第二节 浇注系统设计

1、第二节第二节 浇注系统设计浇注系统设计一、浇注系统一、浇注系统（一）浇注系统组成（一）浇注系统组成 浇注系统是引导金属液流入型腔的一系浇注系统是引导金属液流入型腔的一系列通道的总称。列通道的总称。直浇道窝末端延长段（二）浇注系统的要求（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、在规定时间内充满型腔，保证铸件轮廓、棱角清晰。棱角清晰。2.使金属液流动平稳，避免严重紊流；防止使金属液流动平稳，避免严重紊流；防止卷入、吸收气体和使金属过度氧化。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。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

2、上升速度，以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。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。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。清理工作量和液态金属的消耗。二、液态金属在浇注系统基本组元中的流动二、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：（一）液态金属在铸型中流动过程的特点：1.粘性流体流动粘性流体流动，充型过程中，粘度不断增，充型过程中，粘度不断增大。

3、大。2.多相流动多相流动，含有杂质、气体及可能析出的，含有杂质、气体及可能析出的晶体。晶体。3.不稳定的流动不稳定的流动，其流速和流态不断变化。，其流速和流态不断变化。4.紊流流动紊流流动。5.伴随着复杂的伴随着复杂的热作用、机械作用和化学作热作用、机械作用和化学作用用。（二）液态金属在浇注系统基本组元中的流动（二）液态金属在浇注系统基本组元中的流动1.浇口杯浇口杯1)作用作用可能撇去部分熔渣、杂质、阻止其进入可能撇去部分熔渣、杂质、阻止其进入直浇道内；提高金属液静压力。直浇道内；提高金属液静压力。承接来自浇包的金属液，防止飞溅和溢承接来自浇包的金属液，防止飞溅和溢出，方便浇注；出，方便浇注；

4、减少金属液对铸型的直接冲击；减少金属液对铸型的直接冲击；2)分类分类浇口盆浇口盆漏斗形浇口杯漏斗形浇口杯浇口杯浇口杯 ：结构简单，节约金：结构简单，节约金属，但撤渣效果差。常配合过滤网属，但撤渣效果差。常配合过滤网使用。使用。 ：效果较好，浇：效果较好，浇注速度适宜，浇口杯内注速度适宜，浇口杯内液体深度大，避免水平旋涡的产生，液体深度大，避免水平旋涡的产生，形成垂直旋涡，能较有利地分离渣形成垂直旋涡，能较有利地分离渣滓和气泡。滓和气泡。3)防止水平旋涡的方法防止水平旋涡的方法拔塞拔塞铁隔片铁隔片浮塞浮塞2.直浇道直浇道1)作用作用 ：从浇口杯中将浇口杯中的金属液：从浇口杯中将浇口杯中的金属液引

5、入横浇道、内浇道或直接进入型腔。引入横浇道、内浇道或直接进入型腔。2)形状形状锥形、柱形和倒锥形锥形、柱形和倒锥形等。等。3)液态金属在直浇道中的流动液态金属在直浇道中的流动 充满式流态：充满式流态： 不会吸收和带走气体不会吸收和带走气体 一般直浇道中液态金属的流动呈充一般直浇道中液态金属的流动呈充满式流态。满式流态。 非非充满式流态：充满式流态：会吸收和带走气体会吸收和带走气体 仅在阶梯式浇注系统中的分配直浇道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。属的流动呈非充满式流态。3.直浇道窝直浇道窝1)作用作用

6、缓冲作用，减轻金属液对直浇道底部型砂缓冲作用，减轻金属液对直浇道底部型砂冲刷；冲刷；缩短直横浇缩短直横浇道拐弯处的高道拐弯处的高度紊流区；度紊流区；改善内浇道的流量分布，有利于内浇道改善内浇道的流量分布，有利于内浇道流量分布的均匀化；流量分布的均匀化；减少直减少直-横浇道拐弯处的局部阻力系数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。和水头损失，有利于金属液中气泡的浮出。4.横浇道横浇道1)作用作用分配流量，使金属液流足量、平稳地流分配流量，使金属液流足量、平稳地流入内浇道；入内浇道；阻渣作用，将最初浇入的含气和渣滓的低阻渣作用，将最初浇入的含气和渣滓的低温金属液储存起来。

