液态成型技术课件

1、主讲教师：吴炜主讲教师：吴炜（第（第1 1版）版）目目 录录绪绪 论论 第二章第二章 砂型和砂芯的制造砂型和砂芯的制造第三章第三章 浇注系统设计浇注系统设计铸造生产铸造生产指用熔融的液态合金注入预先制备好的铸型中使之指用熔融的液态合金注入预先制备好的铸型中使之 冷却、凝固后获得冷却、凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能具有一定形状、尺寸和性能的毛的毛 坯或零件过程，简称铸造。坯或零件过程，简称铸造。 一、铸造生产的工艺过程、特点及在制造业中的地位一、铸造生产的工艺过程、特点及在制造业中的地位绪绪 论论砂型铸造生产工艺流程图砂型铸造生产工艺流程图 铸造生产基本上由铸型制备、合金熔炼及浇注、落砂及清

2、理等三个相对铸造生产基本上由铸型制备、合金熔炼及浇注、落砂及清理等三个相对独立的工艺过程所组成。独立的工艺过程所组成。 铸铸 造造砂型铸造砂型铸造特种铸造特种铸造湿型铸造湿型铸造干型铸造干型铸造表干型铸造表干型铸造熔模铸造熔模铸造金属型铸造金属型铸造离心铸造离心铸造压力铸造压力铸造铸铁铸造铸铁铸造铸钢铸造铸钢铸造有色合金铸造有色合金铸造 铸造方法的分类铸造方法的分类 (1)(1)砂型铸造方法砂型铸造方法: :通过紧实型砂获得铸通过紧实型砂获得铸型来得到坯件的方法型来得到坯件的方法 是最主要最传统的铸造方法是最主要最传统的铸造方法 (2)(2)特种铸造方法特种铸造方法: :壳型铸造、金属型铸壳型

3、铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、熔模铸造、离心造、压力铸造、低压铸造、熔模铸造、离心制造、陶瓷型铸造等制造、陶瓷型铸造等 铸型用砂较少或不用砂，采用特殊工艺铸型用砂较少或不用砂，采用特殊工艺装备，可获得表面更灵活、尺寸更精确、机装备，可获得表面更灵活、尺寸更精确、机械性能更高的铸件械性能更高的铸件 图图0-2 0-2 齿轮毛坯的砂型铸造齿轮毛坯的砂型铸造 砂型铸造砂型铸造以铸造用型砂为主要原材料制成铸型，且液态金属以铸造用型砂为主要原材料制成铸型，且液态金属完全靠重力充满整个铸型型腔形成铸件的方法称为砂型铸造。完全靠重力充满整个铸型型腔形成铸件的方法称为砂型铸造。 飞轮铸件的生产过程飞轮

4、铸件的生产过程熔模铸造熔模铸造产品铸造生产具有以下特点：铸造生产具有以下特点： 优点：优点：1 1）使用范围广；）使用范围广； 2 2）能采用的材料广；）能采用的材料广； 3 3）铸件具有一定的尺寸精度；）铸件具有一定的尺寸精度； 4 4）成本低廉、综合经济性能好；）成本低廉、综合经济性能好； 5 5）能源、材料消耗及成本低。）能源、材料消耗及成本低。 缺点：缺点：1 1）工作环境粉尘多、温度高、劳动强度大；）工作环境粉尘多、温度高、劳动强度大； 2 2）废料、废气、废水处理任务繁重。）废料、废气、废水处理任务繁重。 二、二、铸造加工的特点铸造加工的特点 铸造是生产机器零件毛坯的主要方法之一，

5、其实质是铸造是生产机器零件毛坯的主要方法之一，其实质是液态金属逐步冷却凝固而成形液态金属逐步冷却凝固而成形 1.1.优点优点：（：（1 1）可生产有内腔及外形复杂的毛坯）可生产有内腔及外形复杂的毛坯 （2 2）工艺灵活性大）工艺灵活性大 各种合金，各种尺寸、形状、重量和数量的铸件都能各种合金，各种尺寸、形状、重量和数量的铸件都能生产，重量从几克到几百吨，壁厚生产，重量从几克到几百吨，壁厚0.5mm1m0.5mm1m左右。左右。 （3 3）铸造成本低）铸造成本低 2.2.不足不足 （1 1）易产生内部缺陷（如组织疏松）易产生内部缺陷（如组织疏松, ,晶粒粗大晶粒粗大, ,易产生易产生缩缩孔、缩松

6、孔、缩松、气孔、气孔、浇不足、冷隔浇不足、冷隔等缺陷）等缺陷） （2 2）铸件机械性能低）铸件机械性能低( (冲击韧性冲击韧性) ) （3 3）铸造工序多）铸造工序多, ,难以精确控制难以精确控制, ,铸件质量不够稳定铸件质量不够稳定 （4 4）劳动条件较差）劳动条件较差四、我国铸造技术的发展 铸造技术历史悠久.三千年前,青铜器已有应用,二千五百年前,铸造工具已经相当普通.大量历史文物显示着我国古代人民在铸造技术上的精湛创造: 早在5000多年前,我们的祖先就能冶炼红铜和青铜等合金,并铸出了简单的铜斧. 早在4000年以前,我们的祖先就已开始和使用瓷器,到商代已经有了高度发达的青铜冶炼和铸造技

7、术,从河南安阳商代遗址出土的司母戊鼎提供了有力的证明；四羊方尊也是其中杰出的代表。 河南安阳商遗址出土的司母戊鼎重达875kg,外形尺寸(13378110)cm,是迄今世界上最古老的大型青铜器. 永乐大钟永乐大钟，中国现存最大的青铜钟。在，中国现存最大的青铜钟。在北京德胜门铸钟厂铸成，清雍正十一年北京德胜门铸钟厂铸成，清雍正十一年（17331733）移置觉生寺（今称大钟寺）。）移置觉生寺（今称大钟寺）。铜钟通高铜钟通高6.756.75米，钟壁厚度不等，最厚米，钟壁厚度不等，最厚处处185185毫米，最薄处毫米，最薄处9494毫米，重约毫米，重约4646吨。吨。钟体内外遍铸经文，共钟体内外遍铸经

