什么樣的澆注系統(tǒng)適用于鋁合金鑄造

什么樣的澆注系統(tǒng)適用于鋁合金鑄造？【建筑工程類獨家文檔首發(fā)】自熔煉爐中取出合金液、再將其澆注到鑄型中，是鑄件生產過程中的關鍵工序，這一工序經歷的時間雖然很短，但合金液在傳送過程中的運動非常激烈，液面的氧化膜不斷遭受破壞，不斷地產生新的氧化膜，又不斷地將氧化膜夾層卷入合金液中，因而，大多數廢品都是在在這一階段造成的。從卷入氧化膜夾層的角度分析，澆注過程的控制比熔煉過程的控制重要得多。鋁合金液流動時，如果流速較低，合金液的表面張力可以約束液流，使其不至于分散、飛濺；如果流速高，液流就不可避免地會分散、飛濺。許多研究工作表明，對于多種液態(tài)鑄造合金，液流不產生分散、飛濺的臨界流速是0.5m/s。目前，應用最廣的澆注方式，仍然是傳統(tǒng)的重力澆注，也就是利用合金液本身的重力，將其自鑄型的上方注入鑄型。實際上，對鋁合金而言，這是最不可取的澆注方式，因為，液流自直澆口下落到其底部時，流速都遠高于0.5m/s，液流散亂和飛濺是不可避免的。此外，一些大家視為常規(guī)的澆注系統(tǒng)設計原則，也有不少問題，液流在澆注系統(tǒng)中往往會發(fā)生紊流、飛濺，會使大量的氧化膜夾層和氣泡卷入合金液中，造成多種鑄造缺陷。采用差壓鑄造或低壓鑄造工藝，液流自鑄型的下方進入鑄型，如果控制得當，合金液可以平穩(wěn)、緩慢地充型，鑄件的缺陷很少，材質的力學性能當然大幅度提高。從文獻得知，美國航空、航天用較大型的鋁合金、鎂合金鑄件，不少都是用差壓鑄造工藝制造的。還有一種平穩(wěn)充型的澆注工藝值得注意，那就是使液流水平轉移的傾轉澆注（tiltcasting或tiltfilling），澆注的方式是：將鑄型和澆包（或其他盛合金液的容器）安置在一可傾轉的裝置中，使鑄型的澆口和澆包的流出口對齊，然后，使裝置緩慢地傾轉，使合金液平穩(wěn)地從澆包轉移到鑄型中。目前，已有將此種工藝用于生產鋁合金鑄件和鈦合金鑄件的報道，主要是一些特別重要的鑄件。盡管后兩種澆注工藝效果很好，更適應于生產鋁合金鑄件，但是，重力澆注畢竟是應用了幾千年的傳統(tǒng)工藝，而且還有生產條件方面的制約，在鋁合金鑄件用量不斷增長的今天，絕大部分鑄件仍然是用重力澆注的方式生產的。為了進一步提高鑄件的質量，在鑄造生產方面更充分地利用鋁合金在力學性能方面的潛力，改進澆注系統(tǒng)是當前必須認真面對的課題。近年來，采用視頻射線攝影技術和計算機模擬，可以更好地了解合金液的充型過程，但是，由于受到目前可供引用的參數的制約，至今，對充型過程的認識仍有不少不甚確切之處。適用于鋁合金的工藝方法很多，以下僅就水平分型的砂型鑄造工藝，提出的一些改進澆注系統(tǒng)的意見，是依據J.Compbell和其他人士的研究結果歸納得到的，還不能認為是非常成熟的，只能作為我們更新觀念的起點，行之有效的具體工藝方案，仍有待我們在實際生產中不斷地分析、研究和探求。1、什么樣的澆注系統(tǒng)適用于鋁合金按照澆注系統(tǒng)各組元截面積的比，可以有多種不同的模式，我們在這里只提到其中的三種。封閉式澆注系統(tǒng)特點是：直澆口末端的截面積＞橫澆道的截面積＞內澆口的截面積，是制造鑄鐵件最常用的澆注系統(tǒng)，最小的阻流截面在內澆口處。