第二节浇注系统设计

第二节浇注系统设计第一页，共四十页，2022年，8月28日（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。第二页，共四十页，2022年，8月28日二、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。第三页，共四十页，2022年，8月28日（二）液态金属在浇注系统基本组元中的流动1.浇口杯1)作用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。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；第四页，共四十页，2022年，8月28日2)分类浇口盆漏斗形浇口杯浇口杯

：结构简单，节约金属，但撤渣效果差。常配合过滤网使用。

：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。第五页，共四十页，2022年，8月28日3)防止水平旋涡的方法①拔塞③铁隔片②浮塞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。第六页，共四十页，2022年，8月28日3)液态金属在直浇道中的流动充满式流态：不会吸收和带走气体

一般直浇道中液态金属的流动呈充满式流态。非充满式流态：会吸收和带走气体

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。第七页，共四十页，2022年，8月28日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。第八页，共四十页，2022年，8月28日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。第九页，共四十页，2022年，8月28日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，设计不好第十页，共四十页，2022年，8月28日3)强化横浇道阻渣的措施①设置筛网芯的浇注系统。③设置集渣包的浇注系统。②设置过滤网。横浇道直浇道筛网芯第十一页，共四十页，2022年，8月28日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，起补缩作用第十二页，共四十页，2022年，8月28日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。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。第十三页，共四十页，2022年，8月28日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。第十四页，共四十页，2022年，8月28日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。④内浇道开在易清理和打磨的地方。5)内浇道断面形状扁平梯形三角形月牙形高梯形圆形第十五页，共四十页，2022年，8月28日三、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.开放式浇注系统第十六页，共四十页，2022年，8月28日封闭式浇注系统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）1)特点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。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。第十七页，共四十页，2022年，8月28日开放式浇注系统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1)特点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。阻渣效果差，内浇道较大，金属消耗略多。进入型腔的金属液流速小，充型平稳，冲刷力小，金属氧化少。第十八页，共四十页，2022年，8月28日（二）按浇注系统在铸件浇注时的位置分类第十九页，共四十页，2022年，8月28日1.顶注式浇注系统以浇注位置为基准，内浇道设在铸件的顶部。1)特点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。第二十页，共四十页，2022年，8月28日压边式楔形式搭边式2)应用特别适合薄壁的中小件。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。第二十一页，共四十页，2022年，8月28日2.底注式浇注系统以浇注位置为基准，内浇道设在铸件的底部。1)特点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。第二十二页，共四十页，2022年，8月28日基本形式底淋雨式正牛角式反牛角式2)应用多用于易氧化的合金。第二十三页，共四十页，2022年，8月28日3.中间注入式浇注系统以浇注位置为基准，内浇道设在在铸件的某一中间高度上。1)特点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。第二十四页，共四十页，2022年，8月28日集渣包式缓流式垂直阻流式基本形式水平阻流式逆齿式顺齿式第二十五页，共四十页，2022年，8月28日造型复杂，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。4.阶梯式浇注系统具有多层内浇道。1)特点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。第二十六页，共四十页，2022年，8月28日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)常见形式多直浇道塞球法控制组元比例控制带缓冲直浇道带反直浇道第二十七页，共四十页，2022年，8月28日5.缝隙式浇注系统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。1)特点充型平稳，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。第二十八页，共四十页，2022年，8月28日四、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第二十九页，共四十页，2022年，8月28日确定浇注系统各基本组元的尺寸结构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选择浇道比计算各组元的截面尺寸浇注试验浇注第三十页，共四十页，2022年，8月28日（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。内浇道以上的金属液静压头而总的阻力损耗金属液由内浇道流出的速度第三十一页，共四十页，2022年，8月28日充填下半型的金属液重量为：令：，称为流量系数第三十二页，共四十页，2022年，8月28日继续充填内浇道出口处以上的型腔部分时：设：内浇道出口处以上的型腔内金属液的平均静压头对于作用在内浇道中金属液上的实际压头的平均值H均：其中：第三十三页，共四十页，2022年，8月28日将两式合并，得计算浇注系统中最小截面积公式：2.确定浇注系统各组元的截面比材料S直:S横:S内材料S直:S横:S内灰铸铁1:4:41.1:1.3:11:0.75:0.5铜合金1:2:21:4:41:1:11:1:3（黄铜）球墨铸铁1:0.9:0.8（壳型）1:2:2（壳型，立浇）1.2:1:2铝合金1:6:61:2:4（0.6~0.7

）:1:0.75铸钢1:2:1.51:3:31:1:0.71:2:2镁合金1:2:21:4:4第三十四页，共四十页，2022年，8月28日（三）按经验公式计算非铁合金的阻流截面积材质系数0.250.260.280.290.310.32黄铜、铝青铜、紫铜青铜硅铜系、硅镁系硅铝系、硅锌系镁合金铜合金铝合金锌合金常见有色金属材质系数W第三十五页，共四十页，2022年，8月28日（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。铸件的外廓周长当质量要求高时：第三十六页，共四十页，2022年，8月28日2.立缝和立筒尺寸的确定1)立缝立缝立筒立缝=（80%~150%）铸件立缝=（200%~300%）铸件对航空镁铸件：锥度=2°~3°宽度b=15~35mm2)立筒直径d=（4~6）立缝高度h立缝=H型腔高度h立筒=h立缝=H型腔b第三十七页，共四十页，2022年，8月28日3.其它个组元的设计直浇道、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。第三十八页，共四十页，2022年，8月28日五、各种合金铸件浇注系统的特点（四）铜合金铸件