澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1澆注系統(tǒng)的基本類型及選擇一、按內(nèi)澆道在一、按內(nèi)澆道在鑄件上的位置分鑄件上的位置分類類頂注式澆注系統(tǒng)頂注式澆注系統(tǒng)頂注式澆注系統(tǒng)頂注式澆注系統(tǒng)容易充滿，可減少薄壁容易充滿，可減少薄壁件澆不到、冷隔方面的件澆不到、冷隔方面的缺陷缺陷充型后上部溫度高于底充型后上部溫度高于底部，有利于鑄件自下而部，有利于鑄件自下而上上 的順序凝固和冒口的的順序凝固和冒口的補(bǔ)縮補(bǔ)縮冒口尺寸小，節(jié)約金屬冒口尺寸小，節(jié)約金屬內(nèi)澆道附近受熱較輕內(nèi)澆道附近受熱較輕結(jié)構(gòu)簡單，易于清除結(jié)構(gòu)簡單，易于清除易造成沖砂缺陷金屬，易造成沖砂缺陷金屬，液下落過程中接觸空氣，液下落過程中接觸空氣，出現(xiàn)飛濺、氧化、

2、出現(xiàn)飛濺、氧化、 卷入卷入空氣等現(xiàn)象，使充型不空氣等現(xiàn)象，使充型不平穩(wěn)平穩(wěn)易產(chǎn)生砂孔、鐵豆、氣易產(chǎn)生砂孔、鐵豆、氣孔和氧化夾雜物缺陷，孔和氧化夾雜物缺陷， 大部分澆注時(shí)間，內(nèi)澆大部分澆注時(shí)間，內(nèi)澆道工作在非淹沒狀態(tài)，道工作在非淹沒狀態(tài)，橫澆道阻渣條件相對較橫澆道阻渣條件相對較差差優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :缺點(diǎn)缺點(diǎn): :應(yīng)用應(yīng)用: :主要用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的各種黑色金屬主要用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的各種黑色金屬鑄件和易氧化的有色金屬鑄件。鑄件和易氧化的有色金屬鑄件。 中間注入式澆注系統(tǒng)中間注入式澆注系統(tǒng)對內(nèi)澆道以下的型腔部對內(nèi)澆道以下的型腔部分為頂注式；對內(nèi)澆道分為頂注式；對內(nèi)澆道以上的型腔部分相當(dāng)于以上的型腔部分相當(dāng)于底注

3、式。故它兼有頂注底注式。故它兼有頂注式和底注式澆注系統(tǒng)的式和底注式澆注系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。由于內(nèi)澆道在優(yōu)缺點(diǎn)。由于內(nèi)澆道在分型面上開設(shè)，故極為分型面上開設(shè)，故極為方便，廣為應(yīng)用。適用方便，廣為應(yīng)用。適用于高度不大的中等壁厚于高度不大的中等壁厚的鑄件。的鑄件。階梯式澆注系統(tǒng)適用于高階梯式澆注系統(tǒng)適用于高度大的中、大型鑄件。具度大的中、大型鑄件。具有垂直分型面的中大件可有垂直分型面的中大件可優(yōu)先采用優(yōu)先采用二、按澆鑄系統(tǒng)各基本組元截面積比例分類二、按澆鑄系統(tǒng)各基本組元截面積比例分類封閉式澆注系統(tǒng)：封閉式澆注系統(tǒng)：在一個(gè)澆注系統(tǒng)中截面積最小的澆道在一個(gè)澆注系統(tǒng)中截面積最小的澆道SS內(nèi)內(nèi) S S橫橫 S S

4、直直，例如，例如1: 1.2 : 1.51: 1.2 : 1.5或半封閉式：或半封閉式：S S內(nèi)內(nèi) S S直直 S S橫橫封閉式澆注系統(tǒng)可理解為正常澆注條件下，封閉式澆注系統(tǒng)可理解為正常澆注條件下，所有組元能被金屬液充滿的澆注系統(tǒng)，也所有組元能被金屬液充滿的澆注系統(tǒng)，也稱為稱為充滿式澆注系統(tǒng)充滿式澆注系統(tǒng)。（因全部截面上的。（因全部截面上的金屬液壓力均高于型壁氣體壓力，故是有金屬液壓力均高于型壁氣體壓力，故是有壓或正壓系統(tǒng)）壓或正壓系統(tǒng)）優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 封閉式澆注系統(tǒng)有較好的阻渣能力，可防止金屬液卷入氣封閉式澆注系統(tǒng)有較好的阻渣能力，可防止金屬液卷入氣體，消耗金屬少，清理方便體，消耗金屬少，清理方便