7、温金属液储存起来。2)阻渣原理阻渣原理内浇道吸动区较横浇道内浇道吸动区较横浇道尺寸小得多，渣团不会尺寸小得多，渣团不会进入型腔，设计良好。进入型腔，设计良好。内浇道吸动区较横浇内浇道吸动区较横浇道尺寸大，渣团全部道尺寸大，渣团全部进入型腔，设计不好进入型腔，设计不好3)强化横浇道阻渣的措施强化横浇道阻渣的措施设置筛网芯的浇注系统。设置筛网芯的浇注系统。设置集渣包的浇注系统。设置集渣包的浇注系统。设置过滤网。设置过滤网。横浇道横浇道直浇道直浇道筛网芯筛网芯设计合理的横浇道设计合理的横浇道/内浇内浇道形式，降低流速，强化道形式，降低流速，强化排渣。排渣。4)常见横浇道的断面形状常见横浇道的断面形状

8、5.内浇道内浇道1)作用作用 控制金属液充填铸型的速度和方向，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，调节铸型各部分的温度和铸件的凝固顺序，起补缩作用起补缩作用2)液态金属的运动液态金属的运动 同一横浇道上有多个等截面的内浇道时，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；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。近直浇道的流量小，且后进入金属液。3)设计要点设计要点流量分布均匀：缩小远离直浇道的内浇道流量分布均匀：缩小远离直浇道

9、的内浇道的截面积，或使横浇道截面积依比值逐步缩的截面积，或使横浇道截面积依比值逐步缩小。小。金属充填型腔时平稳、无喷射和飞溅现象。金属充填型腔时平稳、无喷射和飞溅现象。4)内浇道与铸件型腔连接位置的选择原则内浇道与铸件型腔连接位置的选择原则浇道中的金属液能畅通无阻地进人型腔，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不正面冲击铸型壁、砂芯或型腔中薄弱的突出部分。出部分。内浇道不应妨碍铸件内浇道不应妨碍铸件收缩。收缩。内浇道尽量不开设在内浇道尽量不开设在铸件的重要部位。铸件的重要部位。当合金收缩较大，且壁当合金收缩较大，且壁厚有一定差别时，宜将内厚有一定差别时，宜

10、将内浇道从铸件厚壁处引入；浇道从铸件厚壁处引入；而对壁薄而轮廓尺寸又较而对壁薄而轮廓尺寸又较大的铸件，宜从铸件薄壁大的铸件，宜从铸件薄壁处引入。处引入。内浇道开在易清理和打磨的地方。内浇道开在易清理和打磨的地方。5)内浇道断面形状内浇道断面形状扁平梯形扁平梯形三角形三角形月牙形月牙形高梯形高梯形圆形圆形三、浇注系统的种类三、浇注系统的种类（一）按浇注系统各基本组元截面积的比例（一）按浇注系统各基本组元截面积的比例分类分类直浇道截面积：直浇道截面积：S直直横浇道截面积：横浇道截面积：S横横内浇道截面积：内浇道截面积：S内内阻流部分截面积：阻流部分截面积：S阻阻1.封闭式浇注系统封闭式浇注系统2.

11、开放式浇注系统开放式浇注系统封闭式浇注系统封闭式浇注系统 各组元中截面积最小的是内浇道，内浇道为各组元中截面积最小的是内浇道，内浇道为阻流截面，阻流截面，S直直S横横S内内或部分扩张式或部分扩张式S直直S内内（S内内/S阻阻1.52.5）1)特点特点2)应用应用 应用于不易氧化的各种铸铁件，不适用于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。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。体，消耗金属少，清理方便。 进入型腔的金属液流速高，易产生喷溅和进入型腔的金属液

12、流速高，易产生喷溅和冲砂使金属氧化。冲砂使金属氧化。开放式浇注系统开放式浇注系统 系统阻流截面在直浇道的下部或横浇道系统阻流截面在直浇道的下部或横浇道上，上，即：即：S直直S横横S内内1)特点特点2)应用应用 应用于易氧化的非铁合金铸件、球墨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。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，金属消耗略阻渣效果差，内浇道较大，金属消耗略多。多。 进入型腔的金属液流速小，充型平稳，进入型腔的金属液流速小，充型平稳，冲刷力小，金属氧化少。冲刷力小，金属氧化少。（二）按浇注系统在铸件浇注时的位置分类（二）按浇注系统在铸件浇注时

13、的位置分类1.顶注式浇注系统顶注式浇注系统 以浇注位置为基准，内浇道以浇注位置为基准，内浇道设在铸件的顶部。设在铸件的顶部。1)特点特点 金属液自型腔顶部注入，铸金属液自型腔顶部注入，铸件上部的温度高于下部的件上部的温度高于下部的温度，有利于实现自下而温度，有利于实现自下而上的顺序凝固和冒口补缩，上的顺序凝固和冒口补缩，冒口尺寸较小，节约金属。冒口尺寸较小，节约金属。压边式压边式楔形式楔形式搭边式搭边式2)应用应用特别适合薄壁的中小件。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，稳，易发生飞溅、氧化和卷入空气

