浇注系统设计课件.ppt

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1、浇注系统设计浇注系统设计3.1浇注系统的基本类型及选择一、按内浇道在一、按内浇道在铸件上的位置分铸件上的位置分类类顶注式浇注系统顶注式浇注系统顶注式浇注系统顶注式浇注系统容易充满，可减少薄壁容易充满，可减少薄壁件浇不到、冷隔方面的件浇不到、冷隔方面的缺陷缺陷充型后上部温度高于底充型后上部温度高于底部，有利于铸件自下而部，有利于铸件自下而上上 的顺序凝固和冒口的的顺序凝固和冒口的补缩补缩冒口尺寸小，节约金属冒口尺寸小，节约金属内浇道附近受热较轻内浇道附近受热较轻结构简单，易于清除结构简单，易于清除易造成冲砂缺陷金属，易造成冲砂缺陷金属，液下落过程中接触空气，液下落过程中接触空气，出现飞溅、氧化、

2、出现飞溅、氧化、卷入卷入空气等现象，使充型不空气等现象，使充型不平稳平稳易产生砂孔、铁豆、气易产生砂孔、铁豆、气孔和氧化夹杂物缺陷，孔和氧化夹杂物缺陷，大部分浇注时间，内浇大部分浇注时间，内浇道工作在非淹没状态，道工作在非淹没状态，横浇道阻渣条件相对较横浇道阻渣条件相对较差差优点优点:缺点缺点:应用应用:主要用于结构复杂的各种黑色金属主要用于结构复杂的各种黑色金属铸件和易氧化的有色金属铸件。铸件和易氧化的有色金属铸件。中中间间注入式注入式浇浇注系注系统统对内浇道以下的型腔部对内浇道以下的型腔部分为顶注式；对内浇道分为顶注式；对内浇道以上的型腔部分相当于以上的型腔部分相当于底注式。故它兼有顶注底

3、注式。故它兼有顶注式和底注式浇注系统的式和底注式浇注系统的优缺点。由于内浇道在优缺点。由于内浇道在分型面上开设，故极为分型面上开设，故极为方便，广为应用。适用方便，广为应用。适用于高度不大的中等壁厚于高度不大的中等壁厚的铸件。的铸件。阶梯式浇注系统阶梯式浇注系统阶阶梯梯式式浇浇注注系系统统适适用用于于高高度度大大的的中中、大大型型铸铸件件。具具有有垂垂直直分分型型面面的的中中大大件件可可优优先采用先采用二、按浇铸系统各基本组元截面积比例分类二、按浇铸系统各基本组元截面积比例分类封闭式浇注系统：封闭式浇注系统：阻流阻流阻流阻流在一个浇注系统中截面积最小的浇道在一个浇注系统中截面积最小的浇道S内内

4、 S横横 S直直，例如，例如1:1.2:1.5或半封闭式：或半封闭式：S内内 S直直 S横横封闭式浇注系统可理解为正常浇注条件下，封闭式浇注系统可理解为正常浇注条件下，所有组元能被金属液充满的浇注系统，也所有组元能被金属液充满的浇注系统，也称为称为充满式浇注系统充满式浇注系统。（因全部截面上的。（因全部截面上的金属液压力均高于型壁气体压力，故是有金属液压力均高于型壁气体压力，故是有压或正压系统）压或正压系统）优优点点封封闭闭式式浇浇注系注系统统有有较较好的阻渣能力，可防止金属液卷入气好的阻渣能力，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，清理方便缺点缺点进进入型腔的金属液流速度

5、高，易入型腔的金属液流速度高，易产产生生喷溅喷溅和冲砂，使金属和冲砂，使金属氧化，使型内金属液氧化，使型内金属液发发生生扰动扰动、涡涡流和不平静流和不平静用于不易氧化的金属铸件。用于不易氧化的金属铸件。开放式浇注系统：开放式浇注系统：S内内S横横 S直；例如直；例如1.5:1.2:1或半开放式：或半开放式：S内内 S直直 S横横在正常浇注条件下，金属液不能充满所有组元的浇注系统，又在正常浇注条件下，金属液不能充满所有组元的浇注系统，又称为称为非充满式或非压力式浇注系统非充满式或非压力式浇注系统。完全开放式浇注系统在内浇道被淹没之前，各组元均呈非充满完全开放式浇注系统在内浇道被淹没之前，各组元均

