hp代替H0。77式中H0在金属液充填内浇道以下型腔时是不变的。但当型腔内的金②浇注时间和型内上升速度的核算浇注速度可以在一定程度上控制铸型和铸件各部分的温差。应根据铸件结构复杂程度、合金性质和铸型类别等方面确定快浇、慢浇或正常浇注。对于薄壁复杂件，具有大平面的铸件，表面易氧化的铝合金件，采用底注式浇注系统和顶冒口补缩的铸件，各种中大型灰铸铁、球墨铸铁件以及选用树脂砂型生产的铸件等，都得使用快浇。78②浇注时间和型内上升速度的核算浇注速度可以在一定程度上控制慢浇时金属对型壁的冲刷作用轻，可防止涨砂、冲砂、抬箱等缺陷，有利于型内、芯内气体的排放。对体积收缩大的合金，当采用顶注式或内浇道通过冒口时，慢浇可以减小冒口尺寸，提高铸件工艺出品率。慢浇工艺适合于有高的砂胎或掉砂的湿型，适用于型内砂芯多，砂芯大而芯头小或砂芯排气条件差的情况，或者采用顶注式的体积收缩大的合金铸件。每一个铸件均有最合适的浇注重量速度，即有一个最适宜的浇注时间范围。这个时间的长短决定于合金的种类、铸件的特性(复杂程度、结构、尺寸及壁厚等)和所用的浇注系统类型。79慢浇时金属对型壁的冲刷作用轻，可防止涨砂、冲砂、抬箱等缺陷，

浇注时间的确定对于重量小于450kg，壁厚为2.5-15毫米的铸铁件，可按照下式计算：对于重量在10t以下的中大型铸件80浇注时间的确定对于重量小于450kg，壁厚为2.5-15毫重型铸件一般来说，浇注时间的确定是根据合金性质由生产经验选择。在确定了浇注时间之后，还应该核算金属液在型腔内的液面上升速度，主要是核算铸件最大横界面处的型内金属上升速度。81重型铸件一般来说，浇注时间的确定是根据合金性质由生产经验选择液面上升速度核算方法然后结合总结数据对液面上升速度进行核算。82液面上升速度核算方法然后结合总结数据对液面上升速度进行核算。③平均静压头HP及最小剩余压头HM按照能量守恒的法则进行计算的83③平均静压头HP及最小剩余压头HM按照能量守恒的法则进行计8484为保证金属液能够充满距离直浇道最远的铸件最高部位，铸件最高点离浇口杯内液面的高度必须有一最小值HM，成为剩余压头。可以通过压力角核算剩余压头是否合理。85为保证金属液能够充满距离直浇道最远的铸件最高部位，铸件最高点④流量系数的确定浇注系统计算中的流量系数，指的是阻流截面的流量系数。如果阻流不设在内浇道，则内浇道的流量系数小于浇注系统的流量系数。86④流量系数的确定浇注系统计算中的流量系数，指的是阻流截面的⑤浇注系统各组元断面比例数值得选择浇注系统各组元断面比例的具体数据都是根据经验确定，没有统一的规定。87⑤浇注系统各组元断面比例数值得选择浇注系统各组元断面比例的具3.4图表法确定浇注系统断面尺寸883.4图表法确定浇注系统断面尺寸88浇注系统计算实例Y38-1型滚齿机的支架，是带动滚刀刀架上下移动和支撑齿轮轴(传递动力给主轴的轴)的灰铸铁件，材质HT150，加工精度要求较高，铸件重量350N，轮廓尺寸为460×369×160mm，手工造型，干型干芯，转包浇注。铸件的浇注位置和分型面如图。铸件除顶面直径为100mm凸台处的壁较厚外（30mm），主要壁厚为12-15mm，有7个砂芯，属于形状复杂的薄壁小件。89浇注系统计算实例Y38-1型滚齿机的支架，是带动滚刀刀架上下图Y38-1型滚齿机支架铸件工艺简图90图Y38-1型滚齿机支架铸件工艺简图90通过阻流断面的铁水重量G。铸件重为350N，压边冒口10N，故G=360N。浇注时间t。91通过阻流断面的铁水重量G。铸件重为350N，压边冒口10N，流量系数。选择中型、中等阻力0.48。因有明冒口，减少了型腔内的气体压力，+0.1。因直浇道和横浇道的断面积弊内浇道断面积大很多，阻力损失减小，+0.2；因有两个内浇道，阻力增大，-0.05

因此，流量系数：0.48+0.1+0.2-0.05=0.72确定平均压头Hp。。其中，。92流量系数。选择中型、中等阻力0.48。92半封闭式浇注系统各组元的断面比可取为薄壁复杂铸件还需验算型腔内铁水液面上升速度。核实之后合适。93半封闭式浇注系统各组元的断面比可取为93核算最小剩余压力头。