5、缺點(diǎn)缺點(diǎn) 進(jìn)入型腔的金屬液流速度高，易產(chǎn)生噴濺和沖砂，使金屬進(jìn)入型腔的金屬液流速度高，易產(chǎn)生噴濺和沖砂，使金屬氧化，使型內(nèi)金屬液發(fā)生擾動、渦流和不平靜氧化，使型內(nèi)金屬液發(fā)生擾動、渦流和不平靜用于不易氧化的金屬鑄件。用于不易氧化的金屬鑄件。 開放式澆注系統(tǒng)：開放式澆注系統(tǒng)：SS內(nèi)內(nèi) SS橫橫 S S直；例如直；例如1.5 : 1.2 : 11.5 : 1.2 : 1或半開放式：或半開放式： SS內(nèi)內(nèi) S S直直 S S橫橫在正常澆注條件下，金屬液不能充滿所有組元的澆注系統(tǒng)，又在正常澆注條件下，金屬液不能充滿所有組元的澆注系統(tǒng)，又稱為稱為非充滿式或非壓力式澆注系統(tǒng)非充滿式或非壓力式澆注系統(tǒng)。完全開

6、放式澆注系統(tǒng)在內(nèi)澆道被淹沒之前，各組元均呈非充滿完全開放式澆注系統(tǒng)在內(nèi)澆道被淹沒之前，各組元均呈非充滿流態(tài)，幾乎不能阻渣而且會帶入大量氣體。因此，使用流態(tài)，幾乎不能阻渣而且會帶入大量氣體。因此，使用轉(zhuǎn)包澆轉(zhuǎn)包澆注的鑄鐵件注的鑄鐵件上不宜應(yīng)用這種澆注系統(tǒng)。上不宜應(yīng)用這種澆注系統(tǒng)。主要優(yōu)點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn) 進(jìn)入型腔時(shí)金屬液流進(jìn)入型腔時(shí)金屬液流速度小，充型平穩(wěn)，沖速度小，充型平穩(wěn)，沖刷力小，金屬氧化輕刷力小，金屬氧化輕。主要缺點(diǎn)主要缺點(diǎn) 阻渣效果稍差，內(nèi)澆阻渣效果稍差，內(nèi)澆道較大，金屬消耗略多道較大，金屬消耗略多適用于適用于易氧化的有色金屬鑄易氧化的有色金屬鑄件件( (如如輕合金鑄件輕合金鑄件)、球鐵件、球

7、鐵件等、等、漏包澆注漏包澆注的鑄鋼件也宜的鑄鋼件也宜采用開放式澆注系統(tǒng)，但直采用開放式澆注系統(tǒng)，但直澆道不能成充滿態(tài)，以防鋼澆道不能成充滿態(tài)，以防鋼水外溢，造成事故。水外溢，造成事故。 3.23.2 液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)基本組元中的流動液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)基本組元中的流動l型壁的多孔性、透氣性和合金液的不相潤濕性，給合金型壁的多孔性、透氣性和合金液的不相潤濕性，給合金液的運(yùn)動以特殊邊界條件液的運(yùn)動以特殊邊界條件l在充型過程中，合金液和鑄型之間有著激烈的熱作用、在充型過程中，合金液和鑄型之間有著激烈的熱作用、機(jī)械作用和化學(xué)作用機(jī)械作用和化學(xué)作用l澆注過程是不穩(wěn)定流動過程澆注過程是不穩(wěn)定流動過程在型內(nèi)

