计算阻流截面的水力学公式(“浇注”相关文档)共31张

§3.4.3计算阻流截面的水力学公式设计浇注系统除了正确选择其类型、引入位置及在铸型中的合理布置外，如果各组元的尺寸及断面积比例关系不恰当，仍然不能得到理想的结果。

金属液进入型腔的速度和流量对铸件质量有相当的影响，而控制金属液流速的最小断面又决定着充型速度。所以确定浇注系统各组元的断面尺寸，首先应计算控制浇注速度的最小断面尺寸，然后以最小断面为基数，按经验比例关系再确定其他组元的断面积。1一、奥赞(Osann)公式

液态金属充型过程计算模型：H0——金属充型压头P——上型腔高度C——型腔高度（铸件高度）为了保证金属液顺利充满型腔：

直浇道要有一定高度（提供充型压头）；浇道要有合适的截面积。§3.4.3计算阻流截面的水力学公式以内浇道为阻流截面2计算条件：浇注系统为充满流动

封闭式浇注系统；对于开放式的型腔液面要淹过内浇道。浇口杯液面保持不变单位时间内流经内浇道金属液的体积流量：Q=S内●v内=S阻●v内（m3/s）v内可由伯努利方程求出。流经内浇道的金属液的总质量：m=Q§3.4.3计算阻流截面的水力学公式3以内浇道为阻流截面1.充填下半型

设充填下半型时需要金属液m1，充填时间为1。以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程（能量方程）：

式中：P杯——浇口杯液面压力P腔——型腔内的液面压力v杯——浇口杯液面金属流动速度v内——内浇口出口金属流动速度hi——浇注系统中某段的流体压头损失

γ

——重度（=ρg）（3-1）§3.4.3计算阻流截面的水力学公式4因为其中:

（3-1）§3.4.3计算阻流截面的水力学公式5所以（3-2）整理式（3-1）得

式中（3-1）§3.4.3计算阻流截面的水力学公式06（3-3）所以通过内浇道的金属流量为

§3.4.3计算阻流截面的水力学公式72.充填上半型

设充填上半型时需要金属液m2，充填时间为2。

以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程：

（3-4）§3.4.3计算阻流截面的水力学公式8因为其中:

（3-4）§3.4.3计算阻流截面的水力学公式9整理式（3-4）得

（3-4）§3.4.3计算阻流截面的水力学公式10（3-6）所以通过内浇道的金属流量为

§3.4.3计算阻流截面的水力学公式以内浇道为阻流截面11所以（3-5）式中‘’3.通式

由于同一个铸件浇注系统的内浇道的断面积应该是一个，因此写成通式：（3-7）式中

这就是奥赞（Osann）公式，它是浇注系统计算的基本公式。

§3.4.3计算阻流截面的水力学公式124.平均计算压头Hp的计算图中：S—铸件在垂直高度方向的截面积Sdh—单位容积假定金属液从浇口杯顶流经阻流截面所作的功，用浇注金属液的总质量m、重力加速度g和平均静压头Hp的连乘积表示，即W=mgHp假定计算的铸件其截面积沿高度方向不变化，则S=常数W=mgHp=SCgHp§3.4.3计算阻流截面的水力学公式13设金属液流经阻流截面所作的功为充填下半型所作的功W下与充填上半型所作的功W上之和，即W上+W下=W=SCgHpW下=S（C－P)gHpW上=●对于底注式P=C故Hp=H0－C/2●对于顶注式P=0故Hp=H0●对于中注式如P=C/2则Hp=H0－C/8§3.4.3计算阻流截面的水力学公式14

浇注快慢对铸件质量有重大影响。浇注时间太长，即浇注速度太小时，容易产生浇不足和冷隔等缺陷，而且铸型上表面长时间受强烈的烘烤，长生夹砂结疤缺陷的可能性增大。此外，让型腔内的气体有足够的时间逸出，浇注时间又不能太短；以及避免在浇注完了（铸型刚刚充满）时产生过大的液体动压力而应起胀箱和抬箱，浇注时间又不能太短。

应依据铸件结构复杂程度、合金性质和铸型类别等方面确定快浇、慢浇或正常浇注。二、浇注时间

§3.4.3计算阻流截面的水力学公式1.快浇、漫浇15快浇的优点：金属的温度和流动性能降幅小，易充满型腔。减少皮下气孔倾向。充型期间对砂型上表面的热作用时间短，可减少夹砂结疤类的缺陷。对HT、QT快浇可充分利用共晶膨胀消除缩孔，缩松缺陷。快浇的缺点：对型壁有较大的冲击作用，容易造成胀砂、冲砂、抬箱等缺陷。浇注系统的重量大，工艺出品率低。

一般来说，对于薄壁复杂件、具有大平面的铸件、表面易氧化的铝合金件，采用底注式浇注和顶帽口补缩的铸件，各种中大型灰铸铁，球墨铸铁件以及选用树脂砂型生产的铸件等，都用快浇，不宜慢浇。§3.4.3计算阻流截面的水力学公式16慢浇的优点：金属液对型壁的冲刷作用轻；可防止胀砂、抬箱、冲砂等缺陷。有利型内、芯内气体的排除。对体收缩大的合金，当采用顶注法或内浇道通过冒口时，慢浇可减小冒口。浇注系统消耗金属少。慢浇的缺点：浇注期间金属对型腔上表面烘烤时间长，促成夹砂结疤和粘砂类缺陷。金属液温度和流动性降低幅度大，易出现冷隔、浇不到及铸件表皮皱纹。慢浇还常降低造型流水线的生产率。慢浇法适用于：有高的砂胎或吊砂的湿型；型内砂芯多，砂芯大而芯头小或砂芯排气条件差的情况下；采用顶注法的体收缩大的合金铸件。§3.4.3计算阻流截面的水力学公式17§3.4.3计算阻流截面的水力学公式2.浇注时间（）的确定

