铸造浇注系统设计-.ppt

第七章第七章 浇注系注系统设计本章主要本章主要讲授授浇注系注系统类型的型的选择，浇注最小截注最小截面尺寸的面尺寸的计算，其它算，其它铸造合金造合金浇注系注系统的特点。要的特点。要求掌握求掌握浇注系注系统的的选择原原则。重点重点为浇注系注系统的的选择原原则和确定和确定浇注位置，注位置，难点点为浇注系注系统选择原原则的灵活的灵活应用。用。1概概 述述浇注系注系统：铸型中液型中液态金属流入型腔的通道之金属流入型腔的通道之总称称组成：成：浇口杯、直口杯、直浇道、直道、直浇道道窝、横、横浇道、内道、内浇道道 正确正确设计浇注系注系统使液使液态合金平合金平稳合理的充合理的充满型型腔，腔，对铸件品件品质影响很大，影响很大，铸件件废品中的品中的30%30%是因是因浇注注系系统不当引起。不当引起。2浇注系注系统的的组成成3浇注系注系统设计原原则l使液使液态合金合金平平稳充充满铸型型，不冲，不冲击型壁和型芯，型壁和型芯，不不产生生涡流和流和喷溅，不卷入气体，并利于型腔内，不卷入气体，并利于型腔内的空气和其他气体排出型外，的空气和其他气体排出型外，防止金属液防止金属液过度氧度氧化及化及产生砂眼、冷豆、气孔。生砂眼、冷豆、气孔。l阻阻挡夹杂物物进入型腔入型腔，以免在，以免在铸件上形成渣孔。件上形成渣孔。l调节铸型及型及铸件各部分温差，件各部分温差，控制控制铸件的凝固件的凝固顺序序，不阻碍不阻碍铸件的收件的收缩，减少，减少铸件的件的变形和开裂形和开裂倾向。向。l合金液流合金液流不不应冲刷冷冲刷冷铁和芯撑和芯撑。防止冷。防止冷铁的激冷效的激冷效果降低及表面熔化，避免芯撑果降低及表面熔化，避免芯撑过早早软化和熔化，造化和熔化，造成成铸件壁厚件壁厚变化化4浇注系注系统设计原原则l浇注系注系统尽可能尽可能结构构简单紧凑凑，占砂箱面，占砂箱面积小，体小，体积小，小，有利于减少冒口体有利于减少冒口体积，节约合金和型砂，提合金和型砂，提高砂箱利用率，方便造型、清理和高砂箱利用率，方便造型、清理和浇注系注系统模模样的的制造制造l使液使液态合金以最短的距离，最合适的合金以最短的距离，最合适的时间充充满型腔，型腔，有足有足够的的压力力头，并保，并保证金属液面在型腔内有必要金属液面在型腔内有必要的上升速度等，以确保的上升速度等，以确保铸件的件的质量；量；l起一定的起一定的补缩作用，作用，在内在内浇道凝固前道凝固前补给部分液部分液态收收缩5浇注系注系统的的设计内容与步内容与步骤选择浇注系注系统的的类型和型和结构；构；合理地在合理地在铸型中布置型中布置浇注系注系统及确定内及确定内浇道的引入道的引入位置和个数；位置和个数；计算算浇注注时间和和浇注系注系统中的最小断面中的最小断面积，确定直，确定直浇道的高度道的高度（如有（如有浇口杯口杯则从杯中液面高度算起）从杯中液面高度算起）按按经验比例数据决定其他比例数据决定其他组元的断面元的断面积；大批量生大批量生产时需需经过生生产阶段的反复，如有不足之段的反复，如有不足之处，应调整以上各整以上各项设计内容，甚至修改工内容，甚至修改工艺方案，方案，直到合理并保直到合理并保证质量量为止。止。6第一第一节 液液态金属在金属在浇注系注系统的流的流动l型壁的多孔性、透气性和合金液的不相型壁的多孔性、透气性和合金液的不相润湿性，湿性，给合金液的合金液的运运动以特殊以特殊边界条件界条件l在充型在充型过程中，合金液和程中，合金液和铸型之型之间有着激烈的有着激烈的热作用、机作用、机械作用和化学作用械作用和化学作用；合金液冲刷型壁，粘度增大，体合金液冲刷型壁，粘度增大，体积收收缩，吸收气体、使金属氧化等；，吸收气体、使金属氧化等；l浇注注过程是不程是不稳定流定流动过程程 在型内合金液淹没了内在型内合金液淹没了内浇道之后，随着合金液面上升，道之后，随着合金液面上升，充型的有效充型的有效压力力头渐渐变小小 型腔内气体的型腔内气体的压力并非恒定力并非恒定 浇注操作不可能保持注操作不可能保持浇口杯内液面的口杯内液面的绝对稳定定一、砂型流一、砂型流动的水力学特点的水力学特点7l合金液在合金液在浇注系注系统中一般呈中一般呈湍流湍流状状态 l多相流多相流动 一般合金液一般合金液总含有某些少量固相含有某些少量固相杂质、液相、液相夹杂和气和气泡，在充型泡，在充型过程中程中还可能析出晶粒及气体，故充型可能析出晶粒及气体，故充型时合金液属于多相流合金液属于多相流动一、砂型流一、砂型流动的水力学特点的水力学特点8浇口杯作用：口杯作用：l用来承受来自用来承受来自浇包的金属液流并引入直包的金属液流并引入直浇道，道，防止防止过浇而溢出；而溢出；l避免流股直冲直避免流股直冲直浇道，减少液流道，减少液流对铸型的冲型的冲击l有一定的有一定的挡渣作用；渣作用；l当砂箱高度低、当砂箱高度低、压头不不够时，又可用以增加金，又可用以增加金属液的静属液的静压头。