HM=330-164mm=166mm。经过核实，可以得到轮廓清晰完整的铸件。94核算最小剩余压力头。94生产厂的内浇道截面积为2.4cm2.由于砂箱面积的限制，直浇道中心线和内浇道之间之间的距离仅160mm，固加大横浇道的断面积用以降低液流流速，减轻对铸型和型芯的冲刷，并有利于挡渣，虽然多消耗些金属，但铸件质量得到了保证。95生产厂的内浇道截面积为2.4cm2.953.3其他铸造合金浇注系统特点普通灰铸铁熔点较低，氧化倾向小，流动性好，收缩不大，故可根据铸件的结构形状，尺寸大小和使用要求，采用各种类型的浇注系统。其他铸造合金则由于铸造性能的不同，浇注系统有其相应的特点。963.3其他铸造合金浇注系统特点普通灰铸铁熔点较低，氧化倾向3.3.1可锻铸铁浇注系统设计特点可锻铸铁多是结构复杂、壁不太厚的中、小型铸件，由白口铁铸件经长时间高温退火而得。白口铁的碳硅当量低，熔点较高（约1573K）而流动性差；铸态不允许有石墨化过程，收缩较大，易产生缩孔、缩松、裂纹等缺陷；在熔炼时一般加入的废钢量较多，铁水中熔渣也较多。973.3.1可锻铸铁浇注系统设计特点可锻铸铁多是结构复杂、壁要求浇注系统有较大的断面积，迅速充满充填型腔，挡渣能力要强，采用非彼时浇注系统。宜按顺序凝固原则从厚壁处浇入，并常使在内浇道与铸件之间设暗冒口的浇注系统。这种浇注系统既可以挡渣也可良好补缩。注意避免应浇注系统阻碍收缩而导致铸件开裂报废的问题。98要求浇注系统有较大的断面积，迅速充满充填型腔，挡渣能力要强，图可锻铸铁件带暗冒口的浇注系统1-直浇道；2-暗冒；3-冒口颈；4-铸件；5-横浇道；6-内浇道99图可锻铸铁件带暗冒口的浇注系统992.3.2球墨铸铁件浇注系统的特点铁水经球化、孕育处理后温度下降很多，要求浇注迅速，所以球墨铸铁件的浇注系统断面积往往比灰铸铁大20-100%；球铁易于氧化，为防止产生二次氧化渣，充填型腔要求平稳和畅通。生产中多采用半封闭或开放式浇注系统；球铁液态收缩大，缩孔的体积可比灰铁大2倍以上，在铸件上形成缩孔的倾向性大，且具有糊状凝固的特性，固多按顺序凝固的原则设计浇注系统，并用冒口补缩；当内浇道通过冒口浇入时，可用封闭式浇注系统，既利于挡渣，充型也平稳。1002.3.2球墨铸铁件浇注系统的特点铁水经球化、孕育处理后温3.3.3铸钢件浇注系统设计要点铸钢的特点是：熔点高，流动性差，收缩大，易氧化，而且夹杂物对铸件力学性能影响严重。对铸钢浇注系统的要求是：结构力求简单，断面尺寸大，充型快且平稳，流股不易分散，并有利于铸件在顺序凝固和冒口补缩。浇注系统不应阻碍铸件的收缩。1013.3.3铸钢件浇注系统设计要点铸钢的特点是：熔点高，流动3.3.4铸造非铁合金的浇注系统铸造非铁合金的特点在于：密度小、熔点低、热量小而热导率达、且极易氧化和液态吸气性强。常见缺陷有：非金属夹杂、浇不到、冷隔、气孔、缩孔、缩松及裂纹、变形等。浇注温度不高，对砂型的热作用较小。但金属液过热会提高氢的溶解度，处理不当会引起析出性气孔。非铁合金降温快、应快浇。有的合金糊状凝固特性强，易形成缩松，在浇注系统中发挥冷铁和冒口的作用。金属液在浇注系统中保持流动平稳，不出现涡流、飞溅和冲击，且挡渣能力要强。一般采用雨淋式和高压头封闭式底注浇注系统。除了高度小于100mm的小铸件可采用顶注式外，通常都采用底注开放式和垂直缝隙式浇注系统。1023.3.4铸造非铁合金的浇注系统铸造非铁合金的特点在于：密图垂直缝隙式浇注系统a-一般缝隙式b-带蛇形直浇道的垂直缝隙式1-浇口杯2-直浇道3-横浇道4-环形横浇道5-中间直浇道6-缝隙口7-铸件8-冒口103图垂直缝隙式浇注系统1033.3.5铜合金浇注系统的特点铸造生产中常用的铜合金是铝青铜、锡青铜和黄铜。铝青铜结晶温度范围窄，易产生集中缩孔；氧化性强，合金液面易产生氧化膜，铸件夹渣缺陷较多。多采用底注开放式浇注系统，并常配设滤渣网和集渣包。锡青铜、磷青铜与铝青铜相反，其结晶温度范围宽，易产生缩松缺陷，氧化不强烈，故可采用雨淋式、压边式等顶注式浇注系统1043.3.5铜合金浇注系统的特点铸造生产中常用的铜合金是铝青