6、呈非充满流态，几乎不能阻渣而且会带入大量气体。因此，使用流态，几乎不能阻渣而且会带入大量气体。因此，使用转包浇转包浇注的铸铁件注的铸铁件上不宜应用这种浇注系统。上不宜应用这种浇注系统。主要主要优优点点进进入型腔入型腔时时金属液流金属液流速度小，充型平速度小，充型平稳稳，冲，冲刷力小，金属氧化刷力小，金属氧化轻轻。主要缺点主要缺点阻渣效果稍差，内阻渣效果稍差，内浇浇道道较较大，金属消耗略多大，金属消耗略多适用于适用于易氧化的有色金属铸易氧化的有色金属铸件件(如如轻轻合金合金铸铸件件)、球、球铁铁件件等、等、漏包漏包浇浇注注的的铸钢铸钢件也宜件也宜采用开放式采用开放式浇浇注系注系统统，但直，但直浇

7、浇道不能成充道不能成充满态满态，以防，以防钢钢水外溢，造成事故。水外溢，造成事故。3.2 液态金属在浇注系统基本组元中的流动液态金属在浇注系统基本组元中的流动l型壁的多孔性、透气性和合金液的不相型壁的多孔性、透气性和合金液的不相润润湿性，湿性，给给合金合金液的运液的运动动以特殊以特殊边边界条件界条件l在充型在充型过过程中，合金液和程中，合金液和铸铸型之型之间间有着激烈的有着激烈的热热作用、作用、机械作用和化学作用机械作用和化学作用l浇浇注注过过程是不程是不稳稳定流定流动过动过程程在型内合金液淹没了内在型内合金液淹没了内浇浇道之后，随着合金液面上升，道之后，随着合金液面上升，充型的有效充型的有效

8、压压力力头渐渐变头渐渐变小小型腔内气体的型腔内气体的压压力并非恒定力并非恒定浇浇注操作不可能保持注操作不可能保持浇浇口杯内液面的口杯内液面的绝对稳绝对稳定定l l合金液在合金液在合金液在合金液在浇浇浇浇注系注系注系注系统统统统中一般呈紊流状中一般呈紊流状中一般呈紊流状中一般呈紊流状态态态态l l多相流多相流多相流多相流动动动动一般合金液一般合金液总总含有某些少量固相含有某些少量固相杂质杂质、液相、液相夹杂夹杂和气泡，和气泡，在充型在充型过过程中程中还还可能析出晶粒及气体，故充型可能析出晶粒及气体，故充型时时合金液属合金液属于多相流于多相流动动浇口杯中的流动浇口杯中的流动浇口杯的作用浇口杯的作用

9、浇口杯的作用浇口杯的作用：承接来：承接来自浇包的金属液，防止自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢是出，金属液飞溅和溢是出，便于浇注；减轻液流对便于浇注；减轻液流对型腔的冲击、分离渣滓型腔的冲击、分离渣滓和气泡，阻止其进入型和气泡，阻止其进入型腔；增加充型压力头。腔；增加充型压力头。只有浇口杯的结构正确，只有浇口杯的结构正确，配合恰当的浇注操作，配合恰当的浇注操作，才能实现上述功能。才能实现上述功能。浇口杯中的流动浇口杯中的流动浇口杯中的流动浇口杯中的流动浇注方向的影响见图浇注方向的影响见图3-4-8。逆向浇注较逆向浇注较顺向浇注为佳顺向浇注为佳，侧向浇注介乎两者之间。，侧向浇注介乎两者之间。浇口