二、二、浇口杯中的流口杯中的流动9浇口杯分口杯分类：漏斗形漏斗形浇口杯、池盆形口杯、池盆形浇口杯口杯二、二、浇口杯中的流口杯中的流动10漏斗形漏斗形浇口杯口杯特点：特点：结构构简单，制作方便，容，制作方便，容积小，消耗金属液少；小，消耗金属液少；只能用来接只能用来接纳和和缓冲冲浇注的金属流股，注的金属流股，挡渣能力小渣能力小；应用：用：主要用在小型主要用在小型铸铁件及件及铸钢件，广泛用于机器造件，广泛用于机器造 型。型。结构：构：漏斗口的直径漏斗口的直径应该比直比直浇道大一倍以上。道大一倍以上。可用可用带滤网的漏斗形网的漏斗形浇口杯。口杯。11池盆形池盆形浇口杯口杯特点：特点：挡渣作用明渣作用明显，但是制作程序复，但是制作程序复杂，消耗，消耗的金属的金属较多多应用：用：主要用于中大型主要用于中大型铸铁件。件。结构：构：浇口盆口盆的深度的深度应该大大于直于直浇道上端道上端直径的直径的5 5倍。倍。12浇口杯中口杯中应避免出避免出现水平水平涡流流液液态金属在平底的金属在平底的浇口杯中口杯中流流动 时易出易出现水平水平涡流。流。流量分布不均匀造成流速方流量分布不均匀造成流速方向偏向偏 斜。水平分速度斜。水平分速度对直直浇道中心道中心线 偏斜，形成水平偏斜，形成水平涡流运流运动。在在涡 流中心区形成流中心区形成一个漏斗形充一个漏斗形充满空空 气的等气的等压自由液面的空穴。容易自由液面的空穴。容易 将空将空气和渣子气和渣子带入直入直浇道。道。原因：原因：水平各向流量不均水平各向流量不均衡造成流速方向的偏斜。衡造成流速方向的偏斜。13若忽略金属粘度的影响，若忽略金属粘度的影响，视液液态金属金属为理想流体，理想流体，浇口杯内液口杯内液态金属金属应满足足动量矩守衡：量矩守衡：Mvr=Mvr=常量常量式中：式中：M M 距离直距离直浇道中心道中心为r r处的的质点的点的质量量 v M v M点的切点的切线速度速度 r M r M点距离直点距离直浇道中心的距离。道中心的距离。漏斗形等漏斗形等压自由液面的形成：自由液面的形成：一旦出一旦出现水平旋水平旋涡，越靠近中心，越靠近中心，M M质点的离心加速度越高，重力加速点的离心加速度越高，重力加速度和离心加速度的合成加速度越接近于水平，根据度和离心加速度的合成加速度越接近于水平，根据流体力学原理，等流体力学原理，等压面垂直于面垂直于总加速度方向。等加速度方向。等压面逐步由水平面逐步由水平过度到垂直，形成中空的大气度到垂直，形成中空的大气压力表力表面。面。对铸件件质量的影响：量的影响：卷气、渣沿等卷气、渣沿等压面面进入型腔。入型腔。14影响水平旋影响水平旋涡的因素的因素 浇口杯中金属流股的水平分速度越大，越容易形成水口杯中金属流股的水平分速度越大，越容易形成水平旋平旋涡。而水平分速度的大小又与以下因素有关：而水平分速度的大小又与以下因素有关：a a 浇口杯内液面的深度：口杯内液面的深度：液面深度超液面深度超过直直浇道上端直道上端直径的径的5 5倍倍时可基本消除水平旋可基本消除水平旋涡。b b 浇注高度：注高度：浇包嘴离包嘴离浇口杯越高，越容易口杯越高，越容易产生水平生水平旋旋涡。15c c 浇注方向：逆向注方向：逆向浇注注较顺向向浇注注为佳。佳。纵向逆向逆浇不不易形成水平易形成水平涡流，而流，而纵向向顺浇易将易将夹渣渣带入型腔；入型腔；带底坎底坎时，侧向向浇注注时金属液可能金属液可能绕过底坎从另一底坎从另一侧进入直入直浇道形成水平道形成水平涡流。流。图 底坎和底坎和浇注方向注方向对液流流向的影响液流流向的影响a)a)纵向逆向逆浇 b)b)纵向向顺浇 c)c)侧向向浇注注16纵向向顺浇方便方便浇注工作注工作，不易不易产生垂直生垂直涡流流，轻质点点夹杂物物进入直入直浇道的可能性大；道的可能性大；纵向逆向逆浇易形成垂直易形成垂直涡流流，有助于有助于夹杂物上浮物上浮。侧向向浇注注形成垂直形成垂直涡流的可能介于上述两者之流的可能介于上述两者之间，液流从一液流从一侧流向直流向直浇道，易形成水平道，易形成水平涡流。流。