第2章 浇注系统-1

1、第第2章章 浇注系统浇注系统n2-1 概述概述n1 浇注系统：浇注系统： 浇注系统是铸型中使液态金属充填型腔的通道浇注系统是铸型中使液态金属充填型腔的通道. 浇注系统设置不当，常使铸件产生冲砂、夹浇注系统设置不当，常使铸件产生冲砂、夹砂、缩孔、缩松、裂纹、冷隔，以及气孔等多种砂、缩孔、缩松、裂纹、冷隔，以及气孔等多种缺陷，甚至会使铸件报废。因此，正确的设计浇缺陷，甚至会使铸件报废。因此，正确的设计浇注系统，对提高铸件质量及降低生产成本具有重注系统，对提高铸件质量及降低生产成本具有重要意义。要意义。 n2 2 浇注系统的结构浇注系统的结构n 一般情况下，浇注系统的结构由：浇一般情况下，浇注系统的

2、结构由：浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。 对于某些复杂铸件的浇注系统，除上述对于某些复杂铸件的浇注系统，除上述四个组元外，尚可增加其他组元；而对四个组元外，尚可增加其他组元；而对于某些简单铸的浇注系统可以少于四个于某些简单铸的浇注系统可以少于四个组元。组元。n3 浇注系统的设计内容浇注系统的设计内容n n浇注系统的设计内容与步骤浇注系统的设计内容与步骤:n 1）选择浇注系统的类型和结构；）选择浇注系统的类型和结构； n 2）合理地在铸型中布置浇注系统及确定内浇道的）合理地在铸型中布置浇注系统及确定内浇道的引入位置与个数；引入位置与个数；n 3）计算浇注时间

3、和浇注系统中的最小断面积，确）计算浇注时间和浇注系统中的最小断面积，确定直浇道的高度定直浇道的高度(如有浇口杯则从杯中液面高度算）；如有浇口杯则从杯中液面高度算）；n 4）按经验比例数据确定其他组元的断面积；）按经验比例数据确定其他组元的断面积；n 5）大批量生产时需经过生产阶段的反复试验，如）大批量生产时需经过生产阶段的反复试验，如有不足之处，应调整以上各项设计内容，甚至修改工有不足之处，应调整以上各项设计内容，甚至修改工艺方案，直到合理并保证质量为止。艺方案，直到合理并保证质量为止。n 4 对浇注系统要求对浇注系统要求n良好的浇注系统通常满足以下几点要求良好的浇注系统通常满足以下几点要求:

4、n1) 控制金属液流动的速度和方向，并控制金属液流动的速度和方向，并保证充满型腔，保证适当的浇注时间。保证充满型腔，保证适当的浇注时间。n2) 金属注入方式及内浇口方向应不致金属注入方式及内浇口方向应不致使金属冲毁铸型或砂型，并有利于杂质使金属冲毁铸型或砂型，并有利于杂质上浮和型中气体排出。金属液在型腔中上浮和型中气体排出。金属液在型腔中的流动应平稳、均匀以免夹带空气、产的流动应平稳、均匀以免夹带空气、产生金属氧化物。生金属氧化物。 n3）有利于铸件温度的合理分布。（铸）有利于铸件温度的合理分布。（铸型充满后，型内金属的温度分布状态尽型充满后，型内金属的温度分布状态尽可能有利于铸件预期的凝固方

5、式。希望可能有利于铸件预期的凝固方式。希望同时凝固的铸件，温度应分布均匀；希同时凝固的铸件，温度应分布均匀；希望顺序凝固的铸件，温度应朝向冒口递望顺序凝固的铸件，温度应朝向冒口递增。）增。）n4) 浇注系统应具有除渣功能。生产无浇注系统应具有除渣功能。生产无锡青铜、球墨铸铁等铸铁件，要求浇注锡青铜、球墨铸铁等铸铁件，要求浇注系统具有较强的挡渣能力，以防止熔渣系统具有较强的挡渣能力，以防止熔渣进入铸型。进入铸型。n5) 浇注系统不应阻碍铸件收缩，在生浇注系统不应阻碍铸件收缩，在生产裂纹敏感性强的大型铸件时，这点尤产裂纹敏感性强的大型铸件时，这点尤为重要。为重要。n6) 在保证铸件质量的前提下，浇