10、杯的挡渣直浇道中的流动直浇道中的流动直浇道的功用直浇道的功用：从浇口杯引导金属向下，进入横浇道、内浇道或直接导入型腔。提供足够的压力头，使金属液在重力作用下能克服各种流动阻力，在规定时间内充满型腔。二、液态金属在直浇道中的流动二、液态金属在直浇道中的流动1直浇道入口处的形状影响液流分布直浇道入口处的形状影响液流分布2直浇道形状影响液流的内部压力。直浇道形状影响液流的内部压力。(二二)直浇道的吸气问题直浇道的吸气问题金属液在直浇道中的流动的特点金属液在直浇道中的流动的特点1)1)液态金属在直浇道中存在两种流态：液态金属在直浇道中存在两种流态：充满式流动或非充满式充满式流动或非充满式流动流动。2)

11、2)在非充满的直浇道中，金属液以重力加速度向下运动，流股在非充满的直浇道中，金属液以重力加速度向下运动，流股呈渐缩形，流股表面压力接近大气压力，微呈正压。流股表面呈渐缩形，流股表面压力接近大气压力，微呈正压。流股表面会带动表层气体向下运动，并能冲入型内上升的金属液内，由会带动表层气体向下运动，并能冲入型内上升的金属液内，由于流股内部和砂型表层气体之间无压力差，气体不可能被于流股内部和砂型表层气体之间无压力差，气体不可能被“吸吸人人”流股，故流股，故在直浇道中气体可被金属表面所吸收和带走。在直浇道中气体可被金属表面所吸收和带走。在直浇道中气体可被金属表面所吸收和带走。在直浇道中气体可被金属表面所

12、吸收和带走。3)3)直浇道入口形状影响金属流态。直浇道入口形状影响金属流态。直浇道入口形状影响金属流态。直浇道入口形状影响金属流态。当入口为尖角时，增加流动当入口为尖角时，增加流动阻力和断面收缩率，常导致非充满式流动。实际砂型中尖角处阻力和断面收缩率，常导致非充满式流动。实际砂型中尖角处的型砂会被冲掉引起冲砂缺陷。的型砂会被冲掉引起冲砂缺陷。4)4)砂型中直浇道的充满式流动的理论条件砂型中直浇道的充满式流动的理论条件尽尽管管非非充充满满的的直直浇浇道道有有带带气气的的缺缺点点，但但在在特特定定条条件件下下也也会会采采用用。如如阶阶梯梯式式浇浇注注系系统统中中为为了了实实现现自自下下而而上上地地

13、逐逐层层引引入入金金属属的的目目的的而而采采用用；又又如如用用底底注注包包浇浇注注的的条条件件下下，为为了了防防止止钢钢液溢至型外而使用非充液溢至型外而使用非充满态满态的直的直浇浇道道。(三三)直浇道结构设计直浇道结构设计防止液流带入气体和冲砂，设计直浇道时应注意以下几点：防止液流带入气体和冲砂，设计直浇道时应注意以下几点：1入口处的连接入口处的连接2直浇道的形状直浇道的形状3.直浇道与横浇道的连接直浇道与横浇道的连接 直浇道窝直浇道窝作用：作用：1、缓冲作用、缓冲作用2、缩短直、缩短直-横拐弯处的高度紊乱区横拐弯处的高度紊乱区3、改善内浇道的流量分布、改善内浇道的流量分布4、减小直、减小直-

14、横拐弯处的局部阻力系数和水头损失横拐弯处的局部阻力系数和水头损失5、浮出金属液中的气泡、浮出金属液中的气泡直浇道窝的大小、形直浇道窝的大小、形状应适宜，砂型应坚状应适宜，砂型应坚实。底部放置干砂芯实。底部放置干砂芯片、耐火砖等可防止片、耐火砖等可防止冲砂。直浇道窝常做冲砂。直浇道窝常做成成半球形、圆锥台半球形、圆锥台等等形状。推荐形状如图形状。推荐形状如图3415所示。所示。横浇道中金属的流动横浇道中金属的流动横横浇浇道的功用道的功用向内向内浇浇道分配道分配洁净洁净的金属液的金属液储储留最初留最初浇浇入的含气量和渣入的含气量和渣污污的低的低温金属液并阻留渣滓温金属液并阻留渣滓使金属液流平使金属