图 底坎和底坎和浇注方向注方向对液流流向的影响液流流向的影响a)a)纵向逆向逆浇 b)b)纵向向顺浇 c)c)侧向向浇注注17生生产中减中减轻水平旋水平旋涡的措施的措施a a 用大深度用大深度浇口杯口杯b b 浇口杯底部安放口杯底部安放筛网等网等18c c 在在浇口杯底部口杯底部设置堤置堤坝，形成垂直旋，形成垂直旋涡。垂直旋垂直旋涡的的挡渣作用：渣作用：金属液沿斜壁流下，由金属液沿斜壁流下，由于流速的减低和流向的于流速的减低和流向的改改变，形成垂直方向的，形成垂直方向的旋流。旋流。19在池形在池形浇口杯中口杯中增增设隔板隔板和在和在浇口杯出口口杯出口处又有又有底坎底坎，就能把，就能把浇包落入包落入浇口杯中流股的紊乱口杯中流股的紊乱搅拌拌作用限制在作用限制在浇注区范注区范围内，且能急内，且能急剧改改变流股方流股方向，形成使向，形成使轻质点点杂质上浮的流向。上浮的流向。a)合理 b)不合理20d d 用拔塞等方法，使用拔塞等方法，使浇口杯内液面达到一定深度口杯内液面达到一定深度时再向直再向直浇道注入道注入即使即使带隔板和底坎（或凹坑）的隔板和底坎（或凹坑）的浇口杯，也不能口杯，也不能完全阻完全阻挡浇注开始注开始时液流液流带入的气体和入的气体和夹杂物，物，故故浇注重要注重要铸件件时，常在，常在浇注前用各种方法将直注前用各种方法将直浇道堵住，等道堵住，等浇口杯充口杯充满后再打开，并一直保持后再打开，并一直保持浇口杯的液面高度。口杯的液面高度。21浇口杯的口杯的结构构设计 1)1)浇口口杯杯中中金金属属液液面面的的高高度度：H5dH5d直直上上，而而且且浇口口杯与直杯与直浇道要采用道要采用圆角角连接接,r0.25dr0.25d直上直上；2)2)采用采用纵向逆向逆浇，设置底坎、置底坎、挡板和板和闸门等；等；3)3)采采用用特特殊殊结构构的的浇口口杯杯：拔拔塞塞式式、浮浮塞塞式式、铁隔隔片式、片式、闸门式式等；等；4 4）浇口杯与直口杯与直浇道相道相连的的边缘做成凸起状。做成凸起状。22直直浇道的功用道的功用：l引引导金属液金属液进入横入横浇道、内道、内绕道或直接道或直接导入型腔；入型腔；l提供足提供足够的的压力力头，使金属液克服各种流，使金属液克服各种流动阻力，阻力，在在规定定时间内充内充满型腔。型腔。三、三、直直浇道中的流道中的流动直直浇道道形状：形状：常做成上大下小的常做成上大下小的锥形、形、等断面的柱形和上小下大的等断面的柱形和上小下大的倒倒锥形。形。23（1 1）液）液态金属在直金属在直浇道中的流道中的流动特点特点 直直浇道一般不能道一般不能挡渣，而且金属液通渣，而且金属液通过时容易容易带入气体。入气体。当气体被卷入型腔当气体被卷入型腔时而又不能而又不能顺利逸出利逸出时就就会在会在铸件中形成气孔。件中形成气孔。1 1）水模）水模拟实验真空吸气理真空吸气理论实验条条件件：采采用用有有机机玻玻璃璃模模型型，制制作作浇口口杯杯和和直直浇道道两两组元元浇注注系系统，采采用用水水模模拟的的方方法法，采采用用尖尖角角、圆角角连接接形形式式，采采用用等断面和等断面和变截面的直截面的直浇道道结构。构。24l直直浇道入口道入口处的形状影响液流分布：的形状影响液流分布：尖角尖角连接接时直直浇道内呈不充道内呈不充满流流动；圆角角连接接时则为充充满状状态。l直直浇道形状影响液流的内部道形状影响液流的内部压力：尖角力：尖角连接接时不充不充满，而且流股呈而且流股呈渐缩形，直形，直浇道上口有真空区存在。道上口有真空区存在。l有有锥度的直度的直浇道呈道呈充充满状状态，且呈正，且呈正压流流动，从直，从直浇道上道上的小孔流水；而等的小孔流水；而等断面的直断面的直浇道道虽然然也呈充也呈充满状状态，但，但是却呈是却呈负压流流动，吸入气体；吸入气体；（1 1）液）液态金属在直金属在直浇道中的流道中的流动特点特点25直直浇道的流道的流动特点特点（1 1）两种流）两种流态：充：充满和不充和不充满。非充。非充满状状态易易带气，但在气，但在底注包底注包浇注注时或用或用阶梯梯浇注系注系统时采用。采用。（2 2）非充）非充满直直浇道中金属液以重力加速度做等加速运道中金属液以重力加速度做等加速运动，流股必定向内收流股必定向内收缩；流股内部与砂型表；流股内部与砂型表层气体之气体之间无无压力差，力差，气体不可能被吸入，而是被金属表面吸收和气体不可能被吸入，而是被金属表面吸收和带走。走。（3 3）直）直浇道入口形状影响金属流道入口形状影响金属流态。入口尖角。