6、注系在保证铸件质量的前提下，浇注系统力求简单，便于造型，金属消耗量最统力求简单，便于造型，金属消耗量最少，以及有利于铸件清理。少，以及有利于铸件清理。n对浇注系统的基本要求是：对浇注系统的基本要求是：n1)所确定的内浇道的位置、方向和个数所确定的内浇道的位置、方向和个数应符合铸件的凝固原则或补缩方法。应符合铸件的凝固原则或补缩方法。n2)在规定的浇注时间内充满型腔。在规定的浇注时间内充满型腔。n3)提供必要的充型压力头，保证铸件轮提供必要的充型压力头，保证铸件轮廓、棱角清晰。廓、棱角清晰。n4)使金属液流动平稳，避免严重紊流。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。

7、防止卷入、吸收气体和使金属过度氧化。n5)具有良好的阻渣能力。具有良好的阻渣能力。n6)金属液进入型腔时线速度不可过高，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。避免飞溅、冲刷型壁或砂芯。n7)保证型内金属液面有足够的上升速度，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、冷隔等缺陷以免形成夹砂结疤、皱皮、冷隔等缺陷 。 n8)不破坏冷铁和芯撑的作用。不破坏冷铁和芯撑的作用。n9)浇注系统的金属消耗小，并容易清理。浇注系统的金属消耗小，并容易清理。n10)减小砂型体积，造型简单，模样制造减小砂型体积，造型简单，模样制造容易。容易。2-2 液态金属在浇注系统中的流动液

8、态金属在浇注系统中的流动n浇注过程：液态金属通过浇注系统充填铸型的过浇注过程：液态金属通过浇注系统充填铸型的过程。程。n1 浇注初期，因阻力较小和要充满浇注系统各组浇注初期，因阻力较小和要充满浇注系统各组元，须快速浇注；元，须快速浇注；n待到浇注后期，由于有效压头减少和型腔内气体待到浇注后期，由于有效压头减少和型腔内气体背压增高等原因，浇注系统的通流能力减少，浇背压增高等原因，浇注系统的通流能力减少，浇注速度随之降低。特别是在临近浇注结束时，为注速度随之降低。特别是在临近浇注结束时，为了避免动了避免动-静压头转换造成抬箱、呛火等事故，更静压头转换造成抬箱、呛火等事故，更要求放慢浇注速度。要求放

9、慢浇注速度。n此外，浇注系统拐弯多而且各组元之间断面积不此外，浇注系统拐弯多而且各组元之间断面积不等，因此，在整个浇注过程中，液态金属在浇注等，因此，在整个浇注过程中，液态金属在浇注系统中的流速随着时间和空间位置改变而变化的。系统中的流速随着时间和空间位置改变而变化的。n2 液态金属的密度大，其运动粘度系数液态金属的密度大，其运动粘度系数小，在浇道内流动时呈紊流状态，金属小，在浇道内流动时呈紊流状态，金属在沿浇道向前流动时，流动质点还产生在沿浇道向前流动时，流动质点还产生垂直于流线方向的十分杂乱的横向运动，垂直于流线方向的十分杂乱的横向运动，这种紊流对渣粒上浮是不利的。这种紊流对渣粒上浮是不利

10、的。n3 可以忽略：金属在浇道壁面上的结晶可以忽略：金属在浇道壁面上的结晶凝固，浇道断面缩小，由于温度降低而凝固，浇道断面缩小，由于温度降低而使粘度增加，流动性能降低。使粘度增加，流动性能降低。液态金属在浇道内的流动规律液态金属在浇道内的流动规律n一 液态金属在浇口杯中的流动液态金属在浇口杯中的流动n1 浇口杯的主要作用：浇口杯的主要作用：n承接来自浇包的金属液并引入直浇道，防承接来自浇包的金属液并引入直浇道，防止浇注过程中因金属流不易对准直浇道而止浇注过程中因金属流不易对准直浇道而溢出。经过特殊设计的浇口杯还兼具有防溢出。经过特殊设计的浇口杯还兼具有防止溶渣进入直浇道的功能。止溶渣进入直浇道