14、等现象，铸件中容易出现砂眼、气孔铸件中容易出现砂眼、气孔和夹渣等缺陷。和夹渣等缺陷。2.底注式浇注系统底注式浇注系统 以浇注位置为基准，内浇道设在铸件的以浇注位置为基准，内浇道设在铸件的底部。底部。1)特点特点 金属液从下部开始充填，充型平稳，可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。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

15、、冷隔高大薄壁铸件充满，易形成浇不到、冷隔等缺陷，金属消耗较大。等缺陷，金属消耗较大。基本形式基本形式底淋雨式底淋雨式正牛角式正牛角式反牛角式反牛角式2)应用应用多用于易氧化的合金。多用于易氧化的合金。 3.中间注入式浇注系统中间注入式浇注系统 以浇注位置为基准，内浇道设在在铸件以浇注位置为基准，内浇道设在在铸件的某一中间高度上。的某一中间高度上。1)特点特点 兼有底注式和顶注式浇注系统的优缺点。兼有底注式和顶注式浇注系统的优缺点。2)应用应用适用于高度不大的中等壁厚的铸件。适用于高度不大的中等壁厚的铸件。 集渣包式集渣包式缓流式缓流式垂直阻流式垂直阻流式基本形式基本形式水平阻流式水平阻流式逆

16、齿式逆齿式顺齿式顺齿式 造型复杂，要求多个分型面；需要合理造型复杂，要求多个分型面；需要合理的设计和计算，否则易出现的设计和计算，否则易出现”乱浇乱浇”现象。现象。4.阶梯式浇注系统阶梯式浇注系统 具有多层内浇道。具有多层内浇道。1)特点特点 金属液从下到上逐层按顺序充填型腔，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、口补缩；充型能力强，易避免缩孔、缩松、浇不到等缺陷。浇不到等缺陷。2)应用应用 适用于高度较高的适用于高度

17、较高的中大型铸件或型腔较复中大型铸件或型腔较复杂、收缩量较大或品质杂、收缩量较大或品质要求较高的铸件，优先要求较高的铸件，优先用于具有垂直分型面的用于具有垂直分型面的中大件。中大件。 3)常见形式常见形式多直浇道多直浇道塞球法控制塞球法控制组元比例控制组元比例控制带缓冲直浇道带缓冲直浇道带反直浇道带反直浇道5.缝隙式浇注系统缝隙式浇注系统 金属液由下到上沿整个铸件高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度开设的垂直缝隙状内浇道平稳地进入型腔地进入型腔。1)特点特点 充型平稳，有利于阻渣及铸件由充型平稳，有利于阻渣及铸件由下而上顺序凝固和上部冒口补缩。下而上顺序凝固和上部冒口补缩

18、。 金属消耗多，浇道切割麻烦。金属消耗多，浇道切割麻烦。2)应用应用 轻合金铸件，尤其适合缩松倾向大的轻合金铸件，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。镁合金铸件，一般不用于铸铁和铸钢件。 四、浇注系统的计算四、浇注系统的计算（一）浇注系统的计算步骤（一）浇注系统的计算步骤（二）按流体力学公式计算浇注系统（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（三）按经验公式计算非铁合金的阻流截面积积（四）缝隙式浇注系统的尺寸计算（四）缝隙式浇注系统的尺寸计算确定浇注系统各基确定浇注系统各基本组元的尺寸结构本组元的尺寸结构开始开始确定浇注系统类型确定浇注系统类型

19、确定浇注系统引入位置确定浇注系统引入位置计算浇注系统阻流面积计算浇注系统阻流面积选择浇道比选择浇道比计算各组元的截面尺寸计算各组元的截面尺寸浇注试验浇注试验浇注浇注（二）按流体力学公式计算浇注系统（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。适用于转包浇注的封闭式浇注系统。1.确定阻流截面确定阻流截面 对于封闭浇注系统，最小截面在内浇对于封闭浇注系统，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。小截面则是内浇道前的某个截面。总损hgvH220内浇道以上的金属液静压头内浇道以上的金属液静压头gvh22浇总损

20、而而总的阻力损耗总的阻力损耗金属液由内浇道流出的速度金属液由内浇道流出的速度)1 (/20浇gHv）浇1 (220gvH充填下半型的金属液重量为：充填下半型的金属液重量为：浇阻1/2011gHSm浇111令：令：，称为流量系数，称为流量系数01112gHSm阻)2/(0111gHmS阻继续充填内浇道出口处以上的型腔部分时：继续充填内浇道出口处以上的型腔部分时：型损总损hhhgvH220设：设：hHH0均）（型浇均122gvH内浇道出口处以上的型腔内浇道出口处以上的型腔内金属液的平均静压头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对于作用在内浇道中金属液上的实际压头的平均值的平均值