入口尖角时，增加流，增加流动阻力和断面收阻力和断面收缩率，常率，常导致非充致非充满式流式流动。要使直。要使直浇道呈道呈充充满流流态，要求入口，要求入口处圆角半径角半径rd/4rd/4。（4 4）水利学模）水利学模拟实验与砂型中与砂型中实际流流动状况有差异。状况有差异。（5 5）砂型中直）砂型中直浇道充道充满的理的理论条件。条件。262 2）真空吸气理）真空吸气理论 假假设条件：条件：浇注系注系统是由不透气材料制成；是由不透气材料制成；流体呈流体呈稳定流定流动，且，且为不可不可压缩流体；流体；直直浇道道为等断面等断面结构。构。如如图所示，所示，选择直直浇道的道的出口出口2-22-2为分析的基准面，分析的基准面，则伯努利方程可写伯努利方程可写为：其中，其中，Z Z2 2=0=0，P P2 2=Pa=Pa，整理得：，整理得：27由于是由于是稳定流定流动，根据，根据连续流流动定律，有：定律，有：F F1 1V V1 1=F=F2 2V V2 2，F F1 1=F=F2 2，V V1 1=V=V2 2则因因为Z Z1 1远远大大于于h h1-21-2，所所以以，（P P2 2-P-P1 1）/0/0，P P2 2 P P1 1 ，P P2 2 =P=Pa a，P Pa a P P1 1 。因因此此，真真空空吸吸气气理理论的的分分析析可可以以得得出出结论：在在直直浇道道中中有有真真空空度存在，流体度存在，流体经过浇注系注系统时要吸入气体。要吸入气体。28291 1）、入口）、入口处的的连接接 (与与浇口杯口杯连接接处)采用采用圆角，角，一般要求入一般要求入口口处圆角半径角半径r rd d4(d4(d为直直浇道上口直径道上口直径)。这样可以减少气体的卷可以减少气体的卷入和入和避免尖角型砂被冲掉引避免尖角型砂被冲掉引起冲砂缺陷起冲砂缺陷。直直浇道道结构构设计防止液流防止液流带入气体和冲砂，入气体和冲砂，设计直直浇道道时应注意以注意以下几点：下几点：30直直浇道的形状道的形状上大下小的上大下小的锥形即形即设计锥度度2 2）直）直浇道的形状道的形状则：v v2 2vv1 1,可使可使P P2 2PP1 1，流体呈正流体呈正压流流动；上大下小的上大下小的锥形，形，有利于在直有利于在直浇道中呈正道中呈正压流流动，能防止吸气或，能防止吸气或非充非充满状状态而而带气。气。313 3、蛇形直、蛇形直浇道道则使使h h1-2,1-2,增增大大，保保证P P2 2PSS横横SS内内实际情况：情况：液液态金属有粘度，流金属有粘度，流动阻力有阻力有较大的影响。大的影响。S S直直：S S横横：S S内内=1:2.5:2.5=1:2.5:2.5时仍呈正仍呈正压充充满状状态。73第二第二节 浇注系注系统的基本的基本类型及型及选择1 1、浇注系注系统的分的分类浇注系注系统常用的分常用的分类：l根据各根据各组元断面比例关系的不同：元断面比例关系的不同：封封闭式、开放式式、开放式按内按内浇道在道在铸件上的相件上的相对位置不同：位置不同：顶注式、中注式、中间注入式、底注式、注入式、底注式、阶梯式梯式74二、封二、封闭、开放式、开放式浇注系注系统封封闭式式浇注系注系统阻流阻流在一个在一个浇注系注系统中截面中截面积最小的最小的浇道道S内内 S横横 S直直，例如，例如1:1.2:1.5 封封闭式式浇注系注系统可理解可理解为正常正常浇注条件下，所有注条件下，所有组元能被元能被金属液充金属液充满的的浇注系注系统，也称，也称为充充满式式浇注系注系统。（因全部。（因全部截面上的金属液截面上的金属液压力均高于型壁气体力均高于型壁气体压力，故是有力，故是有压或正或正压系系统）。）。优点：点：阻渣效果好、防止卷气、消耗金属少、清理方便。阻渣效果好、防止卷气、消耗金属少、清理方便。缺点：缺点：进入型腔的金属液流速度高，易入型腔的金属液流速度高，易产生生喷溅和冲砂，使和冲砂，使金属氧化，使型内金属液金属氧化，使型内金属液发生生扰动、涡流和不平静。流和不平静。应用：用：主要主要应用于不易氧化的各种用于不易氧化的各种铸铁件。件。对于容易氧化的于容易氧化的轻合金合金铸件、采用漏包件、采用漏包浇注的注的铸钢件和高大的件和高大的铸铁件，均不件，均不宜使用。宜使用。75开放式开放式浇注系注系统 S内内S横横 S直；例如直；例如1.5:1.2:1在在正正常常浇注注条条件件下下，金金属属液液不不能能充充满所所有有组元元的的浇注注系系统，又又称称为非非充充满式式或或非非压力力式式浇注注系系统。