11、的功能。分漏斗形和盆形两种分漏斗形和盆形两种n漏斗形漏斗形:结构简单，消耗金属少，挡渣效果结构简单，消耗金属少，挡渣效果差；差；n盆形盆形:盆形浇口杯效果较好，底部设置堤坝有利于盆形浇口杯效果较好，底部设置堤坝有利于浇注操作，使金属的浇注速度达到适宜的大浇注操作，使金属的浇注速度达到适宜的大小后再流入直浇道。这样浇口杯内液体深度小后再流入直浇道。这样浇口杯内液体深度大，可阻止水平旋涡的产生而形成垂直旋涡，大，可阻止水平旋涡的产生而形成垂直旋涡，从而有助于分离渣子和气泡从而有助于分离渣子和气泡。n水平涡流的防止水平涡流的防止n 水力模拟试验表明，水力模拟试验表明，n影响浇口杯内水平旋影响浇口杯内

12、水平旋n涡的主要因素是浇口涡的主要因素是浇口n杯内液面的深度，杯内液面的深度，n其次是浇注高度、其次是浇注高度、n浇注方向及浇口杯的结浇注方向及浇口杯的结构等。构等。n可采取以下措施减轻或消除水平旋涡：采取以下措施减轻或消除水平旋涡：n1) 使用深度大的浇口杯、深度应大于直浇道使用深度大的浇口杯、深度应大于直浇道上端直径的上端直径的5倍；倍；n2) 应用拔塞、浮塞和铁隔片等方法，使浇口应用拔塞、浮塞和铁隔片等方法，使浇口杯内液体达到深度要求时，再向直浇道提供洁杯内液体达到深度要求时，再向直浇道提供洁净的金属；净的金属；n3) 在浇口杯底部安置筛网砂芯或雨淋砂芯来在浇口杯底部安置筛网砂芯或雨淋砂

13、芯来抑止水平旋涡；抑止水平旋涡；n4) 在浇口杯个设置在浇口杯个设置“闸门闸门”、堤坝等，降低、堤坝等，降低浇注高度以避免水平旋涡，并促使形成垂直旋浇注高度以避免水平旋涡，并促使形成垂直旋涡。垂直旋涡能促使熔渣和气泡浮至液体表面，涡。垂直旋涡能促使熔渣和气泡浮至液体表面，对挡渣和分离冲入的气泡有利。为此，浇包嘴对挡渣和分离冲入的气泡有利。为此，浇包嘴宜设计得长些为好。宜设计得长些为好。n5)此外，应采用逆向浇注，液流不要冲着直浇此外，应采用逆向浇注，液流不要冲着直浇道。道。二、液态金属在直浇道中的流二、液态金属在直浇道中的流动动n1直浇道：浇注系统中的垂直通道。作用：把直浇道：浇注系统中的垂直

14、通道。作用：把来自浇口杯的金属平稳地引入横浇道，同时为来自浇口杯的金属平稳地引入横浇道，同时为铸型内金属建立充填压头。由于金属液在直浇铸型内金属建立充填压头。由于金属液在直浇道内下降速度较大，一般不具备挡渣能力。道内下降速度较大，一般不具备挡渣能力。n2 两种吸气理论的结论：为了避免直浇道吸入两种吸气理论的结论：为了避免直浇道吸入气体，它的截面是上大下小的曲面体。气体，它的截面是上大下小的曲面体。n生产中，有上小下大的正锥体。大型铸件用等生产中，有上小下大的正锥体。大型铸件用等径浇口砖作直浇道呈圆柱体。径浇口砖作直浇道呈圆柱体。n3 为了减缓浇注初期金属液流对直浇口底部的为了减缓浇注初期金属液