浇注系统设计105浇注系统设计13.1概述1063.1概述2浇注系统的主要功能使液态合金平稳充满砂型；阻挡夹杂物进入型腔，以免形成渣孔；调节铸型与铸件各部分的温度分布以控制铸件的凝固顺序；起一定的补缩作用，在内浇道凝固前补给部分液态收缩；让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；充型流股不要正对冷铁和芯撑；合理的浇注系统应能节约金属，有利于减少冒口的体积。结构简单紧凑，利于提高铸型面积的利用率，便于造型和从铸件上清除。107浇注系统的主要功能使液态合金平稳充满砂型；3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）；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。108浇注系统的设计内容与步骤选择浇注系统的类型和结构；4合金液在砂型中流动的水力学特点1.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；2.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；3.浇注过程是不稳定流动过程；4.合金液在浇注系统中一般呈紊流状态；5.多相流动。尽管如此，运用水力模似还是可以提供一些有益的情况。109合金液在砂型中流动的水力学特点1.型壁的多孔性、透气性和合3.2浇注系统类型选择3.2.1浇注系统的组元1103.2浇注系统类型选择3.2.1浇注系统的组元6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。①浇口杯111作用：用来承受来自浇包的金属液流并引入直浇道，防止过浇而溢出液态金属在浇口杯中的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。图浇口杯中涡流运动112液态金属在浇口杯中的流动液态金属在平底的浇口杯中流动时易出现浇口杯中液体要有必要的深度，并在整个浇注过程中连续供给金属液，保持液面不变，浇包嘴尽可能接近和迅速浇满浇口杯。图浇注状态对液流运动的影响(a)合理(b)、(c)不合理浇口杯还应有合理的形状和结构，以防止产生水平涡流，提高浇口杯的挡渣能力。113浇口杯中液体要有必要的深度，并在整个浇注过程中连续供给金属液金属液沿斜壁流下，其流速的减低和流向的改变，形成垂直方向的涡流，有利于杂质的上浮。图浇口杯的挡渣作用114金属液沿斜壁流下，其流速的减低和流向的改变，形成垂直方向的涡漏斗形浇口杯：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；主要用在小型铸铁件及铸钢件，广泛用于机器造型。漏斗口的直径应该比直浇道大一倍以上。为了挡渣，可用带滤网的漏斗形浇口杯。浇口杯的结构分析115漏斗形浇口杯：结构简单，制作方便，容积小，消耗金属液少；只能挡渣作用明显，但是制作程序复杂，消耗的金属较多，主要用于中大型铸铁件。浇口盆的深度应该大于直浇道上端直径的5倍。图池形浇口杯在浇口杯底部加设凹坑有利于形成垂直涡流及增强挡渣能力，可有效的吸收金属液的冲击，并在浇注时阻止缓慢浇入的金属液进入直浇道。待包嘴对准，才快速浇注和充满直浇道，使渣子进入的最少。116挡渣作用明显，但是制作程序复杂，消耗的金属较多，主要用于中大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。