在在金金属属液液流流未未能能充充满的的部部位存在着等大气位存在着等大气压力的自由表面。力的自由表面。完完全全开开放放式式浇注注系系统在在内内浇道道被被淹淹没没之之前前，各各组元元均均呈呈非非充充满流流态，几几乎乎不不能能阻阻渣渣而而且且会会带入入大大量量气气体体。因因此此，使使用用转包包浇注的注的铸铁件上不宜件上不宜应用用这种种浇注系注系统。主主要要优点点：进入入型型腔腔时金金属属液液流流速速度度小小，充充型型平平稳，冲冲刷刷力力小小，金金属属氧氧化化轻。主主要要缺缺点点：阻阻渣渣效效果果稍稍差差，带入入气气体体 ，金金属属消消耗耗略多。略多。应用用：轻合合金金铸件件、球球铁件件等等。漏漏包包浇注注的的铸钢件件也也宜宜采采用用开开放放式式浇注系注系统，但直，但直浇道不能呈充道不能呈充满态，以防，以防钢水外溢，造成事故。水外溢，造成事故。763 3半封半封闭式式浇注系注系统 这种种浇注系注系统的特点是的特点是S S横横 S S直直 S S内内。即阻流截面是内。即阻流截面是内浇道，横道，横浇道截面道截面积最大，最大，直直浇道一般是上大下小的道一般是上大下小的锥形形，浇注注时，直，直浇道很快充道很快充满，而横，而横浇道充道充满较晚，故可降低内晚，故可降低内浇道的流速，使道的流速，使浇注初期充型平注初期充型平稳，对铸型的冲型的冲击比封比封闭式式的小；在横的小；在横浇道充道充满后，因其中的金属液流速后，因其中的金属液流速较慢，慢，所以所以挡渣比开放式的好，渣比开放式的好，但但浇注初期在横注初期在横浇道充道充满前，前，挡渣效果渣效果较差。差。适用于各适用于各类铸铁件，尤其球墨件，尤其球墨铸铁件及表面干型件及表面干型生生产上常常使用介于上常常使用介于这两者之两者之间的半封的半封闭式和封式和封闭开放式开放式浇注系注系统；774 4、封、封闭开放式式开放式式浇注系注系统特特点点：控控制制流流量量的的阻阻流流断断面面位位于于直直浇道道下下端端，或或在在横横浇道道中中，或或者者在在集集渣渣包包出出口口处等等，故故浇注注系系统各各组元的断面比例相元的断面比例相应的存在以下关系的存在以下关系SS杯杯SS直直 S S横横 SSS直直SS集渣包出口集渣包出口 S S横后横后 SSS阻阻 S S横后横后 SSS阻阻 S S内内 S S横后横后 78三、三、浇注系注系统按内按内浇道在道在铸件上的位置分件上的位置分类（一）、（一）、顶注（上注）式注（上注）式浇注系注系统 以以铸件件浇注位置注位置为基准，内基准，内浇道开道开设在在铸件的件的顶部，部，称称为顶注式注式浇注系注系统。即金属液从。即金属液从铸件件顶部注入型腔部注入型腔 79（一）、（一）、顶注式注式浇注系注系统特点：特点：以以浇注位置注位置为基准，内基准，内浇道道设在在铸件件顶部。部。优点点容易充容易充满，可减少薄壁件，可减少薄壁件浇不到、冷隔方面的缺陷不到、冷隔方面的缺陷充型后上部温度高于底部，有利于充型后上部温度高于底部，有利于铸件自下而上的件自下而上的顺序凝固和冒口的序凝固和冒口的补缩冒口尺寸小，冒口尺寸小，节约金属金属内内浇道附近受道附近受热较轻结构构简单，易于清除，易于清除80（一）、（一）、顶注式注式浇注系注系统特点：特点：以以浇注位置注位置为基准，内基准，内浇道道设在在铸件件顶部。部。缺点缺点易造成冲砂缺陷；易造成冲砂缺陷；易易产生砂孔、生砂孔、铁豆、气孔和氧化豆、气孔和氧化夹杂物缺陷；物缺陷；大部分大部分浇注注时间，内，内浇道道处于非充于非充满状状态；横横浇道阻渣能力道阻渣能力较差差金属液下落金属液下落过程中接触空气，出程中接触空气，出现激激溅、氧化、氧化、卷气，使充型不平卷气，使充型不平稳；81 根据根据铸件的件的结构特点，构特点，还可采用以下几可采用以下几种种类型的型的顶注式注式浇注系注系统：1 1简单式式 适用于要求不高适用于要求不高的的简单小件。小件。822 2楔形楔形浇道道 金属液通金属液通过长条楔条楔缝可迅速充可迅速充满型腔型腔 常用于常用于锅、盆、罩、盖、盆、罩、盖类薄壁器皿薄壁器皿铸件件 833 3压边浇道道 浇道是一条窄而道是一条窄而长的的缝隙，与隙，与铸件件顶部相部相连接，金属液接，金属液经压边缝隙流入型腔隙流入型腔 多用于壁多用于壁较厚厚的中小的中小铸铁件及非件及非铁合金合金铸件。件。