15、流对直浇口底部的冲击，改善在直浇道转入横浇道处的金属液流冲击，改善在直浇道转入横浇道处的金属液流状况，可在直浇道底部设置浇道窝（又称直浇状况，可在直浇道底部设置浇道窝（又称直浇道陷阱）。它象一个软垫子放在快速下降的液道陷阱）。它象一个软垫子放在快速下降的液体的下面。当向下铁水液流的速度变成零后，体的下面。当向下铁水液流的速度变成零后，然后转变成然后转变成v2= 的水平液流，可避免液流的水平液流，可避免液流转向时因断面收缩而造成的缩颈现象，减少紊转向时因断面收缩而造成的缩颈现象，减少紊流程度。一般直浇窝的直径可取横浇道高度的流程度。一般直浇窝的直径可取横浇道高度的22.5倍，深度取横浇道高度的倍

16、，深度取横浇道高度的1.52.0倍。倍。gH2直浇道窝的作用直浇道窝的作用n1 缓冲作用缓冲作用n 液流下落的动能有相当大的一部分被窝内液体吸收而转变为压力能，再液流下落的动能有相当大的一部分被窝内液体吸收而转变为压力能，再由压力能转化为水平速度流向横浇道，从而减轻了对直浇道底部铸型的冲由压力能转化为水平速度流向横浇道，从而减轻了对直浇道底部铸型的冲刷。刷。n 2缩短直缩短直横拐弯处的高度紊流区横拐弯处的高度紊流区n 直浇道窝可减轻液流进入横浇道的孔口压缩现象，缩短高速紊流直浇道窝可减轻液流进入横浇道的孔口压缩现象，缩短高速紊流(过渡过渡)区。这样也改善了横浇道内的压力分布。速度高的地方压力低

17、，压力分布区。这样也改善了横浇道内的压力分布。速度高的地方压力低，压力分布的特性说明过渡区的存在。这对减轻金属氧化、阻渣和减少卷入气体都有的特性说明过渡区的存在。这对减轻金属氧化、阻渣和减少卷入气体都有利。当内浇道距直浇道较近时，应采用直浇道窝。利。当内浇道距直浇道较近时，应采用直浇道窝。n 3改善内浇道的流量分布改善内浇道的流量分布n 例如在例如在S直：直：S横：横：2S内内1：25：5的试验条件下，无直浇道窝时，的试验条件下，无直浇道窝时，两相等截面的内浇道的流量分配为两相等截面的内浇道的流量分配为31.5(近直浇道者近直浇道者)和和68.5%(远者远者)；有直浇道窝时的流量分配为有直浇道

18、窝时的流量分配为40.5(近者近者)和和59.5(远者远者)。n 4减小直减小直-横浇道拐弯处的局部阻力系数和水头损失横浇道拐弯处的局部阻力系数和水头损失n 5浮出金属液中的气泡浮出金属液中的气泡n 注入型内的最初金属液中，常带有一定量的气体在直浇道窝内可以浮注入型内的最初金属液中，常带有一定量的气体在直浇道窝内可以浮出去。出去。n 直浇道窝的大小、形状应适宜，砂型应坚实。底部放置于砂芯片、耐火直浇道窝的大小、形状应适宜，砂型应坚实。底部放置于砂芯片、耐火砖等可防止冲砂。直浇道窝常做成半球形、圆锥台等形状。砖等可防止冲砂。直浇道窝常做成半球形、圆锥台等形状。三、液态金属在横浇道中的流动三、液态

19、金属在横浇道中的流动 n1 水平横浇道的作用：水平横浇道的作用：连接直浇道和内浇道，将金属连接直浇道和内浇道，将金属液均匀而平稳地分配给各个内浇道，要求具有良好的液均匀而平稳地分配给各个内浇道，要求具有良好的挡渣作用。挡渣作用。n2 金属液流入横浇道后，在惯性力作用下会一直沿着金属液流入横浇道后，在惯性力作用下会一直沿着横浇道向前流动，在越过内浇道孔口时也是这样，待横浇道向前流动，在越过内浇道孔口时也是这样，待到达横浇道末端，速度突然转变为零。在反力作用下，到达横浇道末端，速度突然转变为零。在反力作用下，将会与继续流来的金属液流叠加，一起使液面升高，将会与继续流来的金属液流叠加，一起使液面升高

