第三章 浇注系统设计

1、第三章 浇注系统设计,3.1概述 1 概念 铸型中引导液态金属进入型腔的通道之总称。 2 组成 1）浇口杯 2）直浇道 3）横浇道 4）内浇道,3 对浇注系统的基本要求 1）能控制铸件的温度场分布 2）保证在规定时间内充满铸型型腔 3）保证铸件轮廓、棱角清晰 4）控制金属液流动的速度和方向 5）具有良好的撇渣功能 6）简化生产，降低成本,4 浇注系统的类型及特点 1）按浇注系统各组元截面比例关系分类 （1）封闭式浇注系统 S直 S横 S内 （2）开放式浇注系统 S直 S横 S内 （3）半开放半封闭式浇注系统 S直 S横， S内 S横 2）按内浇道在铸件上的位置分类分类 （1）顶注式浇注系统 液

2、态金属从铸型型腔（铸件）顶部注入,（2）底注式浇注系统 内浇道设置在铸件底部的浇注系统 （3）中间注入式浇注系统 从铸件中间某一高度上开设内浇道的浇注系统 （4）阶梯式浇注系统 在铸件不同高度上开设两层或两层以上内浇道的浇注系统 （5）缝隙式浇注系统 沿着整个铸件高度上开设垂直缝隙状内浇道的浇注系统,3.2 液态金属在浇注系统中流动的水力学特性 1 在砂型中流动的水力学特点 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，属于多相流动，一般呈紊流状态，是不稳定流过程。 2 浇口杯中的流动 1） 浇口杯作用 承接来自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢出，便于浇注；减轻液流对型腔的冲击；分离渣

3、滓和气泡，阻止其进入型腔； 2）浇口杯分类 漏斗形浇口杯（用于中、小型铸件）和盆（池）形浇口杯（用于中、大型铸件 3）影响浇口杯内水平漩涡的主要因素是浇口杯内液面的深度，其次是浇注高度、浇注方向和浇口杯的结构等,3 直浇道中的流动 1）直浇道的作用 将来自浇口杯的金属液引入横浇道、内浇道或直接导入型腔，并提供充型过程所必需的压力 2）直浇道形状 通常是上大下小的圆锥形，有时为等截面圆柱形、上小下大的倒圆锥形、蛇形和片状形等形状 3）液态金属在直浇道中存在充满式流动或非充满式流动两种流态 4 直浇道窝 1）直浇道窝作用 缓冲，缩短直浇道横浇道拐弯处的高度紊流区；改善内浇道流量分布，减少横浇道内浇

4、道拐弯处的局部阻力系数和水头损失；浮出金属液中的气体。 2）直浇道窝形状 直浇道窝的大小、形状应适宜，砂型应坚实。直浇道窝常做成半球形、圆锥台等形状。,5横浇道中的流动 1）横浇道作用 向内浇道分配洁净的金属液；储存最初浇入的含气和夹杂的低温金属液并阻留夹杂；使金属液流平稳和减少产生氧化夹杂物 2）横浇道截面形状 圆形、半圆形、梯形等多种形式 3）横浇道的形状尺寸以及横浇道与内浇道的位置关系取决于浇注系统类型 封闭式浇注系统 采用深梯形断面形状的横浇道，其高度大于宽度（高度/宽度=1.21.5）；内浇道应位于横浇道的下部，且和横浇道具有同一底面 开放式浇注系统 采用扁而宽的梯形状的横浇道，内浇

5、道应位于横浇道的上方，且搭接面积要小，但应大于内浇道的截面积。,6 内浇道中的流动 1）内浇道作用 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 2）内浇道截面形状 形状多为扁矩形，其宽度和厚度比值应按铸件壁厚和所要求的凝固方式而定。 3）浇口比的影响 4）内浇道流量的不均匀性 7 金属过滤技术 采用过滤网（板）金属过滤技术可防止铸件产生夹渣缺陷，从而获得高纯净度的铸件,3.3 浇注系统设计,1 浇注系统设计的主要内容 确定浇注系统的类型及各组元的结构和尺寸 2 设计浇注系统的方法和过程 1）确定浇注系统的类型 2）确定内浇道的位置、数目和金属引入方向 3）确定直浇道的位置和高

6、度 4）浇注时间与金属液上升速度的核算 5）计算阻流面积,6）确定浇口比并计算各组元截面积 7）确定各组元的结构和形状及尺寸 8）绘出浇注系统图 9）生产调试并酌情修订 3浇注系统的设计步骤 1）浇注系统类型的选择 根据铸造合金、铸造方法和铸件结构及铸件质量要求等具体情况，确定浇注系统的类型,2)内浇道的基本设计原则(位置、数量和方向 ) 内浇道在铸件上的位置和数量应服从所选定的凝固原则或补缩方法 方向不得冲着细小砂芯、冷铁和芯撑，必要时采用切线流入 内浇道应尽量薄 内浇道不得开设在铸件质量要求高的部位 有利于金属液平稳地充满铸型型腔 对薄壁铸件可用多内浇道的浇注系统实现补缩 有利于减少收缩应