844 4雨淋雨淋浇道道 内内浇道是由道是由许多均多均匀分布的匀分布的圆孔所孔所组成，成，浇注注时细流如流如雨淋雨淋 主要用于主要用于质量要量要求求较高的大中型筒高的大中型筒型型铸件，如气缸套、件，如气缸套、卷卷扬机等机等 855 5搭搭边式式 自上而下自上而下导入金属液，避免入金属液，避免直接冲直接冲击铸型型侧壁。壁。适用于湿型适用于湿型铸造薄壁造薄壁铸件。件。86（二）底注（下注）式（二）底注（下注）式浇注系注系统 内内浇道开道开设在在铸件件底部，即金属液从底部，即金属液从铸件的底部注入型腔，件的底部注入型腔，称称为底注式底注式浇注系注系统 主要用于高度不大，主要用于高度不大，结构不太复构不太复杂的的铸件件和易氧化的合金和易氧化的合金铸件，件，如如铸钢、铝镁合金、合金、铝青青铜及黄及黄铜等等铸件件 87（二）底注式（二）底注式浇注系注系统特点：特点：以以浇注位置注位置为基准，内基准，内浇道道设在在铸件底部。件底部。优点点内内浇道基本上在充道基本上在充满状状态下工作，充型平下工作，充型平稳；可避免金属可避免金属发生激生激溅、氧化及由此而形成的、氧化及由此而形成的铸件缺陷；件缺陷；无无论浇口多大，横口多大，横浇道基本道基本处于充于充满状状态，有，有利于阻渣；利于阻渣；型腔内的气体容易型腔内的气体容易顺序排除。序排除。88缺点缺点充型后金属的温度分布不利于充型后金属的温度分布不利于顺序凝固和冒序凝固和冒口口补缩；金属液面在上升中容易金属液面在上升中容易结皮皮，难于保于保证高大的薄高大的薄壁壁铸件充件充满，易形成，易形成浇不足、冷隔等缺陷；不足、冷隔等缺陷；金属消耗金属消耗较大。大。内内浇道附近容易道附近容易过热，导致致缩孔、孔、缩松和松和结晶粗大等缺陷；晶粗大等缺陷；克服以上缺点的方法有：克服以上缺点的方法有：采用快采用快浇和分散的多内和分散的多内浇道道大的大的S S内内/S/S阻阻比比值使用冷使用冷铁和安放冒口或用高温金属和安放冒口或用高温金属补浇冒口等措施冒口等措施8990根据根据铸件件结构特点，构特点，还可采用下列底注式可采用下列底注式浇注系注系统 1 1牛角牛角浇道道 牛角式内牛角式内浇道多用道多用于于质量要求高的小型量要求高的小型轮类铸件件 912 2反雨淋反雨淋浇道道 它适用于易它适用于易氧化的中小型氧化的中小型圆套套类铸件件 92（三）中（三）中间注入式注入式浇注系注系统 从从铸件某一高度面上开件某一高度面上开设内内浇道。道。对内内浇道以下的型腔部分道以下的型腔部分为顶柱式；柱式；对内内浇道以上的型腔部分相当于底注式。故它道以上的型腔部分相当于底注式。故它兼有兼有顶注式和底注式注式和底注式浇注系注系统的的优点。使之充型平点。使之充型平稳，改善了，改善了补缩条件，条件，又有利于排气。又有利于排气。由于内由于内浇道在分型面上开道在分型面上开设，故极，故极为方便，方便，应用广泛。适于用广泛。适于高度不大的中等壁厚的高度不大的中等壁厚的铸件。件。93（四）（四）阶梯式梯式浇注系注系统特点：特点：在在铸件不同高度上开件不同高度上开设多多层内内浇道。道。在在浇注之初金属液只从最注之初金属液只从最底底层内内浇道流入型腔，待道流入型腔，待型腔内的液面上升到接近型腔内的液面上升到接近第二第二层内内浇道道时，才从第，才从第二二层内内浇道流入型腔。道流入型腔。这样各各层内内浇道由下到上逐道由下到上逐层接替地起作用，最上接替地起作用，最上层内内浇道通入冒口，可保道通入冒口，可保证实现顺序凝固和冒口最后序凝固和冒口最后冷凝。冷凝。94（四）（四）阶梯式梯式浇注系注系统特点：特点：在在铸件不同高度上开件不同高度上开设多多层内内浇道。道。95（四）（四）阶梯式梯式浇注系注系统优点点l金属液首先由最底金属液首先由最底层内内浇道充型，随着型内液面上升，道充型，随着型内液面上升，自下而上自下而上顺序地流序地流经各各层内内浇道，因而道，因而充型平充型平稳，避免避免因因压头过高或流股从高高或流股从高处落下冲落下冲击型底，造成型底，造成严重的重的喷射和激射和激溅，且型腔内气体容易排出；且型腔内气体容易排出；l充型后，上部金属液温度高于下部，充型后，上部金属液温度高于下部，有利于有利于实现自下自下而上的而上的顺序凝固和冒口的序凝固和冒口的补缩，铸件件组织致密；致密；l易避免易避免缩孔、孔、缩松、冷隔及松、冷隔及浇不足等缺陷；不足等缺陷；l利用多内利用多内浇道，内道，内浇道分散，可道分散，可减减轻内内浇道附近的局道附近的局部部过热现象。象。96（四）（四）阶梯式梯式浇注系注系统缺点缺点l造型复造型复杂；l要求正确的要求正确的计算和算和结构构设计。否。