灰铁和球铁的浇冒口系统

1、灰铁和球铁的浇冒口系统1浇注系统的一般叙述1.1液态金属在砂型中的流动特性铁水的浇注温度比结晶凝固温度咼出200C。以上，铁水在 1310C-1340 C。时,22运动粘度Y铁水二0.003 cm/s ,水在20C。时，Y水二0.020cm/s在正常浇注温度下铁水的运动 粘度，比室温下水的运动粘度还要低，有理由认为，能应用流体力学的原理来研究铁水的充型过 程。但与水、油等液体在玻璃、塑料、金属管道里流动，不尽相同，铁水在砂型中流体运动的特 占八、1. 型砂有透气性，铁水在多孔的型腔内运动，气体的压力可以迫使铁水流股与型壁脱离接触。在玻璃、塑料、金属管道中液体呈充满状态，而铁水在砂型中流动时，边

2、界条件为铁水任何截 面的压力（P）,必须大于或等于型壁的气体压力（Pa）即PMPa当PPa铁水呈充满状态流 动。PwPa时，铁水呈非充满状态流动。这时气体会卷入型腔，发生氧化反应铁水吸气，这是不希 望看见的。2. 铁水在浇注系统流动过程中，造型材料受热产生水气、二恶英、3-4苯并花等有机挥发 物，型腔产生的大量气体形成背压，阻碍铁水充型，造成侵入性气孔。铁水冲刷型壁、砂芯，冲刷 过程产生化学反应，形成夹杂物等铸件缺陷。2. 冲型过程是不稳定过程，铁水充型及型腔气体背压，随铁水不断注入发生变化。计算浇注系 统时，把变量视为为恒量，简化计算工作量。1.2灰铁、蠕铁、球铁停止流动的机理灰铁、蠕铁、球

3、铁，都是铁碳合金，流动性与合金化学成分 关系密切。从铁碳平衡图可以看岀，共晶成分铁水流动性最好。在相同温度下，铁水的流动性，球 铁蠕铁灰铁，因为CF值是球铁蠕铁灰铁。铁水停止流动的机理是温度降低以后铁水产生结 晶凝固。除共晶点外，铁水的凝固都在一个较宽的温度区间内。另外残余镁量过高铁水氧化膜增 多，降低流动性。少量稀土能降低铁水表面氧化膜结膜温度，使流动性提高。Mg. RE是强烈的 脱氧、脱硫、去气的元素，净化铁水减少外来结晶核心，提高铁水的过冷度。因此相同温度下， 球铁的流动性优于灰铁。1.3铁水流动状态的估计层流和紊流是粘性液体二种不同的流动状态。液体流动状态取决于雷诺 数。vd 4 vd

4、圆形管道:Re= 非圆形管道Re二YYRe2320是紊流；ReRe2320是混合状态，多数为紊流。铁水在浇注系 统中基本上呈紊流状态。1.4浇注系统的功能美国魁北克钛铁公司著名专家卡塞教授提出:浇注系统三大功能2. 将铁水引入型腔；2.挡渣撇渣；3.排出型腔内气体。美国宾夕法尼亚大学格林塞尔维亚教授提 出， 铁水在浇注系统中紊流程度最低；以避免铁水氧化、卷入气体和熔渣、冲蚀铸型和砂芯。 在金属内部建立向冒口方向顺序凝固的温度梯度； 浇注系统足够大，满足平稳快速充型需求，同时考虑工艺出品率。二.华中科技大学李魁盛 教授综合国内外研究者的观点，提出1 内浇口的位置、个数应符合铸件凝固顺序。选择同时

5、凝固，应保证铸件各部温度均匀。以 使内应力最小；选择顺序凝固，应保证铸件向冒口逐渐凝固，避免缩孔、缩松。2. 建立必要的压力头，平稳快速充型，避免冷隔、浇不足；3. 浇注系统中紊流程度最低，避免卷入气体、熔渣、铁水吸气、氧化。4. 应使铁水平缓进入型腔，防止铁水飞溅和冲蚀型壁、砂芯。5. 具有良好的挡渣能力，防止铸件产生渣孔；6. 型内金属液面有足够的上升速度，以免产生夹砂、皱皮、冷隔等缺陷。7. 不应破坏冷铁、芯撑的作用。3减少浇注系统金属消耗，减少砂型体积，减少造型工作量；9.尽可能减少清理工作量，考虑模板制作方便。2. 铁水充填浇注系统2.1外浇口、直浇口、直浇口与横浇口的连接丄普通的漏