8、文，共22.722.7万字。铜钟万字。铜钟合金成分为：铜合金成分为：铜80.54%80.54%、锡、锡16.40%16.40%、铝铝1.12%1.12%，为泥范铸造。，为泥范铸造。司母戊鼎四羊方尊19781978年在湖北省随县曾候乙墓出土的青铜器年在湖北省随县曾候乙墓出土的青铜器重达重达10t 10t 其中有一套其中有一套6464件的件的编钟编钟, ,据考证是据考证是24002400年前战国初期铸造的年前战国初期铸造的, ,钟上共铸有错钟上共铸有错金铭文金铭文28002800多字多字, ,标出音名标出音名, ,音律音律, ,每个钟发每个钟发出两个音出两个音, ,整套编钟音域宽达五个半八度整套编

9、钟音域宽达五个半八度; ;能能演奏各类名曲演奏各类名曲, ,音律准确和谐音律准确和谐, ,音色优美动听音色优美动听, ,整套编钟铸造水平极高整套编钟铸造水平极高, ,是我国古代青铜器是我国古代青铜器的杰出代表的杰出代表. .战国编钟 由由青铜器青铜器过渡到过渡到铁器铁器是生产工具的重大发是生产工具的重大发展展, ,我国从春秋战国时期我国从春秋战国时期( (公元前公元前770475770475年年) )开始大量使用铁器开始大量使用铁器, ,推动了奴隶社会向封推动了奴隶社会向封建社会的过渡建社会的过渡 19531953年在河北省兴隆县的古燕国铸冶作坊年在河北省兴隆县的古燕国铸冶作坊遗址的发掘中遗址

10、的发掘中, ,发现距今发现距今2200235022002350年的年的战国时期的战国时期的铁范铁范( (铁质铸型铁质铸型) )等等8787件件, ,可用于可用于铸造铸造铁锄、铁斧、铁镰、铁凿和车具铁锄、铁斧、铁镰、铁凿和车具等等铁器铸造 现立于河北沧州的大铁狮现立于河北沧州的大铁狮, ,高高5m5m多多, ,长近长近6m,6m,重重 19.3t19.3t是公元是公元9 9世纪五代后周时世纪五代后周时铸成铸成 在兴隆战国铁器遗址中发掘出浇铸农具在兴隆战国铁器遗址中发掘出浇铸农具使用的铁模使用的铁模, ,由由泥砂造型泥砂造型发展到发展到铁模铸造铁模铸造, ,说明我国古代说明我国古代金属材料液态成型

11、技术金属材料液态成型技术已已经发展到相当高的水平经发展到相当高的水平, ,这比欧洲国家要这比欧洲国家要早早18001800年左右年左右, ,居世界先进行列居世界先进行列. .二、我国铸造技术的发展二、我国铸造技术的发展铸造是世界历史上最悠久的工艺技术之一。铸造是世界历史上最悠久的工艺技术之一。我国古代铸造技术居世界先进行列我国古代铸造技术居世界先进行列。 我国铸件年产量与美、日、德三国的对比我国铸件年产量与美、日、德三国的对比 三峡右岸电站水轮机转轮叶片22.9t。总重473t，10米直径 三峡右岸叶片通过鉴定，标志着三峡右岸转轮叶片铸造实现了国产化，标志着哈电机公司具备了批量生产三峡叶片的技

12、术和能力，实现了三峡叶片国产化，扩大了大容量水电机组的国产化份额，增强了民族工业在国际上的竞争力，打破了国外大型水电铸造部件的垄断局面，为巨型水轮机转轮叶片铸造全部实现国产化奠定了坚实的基础。同时，迫使国外厂家的同类产品订货价格降低，使社会效益、经济效益显著。当代我国铸造技术发展 近几十年来近几十年来, ,我国铸造技术发展迅速我国铸造技术发展迅速: : (1)(1)在在型芯砂型芯砂方面方面, ,推广了快速硬化的推广了快速硬化的水玻璃砂水玻璃砂及各类及各类自硬砂自硬砂, ,成功地运用树脂砂快速制造高成功地运用树脂砂快速制造高强度砂芯强度砂芯 (2)(2)在在铸造合金铸造合金方面方面, ,发展了高

13、强度、高韧性的发展了高强度、高韧性的球墨铸铁和各类合金铸铁球墨铸铁和各类合金铸铁, ,成功地用球墨铸铁成功地用球墨铸铁件代替某些锻钢件件代替某些锻钢件. . (3)(3)在在铸造设备铸造设备方面方面, ,已建立起先进的机械化已建立起先进的机械化, ,自自动化动化高压造型生产线高压造型生产线 (4)(4)在在新工艺新技术新工艺新技术方面方面, ,各种各样各种各样特种铸造或特种铸造或精密铸造方法精密铸造方法得到发展和应用得到发展和应用我国各行业用户消耗铸件的数量我国各行业用户消耗铸件的数量 （单位：t）铸铸 件件 用用 户户19951995年年19961996年年19971997年年 汽车 铁道和

14、铁道车辆 拖拉机、柴油机、农业机械 机床 通用机械 冶金矿山机械 能源设备 纺织机械 铸铁管和管件 建筑工程及其配件 其它 合计11780007140001940000687000426000202600037400020000018360004590001492000113320001190000700200190130066400040700020050003580001239001674000445000143478510903185127460069070019322006576004142001981700349900110500171500043350015205421108044

15、2第二章第二章 砂型与砂芯的制造砂型与砂芯的制造第一节第一节 砂型（芯）的制造方法砂型（芯）的制造方法第二节第二节 粘土型（芯）砂粘土型（芯）砂第三节第三节 黏土湿型黏土湿型第四节第四节 水玻璃粘结剂型（芯）砂水玻璃粘结剂型（芯）砂第五节第五节 树脂砂树脂砂本章概要：本章概要： 1.1.砂型铸造中所用原材料的成分和性质；砂型铸造中所用原材料的成分和性质； 2.2.常用型（芯）砂的组成、配制工艺及性能控制；常用型（芯）砂的组成、配制工艺及性能控制；第二章第二章 砂型与砂芯的制造砂型与砂芯的制造 铸造工艺分类：铸造工艺分类：铸型：砂型、金属型、陶瓷型、石膏型、水泥型铸型：砂型、金属型、陶瓷型、石膏