8、合金液淹沒了內(nèi)澆道之后，隨著合金液面上升在型內(nèi)合金液淹沒了內(nèi)澆道之后，隨著合金液面上升，充型的有效壓力頭漸漸變小，充型的有效壓力頭漸漸變小型腔內(nèi)氣體的壓力并非恒定型腔內(nèi)氣體的壓力并非恒定澆注操作不可能保持澆口杯內(nèi)液面的絕對穩(wěn)定澆注操作不可能保持澆口杯內(nèi)液面的絕對穩(wěn)定 一般合金液總含有某些少量固相雜質(zhì)、液相夾雜和氣泡一般合金液總含有某些少量固相雜質(zhì)、液相夾雜和氣泡，在充型過程中還可能析出晶粒及氣體，故充型時(shí)合金液，在充型過程中還可能析出晶粒及氣體，故充型時(shí)合金液屬于多相流動屬于多相流動澆口杯中的流動澆口杯中的流動：承接來：承接來自澆包的金屬液，防止自澆包的金屬液，防止金屬液飛濺和溢是出，金屬液飛

9、濺和溢是出，便于澆注；減輕液流對便于澆注；減輕液流對型腔的沖擊、分離渣滓型腔的沖擊、分離渣滓和氣泡，阻止其進(jìn)入型和氣泡，阻止其進(jìn)入型腔；增加充型壓力頭。腔；增加充型壓力頭。只有澆口杯的結(jié)構(gòu)正確，只有澆口杯的結(jié)構(gòu)正確，配合恰當(dāng)?shù)臐沧⒉僮?，配合恰?dāng)?shù)臐沧⒉僮?，才能?shí)現(xiàn)上述功能。才能實(shí)現(xiàn)上述功能。澆口杯中的流動澆口杯中的流動澆口杯中的流動澆口杯中的流動澆注方向的影響見圖澆注方向的影響見圖3-4-83-4-8。逆向澆注較逆向澆注較順向澆注為佳順向澆注為佳，側(cè)向澆注介乎兩者之間。，側(cè)向澆注介乎兩者之間。澆口杯的擋渣直澆道中的流動直澆道中的流動：從澆口杯引導(dǎo)金屬向下，進(jìn)入橫澆道、內(nèi)澆道或直接導(dǎo)入型腔。提供

10、足夠的壓力頭，使金屬液在重力作用下能克服各種流動阻力，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)充滿型腔。二、液態(tài)金屬在直澆道中的流動二、液態(tài)金屬在直澆道中的流動1直澆道入口處的形狀影響液流分布直澆道入口處的形狀影響液流分布2直澆道形狀影響液流的內(nèi)部壓力。直澆道形狀影響液流的內(nèi)部壓力。(二二)直澆道的吸氣問題直澆道的吸氣問題金屬液在直澆道中的流動的特點(diǎn)金屬液在直澆道中的流動的特點(diǎn)1)1)液態(tài)金屬在直澆道中存在兩種流態(tài)：液態(tài)金屬在直澆道中存在兩種流態(tài)：充滿式流動或非充滿充滿式流動或非充滿式流動式流動。2)2)在非充滿的直澆道中，金屬液以重力加速度向下運(yùn)動，流在非充滿的直澆道中，金屬液以重力加速度向下運(yùn)動，流股呈漸縮形，流股表

11、面壓力接近大氣壓力，微呈正壓。流股股呈漸縮形，流股表面壓力接近大氣壓力，微呈正壓。流股表面會帶動表層氣體向下運(yùn)動，并能沖入型內(nèi)上升的金屬液表面會帶動表層氣體向下運(yùn)動，并能沖入型內(nèi)上升的金屬液內(nèi)，由于流股內(nèi)部和砂型表層氣體之間無壓力差，氣體不可內(nèi)，由于流股內(nèi)部和砂型表層氣體之間無壓力差，氣體不可能被能被“吸人吸人”流股，故流股，故3)3)當(dāng)入口為尖角時(shí)，增加流當(dāng)入口為尖角時(shí)，增加流動阻力和斷面收縮率，常導(dǎo)致非充滿式流動。實(shí)際砂型中尖動阻力和斷面收縮率，常導(dǎo)致非充滿式流動。實(shí)際砂型中尖角處的型砂會被沖掉引起沖砂缺陷。角處的型砂會被沖掉引起沖砂缺陷。4)4)砂型中直澆道的充滿式流動的理論條件砂型中直