6、斗形浇口杯，只能起到承接浇包铁水和便于浇注的作用。它的弊病是出现水平旋 涡。铁水不可能丄00%对准直浇口中心，某一流股偏离中心距离为，旋转切线流速为V,按动量矩 守衡原理，V二常数，据分析r越小，质点离心加速(0J2-r=V2/r)越大，使得Jr与重力加速度 g的合成加速度J的方向接近水平，铁水等压面由水平过渡为垂直，在直浇口中心形成中空漏斗形 液面。这样，熔渣和空气被卷入浇注系统内。针对本公司情况，解决办法铁水包浇注口距离浇口 杯越近，产生水平旋涡的危害越小。浇口杯底部放置过滤网，可有效阻止水平旋涡的产生，并能 防止气泡和熔渣进入直浇口内。这里主要牵涉到流体力学方程与型砂通道的条件是否吻合的

7、问题。3. 直浇口与横浇口的连接，直浇口下部的凹窝尺寸与作用，综合卡塞和铸造手册的观 点如下:凹窝比平面有减缓铁水冲击的作用；少紊流程度和吸气倾向。凹窝尺寸: 直径二1.5倍直浇口，直浇口和横浇口的连接处，避免尖角。2.2横浇口与内浇口的挡渣作用原理对横浇口有三大要求：承接和分送铁水；挡渣和撇渣；降低紊流程度，防止二次氧 化。A能起挡渣作用B不能起挡渣作用上图为横浇口挡渣示意图，A图熔渣一面上浮，一面做水 平运动。渣团到达内浇口附近，处于内浇口吸动区之外，渣团将到达横浇口顶部，或进入横浇口末 端延长段顶部。不会从内浇口进入型腔。横浇口担当起挡渣作用。E图由于内浇口吸动区扩展到横 浇口顶部，渣团

8、从内浇口吸动区进入型腔，不能起挡渣作用。由于铁水在横浇口里的流动，基本处于紊流，所以渣团的悬浮运动十分复杂，但可以得出以下 结论：渣团直径越小，上浮速度越慢；只有大于临界直径的渣团才有可能上浮。渣团比重 越轻，越有利于熔渣上浮；横浇口中铁水实际流动速度低，横浇口才可能挡住更小直径的熔渣。 横浇口不可能百分之百的阻挡所有铁水中的熔渣。根据理论分析，横浇口发挥良好挡渣作用的充要条件:为：横浇口、内浇口应呈充满状态（内浇口横截面积如果大于横浇口截面积，就不存在充满状态）。横浇口呈充满状态是挡渣的 必要条件之一。2 .横浇口里的铁水流速必须尽可能的低。计算表明直径1mm的渣团上浮速度为0.37米/ 秒

9、，只有直径较大的渣团才有可能浮起并被捕获。要求横浇口断面积很大，将消耗更多 的金属，经济上不可行。3. 内浇口、横浇口、直浇口应有正确的关系: 第一个内浇口与直浇口应有足够的距离，以便渣团在横浇口内移动一定距离让渣团浮起， 越过内浇口吸动区。 横浇口应有足够长的末端延长段，原因是铁水流到末端时速度减慢产生背压，会将渣团向最末内浇口方向推挤，通过吸动区进入型腔。 横浇口与内浇口的位置十分重要，对于封闭式浇注系统，内浇口放置在 避免使用弯曲横浇口，如果一定要用，则尽量加大曲率半径。2.内浇口设置要点对于同时凝固，内浇口开设在薄壁处，数量相对多，减小各部温度差。 对于顺序凝固，内浇口作为冒口通道，铸

10、件向着冒口方向顺序凝固。 内浇口应尽量薄，减少初期铁水带进熔渣，容易清理打磨。避免内浇口正对砂芯和型壁。 当把浇注系统作为冒口使用时，应先计算冒口颈尺寸，以此作为内浇口尺寸按比例得出横 浇口截面积。3. 封闭式浇注系统和开放式浇注系统3概念和定义封闭式浇注系统在正常浇注过程中（特意慢浇除外），所有断面都能为铁水充 满的浇注系统。开放式浇注系统:在正常浇注过程中，铁水不能充满某个单元或所有单元的浇注系统。3.2封闭式浇注系统必须满足:F直F横F内美国卡塞教授推荐:F直F横F内二483华中科技大学李魁盛教授推荐：F直F横F内二2.5 : 2.5 :!资料推荐灰铁、球铁浇注系统比例EA直.ZA横.Z