16、型、水泥型成型力场：重力、压铸、离心、低压、真空吸铸成型力场：重力、压铸、离心、低压、真空吸铸注：砂型铸件产量占铸件总产量注：砂型铸件产量占铸件总产量80-90%80-90% 基本概念：基本概念： 型砂、型砂、 芯砂芯砂制作砂型的制作砂型的混合物混合物称为型砂，制作砂芯称为型砂，制作砂芯的混合物称为芯砂。（原砂、再生砂的混合物称为芯砂。（原砂、再生砂+ +粘结剂粘结剂+ +附加物）附加物） 涂料涂料涂敷在型腔或砂芯表面的混合物称为涂料。涂敷在型腔或砂芯表面的混合物称为涂料。 型砂铸造优点：造型材料来源广，生产准备周期短，成本低。型砂铸造优点：造型材料来源广，生产准备周期短，成本低。 型砂铸造缺

17、点：铸件外观质量相对较差，且铸型只能使用一型砂铸造缺点：铸件外观质量相对较差，且铸型只能使用一次，效率低。次，效率低。1. 型砂型砂：原砂、再生砂：原砂、再生砂+粘结剂粘结剂+附加物所混制成的混合物。附加物所混制成的混合物。 型砂型砂通过外力作用制成通过外力作用制成砂型砂型（具有一定密度、紧实度的具有一定密度、紧实度的 微孔微孔多孔隙体系多孔隙体系）第一节第一节 砂型（芯）的制造方法砂型（芯）的制造方法 型（芯）砂的组成型（芯）砂的组成 型（芯）砂是由骨干材料、粘结材料和附加物等原材料型（芯）砂是由骨干材料、粘结材料和附加物等原材料按一定比例配制而成。按一定比例配制而成。 以粘土为粘结材料的粘

18、土型（芯）以粘土为粘结材料的粘土型（芯）砂主要由原砂、粘土、附加物和水砂主要由原砂、粘土、附加物和水配制而成配制而成。 图图1-1 1-1 粘土型砂结构示意图粘土型砂结构示意图 11砂粒砂粒 22粘土胶体粘土胶体 33孔隙孔隙 44附加物附加物 造型造芯方法造型造芯方法化学粘结化学粘结机械粘结机械粘结物理固结物理固结模具内热硬模具内热硬模具内冷硬模具内冷硬模具外硬模具外硬粘土砂法粘土砂法自自硬硬法法气气硬硬法法磁型铸造磁型铸造法，法，v法，法，epc-v法法温温芯芯盒盒法法热热芯芯盒盒法法热热壳壳法法熔熔模模制制壳壳二、型（芯）砂应具备的性能二、型（芯）砂应具备的性能（1 1）造型、制）造型、

19、制芯和合型阶段对型砂性能的要求。芯和合型阶段对型砂性能的要求。 1.1.湿度：为了得到所需的湿态强度和韧性，粘土砂必须含有适量湿度：为了得到所需的湿态强度和韧性，粘土砂必须含有适量水分。水分。 2.2.流动性流动性：型（芯）砂在外力或自重的作用下，沿模样（或芯盒：型（芯）砂在外力或自重的作用下，沿模样（或芯盒表面）和砂粒间相对移动的能力称为流动性。表面）和砂粒间相对移动的能力称为流动性。 3.3.强度：型砂强度：型砂、芯砂抵抗外力破坏的能力称为强度。、芯砂抵抗外力破坏的能力称为强度。 4.4.可塑性与韧性：可塑性与韧性：可塑性是指型（芯）砂在外力作用下变形，外可塑性是指型（芯）砂在外力作用下变

20、形，外力去除后仍保持所力去除后仍保持所赋予形状的能力。赋予形状的能力。 5.5.韧性韧性：韧性是韧性是指型砂抵抗外力破坏的性能。指型砂抵抗外力破坏的性能。 6. 6.不粘模性：造型或制芯时，型（芯）砂不粘附在模样不粘模性：造型或制芯时，型（芯）砂不粘附在模样（或芯盒）表面的性质称为不粘模性。（或芯盒）表面的性质称为不粘模性。 （2 2）铸件浇注、冷却、落砂、清理阶段对型（芯）砂性能要求。铸件浇注、冷却、落砂、清理阶段对型（芯）砂性能要求。 1.1.耐火度：耐火度：型（芯）砂抵抗高温作用的性能称为耐火度。型（芯）砂抵抗高温作用的性能称为耐火度。 2.2.透气性：透气性：紧实的型砂能让气体通过而逸

21、出能力称为透气性。紧实的型砂能让气体通过而逸出能力称为透气性。 3.3.发气量和有效煤粉含量：发气量和有效煤粉含量： 型砂中煤粉或其它有机附加物（如重油、沥青等）在浇型砂中煤粉或其它有机附加物（如重油、沥青等）在浇注受热后产生的气体挥发物量，称为发气量；型砂中煤粉的有效含量，注受热后产生的气体挥发物量，称为发气量；型砂中煤粉的有效含量，成为有效煤粉含量。成为有效煤粉含量。4.4.退让性：型砂随着铸件收缩而减小其体积的能力称为退让性退让性：型砂随着铸件收缩而减小其体积的能力称为退让性 5.5.溃散溃散性：性：型砂和芯砂在铸件落砂清理时，容易溃散的性能称为型砂和芯砂在铸件落砂清理时，容易溃散的性能