21、H均均：均阻HmS222/型浇112其中：其中：将两式合并，得计算浇注系统中最小截面积将两式合并，得计算浇注系统中最小截面积公式：公式：均阻gHmS22.确定浇注系统各组元的截面比确定浇注系统各组元的截面比材料材料S直直:S横横:S内内材料材料S直直:S横横:S内内灰铸铁灰铸铁1:4:4 1.1:1.3:11:0.75:0.5铜合金铜合金1:2:2 1:4:41:1:1 1:1:3（黄铜）（黄铜）球墨铸铁球墨铸铁1:0.9:0.8（壳型）（壳型） 1:2:2（壳型，立浇）（壳型，立浇）1.2:1:2铝合金铝合金1:6:6 1:2:4（ 0.60.7 ） :1:0.75铸钢铸钢1:2:1.5 1

22、:3:31:1:0.7 1:2:2镁合金镁合金1:2:2 1:4:4（三）按经验公式计算非铁合金的阻流截面（三）按经验公式计算非铁合金的阻流截面积积gmSW2阻材质系数材质系数0.250.260.280.290.310.32黄铜、铝青铜、黄铜、铝青铜、紫铜紫铜青铜青铜硅铜系、硅铜系、硅镁系硅镁系硅铝系、硅铝系、硅锌系硅锌系镁合金镁合金铜合金铜合金铝合金铝合金锌合金锌合金常见有色金属材质系数常见有色金属材质系数W（四）缝隙式浇注系统的尺寸计算（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立缝的作用：有利于铸件的顺序凝固和补缩，避免产

23、生缩松、裂纹和氧化等缺陷。缩，避免产生缩松、裂纹和氧化等缺陷。Pn)024. 0016. 0(铸件的外廓周长铸件的外廓周长当质量要求高时：当质量要求高时：Pn)024. 0016. 0(5 . 1 (2.立缝和立筒尺寸的确定立缝和立筒尺寸的确定1)立缝立缝立缝立缝立筒立筒 立缝立缝=（80%150%） 铸件铸件 立缝立缝=（200%300%） 铸件铸件对航空镁铸件：对航空镁铸件：锥度锥度=23宽度宽度b=1535mm2)立筒立筒 直径直径d=（46） 立缝立缝高度高度h立缝立缝=H型腔型腔高度高度h立筒立筒=h立缝立缝=H型腔型腔b3.其它个组元的设计其它个组元的设计 直浇道、横浇道与底注式直

24、浇道、横浇道与底注式浇注系统相同。浇注系统相同。 内浇道应位于立筒的底部，内浇道应位于立筒的底部，立筒底部应比铸件的高度低立筒底部应比铸件的高度低2030mm。 适当配以冷铁和冒口。适当配以冷铁和冒口。五、各种合金铸件浇注系统的特点五、各种合金铸件浇注系统的特点（四）铜合金铸件浇注系统（四）铜合金铸件浇注系统（一）（一）铸钢件铸钢件的浇注系统的浇注系统（二）球墨铸铁件的浇注系统（二）球墨铸铁件的浇注系统（三）轻合金铸件的浇注系统（三）轻合金铸件的浇注系统铸钢件的浇注系统铸钢件的浇注系统3.对于一般中、小铸件，多采用底注式浇对于一般中、小铸件，多采用底注式浇注系统，对于高大铸件则宜采用阶梯式浇注

25、系统，对于高大铸件则宜采用阶梯式浇注系统，而且直浇道常由管状耐火砖组成。注系统，而且直浇道常由管状耐火砖组成。1.浇注系统应结构简单、截面积大，使钢浇注系统应结构简单、截面积大，使钢液充填铸型快而平稳。液充填铸型快而平稳。2.为避免钢液溢出，浇注系统应设计成直为避免钢液溢出，浇注系统应设计成直浇道不充满的开放式。浇道不充满的开放式。 铸钢的特点是熔点高，易氧化，流动铸钢的特点是熔点高，易氧化，流动性差，收缩大。多使用柱塞包进行浇注。性差，收缩大。多使用柱塞包进行浇注。球墨铸铁件的浇注系统球墨铸铁件的浇注系统3.大量流水线生产时大量流水线生产时可在浇注系统结构可在浇注系统结构中增加反应室，实中增加反应室，实现型内球化