图平底浇口杯中浇注方向对液流流向的影响a)侧向浇注b)纵向顺浇c)纵向逆浇117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纵向逆浇时排渣、排气效果最好；纵向顺浇时效果较差；侧向浇注虽然金属液从浇口杯一侧越过底坎流向直浇道时会出现水平涡流，但涡流的旋转速度也因底坎的限制而小得多。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118纵向逆浇时排渣、排气效果最好；纵向顺浇时效果较差；侧向浇注虽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作用限制在浇注去范围内，且能急剧改变流股方向，形成使轻质点杂质上浮的流向。图带隔板和底坎的浇口杯a)合理b)不合理119在池形浇口杯中增设隔板和在浇口杯出口处又有底坎，就能把浇包落拔塞浇口杯a)熔化铁隔片浇口杯b)扒塞浇口杯c)浮动闸门浇口杯即使带隔板和底坎（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。120拔塞浇口杯a)熔化铁隔片浇口杯b)扒塞浇口杯即使带②直浇道直浇道多为圆形或方形断面的锥形管道，作用是从浇口杯向下引导金属液进入浇注系统的其他组元或直接导入型腔，并提供足够的压力头，使金属液在重力作用下能克服流动过程中的各种阻力，充满型腔的各个部分。121②直浇道直浇道多为圆形或方形断面的锥形管道，作用是从浇口杯液态金属在直浇道中的流动特点直浇道一般不能挡渣，而且金属液通过时容易带入气体。当气体被卷入时容易带入气体。当气体被卷入型腔时而又不能顺利逸出时，就会在铸件中形成气孔。122液态金属在直浇道中的流动特点直浇道一般不能挡渣，而且金属液通图液流在有机玻璃模型的直浇道内的流动情况a)圆柱形直浇道，入口为尖角，呈不充满的状态b)圆柱形直浇道，入口为圆角，充满且吸气c)上大下小的圆锥形直浇道，入口为尖角，呈不充满状态d)上大下小的圆锥形直浇道，入口为圆角，充满且三排小孔有液体流出123图液流在有机玻璃模型的直浇道内的流动情况19直浇道的吸气问题由伯诺里方程可得：图不透气的模型直浇道中金属液流动状况及压力分布124直浇道的吸气问题由伯诺里方程可得：图不透气的模型直浇道中金对于直浇道不透气的条件下导出的等断面直浇道内液流呈充满状态流动时，越靠上部真空度越大，吸气越严重。根据流体的连续性方程，金属液稳定流动时，通过各个断面的流量相等。由于断面相等，因此，流速相等。有：图不透气的模型直浇道中金属液流动状况及压力分布125对于直浇道不透气的条件下导出的等断面直浇道内液流呈充满状态流实际砂型是均匀的透气体，砂型表层的气体压力均匀的作用在流股表面，使之呈等压(大气压力)状态；液态金属在等断面直浇道内自由下落过程中做等加速运动，流股必定向内收缩而离开直浇道壁；砂型和液态金属不润湿，透气的砂型壁使流股失去附壁效应，以及热作用型砂中气体压力略有升高，这些均促成在直浇道中出现不充满的状态。126实际砂型是均匀的透气体，砂型表层的气体压力均匀的作用在流股表金属流股断面上的压力应该大于或等于砂型表面层气体的压力。因此，流股内部和砂型表层气体压力之间便没有压力差存在，气体也不可能被“吸入”流股。液态金属在直浇道中呈非充满式流动时是会带入气体的，这是因为液流向下做加速运动时，其表面与气体发生摩擦，带动气体随之向下运动，并冲入直浇道底部的金属液之内而卷入型腔。故在直浇道内气体是被液流带走，而不是被吸入。127金属流股断面上的压力应该大于或等于砂型表面层气体的压力。23入口处的连接。采用圆角，其半径为直浇道上端直径的0.25倍。这样可以减少气体的卷入和冲砂的危险。直浇道的结构设计128入口处的连接。采用圆角，其半径为直浇道上端直径的0.25倍。直浇道的形状。上大下小的锥形，有利于在直浇道中呈正压流动，能防止吸气或非充满状态而带气。特例：机器造型机上使用直浇道多是上小下大的倒锥形，这时要靠增加直浇道的出口阻力，如在直浇道中增加滤网，阻流片使充满；直浇道的结构设计129直浇道的形状。