22、称为 溃散性。溃散性。 3.粘结剂粘结剂：起粘结砂粒的作用，使型砂具有必要的强度起粘结砂粒的作用，使型砂具有必要的强度和韧性。和韧性。 分类：粘土、水玻璃、油类、合成树脂。分类：粘土、水玻璃、油类、合成树脂。 按成膜过程性质：物理成膜粘结剂、化学成膜粘结剂。按成膜过程性质：物理成膜粘结剂、化学成膜粘结剂。 按组成分类：有机粘结剂、无机黏结剂。按组成分类：有机粘结剂、无机黏结剂。4. 4. 附加物附加物：为改善型砂性能而加入的物质。：为改善型砂性能而加入的物质。 常用：每份、渣油、淀粉等常用：每份、渣油、淀粉等改进铸件表面质量改进铸件表面质量 石墨粉、脱模机石墨粉、脱模机改善起模性。改善起模性。

23、2.原砂：原砂：铸造生产配制型砂用的沙子，是型砂的基本组成铸造生产配制型砂用的沙子，是型砂的基本组成部分。部分。 特点：耐高温性能、提供空隙保证透气性特点：耐高温性能、提供空隙保证透气性 分类：硅砂、特种砂。分类：硅砂、特种砂。2.2、型砂骨干材料、型砂骨干材料原砂原砂1.1.石英石英质原砂及应用质原砂及应用石英质原砂石英质原砂以石英为主要矿物成分的天然硅砂。以石英为主要矿物成分的天然硅砂。天然硅砂特点：天然硅砂特点：资源丰富，分布极广，易于开采，价格低廉，资源丰富，分布极广，易于开采，价格低廉， 能满足铸造上多数情况的要求。能满足铸造上多数情况的要求。天然硅砂形成：天然硅砂形成：天然硅砂是由

24、火成岩风化形成的。天然硅砂是由火成岩风化形成的。 石英石英鳞石英鳞石英方石英方石英熔液熔液石英石英鳞石英鳞石英方石英方石英石英玻璃石英玻璃鳞石英鳞石英 加热时发生的多晶转变分为两类：加热时发生的多晶转变分为两类： 1.1.同一类型的高温同一类型的高温与低温与低温形态之间的转化过程快且可形态之间的转化过程快且可 逆（纵向转变）逆（纵向转变） 2.2.不同类型的多晶转化，很难进行（横向转变）不同类型的多晶转化，很难进行（横向转变）注：注： 石英在石英在573573转变为转变为石英，该转变为突变发生，且石英，该转变为突变发生，且伴随体积膨胀，导致铸型产生较大应力与变形，产生夹砂、伴随体积膨胀，导致铸

25、型产生较大应力与变形，产生夹砂、结疤等缺陷。结疤等缺陷。 火成岩组成及风化：火成岩组成及风化：火成岩重的花岗岩是由石英、长石、黑云母等火成岩重的花岗岩是由石英、长石、黑云母等 矿物颗粒组成。火成岩经过长期风化作用后，花岗岩中的矿物颗粒组成。火成岩经过长期风化作用后，花岗岩中的 石英由于化学性质稳定和较坚硬，风化时成分不变，仅被石英由于化学性质稳定和较坚硬，风化时成分不变，仅被 破碎成细粒；花岗岩中的长石、云母，一部分通过化学风破碎成细粒；花岗岩中的长石、云母，一部分通过化学风 化变成粘土，另一部分未被化学风化，混在砂子中。化变成粘土，另一部分未被化学风化，混在砂子中。 山砂山砂风化后的产物或就

26、地贮集，或经过水力、风力的搬运，风化后的产物或就地贮集，或经过水力、风力的搬运， 远离原处沉积。就地贮集的砂矿称为山砂，含泥分较多，远离原处沉积。就地贮集的砂矿称为山砂，含泥分较多， 粒形不规则，例如江苏六合红砂、河北唐山红砂等。粒形不规则，例如江苏六合红砂、河北唐山红砂等。 河砂、湖砂、海砂河砂、湖砂、海砂经过水力搬运的砂称为海砂、湖砂或河砂。经过水力搬运的砂称为海砂、湖砂或河砂。 河砂、湖砂、海砂经过水流的冲洗和分选，含泥量很河砂、湖砂、海砂经过水流的冲洗和分选，含泥量很 少，颗粒较圆，粒度比较均匀，例如河北北戴河砂、少，颗粒较圆，粒度比较均匀，例如河北北戴河砂、 广东新会砂、福建东山砂均

27、为海砂；江西都昌砂、星广东新会砂、福建东山砂均为海砂；江西都昌砂、星 子砂为湖砂；上海吴淞砂、河南郑庵子砂为湖砂；上海吴淞砂、河南郑庵 砂为河砂；砂为河砂； 风沙风沙经风力搬运的砂称为风积砂。内蒙古通辽市大林、哲里木经风力搬运的砂称为风积砂。内蒙古通辽市大林、哲里木 盟的伊胡塔、甘旗卡等处的砂子为风积砂，其颗粒形状更盟的伊胡塔、甘旗卡等处的砂子为风积砂，其颗粒形状更 圆整而均匀。圆整而均匀。石英砂岩石英砂岩 沉积的石英颗粒被胶体的二氧化硅或氧化铁、碳沉积的石英颗粒被胶体的二氧化硅或氧化铁、碳 酸钙等物胶结成块状，称为石英砂岩。石英砂岩的质地酸钙等物胶结成块状，称为石英砂岩。石英砂岩的质地 比较

28、松散，易加工破碎，颗粒大多呈多角形，例如湖南比较松散，易加工破碎，颗粒大多呈多角形，例如湖南 湘潭的石英砂岩。湘潭的石英砂岩。 石英岩石英岩 沉积的石英砂粒在地壳高温高压作用下，经过变质而沉积的石英砂粒在地壳高温高压作用下，经过变质而形成坚固整体的岩石则称为石英岩。这种石英岩通常含有很高形成坚固整体的岩石则称为石英岩。这种石英岩通常含有很高的的siosio2 2，质地极为坚硬。经过人工采矿、清洗、破碎、筛分后就可质地极为坚硬。经过人工采矿、清洗、破碎、筛分后就可得到人工硅砂（或称为人造石英砂）。得到人工硅砂（或称为人造石英砂）。对铸造用原砂质量要求对铸造用原砂质量要求（1）含泥量含泥量含泥量指