12、澆道的充滿式流動的理論條件盡管盡管非充滿的直澆道有帶氣的缺點(diǎn)非充滿的直澆道有帶氣的缺點(diǎn)，但在特，但在特定條件下也會采用定條件下也會采用。如如；又如又如。(三三)直澆道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直澆道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)防止液流帶入氣體和沖砂，設(shè)計(jì)直澆道時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：防止液流帶入氣體和沖砂，設(shè)計(jì)直澆道時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1入口處的連接入口處的連接2直澆道的形狀直澆道的形狀3. 直澆道與橫澆道的連接直澆道與橫澆道的連接 直澆道窩直澆道窩作用：作用：1 1、緩沖作用、緩沖作用2 2、縮短直、縮短直- - 橫拐彎處的高度紊亂區(qū)橫拐彎處的高度紊亂區(qū)3 3、改善內(nèi)澆道的流量分布、改善內(nèi)澆道的流量分布4 4、減小直、減小直- - 橫拐

13、彎處的局部阻力系數(shù)和水頭損失橫拐彎處的局部阻力系數(shù)和水頭損失5 5、浮出金屬液中的氣泡、浮出金屬液中的氣泡直澆道窩的大小、形直澆道窩的大小、形狀應(yīng)適宜，砂型應(yīng)堅(jiān)狀應(yīng)適宜，砂型應(yīng)堅(jiān)實(shí)。底部放置干砂芯實(shí)。底部放置干砂芯片、耐火磚等可防止片、耐火磚等可防止沖砂。直澆道窩常做沖砂。直澆道窩常做成成等等形狀。推薦形狀如圖形狀。推薦形狀如圖34153415所示。所示。橫澆道中金屬的流動橫澆道中金屬的流動橫澆道的功用橫澆道的功用 橫澆道的阻渣原理橫澆道的阻渣原理橫澆道內(nèi)，在內(nèi)澆道入口周圍存在一個(gè)區(qū)域，被稱為橫澆道內(nèi)，在內(nèi)澆道入口周圍存在一個(gè)區(qū)域，被稱為，只要金屬進(jìn)入該區(qū)就會自動流入內(nèi)澆道。顯然，只要金屬進(jìn)入

14、該區(qū)就會自動流入內(nèi)澆道。顯然，進(jìn)入該區(qū)的渣團(tuán)也將會流入型腔。進(jìn)入該區(qū)的渣團(tuán)也將會流入型腔。對渣團(tuán)上浮運(yùn)動分析可知：對渣團(tuán)上浮運(yùn)動分析可知：；對應(yīng)一定橫澆道的流速有一可能上浮的臨界對應(yīng)一定橫澆道的流速有一可能上浮的臨界渣團(tuán)半徑，渣團(tuán)半徑，；。橫澆道發(fā)揮阻渣作用應(yīng)具備的條件橫澆道發(fā)揮阻渣作用應(yīng)具備的條件 三、液態(tài)金屬在橫澆道中的流動三、液態(tài)金屬在橫澆道中的流動1)1)內(nèi)澆道距直澆道應(yīng)足夠遠(yuǎn)，使渣固有條件浮起到超過內(nèi)澆道內(nèi)澆道距直澆道應(yīng)足夠遠(yuǎn)，使渣固有條件浮起到超過內(nèi)澆道的吸動區(qū)。的吸動區(qū)。2)2)3)3)封閉式澆注系統(tǒng)的內(nèi)澆道應(yīng)位于橫澆道的下部，且和封閉式澆注系統(tǒng)的內(nèi)澆道應(yīng)位于橫澆道的下部，且和橫