上大下小的锥形，有利于在直浇道中呈正压流动，能蛇形直浇道时利用增加水力损失改变直浇道压力分布的一例，多用于有色金属铸件和直浇道直接接于型腔时。在机器造型机上使用的直浇道多被固定在模板上，其形状必须是圆柱形或上小下大的倒锥形，这时要靠增加直浇道出口以后的阻力，如在横浇道上加设滤网、阻流片等。图蛇形直浇道曲折程度对直浇道中压力分布的影响(非透气壁)直浇道出现负压b)直浇道呈正压分布130蛇形直浇道时利用增加水力损失改变直浇道压力分布的一例，多用于直浇道与横浇道的连接。要增设直浇道窝的结构防止冲砂和卷气，使金属液的紊乱程度降低。窝座的直径一般为横浇道宽的2倍左右，最好接近横浇道的高度，直浇道与横浇道的连接也应做成圆角。131直浇道与横浇道的连接。要增设直浇道窝的结构防止冲砂和卷气直浇道窝直浇道窝的作用：减小金属液的紊流和对铸型的冲蚀作用，减小局部阻力和压头损失，有利于渣、气与金属液分离并上浮。湿型砂强度低，必要时可在直浇道底放一干芯片（或耐火砖片）以承受金属液的冲击。132直浇道窝直浇道窝的作用：减小金属液的紊流和对铸型的冲蚀作用，③横浇道横浇道用以连接直浇道与内浇道，并将金属平稳而均匀的分配给各个内浇道；主要作用是捕集、保留由浇道流入的夹杂物，所以又称“捕渣器”，是浇注系统最后一道挡渣关口。要求横浇道平稳、缓慢地输送金属液，而低速流动又可减少充填时对型腔时的冲击，利于渣粒在横浇道中上浮并滞留在其顶部而不进入型腔。133③横浇道横浇道用以连接直浇道与内浇道，并将金属平稳而均匀的横浇道中液流分配金属液从直浇道进入横浇道初期，他以较大速度沿长度方向向前运动，等到达横浇道末端冲击该处型壁后，金属液的动能转变为势能，横浇道末端附近液面升高，形成金属浪，并开始返回移动，使横浇道内液面向直浇道方面逐渐升高，直到全部充满。图液流分配比例1-直浇道2-横浇道3-内浇道134横浇道中液流分配金属液从直浇道进入横浇道初期，他以较大速度沿横浇道的挡渣原理135横浇道的挡渣原理31横浇道内向前流动的金属液，在内浇道附近除了有继续向前的运动速度外，还有一个向内浇道流动的速度，于是内浇道会将横浇道中的金属液“吸”进去，即“吸动作用”。吸动区范围大小与内浇道中的液流速度成正比例，还随内浇道断面的增大及内浇道、横浇道高度比值得增大而增大。生产中常将横浇道做成高梯形，内浇道制成扁平梯形，内浇道置于横浇道之下，使横浇道高度为内浇道高度的5~6倍。内浇道的吸动作用136横浇道内向前流动的金属液，在内浇道附近除了有继续向前的运动速为了使从直浇道急转弯进入横浇道的金属液的流动比较平稳，以及使渣来得及浮到横浇道顶部，直浇道中心到第一个内浇道的距离为L≥5h横，浇道末端要加长一段距离，以减少最后一个内浇道的吸动作用，甚至加上冒渣口，及使聚集在加长段中的夹杂物不再随液流返回到横浇道的工作段中去。137为了使从直浇道急转弯进入横浇道的金属液的流动比较平稳，以及使横浇道断面形状内浇道的断面形状有梯形，圆形和圆顶梯形三种。梯形和圆顶形主要用于浇注灰铸铁和有色金属合金铸件，圆形断面的横浇道散热最少，但撇渣效果差，用于浇注铸钢件。138横浇道断面形状内浇道的断面形状有梯形，圆形和圆顶梯形三种。梯横浇道具有撇渣作用的条件：横浇道必须呈充满状态；液流的流动速度低于渣粒的悬浮速度（渣粒能在横浇道中浮起）；液流的紊流搅拌作用要尽量小；应使夹杂物有足够的时间上浮至顶面，横浇道的顶面应该高出内浇道区一定距离，末端应加长；内浇道和横浇道应有正确的相对位置。139横浇道具有撇渣作用的条件：横浇道必须呈充满状态；35增强横浇道挡渣能力的措施缓流式浇注系统1-直浇道2-横浇道3-内浇道140增强横浇道挡渣能力的措施缓流式浇注系统1-直浇道2-横浇道阻流式浇注系统a)垂直式b)水平式141阻流式浇注系统a)垂直式37带滤网式浇注系统1-滤渣网2-直浇道3-横浇道4-内浇道142带滤网式浇注系统1-滤渣网2-直浇道3-横浇道4-内浇集渣包式143集渣包式39④内浇道内浇道的作用是引导金属液进入型腔。