29、原砂中直径小于含泥量指原砂中直径小于0.02mm0.02mm（2020 m m）的细的细 小颗粒的含量（质量分数），其中既有粘土，也包括极小颗粒的含量（质量分数），其中既有粘土，也包括极 细的砂子和其它非粘土质点。细的砂子和其它非粘土质点。 原砂含泥量检测方法：原砂含泥量检测方法： 利用不同颗粒尺寸的砂粒在水中下降速度不同，将原砂中利用不同颗粒尺寸的砂粒在水中下降速度不同，将原砂中颗粒直径颗粒直径20m 20m 与直径与直径s s横横s s内内 第二节第二节 浇注系统的基本类型及选择浇注系统的基本类型及选择 封闭式浇注系统可理解为正常浇注条件下，所有组元封闭式浇注系统可理解为正常浇注条件下，所

30、有组元能为金属液充满的浇注系统，也称为充满式浇注系统。因能为金属液充满的浇注系统，也称为充满式浇注系统。因全部截面上的金属液压力均高于型壁气体压力，故是有压全部截面上的金属液压力均高于型壁气体压力，故是有压或正压系统。或正压系统。 封闭式浇注系统包括了以内浇道为阻流的各种浇注系封闭式浇注系统包括了以内浇道为阻流的各种浇注系统和部分扩张式的浇注系统。统和部分扩张式的浇注系统。 封闭式浇注系统有较好的阻渣能力，可防止金属液卷封闭式浇注系统有较好的阻渣能力，可防止金属液卷入气体，消耗金属少，清理方便。主要缺点是入气体，消耗金属少，清理方便。主要缺点是: :进入型腔进入型腔的金属液流速度高，易产生喷戮

31、和冲砂，使金属氧化，使的金属液流速度高，易产生喷戮和冲砂，使金属氧化，使型内金属液发生扰动、涡流和不平静。因此，主要应用于型内金属液发生扰动、涡流和不平静。因此，主要应用于不易氧化的各种铸铁件。对于容易氧化的轻合金铸件、采不易氧化的各种铸铁件。对于容易氧化的轻合金铸件、采用漏包浇注的铸钢件和高大的铸铁件，均不宜使用。用漏包浇注的铸钢件和高大的铸铁件，均不宜使用。2 2开放式浇注系统开放式浇注系统 这种浇注系统的特点是这种浇注系统的特点是s s直直s s横横s s直直s s内内。即阻流截面。即阻流截面是内浇道，横浇道截面积最大，直浇道一般是上大下小是内浇道，横浇道截面积最大，直浇道一般是上大下小

32、的锥形，浇注时，直浇道很快充满，而横浇道充满较晚，的锥形，浇注时，直浇道很快充满，而横浇道充满较晚，故可降低内浇道的流速，使浇注初期充型平稳，对铸型故可降低内浇道的流速，使浇注初期充型平稳，对铸型的冲击比封闭式的小；在横浇道充满后，因其中的金属的冲击比封闭式的小；在横浇道充满后，因其中的金属液流速较慢，所以挡渣比开放式的好，但浇注初期在横液流速较慢，所以挡渣比开放式的好，但浇注初期在横浇道充满前，挡渣效果较差。这种浇注系统在生产中得浇道充满前，挡渣效果较差。这种浇注系统在生产中得到广泛使用。到广泛使用。 对于树脂砂型，根据树脂砂的特点，浇注系统应遵对于树脂砂型，根据树脂砂的特点，浇注系统应遵循

33、的原则是：快（大流量）、稳（防止飞溅和紊流）、循的原则是：快（大流量）、稳（防止飞溅和紊流）、顺（金属液流方向有利于气、渣排出）、活（无死顺（金属液流方向有利于气、渣排出）、活（无死角）、封闭、底注、保证压头角）、封闭、底注、保证压头 二、液态金属导入铸件型腔的位置分类二、液态金属导入铸件型腔的位置分类（一）顶注（上注）式浇注系统（一）顶注（上注）式浇注系统 以铸件浇注位置为基以铸件浇注位置为基准，内浇道开设在铸件的准，内浇道开设在铸件的顶部，称为顶注式浇注系顶部，称为顶注式浇注系统。即金属液从铸件顶部统。即金属液从铸件顶部注入型腔注入型腔 以以浇注位置为准，金属液从铸件型腔顶部浇注位置为准，

34、金属液从铸件型腔顶部导入的浇注系统导入的浇注系统称为顶注式浇注系统顶注式浇注系统。(1) 液态金属从铸型型腔顶部引入，在铸件浇注和液态金属从铸型型腔顶部引入，在铸件浇注和凝固过程中，铸件上部的温度高于下部，凝固过程中，铸件上部的温度高于下部，有利于铸有利于铸件自下而上顺序凝固，能够有效地发挥顶部冒口的件自下而上顺序凝固，能够有效地发挥顶部冒口的补缩作用补缩作用(2) 在液态金属的整个充型阶段始终有一个不变压头在液态金属的整个充型阶段始终有一个不变压头，液流流量大，充型时间短，充型能力强液流流量大，充型时间短，充型能力强。(3) 造造型工艺简单，模具制造方便，浇注系统和冒型工艺简单，模具制造方便

35、，浇注系统和冒口消耗金属少，浇注系统切割清理容易。口消耗金属少，浇注系统切割清理容易。(4) 顶顶注式浇注系统最大的缺点是液体金属进入型腔后，注式浇注系统最大的缺点是液体金属进入型腔后，从高处落下，对铸型冲击大，还容易导致液态金属的飞从高处落下，对铸型冲击大，还容易导致液态金属的飞溅、氧化和卷入气体，形成氧化夹渣和气孔缺陷。溅、氧化和卷入气体，形成氧化夹渣和气孔缺陷。 根据铸件的结构特点，还可采用以下几种类型的根据铸件的结构特点，还可采用以下几种类型的顶注式浇注系统：顶注式浇注系统：1 1楔形浇楔形浇道道 金属液通过长条楔金属液通过长条楔缝可迅速充满型腔缝可迅速充满型腔 常用于锅、盆、罩、常用