在生产中常用简单的经验公式来计算，或采用一些图表。18一般来说，对于薄壁复杂件、具有大平面的铸件、表面易氧化的铝合金件，采用底注式浇注和顶帽口补缩的铸件，各种中大型灰铸铁，球墨铸铁件以及选用树脂砂型生产的铸件等，都用快浇，不宜慢浇。3计算阻流截面的水力学公式3计算阻流截面的水力学公式液态金属充型过程计算模型：G——型内金属的总重（包括浇注系统、冒口在内）（N）所确定的浇注时间，必须满足最大和最小上升速度的要求，方可作为适用的浇注速度。对重要的铸件或大量生产的铸件，可用水力模拟实验法，在实验室中测出流量系数；浇注快慢对铸件质量有重大影响。C——铸件的高度（mm）；对其他合金铸件，用经验公式来计算浇注时间。3计算阻流截面的水力学公式W下=S（C－P)gHp三、金属液在型内的上升速度由于同一个铸件浇注系统的内浇道的断面积应该是一个，因此写成通式：3计算阻流截面的水力学公式对其他合金铸件，用经验公式来计算浇注时间

。

=Amn

=Bp

mn

两式中——浇注时间（s）；

m——铸件或浇注金属质量（kg）；

——铸件壁厚（mm）A、B、p、n系数见教材表3-4-4、表3-4-5。§3.4.3计算阻流截面的水力学公式19对于重量小于450kg，壁厚为～15毫米的铸铁件，可按照下式计算：对于重量在10t以下的中大型铸件（s）G——型内金属的总重（包括浇注系统、冒口在内）（N）s——系数，取决于铸件壁厚，（查表）（s）——铸件壁厚，mm§3.4.3计算阻流截面的水力学公式20重型铸件§3.4.3计算阻流截面的水力学公式合适的浇注时间与铸件结构、铸型工艺条件、合金种类及选用的浇注系统类型等有关。每种铸件，在已确定的铸造工艺条件下，都对应有适宜的浇注时间范围。由于近年来普遍认识到快浇对铸件的益处，因此浇注时间比过去普遍缩短，特别是灰铸铁和球墨铸铁件更是如此。21一般来说，浇注时间的确定是根据合金性质由生产经验选择。在确定了浇注时间之后，还应该核算金属液在型腔内的液面上升速度，主要是核算铸件最大横界面处的型内金属上升速度。§3.4.3计算阻流截面的水力学公式22经验公式或图表所确定的浇注时间没有考虑每个铸件的具体条件和工艺因素，如：浇注时间应小于形成浇不到和冷隔的最大允许浇注时间，还应短于形成夹砂结疤类缺陷的极限允许时间；浇注时间应大于气体从型内逸出的最小允许时间浇注时间，应大于型内金属液形成严重紊流程度的允许充型时间等。显然，这些都和型内金属液的上升速度密切相关。

三、金属液在型内的上升速度用金属液在型内的上升速度来校核充填时间：§3.4.3计算阻流截面的水力学公式233计算阻流截面的水力学公式以及避免在浇注完了（铸型刚刚充满）时产生过大的液体动压力而应起胀箱和抬箱，浇注时间又不能太短。P腔——型腔内的液面压力对型壁有较大的冲击作用，容易造成胀砂、冲砂、抬箱等缺陷。一、奥赞(Osann)公式对于重量小于450kg，壁厚为～15毫米的铸铁件，可按照下式计算：铸钢件的最小型内上升速度见表3-4-7。金属的温度和流动性能降幅小，易充满型腔。以浇口杯液面和内浇道出口建立伯努利方程（能量方程）：S—铸件在垂直高度方向的截面积金属液对型壁的冲刷作用轻；对球墨铸铁件可依图3-4-35确定流量系数。3计算阻流截面的水力学公式所确定的浇注时间，必须满足最大和最小上升速度的要求，方可作为适用的浇注速度。一般来说，对于薄壁复杂件、具有大平面的铸件、表面易氧化的铝合金件，采用底注式浇注和顶帽口补缩的铸件，各种中大型灰铸铁，球墨铸铁件以及选用树脂砂型生产的铸件等，都用快浇，不宜慢浇。浇注时间（）的确定上式中型——型内金属液面上升速度；

——浇注时间（s）；C——铸件的高度（mm）；从理论上看，存在着型min（防止浇不到、冷隔和夹砂类缺陷）和型max（保证型内排气和防止过度紊流）两个极限值，合适的浇注时间τ应满足§3.4.3计算阻流截面的水力学公式24§3.4.3计算阻流截面的水力学公式

对于铸铁件可依表3-4-6决定型内铁液液面的最小上升速度。铸钢件的最小型内上升速度见表3-4-7。对于钢铁铸件，一般只核算最小上升速度。对易氧化的轻合金铸件，要注意限制最大上升速度，以免高度紊流而造成大量的氧化夹杂物。可依下式确定：式中R——型腔的水力学半径；Re型——型腔内允许的金属液雷诺数，由试验法确定；

υ——金属的运动粘度。所确定的浇注时间，必须满足最大和最小上升速度的要求，方可作为适用的浇注速度。2526四、流量系数μ的确定浇注系统的流量系数通常是指阻流截面的流量系数。流量系数与浇注系统中各部分的的阻力及行腔内流动阻力大小有关，凡与此有关联的因素，如浇注系统的结构、尺寸、浇口比，铸件复杂程度、铸型条件、合金特性、浇注温度等都对值有影响。因此，准确地确定流量系数值是件困难的工作。常用如下两种方法：对重要的铸件或大量生产的铸件，可用水力模