20、，并使铁水和渣粒流入靠近末端的内浇道。待横浇道充并使铁水和渣粒流入靠近末端的内浇道。待横浇道充满后，这种作用有时也会使靠近其末端处的金属静压满后，这种作用有时也会使靠近其末端处的金属静压较高。较高。n如在某等断面横浇道上开有数个等断面内浇道，由于如在某等断面横浇道上开有数个等断面内浇道，由于内浇道中的流速是取决于靠近内浇道处横浇道的液体内浇道中的流速是取决于靠近内浇道处横浇道的液体压头，当横浇道相对较短，而直浇道又比较高时，远压头，当横浇道相对较短，而直浇道又比较高时，远离直浇道处的内浇道就会进入较多的金属。离直浇道处的内浇道就会进入较多的金属。n3 为均衡各个内浇道的流量，可采用溶池法、改变

21、内为均衡各个内浇道的流量，可采用溶池法、改变内浇口长度、改变横浇道截面；在采用等截面内浇道的浇口长度、改变横浇道截面；在采用等截面内浇道的情况下，使横浇道与内浇道之间呈不同角度。情况下，使横浇道与内浇道之间呈不同角度。n4 横浇道挡渣横浇道挡渣n浇注过程中，杂质在横浇道中以浇注过程中，杂质在横浇道中以v1 和和v2的合成速度的合成速度流动。当金属液流速度较低时，杂质上浮到液面流程流动。当金属液流速度较低时，杂质上浮到液面流程L也较短；相反，当也较短；相反，当v1较大而其它条件相同时，杂质上较大而其它条件相同时，杂质上浮流程则较长。浮流程则较长。n杂质上浮速度杂质上浮速度v2由浮力和阻力两个因素

22、决定。浮力的由浮力和阻力两个因素决定。浮力的大小取决于杂质和金属液的比重差，而阻力与金属的大小取决于杂质和金属液的比重差，而阻力与金属的流动状态、粘度、杂质表面积和运动速度等因素有关。流动状态、粘度、杂质表面积和运动速度等因素有关。当浇道中金属液流速度过高，由于紊流作用，杂质上当浇道中金属液流速度过高，由于紊流作用，杂质上浮遇到的阻力也增大。浮遇到的阻力也增大。n为使杂质在横浇道中得以浮起不进入内浇道，除需要为使杂质在横浇道中得以浮起不进入内浇道，除需要减少横浇道中的流速和降低液流的紊流程度外，在直减少横浇道中的流速和降低液流的紊流程度外，在直浇道与第一内浇道之间应有足够的长度浇道与第一内浇道

23、之间应有足够的长度L。通常从直浇。通常从直浇道中心到第一个内浇道的距离道中心到第一个内浇道的距离L6h横。横。n当横浇道中的金属液流到内浇道附近时，液流还有一向内浇横浇道中的金属液流到内浇道附近时，液流还有一向内浇道方向的流速，这就是使横浇道中的液体在靠近内浇道时，道方向的流速，这就是使横浇道中的液体在靠近内浇道时，又受到了向内浇道去的一种又受到了向内浇道去的一种“吸力吸力”的影响。这种现象称吸的影响。这种现象称吸动作用。吸动作用的强弱是与内浇道中金属液的流速有关的。动作用。吸动作用的强弱是与内浇道中金属液的流速有关的。V内越大，吸动范围越大。内越大，吸动范围越大。n所以为避免杂质吸入，杂质在

24、未到达吸动区作用范围内就能所以为避免杂质吸入，杂质在未到达吸动区作用范围内就能浮到横浇道上部，浮到横浇道上部，内浇道作成薄而宽，厚宽比内浇道作成薄而宽，厚宽比1：4，横浇道，横浇道高而窄，高与平均宽度之比约为高而窄，高与平均宽度之比约为2：1并使内浇道和横浇道的并使内浇道和横浇道的高度比保持在高度比保持在1：56的范围的范围。另外，将内浇道开设在横浇道。另外，将内浇道开设在横浇道下部，最好在同一平面上。（封闭系统）下部，最好在同一平面上。（封闭系统）n对开放系统应采用上搭接方式，内浇道开设在横浇道顶部，对开放系统应采用上搭接方式，内浇道开设在横浇道顶部，并且内浇道的顶面不能和横浇道顶面在同一平