36、于锅、盆、罩、盖类薄壁器皿铸件盖类薄壁器皿铸件 2 2压边浇道压边浇道 浇道是一条窄而长的缝隙，浇道是一条窄而长的缝隙，与铸件顶部相连接，金属液与铸件顶部相连接，金属液经压边缝隙流入型腔经压边缝隙流入型腔 多用于壁较厚的中小多用于壁较厚的中小铸铁件及非铁合金铸件。铸铁件及非铁合金铸件。3 3雨淋浇雨淋浇道道 内浇道是由许多均匀分布的圆孔所组成，浇注时细流如雨淋，内浇道是由许多均匀分布的圆孔所组成，浇注时细流如雨淋，对型腔冲击力小。对型腔冲击力小。 主要用于质量要求较高主要用于质量要求较高的大中型筒型铸件，如气的大中型筒型铸件，如气缸套、卷扬机等缸套、卷扬机等 （二）底注（下注）式浇注系统（二）

37、底注（下注）式浇注系统 内浇道开设在铸件底部，内浇道开设在铸件底部，即金属液从铸件的底部注即金属液从铸件的底部注入型腔，称为底注式浇注入型腔，称为底注式浇注系统系统 主要用于高度不大，结主要用于高度不大，结构不太复杂的铸件和易氧构不太复杂的铸件和易氧化的合金铸件，如铸钢、化的合金铸件，如铸钢、铝镁合金、铝青铜及黄铜铝镁合金、铝青铜及黄铜等铸件等铸件 1浇口杯；2直浇道；3 铸件；4 内浇道；5 横浇道；内浇道设在铸件底部的称为内浇道设在铸件底部的称为底注式浇注系统底注式浇注系统(1) 合金液从下部充填型腔，流动平稳，不易产合金液从下部充填型腔，流动平稳，不易产生冲击、飞溅、氧化和卷入气体，便于

38、排除型生冲击、飞溅、氧化和卷入气体，便于排除型腔中的气体。腔中的气体。(2) 无论浇道比多么大，横浇道基本工作在无论浇道比多么大，横浇道基本工作在 充满充满状态，有利于挡渣。状态，有利于挡渣。(1) 充型后铸件的温度分布不利于自下而上的顺充型后铸件的温度分布不利于自下而上的顺序凝固，削弱了顶部冒口的补缩作用。序凝固，削弱了顶部冒口的补缩作用。 (2) 铸件底部尤其是内浇道附近容易过热，使铸件铸件底部尤其是内浇道附近容易过热，使铸件产生缩松、缩孔、晶粒粗大等缺陷。产生缩松、缩孔、晶粒粗大等缺陷。(3) 充型能力较差，对大型薄壁铸件容易产生冷隔和浇充型能力较差，对大型薄壁铸件容易产生冷隔和浇不足的

39、缺陷。不足的缺陷。(4) 造型工艺复杂，金属消耗量大。造型工艺复杂，金属消耗量大。 根据铸件结构特点，还可采用下列底注式浇注系统根据铸件结构特点，还可采用下列底注式浇注系统 1 1牛角牛角浇道浇道 牛角式内浇道多用牛角式内浇道多用于质量要求高的小型于质量要求高的小型轮类铸件轮类铸件 1浇口杯；2直浇道；3 铸件；4 内浇道；5 横浇道；6 牛角浇口2 2反反雨淋浇道雨淋浇道 它适用于易氧它适用于易氧化的中小型圆套化的中小型圆套类铸件类铸件 （三）分型面（中间）注（三）分型面（中间）注 入式浇注入式浇注系统系统 金属液经过开在分型面金属液经过开在分型面上的横浇道和内浇道进入上的横浇道和内浇道进入

40、型腔型腔 适用于中等大小、高度适用于中等大小、高度适中、中等壁厚铸件适中、中等壁厚铸件 1-浇口杯；浇口杯； 2-出气冒口出气冒口（四）阶梯式浇注系统（四）阶梯式浇注系统 阶梯式浇注系统阶梯式浇注系统是具有多层内浇道是具有多层内浇道的浇注系统的浇注系统 适用于高大且结适用于高大且结构复杂、收缩量较构复杂、收缩量较大或质量要求较高大或质量要求较高的铸件的铸件 图图4-17 阶梯式浇注系统阶梯式浇注系统a-多直浇道；多直浇道；b-用塞球法控制；用塞球法控制；c-控制各组元比控制各组元比例的；例的；d-带级冲直浇道的；带级冲直浇道的；e-带反带反_直浇道的直浇道的 优点优点：上部金属液温度高于下部、

41、有利于顺序：上部金属液温度高于下部、有利于顺序凝固和冒口的补缩，铸件组织致密。易避免缩凝固和冒口的补缩，铸件组织致密。易避免缩孔、缩松、冷隔及浇不到等铸造缺陷。利用多孔、缩松、冷隔及浇不到等铸造缺陷。利用多内浇道，可减轻内浇道附近的局部过热现象。内浇道，可减轻内浇道附近的局部过热现象。 缺点缺点：造型复杂，有时要求几个水平分型面，：造型复杂，有时要求几个水平分型面，要求正确的计算和结构设计，否则，容易出现要求正确的计算和结构设计，否则，容易出现上下各层内浇道同时进入金属液的上下各层内浇道同时进入金属液的“乱浇乱浇”现现象，或底层进入金属液过多，形成下部温度高象，或底层进入金属液过多，形成下部温

42、度高的不理想的温度分布。的不理想的温度分布。（五）垂直缝隙式浇注系统（五）垂直缝隙式浇注系统 它以片状内浇道与铸件它以片状内浇道与铸件的整个高度相连接的一种的整个高度相连接的一种特殊浇注系统特殊浇注系统 主要用于重要的铝合主要用于重要的铝合金铸件金铸件 对于重、大型铸件，特对于重、大型铸件，特别是重要铸件，采用一种别是重要铸件，采用一种形式的浇注系统往往不能形式的浇注系统往往不能满足要求，可根据铸件情满足要求，可根据铸件情况同时采用两种或更多形况同时采用两种或更多形式的复合式浇注系统式的复合式浇注系统 4.2.2 浇注系统设计与计算浇注系统设计与计算 铸铁件浇注系统设计与计算包括确定浇注时间、