15、液流平稳稳和减少和减少产产生氧化生氧化夹夹渣物渣物横浇道的阻渣原理横浇道的阻渣原理横浇道内，在内浇道入口周围存在一个区域，被称为横浇道内，在内浇道入口周围存在一个区域，被称为内浇道内浇道内浇道内浇道的吸动区的吸动区的吸动区的吸动区，只要金属进入该区就会自动流入内浇道。显然，只要金属进入该区就会自动流入内浇道。显然，进入该区的渣团也将会流入型腔。进入该区的渣团也将会流入型腔。对渣团上浮运动分析可知：对渣团上浮运动分析可知：渣团半径小对应悬浮速度也小渣团半径小对应悬浮速度也小；对应一定横浇道的流速有一可能上浮的临界对应一定横浇道的流速有一可能上浮的临界渣团半径，渣团半径，只有大于临界半径的渣闭才能

16、上浮只有大于临界半径的渣闭才能上浮；渣团密度相对于金属液密度越小，越有利于渣团密度相对于金属液密度越小，越有利于上浮；上浮；横浇道内金属的流速越低，可能阻留的渣团横浇道内金属的流速越低，可能阻留的渣团也越小也越小。但无论如何、仅靠横浇道是不可能阻留金属液但无论如何、仅靠横浇道是不可能阻留金属液中所有的渣污的，特别是那些小于临界半径的中所有的渣污的，特别是那些小于临界半径的渣团。渣团。横浇道发挥阻渣作用应具备的条件横浇道发挥阻渣作用应具备的条件 横浇道应成充满流态，即满足充满的条件横浇道应成充满流态，即满足充满的条件 流速应尽可能低流速应尽可能低 内浇道的位置关系要正确内浇道的位置关系要正确三、

17、液态金属在横浇道中的流动三、液态金属在横浇道中的流动1)内浇道距直浇道应足够远，使渣固有条件浮起到超过内浇道内浇道距直浇道应足够远，使渣固有条件浮起到超过内浇道的吸动区。的吸动区。2)有正确的横浇道末端延长段有正确的横浇道末端延长段有正确的横浇道末端延长段有正确的横浇道末端延长段3)封闭式浇注系统的内浇道应位于横浇道的下部，且和封闭式浇注系统的内浇道应位于横浇道的下部，且和横浇道具有同一底面横浇道具有同一底面。4）封封闭闭式式浇浇注注系系统统的的横横浇浇道道应应高高而而窄窄，一一般般取取高高度度为为宽宽度度之之2倍倍。内内浇浇道道宜宜扁扁而薄，以降低其吸动区。而薄，以降低其吸动区。5)内内浇浇

18、道道应应远远离离横横浇浇道道的的弯弯道道；应应尽尽量量使使用用直直的的横横浇浇道道；内内浇浇道道同同横横浇浇的的连连接接，呈呈锐锐角角时时初初期期进进渣渣较较多多；呈呈钝钝角角时时增增加加紊紊流流程程度。度。强化横浇道阻渣的措施强化横浇道阻渣的措施强化横浇道阻渣的措施强化横浇道阻渣的措施3 3设置筛网芯的浇注系统设置筛网芯的浇注系统2 2设置集渣包的浇注系统设置集渣包的浇注系统金属液在内浇道中的流动金属液在内浇道中的流动内浇道的功用内浇道的功用 控制充型速度和方向控制充型速度和方向，分配金属分配金属，调节铸件各部位的温度和凝固顺序调节铸件各部位的温度和凝固顺序，浇注系统的金属液通过内浇道对铸件