内浇道比较短，本身不能挡渣，但是合理的结构尺寸与与横浇道的连接方式将有利于横浇道的挡渣。内浇道可以调节铸型与铸件各部分的温差和凝固顺序；分配金属液；控制金属液流的充型速度与方向，使之平稳充型。144④内浇道内浇道的作用是引导金属液进入型腔。40内浇道对凝固顺序的影响及其位置选择同时凝固能使铸件中内应力最小，因而铸件变形量也小，但不能防止缩孔、缩松，故主要适用于液态和凝固收缩不大的合金(灰铸铁)及壁厚均匀的其他合金的薄壁铸件。顺序凝固时内应力大，变形也大，易造成裂纹缺陷。但收缩大的合金如铸钢、可锻铸铁及大多数有色金属铸件，防止产生缩孔和缩松常是工艺上首要考虑的问题，故需采用顺序凝固的原则，将缩松、缩孔集中并移入冒口。145内浇道对凝固顺序的影响及其位置选择同时凝固能使铸件中内应力最该图表示一铸钢件高900mm，用砂型从铸件不同高度位置浇注时其纵向温度分布的情况。图内浇道位置对铸件纵向温度分布的影响1-顶注2-阶梯浇注3-底注快浇4-底注慢浇146该图表示一铸钢件高900mm，用砂型从铸件不同高度位置浇注时内浇道在铸件上开设位置的选择对壁厚均匀的铸件，应当采用同时凝固的方式，可选用多个内浇口分散引入金属液。壁厚不均匀的铸件，可从薄壁处引入，这样可以平衡铸型各部分的温差，使铸件大体在相同时间凝固；对需要采用冒口补缩的铸件，应获得顺序凝固的条件，从厚壁处引入金属液，形成从薄壁到厚壁最后到冒口的先后凝固顺序；147内浇道在铸件上开设位置的选择对壁厚均匀的铸件，应当采用同时凝对于结构复杂的铸件，往往采用同时凝固和顺序凝固相结合的解决方法。即对每一个补缩区按顺序凝固的需要安放内浇道，但对整个铸件，则需要按照同时凝固的方式采用多个内浇道分散充型；在铸件壁厚相差悬而又必须从薄壁处导入金属时，则应同时使用冷铁使厚壁处先凝固及加大冒口等工艺措施；内浇道应使液流顺壁流入，不冲刷型壁，不冲击型芯，且不阻碍收缩；内浇道应该避开铸件的重要加工面部分，防止出现晶粒粗大，降低耐磨性等；内浇道的位置应使造型清理方便，且不阻碍铸件的收缩。148对于结构复杂的铸件，往往采用同时凝固和顺序凝固相结合的解决方内浇道与横浇道的连接内浇道与横浇道的交界处角度不应小于90°。149内浇道与横浇道的连接内浇道与横浇道的交界处角度不应小于90°内浇道与横浇道的连接方式对于封闭式浇注系统内浇道应在横浇道底部，内浇道和横浇道的底面最好在同一平面上，否则浇注之初内浇道不能很好地保持空位而过早地起作用。150内浇道与横浇道的连接方式对于封闭式浇注系统内浇道应在横浇道底内浇道与横浇道的连接方式对于开放式浇注系统，内浇道开在横浇道顶部，内浇道的顶面不能和横浇道顶面在同一平面上，而要置于横浇道的顶上，以防止整个（或大部分）浇注期中，当横浇道还还未充满时杂质就进入内浇道而不滞留在横浇道顶部。151内浇道与横浇道的连接方式对于开放式浇注系统，内浇道开在横浇道内浇道个数与断面形状充填型腔的高温金属如集中通过一个内浇道，常会使内浇道附近的铸型局部过热，一起铸件局部晶粒粗大，粘砂、缩孔、缩松等缺陷。所以一般采用两个或更多内浇道。但太多也会使金属冷却过度及氧化。152内浇道个数与断面形状48内浇道个数和断面形状

153内浇道个数和断面形状

493.2.2浇注系统的类型一、按内浇道在铸件上的相对位置分类顶注式浇注系统底注式浇注系统中间注入浇注系统阶梯式浇注系统1543.2.2浇注系统的类型一、按内浇道在铸件上的相对位置分类15551顶注式浇注系统特点缺点：对铸型的冲击大，流股与空气接触面积大，金属液会产生激溅、氧化，易造成砂眼、铁豆、气孔、氧化夹渣等缺陷；156顶注式浇注系统特点缺点：对铸型的冲击大，流股与空气接触面积大优点：顶注在铸型中所形成的温差与一般铸件由底部开始逐渐向上的凝固顺序，有利于加强凝固的顺序性和顶部冒口对铸件的补缩，可以减少轴向缩松的倾向及冒口的体积；金属液从顶部充填型腔易于充满，对薄壁铸件可减少浇不足、冷隔等缺陷；浇注系统的结构可以简单而紧凑，便于造型，金属的消耗量也少；适用于结构比较简单而且高度不大的薄壁铸件，以及致密性要求高、需用顶部冒口补缩的中小型厚壁铸件。