43、确铸铁件浇注系统设计与计算包括确定浇注时间、确定阻流截面积和各组元之间的比例关系等内容。定阻流截面积和各组元之间的比例关系等内容。1、当充填下半型时，压力头保持不变，则在浇口、当充填下半型时，压力头保持不变，则在浇口杯液面与阻流截面间应用伯努利方程。杯液面与阻流截面间应用伯努利方程。一、阻流组元（或内浇道）截面积的计算及各组元之间一、阻流组元（或内浇道）截面积的计算及各组元之间 的比例关系的确定的比例关系的确定 1.1.流体力学计算法流体力学计算法 总损hgvh220g2v2浇总损hh0阻流截面以上的液态金属压头阻流截面以上的液态金属压头v阻流截面以上的液态金属流速阻流截面以上的液态金属流速g

44、重力加速度重力加速度h总损总损总的阻力损耗总的阻力损耗浇浇浇注系统中的总的阻力系数浇注系统中的总的阻力系数总损h浇122gvh浇12ghv而充下半型金属液体的质量为而充下半型金属液体的质量为浇阻阻1gh2sv01sm金属液密度金属液密度s阻阻阻流截面面积阻流截面面积g重力加速度重力加速度h总损总损总的阻力损耗总的阻力损耗浇浇浇注系统中的总的阻力系数浇注系统中的总的阻力系数 浇注时间（浇注时间（s）；）；浇11引入系数引入系数流量系数，表示有粘度的金属液流量流量系数，表示有粘度的金属液流量与理想流体流量的比值。与理想流体流量的比值。所以：公式所以：公式101gh2m阻s 2 2、充填上半型时，阻

45、流截面上液流速度随着充、充填上半型时，阻流截面上液流速度随着充型压力头的变化而逐渐变小，型压力头的变化而逐渐变小， 故此时：故此时： 设设hh均均=h=h0 0-h-h型浇gvhgvgvh222222型浇122gvh型浇均12ghv型浇均阻1gh22sm均阻gh2m2s得到公式得到公式2将公式将公式1和公式和公式2合并通式，就是计算浇注系统中合并通式，就是计算浇注系统中最小截面积的公式，即著名的奥赞公式最小截面积的公式，即著名的奥赞公式。 其中其中金属液密度金属液密度s阻阻阻流截面面积阻流截面面积m流经阻流截面的液体金属的总质量流经阻流截面的液体金属的总质量h均均平均计算静压力头平均计算静压力

46、头 充填全部型腔的时间（充填全部型腔的时间（s）；）；流量系数流量系数均阻gh2ms根据根据osann公式，在已知铸件质量、流量系数、浇注时公式，在已知铸件质量、流量系数、浇注时间、平均计算压头等参数的前提下，可以方便计算出浇间、平均计算压头等参数的前提下，可以方便计算出浇注系统的阻流截面积大小，从而根据浇注系统各组元的注系统的阻流截面积大小，从而根据浇注系统各组元的截面积比的经验数据，计算出整个浇注系统的尺寸。截面积比的经验数据，计算出整个浇注系统的尺寸。表表 各种合金浇注系统组元截面之间比例关系各种合金浇注系统组元截面之间比例关系类型类型f内：内：f横：横：f直直应用范围及说明应用范围及说

47、明封封闭闭式式1:1.5:21:1.2:1.41:1.1:1.151:1.06:1.11大型灰铸铁件大型灰铸铁件中、大型灰铸铁件中、大型灰铸铁件中、小型灰铸铁件中、小型灰铸铁件薄壁灰铸铁件薄壁灰铸铁件1:1.2;1.4一般球墨铸铁件一般球墨铸铁件1:1.1:1.51:1.3可锻铸铁件可锻铸铁件可锻铸铁件（横浇道直接联接侧冒口）可锻铸铁件（横浇道直接联接侧冒口）1:（1.11.3）:（1.21.6）1:1.1铸钢件（转包浇注）铸钢件（转包浇注）铸钢件（底包浇注）铸钢件（底包浇注）半半封封闭闭式式1:1.4:1.21:1.5:1.11:（1.31.5）:（1.11.2）重型机械铸铁件重型机械铸铁件

48、铸铁件表面干型铸铁件表面干型中、小型铸铁件中、小型铸铁件0.8:（1.21.5）:1球墨铸铁薄壁小件球墨铸铁薄壁小件1:（1.52.0）:1.2锡青铜阀体，内浇道处设有暗冒口锡青铜阀体，内浇道处设有暗冒口开开放放式式（1.54）:（24）:1球墨铸铁薄壁铸件球墨铸铁薄壁铸件（1.23）:（1.22）:1注注复杂的中、大型锡青铜件，内浇道处不设暗冒口复杂的中、大型锡青铜件，内浇道处不设暗冒口（1。52）：）：1.2:1注注（310）：）：1.2:1中、大型无锡青铜及黄铜件中、大型无锡青铜及黄铜件复杂的大型无锡青铜及黄铜件复杂的大型无锡青铜及黄铜件（24）:（23）:1（11.5）:（1.53）:

49、1大、中型铝合金件大、中型铝合金件小型铝合金件小型铝合金件一般内浇道（阻流组元）的最小截面积为一般内浇道（阻流组元）的最小截面积为0.40.40.5cm0.5cm 直浇道的直径一般在直浇道的直径一般在1515100mm100mm范围内范围内 砂型铸造中砂型铸造中 树脂砂型浇注系统总截面积比粘土砂型大树脂砂型浇注系统总截面积比粘土砂型大50左右左右 当采用封闭式浇注系统时当采用封闭式浇注系统时浇道截面比例可取浇道截面比例可取s s内内：s s横横：s s直直1 : 1.25 : 1.251 : 1.25 : 1.25 （1 1） m m、值的确定值的确定 表表 铸铁及铸钢的流量系数铸铁及铸钢的流