15、澆道具有同一底面橫澆道具有同一底面。4 4）封閉式澆注系統(tǒng)的橫）封閉式澆注系統(tǒng)的橫澆道應(yīng)高而窄，一般取高澆道應(yīng)高而窄，一般取高度為寬度之度為寬度之2 2倍。內(nèi)澆道倍。內(nèi)澆道宜扁而薄，以降低其吸動宜扁而薄，以降低其吸動區(qū)。區(qū)。 5)5)內(nèi)澆道應(yīng)遠(yuǎn)離橫澆道的內(nèi)澆道應(yīng)遠(yuǎn)離橫澆道的彎道；應(yīng)盡量使用直的橫彎道；應(yīng)盡量使用直的橫澆道；內(nèi)澆道同橫澆的連澆道；內(nèi)澆道同橫澆的連接，呈銳角時(shí)初期進(jìn)渣較接，呈銳角時(shí)初期進(jìn)渣較多；呈鈍角時(shí)增加紊流程多；呈鈍角時(shí)增加紊流程度。度。強(qiáng)化橫澆道阻渣的措施強(qiáng)化橫澆道阻渣的措施強(qiáng)化橫澆道阻渣的措施強(qiáng)化橫澆道阻渣的措施金屬液在內(nèi)澆道中的流動金屬液在內(nèi)澆道中的流動 ，。設(shè)計(jì)內(nèi)澆道時(shí)

16、還應(yīng)。設(shè)計(jì)內(nèi)澆道時(shí)還應(yīng)避免流入型腔時(shí)的噴射現(xiàn)象和飛濺，避免流入型腔時(shí)的噴射現(xiàn)象和飛濺，使使。 澆口比的影響澆口比的影響 直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道截面積之比直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道截面積之比（即（即S直直:S橫橫:S內(nèi)）稱為內(nèi)）稱為澆口比澆口比以內(nèi)澆道為阻流時(shí)以內(nèi)澆道為阻流時(shí)，金屬液流入型腔時(shí)，金屬液流入型腔時(shí)噴射嚴(yán)重噴射嚴(yán)重以直澆道下端或附近的橫澆道為阻流時(shí)以直澆道下端或附近的橫澆道為阻流時(shí)，充型較平穩(wěn)，充型較平穩(wěn)，S內(nèi)內(nèi)/S阻阻比值越大則越平比值越大則越平穩(wěn)穩(wěn)內(nèi)澆道流量的不均勻性內(nèi)澆道流量的不均勻性內(nèi)澆道流量的不均勻性內(nèi)澆道流量的不均勻性 同一橫澆道上同一橫澆道上有有多個(gè)等截面的內(nèi)澆道時(shí)，多個(gè)等

17、截面的內(nèi)澆道時(shí)， 各內(nèi)各內(nèi)澆道的流量不等，試驗(yàn)表明：澆道的流量不等，試驗(yàn)表明：一般條件下，一般條件下，遠(yuǎn)離直澆道的內(nèi)澆道流量大，且先進(jìn)遠(yuǎn)離直澆道的內(nèi)澆道流量大，且先進(jìn)入金屬。近直澆道的流量小，且后進(jìn)入金屬。入金屬。近直澆道的流量小，且后進(jìn)入金屬。（澆注初期，進(jìn)入橫澆道的金屬液流向末端時(shí)失去（澆注初期，進(jìn)入橫澆道的金屬液流向末端時(shí)失去動能而使壓力升高，金屬液首先在末端充滿并形成動能而使壓力升高，金屬液首先在末端充滿并形成末端壓力高而靠近直澆道壓力低的態(tài)勢，故而形成末端壓力高而靠近直澆道壓力低的態(tài)勢，故而形成這種流量分布；但當(dāng)總壓頭小而橫澆道很長時(shí)，沿這種流量分布；但當(dāng)總壓頭小而橫澆道很長時(shí)，沿程阻力大，也會出現(xiàn)近直澆道處壓力高的情況，這程阻力大，也會出現(xiàn)近直澆道處壓力高的情況，這時(shí)近處的內(nèi)澆道流量大）時(shí)近處的內(nèi)澆道流量大） 四、液態(tài)金屬在內(nèi)澆道中及進(jìn)入型腔時(shí)的流動四、液態(tài)金屬在內(nèi)澆道中及進(jìn)入型腔時(shí)的流動內(nèi)澆道的基本設(shè)計(jì)原則內(nèi)澆道的基本設(shè)計(jì)原則內(nèi)澆道在鑄件上的位置和數(shù)目應(yīng)服從所選定的凝內(nèi)澆道在鑄件上的位置和數(shù)目應(yīng)服從所選定的凝固順序固順序 或補(bǔ)縮方法或補(bǔ)縮方法方向不要沖著細(xì)小砂芯、型壁、冷