不宜用于易于氧化的合金。157优点：5315854底注式浇注系统优点：底注式的内浇道很快被金属液淹没，因此充型平稳，不会产生激溅、铁豆，型腔中的气体易于排除，金属氧化少，同时型腔中液面升高后可使横浇道较快充满，较好挡渣。159底注式浇注系统优点：底注式的内浇道很快被金属液淹没，因此充型缺点：1）底注式的高温金属液从底部进入型腔中所造成的温差与靠重力补缩的顺序相反，所以对补缩不利，当铸件较高时更加明显。2）充型上升平稳，当铸件较高时，金属液在上升过程中长时间与空气接触，表面容易形成氧化皮，这会妨碍金属液内的气体排出，影响铸件的表面质量。因此，底注式浇注系统主要适合于高度不大、结构复杂的铸件。160缺点：5616157中间注入式浇注系统162中间注入式浇注系统58中注式浇注系统综合了底注式＆顶注式浇注系统的优点，使之充型平稳，改善了补缩条件，又有利于排气。163中注式浇注系统综合了底注式＆顶注式浇注系统的优点，使之充型平阶梯式浇注系统在浇注之初金属液只从最底层内浇道流入型腔，待型腔内的页面上升到接近第二层内浇道时，才从第二层内浇道流入型腔。这样各层内浇道由下到上逐层接替地起作用，最上层内浇道通入冒口，可保证实现顺序凝固和冒口最后冷凝。164阶梯式浇注系统在浇注之初金属液只从最底层内浇道流入型腔，待型阶梯式浇注系统主要缺点在于结构复杂，设计计算必须正确。容易出现各层内浇道同时引入金属液的混流现象造成底层进入金属液过多，底部温度过高。优点：充型平稳，避免因压头过高或流股从高处落下冲击型底，造成严重的喷射和激溅；金属液自下而上的充满型腔，有利于排气，而且逐渐上部的温度高于下部，能方便的实现自下而上的顺序凝固，可使冒口充分补缩铸件；内浇道分散，减轻了局部过热现象。可以减少铸件上的砂眼、气孔、冷隔、浇不足、缩孔和缩松等缺陷。适合于高度大的中大型铸件。165阶梯式浇注系统主要缺点在于结构复杂，设计计算必须正确。容易出思考如何有效的调整流动状态和挡渣措施？166思考如何有效的调整流动状态和挡渣措施？62二、按断面比例关系分类167二、按断面比例关系分类63封闭式浇注系统开放式浇注系统168封闭式浇注系统64封闭式浇注系统封闭式浇注系统是指从浇口杯底孔到内浇道的断面积逐渐缩小（即内浇道的断面积之和最小，浇口杯底孔的断面积最大），其阻流断面正好是内浇道的浇注系统。169封闭式浇注系统封闭式浇注系统是指从浇口杯底孔到内浇道的断面优点：封闭式浇注系统充满快，故在浇注后不久就有好的挡渣能力；还可以减少金属液的消耗，在铸型中也较好安排，便于清理；可以防止气体卷入金属液中，适合于中小型铸铁件。缺点：流速较大，有时甚至向型腔产生喷射现象使合金液发生氧化，不适合于易氧化的非铁金属铸件或压头高的铸件。170优点：封闭式浇注系统充满快，故在浇注后不久就有好的挡渣能力；开放式浇注系统这种浇注系统是指从浇口杯底孔到内浇道的断面逐渐加大，阻流断面在直浇道上口的浇注系统。浇注过程呈无压流动状态。171开放式浇注系统这种浇注系统是指从浇口杯底孔到内浇道的断面逐渐特点挡渣能力很差，熔渣和气体容易进入型腔，造成废品；同时消耗的金属液也较多。内浇道的金属液流速不高，流动平稳，冲刷力小，金属液受氧化的程度轻。主要用于易于氧化的合金铸件。172特点挡渣能力很差，熔渣和气体容易进入型腔，造成废品；同时消耗生产上常常使用介于这两者之间的半封闭式和封闭－开放式浇注系统；半封闭式浇注系统直浇道一般是上大下小的锥形，能够很快充满，而横浇道断面最大、充满较晚，可以降低液流速度，在浇注开始时平稳，对铸型的冲刷比封闭式浇注系统小的多，挡渣效果比开放式好。主要用于球墨铸铁。173生产上常常使用介于这两者之间的半封闭式和封闭－开放式浇注系统封闭－开放式浇注系统控制流量的阻流断面位于直浇道下端，或在横浇道中，或者在集渣包出口处等。174封闭－开放式浇注系统控制流量的阻流断面位于直浇道下端，或在横这类浇注系统在阻流之前是封闭的，可起挡渣作用；其后开放，可使充型平稳。兼有开放式和封闭式浇注系统的优点，一般用于小型铸铁件和铝合金浇注，特别是在一箱多铸小件时应用，这种浇注系统结构复杂，浇道模样制造以及造型费事，多用于手工造型。175这类浇注系统在阻流之前是封闭的，可起挡渣作用；其后开放，可使3.3浇注系统最小断面尺寸的计算