11、A内应用范围灰铁封闭式1.11 . 1.06 : 1湿型薄壁灰铁小型铸件球铁封闭式1.60 : 1.30 : 1般球铁件常采用的比例球铁封闭式1.30 . 2.70 : 1 （4 : 83）湿型薄壁球铁小型铸件缺点:横浇口 大，工艺出品率低灰铁半封闭式1.10 : 1.30 : 1灰铁中小型铸件球铁开放式1.60 : 1.60 : 1厚壁球铁件米用开放式浇注系统由于光阳高压造型机和丄49造型机的直浇口尺寸基本固定，选择余地很小，所以本公司的 铸件与传统做法不一样，必须由直浇口推定横浇口和内浇口。而传统做法是先计算阻流内浇口 的截面积，根据比例计算岀横浇口截面积和直浇口的截面积，外加尺寸圆整化。

12、3.3灰口铁、球墨铸铁的浇注系统G灰口铸铁的内浇口阻流截面计算公式:A内二0.31|jV tHpG流经内浇口 A内铁水重量（kg） ; pi浇注系统的流量损耗因素；t充填型腔的时间（S）；Hp平均静压力头高度（cm）；式中:t =S V Glt浇注时间（S）；Gl浇注重量（kg）,计算时按工艺出品率估算S系数，决定于铸件厚度，可按下表查得。铸件壁厚mm2.5-3.53.5-8.08.0-15系数S1.631.852.2球墨铸铁浇注系统的特点：丄能大量的输送铁水；2.比灰铁有更好的挡渣能力。通常仍按 灰铸铁计算阻流内浇口的公式。时间t的计算，按灰铁计算t的公式求得t,然后将所得值减少1/3-1/

13、2作为球墨铸铁的浇 注时间，纳入求内浇口的最小截面积的公式，得到球墨铸铁内浇口的最小截面积值。分母减少 1/3-1/2,内浇口最小截面积增大1.5-2倍。光阳高压造型机和149造型机以直浇口决定横浇口、内浇口尺寸直浇口截面积X过滤网阻挡工A直ZA横XA内光阳 cp40灰铁湿型小件浇注系统比例1.111.06112.56cm2x70%=8.79cm2C 7C三c7 CCw60kg光阳 cp40球铁湿型小件浇注系统比例1.601.30112.56cm2x70%=8.79cm2C 7C7.14cm2r sc w50kg光阳 cp35 ；灰铁湿型小件浇注系统比例1.111.0619.6 cm 2x 7

14、0%二6.72 cm2c c匚只.2w50kg光阳 cp35 ；球铁湿型小件浇注系统比例1.601.3019.6 cm 2x 70%=6.72 cm2U 70宀小2匚 71 Q24.2 cm2w50kg光阳030灰铁湿型小件浇注系统比例1.111.0612221 fA /A1 f7.1cm26.78cm26.40cm2光阳030球铁湿型小件浇注系统比例1.61.3122121 / A fA1 f7.1cm25.77cm24.44cm2149 ；045灰铁湿型小件浇注系统比例1.111.06115.9cm2x70%=11.13cm211.1 cm22vc cc 亠 22r r100kg149 ；

15、045球铁湿型小件浇注系统比例1.601.3012211.1 cm22A2w200kg针对本公司铸件特点，铸件一般都有较多内浇口，为了向废品要效益防止进浆，浇注系统必须按 截面积比例，进行分配设置。附录:1常用球墨铸铁件浇注系统铸件重量kg内浇口横浇口直浇口数目ZA 内 cm2A 内 cm2A 横 cm2A直2 Cm5-1033.01.03.9 axbxc20x16x22304.9523.01.512.92.910-2044.01.05.85 axbxc25x19x26356.7334.51.523.841.9213.83.820-50551.06.24 axbxc26x21x27356.7324.82.414.84.850-10057.51.59.75 axbxc33x26x32