采用封閉式澆注系統(tǒng)時，由于系統(tǒng)內靜壓頭和液流動能的作用，合金液是以噴射的方式進入型腔的，產生紊流和卷入液流表面的氧化膜是難以避免的，而且會沖擊鑄型，這些情況都對鑄件的質量有負面影響。因此，這種澆注系統(tǒng)原則上不適用于易于氧化、而氧化物熔點又很高的鋁合金和鎂合金，但實際生產中也有人采用。開放式澆注系統(tǒng)對于鋁合金鑄件，為了避免紊流和氧化膜卷入，開放式澆注系統(tǒng)的應用較廣，有的文獻建議澆注系統(tǒng)各組元截面積之比為：直澆口流出口截面積∶橫澆道總截面積∶內澆口總截面積=1∶2∶4，也有人提出三者的比宜為1∶4∶4。近年來，很多研究工作表明，橫澆道截面積增大，并不能避免紊流和散流，而且充滿澆注系統(tǒng)的時間長，合金液面易于氧化，并不能確保鑄件的質量。再則，澆注系統(tǒng)的尺寸太大，還會導致工藝出品率降低，這也是不可取的。自然流澆注系統(tǒng)這是比較適用于鋁合金鑄造的模式，采用緊湊的澆注系統(tǒng)約束液流，保持液流穩(wěn)定而不分散。直澆口與橫澆道的連接部位應采用平滑過渡的方式，橫澆道須轉到另一方向時，轉角處也應是平滑的圓弧。這樣的澆注系統(tǒng)，J.Campbell等人稱之為自然流澆注系統(tǒng)。液流轉90°彎時，由于摩擦力的作用，液流的流速約降低20%，因此，自然流澆注系統(tǒng)各組元之間的關系大致是：直澆口流出口截面積∶橫澆道截面積∶內澆口總截面積＝1∶1.2∶1.4，至于澆注系統(tǒng)各組元的具體尺寸，要根據鑄件的結構和澆注系統(tǒng)的總體安排具體考慮，目前還不可能有普遍適用的數據。重要的鑄件、批量生產的鑄件，設計澆注系統(tǒng)時應參考計算機模擬的結果，有條件的話，宜采用視頻射線攝影技術校核。2、不宜采用V-形漏斗式澆口杯目前鑄造行業(yè)廣泛采用的V-形漏斗式澆口杯，對于鋁合金鑄件而言是不適宜的，因為它會帶來很多問題，如：澆注時，如果液流直接自澆包嘴沖入直澆口，澆注系統(tǒng)中就會產生紊流和飛濺；澆口杯的容量小，澆注過程中難以保持充滿狀態(tài)，容易卷入空氣、氧化膜和其他夾雜；澆注時液流可能直接注入直澆口中，也可能沖向澆口杯的某一部位，因而，液流不平穩(wěn)，流速也難以控制，導致澆注系統(tǒng)其他組元的設計功能難以體現；澆注時，如液流偏離直澆口的中心線，就會產生渦流，極易卷入空氣和氧化膜。采用流出口偏置的澆口盆，液流注入澆口盆后有緩沖作用，效果當然較好，但是，如果澆口盆底是平的，液流流向流出口時，由于慣性的作用，下降的直流道中，靠液流起點一面相當一部分不能充滿，如圖1a中的斜線所示。圖1流出口偏置的澆口盆a-不設堤堰；b-直角形堤堰；c-圓形堤堰解決問題的方法是在澆口盆中設置堤堰，但要考慮堤堰形狀的影響。如果設置直角形堤堰，液流流向流出口時，有一小段水平流動，慣性仍然會起作用，但影響較小，如圖1b中的斜線所示。如果設置圓形堤堰，就更為理想。結語：任何一個人，都要必須養(yǎng)成自學的習慣，即使是今天在學校的學生，也要養(yǎng)成自學的習慣，因為遲早總要離開學校的！自學，就是一種獨立學習，獨立思考的能力。