19、浇注系统的金属液通过内浇道对铸件有一定补缩作用有一定补缩作用。设计内浇道时还应。设计内浇道时还应避免流入型腔时的喷射现象和飞溅，避免流入型腔时的喷射现象和飞溅，使使充型平稳充型平稳。浇口比的影响浇口比的影响直浇道、横浇道和内浇道截面积之比直浇道、横浇道和内浇道截面积之比（即（即S直直:S横横:S内）称为内）称为浇口比浇口比以内浇道为阻流时以内浇道为阻流时，金属液流入型腔时，金属液流入型腔时喷射严重喷射严重以直浇道下端或附近的横浇道为阻流时以直浇道下端或附近的横浇道为阻流时，充型较平稳，充型较平稳，S内内/S阻阻比值越大则越平稳比值越大则越平稳内浇道流量的不均匀性内浇道流量的不均匀性内内浇浇道流

20、量的不均匀性道流量的不均匀性同一横同一横浇浇道上道上有有多个等截面的内多个等截面的内浇浇道道时时，各内各内浇浇道的流量不等，道的流量不等，试验试验表明：表明：一般条件下，一般条件下，远远离直离直浇浇道的内道的内浇浇道流量大，且先道流量大，且先进进入金属。近直入金属。近直浇浇道的流量小，且后道的流量小，且后进进入金属。入金属。（浇浇注初期，注初期，进进入横入横浇浇道的金属液流向末端道的金属液流向末端时时失去失去动动能而使能而使压压力升高，金属液首先在末端充力升高，金属液首先在末端充满满并形成并形成末端末端压压力高而靠近直力高而靠近直浇浇道道压压力低的力低的态势态势，故而形成，故而形成这这种流量分

21、布；但当种流量分布；但当总压头总压头小而横小而横浇浇道很道很长时长时，沿，沿程阻力大，也会出程阻力大，也会出现现近直近直浇浇道道处压处压力高的情况，力高的情况，这这时时近近处处的内的内浇浇道流量大）道流量大）四、液态金属在内浇道中及进入型腔时的流动四、液态金属在内浇道中及进入型腔时的流动内内浇浇道的基本道的基本设计设计原原则则内内浇浇道在道在铸铸件上的位置和数目件上的位置和数目应应服从所服从所选选定的凝定的凝固固顺顺序序或或补缩补缩方法方法方向不要冲着方向不要冲着细细小砂芯、型壁、冷小砂芯、型壁、冷铁铁和芯撑，必和芯撑，必要要时时采用切采用切线线引入引入内内浇浇道道应应尽量薄，薄的内尽量薄，薄

22、的内浇浇道的好道的好处处是是降低内降低内浇浇道的吸道的吸动动区，有利于横区，有利于横浇浇道阻渣道阻渣降低初期降低初期进进入渣的可能性入渣的可能性减减轻轻清理工作量清理工作量内内浇浇道薄于道薄于铸铸件的壁厚，在去除件的壁厚，在去除浇浇道道时时不易不易损损害害铸铸件件对对薄壁薄壁铸铸件可用多内件可用多内浇浇道的道的浇浇注系注系统实现补缩统实现补缩，这时这时 内内浇浇道尺寸道尺寸应应符合冒口符合冒口颈颈的要求的要求。内内浇浇道道避避免免开开设设在在铸铸件件品品质质要要求求很很高高的的部部位位，以以防防止止金金相相组组织织粗粗大大。对对要要求求耐耐压压、防防渗渗漏漏的的管管类类件件，内内浇浇道道通通常

23、常开开在在法法兰兰处处，以以防防止止管管壁壁处处出出现现缩缩松松；如如能能使使内内浇浇道道开开设设在在品品质质要要求求较较低低的的加加工工表表面面上上，则有利于铸件的外观。则有利于铸件的外观。为为了了使使金金属属液液快快速速而而平平稳稳地地充充型型，有有利利于于排排气气和和除除渣渣，各各个个内内浇浇道道中中的的金金属属流流向向应应力力求求一一致致，防防止止金金属液在型内碰撞，流向混乱而出现过度紊流。属液在型内碰撞，流向混乱而出现过度紊流。尽量在分型面上开设内浇道，使造型方便。尽量在分型面上开设内浇道，使造型方便。对对收收缩缩大大易易形形成成裂裂纹纹的的合合金金铸铸件件，内内浇浇道道的的设设置置应应尽量不阻碍铸件的收缩。尽量不阻碍铸件的收缩。