设单位时间内流经内浇道金属液的体积为Qm3/s，则Q=F内v内F内－内浇道断面积m2；v内－内浇道口的平均流速m/s，可由伯努里方程等到；①

阿暂（Osann）公式1763.3浇注系统最小断面尺寸的计算设单位时间内流经内浇从浇口杯叶面到内浇道出口处的伯努里方程是：177从浇口杯叶面到内浇道出口处的伯努里方程是：73由伯努里方程可得则178由伯努里方程可得则74简化可得其中流量系数

流量系数一般通过实验或者经验获取179简化可得其中流量系数流量系数一般通过实验或者经验获取75在浇注时间t内，金属液流入型腔的总重量为G，则Osann公式180在浇注时间t内，金属液流入型腔的总重量为G，则Osann公式式中H0在金属液充填内浇道以下型腔时是不变的。但当型腔内的金属淹没内浇道、并继续充填内浇道以上的型腔时，静压头是在H0与(H0-P)之间发生变化，使用Hp代替H0。181式中H0在金属液充填内浇道以下型腔时是不变的。但当型腔内的金②浇注时间和型内上升速度的核算浇注速度可以在一定程度上控制铸型和铸件各部分的温差。应根据铸件结构复杂程度、合金性质和铸型类别等方面确定快浇、慢浇或正常浇注。对于薄壁复杂件，具有大平面的铸件，表面易氧化的铝合金件，采用底注式浇注系统和顶冒口补缩的铸件，各种中大型灰铸铁、球墨铸铁件以及选用树脂砂型生产的铸件等，都得使用快浇。182②浇注时间和型内上升速度的核算浇注速度可以在一定程度上控制慢浇时金属对型壁的冲刷作用轻，可防止涨砂、冲砂、抬箱等缺陷，有利于型内、芯内气体的排放。对体积收缩大的合金，当采用顶注式或内浇道通过冒口时，慢浇可以减小冒口尺寸，提高铸件工艺出品率。慢浇工艺适合于有高的砂胎或掉砂的湿型，适用于型内砂芯多，砂芯大而芯头小或砂芯排气条件差的情况，或者采用顶注式的体积收缩大的合金铸件。每一个铸件均有最合适的浇注重量速度，即有一个最适宜的浇注时间范围。这个时间的长短决定于合金的种类、铸件的特性(复杂程度、结构、尺寸及壁厚等)和所用的浇注系统类型。183慢浇时金属对型壁的冲刷作用轻，可防止涨砂、冲砂、抬箱等缺陷，

浇注时间的确定对于重量小于450kg，壁厚为2.5-15毫米的铸铁件，可按照下式计算：对于重量在10t以下的中大型铸件184浇注时间的确定对于重量小于450kg，壁厚为2.5-15毫重型铸件一般来说，浇注时间的确定是根据合金性质由生产经验选择。在确定了浇注时间之后，还应该核算金属液在型腔内的液面上升速度，主要是核算铸件最大横界面处的型内金属上升速度。185重型铸件一般来说，浇注时间的确定是根据合金性质由生产经验选择液面上升速度核算方法然后结合总结数据对液面上升速度进行核算。186液面上升速度核算方法然后结合总结数据对液面上升速度进行核算。③平均静压头HP及最小剩余压头HM按照能量守恒的法则进行计算的187③平均静压头HP及最小剩余压头HM按照能量守恒的法则进行计18884为保证金属液能够充满距离直浇道最远的铸件最高部位，铸件最高点离浇口杯内液面的高度必须有一最小值HM，成为剩余压头。可以通过压力角核算剩余压头是否合理。189为保证金属液能够充满距离直浇道最远的铸件最高部位，铸件最高点④流量系数的确定浇注系统计算中的流量系数，指的是阻流截面的流量系数。如果阻流不设在内浇道，则内浇道的流量系数小于浇注系统的流量系数。190④流量系数的确定浇注系统计算中的流量系数，指的是阻流截面的⑤浇注系统各组元断面比例数值得选择浇注系统各组元断面比例的具体数据都是根据经验确定，没有统一的规定。191⑤浇注系统各组