否则，容易出，容易出现上下各上下各层内内浇道同道同时进入金属液的入金属液的“乱乱浇”现象，或底象，或底层进入金属液入金属液过多，形成下部温多，形成下部温度高的不理想温度分布。度高的不理想温度分布。l分型面分型面较多；多；多用于多用于高度高度较高、型腔高、型腔较复复杂、收、收缩率率较大或大或品品质要求要求较高的高的铸件。件。97（五）垂直（五）垂直缝隙式隙式浇注系注系统 以片状内以片状内浇道与道与铸件的整个高度相件的整个高度相连接的接的一种特殊一种特殊浇注系注系统 主要用于重要的主要用于重要的铝合金合金铸件件 98 对于重、大型于重、大型铸件，件，特特别是重要是重要铸件，件，采用采用一种形式的一种形式的浇注系注系统往往往不能往不能满足要求，足要求，可根可根据据铸件情况同件情况同时采用两采用两种或更多形式的复合式种或更多形式的复合式浇注系注系统 99第第3 3节 计算阻流截面的水利学公式算阻流截面的水利学公式1 1、奥奥赞(Osann)(Osann)公式公式 阻流（最小）截面阻流（最小）截面积的的计算算 。阻流（最小）阻流（最小）组元指元指浇浇注系注系注系注系统统中中中中最小截面最小截面积的的浇道，一般道，一般为内内浇道，道，即即100hhr r金属液流金属液流经浇注系注系统时压头损失失总和和H H0 0阻流以上金属液的阻流以上金属液的总压头 S Si i 测定定ii时指定的某指定的某处截面截面积v v 阻流阻流处金属液的流速金属液的流速g g 重力加速度重力加速度 i i 局部阻力系数局部阻力系数 S S阻阻 阻流截面阻流截面积。101充填下半型充填下半型时S S阻阻的的计算算 充填下半型腔充填下半型腔时，通，通过阻流截面的金属阻流截面的金属质量和量和浇注注时间有如下关系有如下关系式中：式中：m m下下 阻流以下阻流以下铸件件质量量 金属液密度金属液密度 1 1 充填下半型充填下半型时间 流量系数，它代表流量系数，它代表实际金属液的流量金属液的流量与理想流体流量之比与理想流体流量之比值。102充填上半型充填上半型时的的计算算充填上半型充填上半型时，阻流，阻流处流速随充型流速随充型压头而而变化：化：最大流速最大流速最小流速最小流速在上半型充填在上半型充填时间 2 2内，存在着瞬内，存在着瞬间 ，对应压头为h h平均平均时，阻流阻流处流速流速为：充填上半型充填上半型时，通，通过阻流的金属阻流的金属质量和充填量和充填时间之之间应有有如下关系：如下关系：103得到：得到：奥奥赞公式公式将两个将两个计算算 的公式合并的公式合并为一个通式，即一个通式，即奥奥赞公式：公式：式中：式中：m m 流流经阻流的金属阻流的金属总质量量 充填型腔的充填型腔的总时间 充填全部型腔充填全部型腔时，浇注系注系统阻流截面的流量系数阻流截面的流量系数H Hp p 充填型腔充填型腔时的平均的平均计算算压头104平均平均计算算压力力头式中：式中：H Hp p 平均平均计算算压头 H Ho o 阻流截面以上的金属阻流截面以上的金属压力力头 P P 阻流截面重心以上的型腔高度阻流截面重心以上的型腔高度 C C 铸件（型腔）的件（型腔）的总高度高度注意注意 a a 该公式适用于封公式适用于封闭式式浇注系注系统 b b 推推导H Ho o时引入两个假定条件，与引入两个假定条件，与实际情况有差距。情况有差距。c c 应用伯努力方程用伯努力方程时，忽略了，忽略了浇包嘴到包嘴到浇口杯之口杯之间下落下落动能能的影响。的影响。105二、二、浇注注时间（速度）（速度）1 1、浇注速度注速度浇注注时间对铸件件质量有重要影响，量有重要影响，应考考虑铸件件结构、合构、合金和金和铸型等方面型等方面选择浇注速度。注速度。快快浇优点：点：金属温度和流金属温度和流动性降低幅度小；减小皮下气孔；性降低幅度小；减小皮下气孔；对上表面上表面热作用作用时间短，可减小短，可减小夹砂砂结疤缺陷；有利于疤缺陷；有利于石墨石墨铸铁充分利用石墨化膨充分利用石墨化膨胀，防止，防止缩孔、孔、缩松缺陷。松缺陷。缺点：缺点：对型壁冲型壁冲击大大，容易造成，容易造成胀砂、冲砂、抬型等缺砂、冲砂、抬型等缺陷；陷；浇注系注系统的重量稍大，的重量稍大，工工艺出品率低出品率低。应用：用：薄壁（或上部有薄壁薄壁（或上部有薄壁铸件）；件）；具有大平面具有大平面铸件；件；表皮易形成氧化膜的表皮易形成氧化膜的铸件；底注式件；底注式浇注系注系统，顶 部有冒口；中大型灰部有冒口；中大型灰铸铁、球墨、球墨铸铁件。件。