25、面上，阻止浇并且内浇道的顶面不能和横浇道顶面在同一平面上，阻止浇注初期含有较多杂质的金属液进入型腔而被滞留在横浇道末注初期含有较多杂质的金属液进入型腔而被滞留在横浇道末端。端。n当金属液到达分型面时，存在有一定的或然率使杂质进入型当金属液到达分型面时，存在有一定的或然率使杂质进入型腔，此或然率是跟横浇道与内浇道搭接面积之和同横浇道的腔，此或然率是跟横浇道与内浇道搭接面积之和同横浇道的水平面积之比值成比例。因此，为了减少杂质流入型腔的可水平面积之比值成比例。因此，为了减少杂质流入型腔的可能性，最好是搭接长度略大于内浇道高度。能性，最好是搭接长度略大于内浇道高度。横浇道挡渣措施1 设置筛网芯设置筛

26、网芯浇口杯、直浇浇口杯、直浇道末端、横浇道末端、横浇道内道内2 设置集渣包设置集渣包n综上所述，综上所述，横浇道起挡渣作用的条件横浇道起挡渣作用的条件是；是；n1）横浇道必须呈充满状态；）横浇道必须呈充满状态；n2）液流的流动速度应低于杂质能够上浮的）液流的流动速度应低于杂质能够上浮的“临界悬浮速度临界悬浮速度”；n3）杂质在流入内浇道前，应有充分时间上浮）杂质在流入内浇道前，应有充分时间上浮到横浇道的顶部；到横浇道的顶部；n4）横浇道末端能滞留住杂质。）横浇道末端能滞留住杂质。n增强横浇道挡渣能力的措施增强横浇道挡渣能力的措施为提高横浇道的挡渣效果，还可以改变它的结为提高横浇道的挡渣效果，还

27、可以改变它的结构。如缓流式、阻流式，带离心集渣包式以及构。如缓流式、阻流式，带离心集渣包式以及锯齿形集渣包式横浇道。锯齿形集渣包式横浇道。四四 液态金属在内浇道中及进入型腔液态金属在内浇道中及进入型腔后的流动后的流动n1 内浇道的作用内浇道的作用：将金属引入型腔。内浇道较短，将金属引入型腔。内浇道较短，本身不能挡渣，内浇道与横浇道的连接位置会影响本身不能挡渣，内浇道与横浇道的连接位置会影响横浇道挡渣功能的发挥。此外，内浇道还会对液态横浇道挡渣功能的发挥。此外，内浇道还会对液态金属进入型腔的流动，即对浇注完后型内的温度分金属进入型腔的流动，即对浇注完后型内的温度分布、浇注过程中的充型平稳性，型内

28、排气及渣粒上布、浇注过程中的充型平稳性，型内排气及渣粒上浮等产生影响。浮等产生影响。n2 对大型轮形铸件和薄壁铸件的内浇口设置做如下对大型轮形铸件和薄壁铸件的内浇口设置做如下说明说明n生产大型轮形铸钢件时，应使从位于轮缘处各个内生产大型轮形铸钢件时，应使从位于轮缘处各个内浇道流出金属液流的方向一致，以便金属液进入型浇道流出金属液流的方向一致，以便金属液进入型腔后能沿同一方向在轮缘中旋转，使渣粒在离心力腔后能沿同一方向在轮缘中旋转，使渣粒在离心力作用下离开齿廓区作用下离开齿廓区；n3 对于薄壁铸件，包括充型性能较好的铸铁件对于薄壁铸件，包括充型性能较好的铸铁件在内，不能让两股金属液流进入型腔后在在内，不能让两股金属液流进入型腔后在远离远离内浇道处对接内浇道处对接。否则会使铸件产生冷隔缺陷。否则会使铸件产生冷隔缺陷。n4 内浇道断面形状内浇道断面形状n1）扁平梯形：吸动区小，有助于横浇道发挥扁平梯形：吸动区小，有助于横浇道发挥挡渣作用，模样的制造及造型均方便，易于从挡渣作用，模样的制造及造型均方便，易于从铸件上清除；铸件上清除；n2）高梯形：用于沿铸件垂直壁充型）高梯形：用于沿铸件垂直壁充型n3）