行路，還是要靠行路人自己。努力學習，勤奮工作，讓青春更加光彩。本文由王敏老師編輯整理，感謝大家的支持！4、關于澆口窩在直澆口的下端設置澆口窩，是鑄造行業(yè)常規(guī)的作法，一般都認為澆口窩能起緩沖的作用，可減少氣泡的卷入，而且可以減輕澆注系統(tǒng)中的紊流。但是，用X射線攝影進行的系統(tǒng)研究表明：對于小型或稍大的鑄件，在通道緊湊的澆注系統(tǒng)中，直澆口和橫澆道的相接處以采用流線型的圓弧過渡為好，在這種條件下，合金液的表面張力可以約束液流的前沿，不會產生散流和飛濺。在直澆口下端設置澆口窩，反而會引起紊流、卷入氣泡，不利于鑄件的質量。當然，在鑄造行業(yè)中完全摒棄澆口窩，目前也是不現實的。較大的鑄件，橫澆道截面積大，充滿橫澆道有一個過程，液流沖擊澆口窩卷入的氣泡可以排出，設置澆口窩也是可行的。鋁合金鑄件一般都不太大，最好不采用澆口窩。在這方面，仍有待進行進一步的研究工作。如果不設置澆口窩，直澆口與橫澆道的連接處，最好采用圖5a那樣的平滑過渡方式，但是，對于水平分型的造型工藝，是難以做到的。變通的方法是采用局部圓角過渡方式，如圖5b所示。圖5直澆口與橫澆道的連接、過渡方式a－平滑過渡；b－局部圓角過渡如果不采用圖5中的過渡方式，在過渡處保持直角，由于液流下落時的慣性，橫澆道的進口端會形成氣隙和小氣泡，如圖6所示。圖6采取直角過渡方式時橫澆道進口端的氣隙在橫澆道比較長的情況下，進口端的氣隙可能對鑄件質量沒有太大的影響。如橫澆道很短，就不能不對此有所考慮。5、橫澆道和內澆口橫澆道、內澆口截面積的確定，前面已經談到，這里還要說3個問題。內澆口的位置采用封閉式澆注系統(tǒng)時，內澆口通常都位于橫澆道的下部。作這樣安排的指導思想，是認為卷入液流中氧化膜、氣泡和其他夾雜物可以浮在橫澆道的上方，不會通過內澆口進入型腔。實際上，橫澆道內的液流前沿，經過第一個內澆口時就會落入內澆口而流入型腔，并卷入氧化膜、氣泡和夾雜物，這種考慮的謬誤是顯而易見的。即使是用封閉式澆注系統(tǒng)鑄造鑄鐵件，由于液流的前沿也是氧化最嚴重、最臟、含雜質最多的，這種工藝也是不可取的。內澆口應設置在橫澆道的上方。橫澆道的截面積很多生產單位所用的橫澆道，無論其長度如何、有幾個內澆口，都是等截面的，而沒有認真地考核其作用和效果。如果橫澆道后面設有多個內澆口，為了使液流均勻地通過各內澆口進入型腔，采用等截面橫澆道，不僅多耗用合金、降低工藝出品率，而且充型的效果不好，有損鑄件的質量，如圖7所示。圖7橫澆道結構對液流充型狀況的影響a－等截面橫澆道；b－截面積逐漸縮小的橫澆道采用圖7a所示的等截面橫澆道：在型腔尚未充滿的情況下，由于液流動量的作用，大量液流由內澆口3進入型腔；同時，流經內澆口1處的流速高，按照Bernoulli定律，液流的側壓力低，不僅不進入型腔，而且可能將型腔內的氣流、乃至合金液吸出；流經內澆口2處的流速有所減緩，液流的側壓力較高，有液流自內澆口2進入型腔，也可能有少量合金液自型腔流出。這種情況下，不僅充型不均勻，而且會卷入氧化膜和氣泡。采用圖7b所示的橫澆道，其截面積自內澆口1處開始逐漸縮小，由于液流的前端受到制約，可以使其自3個內澆口均勻地進入型腔。圖7是示意圖，進行工藝設計時，可根據鑄