106慢慢浇 优点：点：对型壁冲刷作用型壁冲刷作用轻，可防止，可防止胀砂、抬型、冲砂等缺陷；砂、抬型、冲砂等缺陷；有利于型（芯）内气体排出；有利于型（芯）内气体排出；对收收缩率大的合金采用率大的合金采用顶注法或内注法或内浇道通道通过冒口冒口时，有利于减小冒口的尺寸有利于减小冒口的尺寸,减少减少浇注系注系统金属消耗量金属消耗量 缺点：缺点：对上表面烘烤上表面烘烤时间长，易，易产生生夹砂砂类缺陷；缺陷；金属液温度、流金属液温度、流动性降低幅度性降低幅度浇大、易大、易浇不足、冷隔；不足、冷隔；降低流水降低流水线生生产率。率。应用：用：有高的砂胎或吊砂的湿型；有高的砂胎或吊砂的湿型；型内砂芯多、砂芯大而砂芯小或排气困型内砂芯多、砂芯大而砂芯小或排气困难；顶注法注法浇注体收注体收缩大的合金大的合金铸件件1072 2、合适的、合适的浇注注时间浇注注时间的确定主要考的确定主要考虑：壁厚、壁厚、铸件重量、型砂件重量、型砂种种类、合金种、合金种类、注入方式等。、注入方式等。表表7-5 7-5 图7-397-39108工工艺因素：因素：浇不足、冷隔；不足、冷隔；夹砂砂类缺陷；气体的溢缺陷；气体的溢出；金属液的氧化；出；金属液的氧化；型内金属液面的上升速度，型内金属液面的上升速度，计算公式：算公式：式中：式中：C C 铸件（或某段）的高度件（或某段）的高度 铸件（或某段）的件（或某段）的浇注注时间。满足的条件足的条件：浇注注时间应满足：足：三、三、确定确定浇注注时间时的金属液上升速度因素的金属液上升速度因素109金属液上升速度的核算和确定金属液上升速度的核算和确定铸钢件：件：见表表7-77-7，只核算最小上升速度。，只核算最小上升速度。铸铁件：件：见表表7-67-6，只核算最小上升速度，只核算最小上升速度表表7-67-6表表7-77-7110式中：式中：RR型腔的水利学半径。型腔的水利学半径。R Re e型型型腔内允型腔内允许的金属液雷的金属液雷诺数，用数，用实验法确定法确定vv合金液的运合金液的运动粘度。粘度。易氧化的易氧化的轻合金合金铸件，限制最大上升速度，以免高度件，限制最大上升速度，以免高度湍流造成大量的氧化物湍流造成大量的氧化物夹杂，最大上升速度最大上升速度 所确定的所确定的浇注注时间，必，必须满足最大和最小上升速足最大和最小上升速度要求，才可作度要求，才可作为适用的适用的浇注注时间1114.4.流量系数的确定流量系数的确定 浇注系注系统的流量系数是指阻流断面的流量系数。的流量系数是指阻流断面的流量系数。若阻流断面不若阻流断面不设在内在内浇道，道，则内内浇道的流量系数道的流量系数比比浇注系注系统的流量系数的流量系数值要小。要小。流量系数与流量系数与浇注系注系统各部分阻力及型腔内的流各部分阻力及型腔内的流动阻力大小有关。阻力大小有关。流量系数与流量系数与浇注系注系统的形状、尺的形状、尺寸、寸、结构和构和铸型的性型的性质及合金种及合金种类、流速等有关。、流速等有关。流量系数的确定方法：流量系数的确定方法：l重要重要铸件或大量生件或大量生产的的铸件件实验测定定l一般一般铸件件经验数据数据112113影响流量系数影响流量系数 值的因素及修正的因素及修正值114l选择浇注系注系统类型型l确定内确定内浇道在道在铸件上的位置、数目和金属引入方向件上的位置、数目和金属引入方向l决定直决定直浇道的位置和高度（道的位置和高度（压力角）力角）l计算算浇注注时间并核算金属上升速度并核算金属上升速度l计算阻流截面算阻流截面积S S阻阻l确定确定浇口比并口比并计算各算各组元截面元截面积l绘出出浇注系注系统图形形浇注系注系统的的计算步算步骤第第4 4节 铸铁件件浇注系注系统设计与与计算算115 浇注系注系统阻流截面的阻流截面的计算算 1.1.阻流阻流组元（或内元（或内浇道）截面道）截面积的的计算算 m m 包括包括浇冒口在内的金属冒口在内的金属总重量重量(kg)(kg)，可以通可以通过估算、估算、计算、算、称重等方式称重等方式获得，得，浇冒口的重量按冒口的重量按铸件重量的比例求出件重量的比例求出，见表表表表 浇冒口重量占冒口重量占铸件重量的比例件重量的比例铸件重量件重量/大量生大量生产成批生成批生产单件、小批生件、小批生产1001000100010%15%10%15%10%20%10%20%116 值得确定得确定 铸钢件、件、铸铁件根据件根据表表7-87-8、7-107-10，考，考虑各种因素，可采用各种因素，可采用表表7-10