50、量系数m m值值种类铸型阻力大中小湿型铸铁铸钢0.350.250.420.320.50.42干型铸铁铸钢0.410.300.480.380.60.5 铸件确定后，铸件确定后， 值即确定，铸件图上标值即确定，铸件图上标出了铸件重量，加上冒口和浇注系统的出了铸件重量，加上冒口和浇注系统的重量即为重量即为mm值。值。表表 浇冒口重量占铸件重量的比例浇冒口重量占铸件重量的比例铸件重量/大量生产成批生产单件、小批生产100010%15%10%20%（2）流量系数）流量系数的确定的确定 值影响因素较多，难以用数学计算方法确定，一般都按生值影响因素较多，难以用数学计算方法确定，一般都按生产经验和参考实验结果

51、选定。铸铁、铸钢件在产经验和参考实验结果选定。铸铁、铸钢件在0.250.5之间之间选择，对航空铝、镁合金所用扩张式浇注系统选择，对航空铝、镁合金所用扩张式浇注系统 值在值在0.30.7之间。之间。（3）浇注时间）浇注时间 根据经验公式和图表选择根据经验公式和图表选择pcvh（4 4）平均压头）平均压头h h均的确定均的确定 平均压头平均压头h h均的计算公式均的计算公式：cphh220均式中式中 h h0 0内浇道以上的金属液压头，即内浇道至内浇道以上的金属液压头，即内浇道至 浇口盆液面的高度浇口盆液面的高度（cmcm）； c c浇注时铸件高度浇注时铸件高度(cm)(cm)； p p内浇道以上

52、的铸件高度内浇道以上的铸件高度(cm)(cm)。对于封闭式浇注系统，在不同注入位置时公式有以下形式：对于封闭式浇注系统，在不同注入位置时公式有以下形式： 顶注顶注式式 p p0 0，则，则底注底注式式 p pc c，则，则 中间注入式中间注入式 则，则，0hh均20chh均2cp80chh均 注：注：mm值为估值，且忽略了金属液从浇包嘴值为估值，且忽略了金属液从浇包嘴到浇口杯下落的动能影响，最终的计算结果到浇口杯下落的动能影响，最终的计算结果还需验算、调整。还需验算、调整。3、浇注系统其它各组元的截面积、浇注系统其它各组元的截面积 表表3-8 3-8 各种合金浇注系统组元截面之间比例关系各种合

53、金浇注系统组元截面之间比例关系类型类型f内：内：f横：横：f直直应用范围及说明应用范围及说明封封闭闭式式1:1.5:21:1.2:1.41:1.1:1.151:1.06:1.11大型灰铸铁件大型灰铸铁件中、大型灰铸铁件中、大型灰铸铁件中、小型灰铸铁件中、小型灰铸铁件薄壁灰铸铁件薄壁灰铸铁件1:1.2;1.4一般球墨铸铁件一般球墨铸铁件1:1.1:1.51:1.3可锻铸铁件可锻铸铁件可锻铸铁件（横浇道直接联接侧冒口）可锻铸铁件（横浇道直接联接侧冒口）1:（1.11.3）:（1.21.6）1:1.1铸钢件（转包浇注）铸钢件（转包浇注）铸钢件（底包浇注）铸钢件（底包浇注）半半封封闭闭式式1:1.4:

54、1.21:1.5:1.11:（1.31.5）:（1.11.2）重型机械铸铁件重型机械铸铁件铸铁件表面干型铸铁件表面干型中、小型铸铁件中、小型铸铁件0.8:（1.21.5）:1球墨铸铁薄壁小件球墨铸铁薄壁小件1:（1.52.0）:1.2锡青铜阀体，内浇道处设有暗冒口锡青铜阀体，内浇道处设有暗冒口开开放放式式（1.54）:（24）:1球墨铸铁薄壁铸件球墨铸铁薄壁铸件（1.23）:（1.22）:1注注复杂的中、大型锡青铜件，内浇道处不设暗冒口复杂的中、大型锡青铜件，内浇道处不设暗冒口（1。52）：）：1.2:1注注（310）：）：1.2:1中、大型无锡青铜及黄铜件中、大型无锡青铜及黄铜件复杂的大型无

55、锡青铜及黄铜件复杂的大型无锡青铜及黄铜件（24）:（23）:1（11.5）:（1.53）:1大、中型铝合金件大、中型铝合金件小型铝合金件小型铝合金件注：直浇道后如设过滤网，则网孔截面积注：直浇道后如设过滤网，则网孔截面积s滤的比值取滤的比值取0.9。一般内浇道（阻流组元）的最小截面积为一般内浇道（阻流组元）的最小截面积为0.40.40.5cm0.5cm 直浇道的直径一般在直浇道的直径一般在1515100mm100mm范围内范围内 砂型铸造中砂型铸造中 树脂砂型浇注系统总截面积比粘土砂型大树脂砂型浇注系统总截面积比粘土砂型大50左右左右 当采用封闭式浇注系统时当采用封闭式浇注系统时浇道截面比例可

56、取浇道截面比例可取s s内内：s s横横：s s直直1 : 1.25 : 1.251 : 1.25 : 1.25 4.2.3.2、阶梯式浇注系统截面尺寸的确定、阶梯式浇注系统截面尺寸的确定（1) 1) 最小控制截面最小控制截面s阻的计算阻的计算 1131.0hgsl阻（2) 2) 分配直浇道分配直浇道的截面积的截面积 s s阻阻：s s直直（分）（分）1 : (11 : (12)2)（3）内浇道截面积的计算）内浇道截面积的计算 sshh阻内（底）01212141其它合金铸件浇注系统的特点其它合金铸件浇注系统的特点一、球墨铸铁件浇注系统的特点一、球墨铸铁件浇注系统的特点碳当量较高，流动性比灰铸铁好碳当量较高，流动性比灰铸铁好 球化孕育处理铁液温度下降多，易氧化产生渣球化孕育处理铁液温度下降多，易氧化产生渣 要求铁液迅速、平稳充型要求铁液迅速、平稳充型 浇注系统截面积通常比灰铸铁的大浇注系统截面积通常比灰铸铁的大 多采用半封闭式或开放式浇注系统多采用半封闭式或开放式浇注系统 多采用冒口补缩液态和