7、力和防止裂纹 内浇道尽量开设在分型面 有利于改善铸件外观质量,3）直浇道位置和高度的确定 直浇道的位置应设在横、内浇道的对称中心点上，以使金属流程最短，流量分布均匀。 直浇道距内浇道应有足够的距离； 压头不得低于最小剩余压头，即HM Ltg 4）浇注时间与金属液上升速度的核算 合适的浇注时间与铸件结构、铸型工艺条件、铸造合金种类及选用的浇注系统类型等有关，考虑铸件结构和工艺因素。 从理论上看，存在着最小上升速度vmin（防止浇不足和冷隔及夹砂结疤类缺陷的产生）和最大上升速度vmax（保证型内排除和和防止过度紊流）两个极限值。,5）计算阻流面积 计算阻流面积的方法主要有公式法和图表法。 奥赞公式

8、 查表法 查图法 6）确定浇口比并计算各组元截面积 浇注系统各组元的截面积比例称为浇口比。 根据铸造合金种类及铸件大小和结构特点、浇注系统类型，确定浇口比 基于浇口比及阻流面积，求出浇注系统各组元的截面积,7）确定各组元的结构和形状及尺寸 浇口杯 漏斗形浇口杯和池形浇口杯; 根据直浇道直径或铸件质量，查阅手册确定尺寸 直浇道 通常为上大下小的圆锥形，有时为等截面的圆柱形、蛇形和片状形等形状;根据直浇道下端截面积，查阅手册确定直径和高度等尺寸。 直浇道窝 直浇道窝常做成半球形、圆锥台等形状，查阅手册确定尺寸,内浇道 形状多为扁矩形，其宽度和厚度比值应按铸件壁厚和所要求的凝固方式而定; 根据内浇道

9、截面积和结构形状及浇注系统类型和铸造合金等，查表确定尺寸。 横浇道与内浇道的位置关系取决于浇注系统类型 封闭式浇注系统内浇道应位于横浇道的下部，且和横浇道具有同一底面。 开放式浇注系统内浇道应位于横浇道的上方，且搭接面积要小，但应大于内浇道的截面积。,3.4 铸铁件浇注系统的特点及设计,1 灰铸铁件浇注系统 1）浇注系统的特点 封闭式浇注系统 2）浇注系统横截面积确定方法 公式法 奥赞公式法，简易公式法 图表法 查表法，查图法 3）设计方法 (1)确定浇注系统的类型 通常采用封闭式浇注系统 (2)草拟型板布置图 根据造型机标准模板尺寸或砂箱轮廓尺寸，基于铸件尺寸及合理吃砂量等，确定砂箱中铸件的

10、数目与分布、内浇道的位置、数目和金属引入方向及直浇道的位置和高度，草拟出型板布置图,（3）浇注时间与金属液上升速度的核算 （4）计算阻流面 公式法（奥赞公式法，简易公式法）和图表法（查表法，查图法） （5）确定浇口比并计算各组元截面积 （6）确定各组元的结构和形状及尺寸 浇口 直浇道 直浇道窝 横浇道 内浇道 （7）绘出浇注系统图 （8）生产调试并酌情修订,2球墨铸铁件浇注系统 1）浇注系统的特点 通常采用封闭式浇注系统，但厚壁件应采用开放式浇注系统，薄壁小件多采用半封闭式浇注系统。 2）浇注系统横截面积确定方法 公式法 查表法 3）设计方法 类似于灰铸铁件浇注系统的设计 确定浇注系统的类型;

11、草拟型板布置图; 浇注时间与金属液上升速度的核算; 计算阻流面积; 确定浇口比并计算各组元截面积;确定各组元的结构和形状及尺寸;绘出浇注系统图;生产调试并酌情修订,3.5 铸钢及非铁合金铸件浇注系统的特点及设计,1 铸钢件浇注系统 1）浇注系统的特点 设计时多遵循顺序凝固的原则；对小型铸钢件，可采用转包浇注，浇注系统一般为封闭式或半封闭式浇注系统；对大多数铸钢件，通常采用底注包（漏包、柱塞包）浇注工艺，浇注系统一般为开放式浇注系统。 2）转包浇注工艺设计 浇注系统一般采用封闭式或半封闭式浇注系统 3）柱塞包浇注工艺设计 采用柱塞包（漏包、底注包）浇注的铸钢件，以包孔截面积为基准，根据生产经验确定的浇口比，确定