灰鐵和球鐵的澆冒口系統(tǒng)

1、灰鐵和球鐵的澆冒口系統(tǒng)1澆注系統(tǒng)的一般敘述1.1液態(tài)金屬在砂型中的流動(dòng)特性鐵水的澆注溫度比結(jié)晶凝固溫度咼出200C。以上，鐵水在 1310C-1340 C。時(shí),22運(yùn)動(dòng)粘度Y鐵水二0.003 cm/s ,水在20C。時(shí)，Y水二0.020cm/s在正常澆注溫度下鐵水的運(yùn)動(dòng) 粘度，比室溫下水的運(yùn)動(dòng)粘度還要低，有理由認(rèn)為，能應(yīng)用流體力學(xué)的原理來研究鐵水的充型過 程。但與水、油等液體在玻璃、塑料、金屬管道里流動(dòng)，不盡相同，鐵水在砂型中流體運(yùn)動(dòng)的特 占八、1. 型砂有透氣性，鐵水在多孔的型腔內(nèi)運(yùn)動(dòng)，氣體的壓力可以迫使鐵水流股與型壁脫離接觸。在玻璃、塑料、金屬管道中液體呈充滿狀態(tài)，而鐵水在砂型中流動(dòng)時(shí)，邊

2、界條件為鐵水任何截 面的壓力（P）,必須大于或等于型壁的氣體壓力（Pa）即PMPa當(dāng)PPa鐵水呈充滿狀態(tài)流 動(dòng)。PwPa時(shí)，鐵水呈非充滿狀態(tài)流動(dòng)。這時(shí)氣體會(huì)卷入型腔，發(fā)生氧化反應(yīng)鐵水吸氣，這是不希 望看見的。2. 鐵水在澆注系統(tǒng)流動(dòng)過程中，造型材料受熱產(chǎn)生水氣、二惡英、3-4苯并花等有機(jī)揮發(fā) 物，型腔產(chǎn)生的大量氣體形成背壓，阻礙鐵水充型，造成侵入性氣孔。鐵水沖刷型壁、砂芯，沖刷 過程產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成夾雜物等鑄件缺陷。2. 沖型過程是不穩(wěn)定過程，鐵水充型及型腔氣體背壓，隨鐵水不斷注入發(fā)生變化。計(jì)算澆注系 統(tǒng)時(shí)，把變量視為為恒量，簡化計(jì)算工作量。1.2灰鐵、蠕鐵、球鐵停止流動(dòng)的機(jī)理灰鐵、蠕鐵、球

3、鐵，都是鐵碳合金，流動(dòng)性與合金化學(xué)成分 關(guān)系密切。從鐵碳平衡圖可以看岀，共晶成分鐵水流動(dòng)性最好。在相同溫度下，鐵水的流動(dòng)性，球 鐵蠕鐵灰鐵，因?yàn)镃F值是球鐵蠕鐵灰鐵。鐵水停止流動(dòng)的機(jī)理是溫度降低以后鐵水產(chǎn)生結(jié) 晶凝固。除共晶點(diǎn)外，鐵水的凝固都在一個(gè)較寬的溫度區(qū)間內(nèi)。另外殘余鎂量過高鐵水氧化膜增 多，降低流動(dòng)性。少量稀土能降低鐵水表面氧化膜結(jié)膜溫度，使流動(dòng)性提高。Mg. RE是強(qiáng)烈的 脫氧、脫硫、去氣的元素，凈化鐵水減少外來結(jié)晶核心，提高鐵水的過冷度。因此相同溫度下， 球鐵的流動(dòng)性優(yōu)于灰鐵。1.3鐵水流動(dòng)狀態(tài)的估計(jì)層流和紊流是粘性液體二種不同的流動(dòng)狀態(tài)。液體流動(dòng)狀態(tài)取決于雷諾 數(shù)。vd 4 vd

4、圓形管道:Re= 非圓形管道Re二YYRe2320是紊流；ReRe2320是混合狀態(tài)，多數(shù)為紊流。鐵水在澆注系 統(tǒng)中基本上呈紊流狀態(tài)。1.4澆注系統(tǒng)的功能美國魁北克鈦鐵公司著名專家卡塞教授提出:澆注系統(tǒng)三大功能2. 將鐵水引入型腔；2.擋渣撇渣；3.排出型腔內(nèi)氣體。美國賓夕法尼亞大學(xué)格林塞爾維亞教授提 出， 鐵水在澆注系統(tǒng)中紊流程度最低；以避免鐵水氧化、卷入氣體和熔渣、沖蝕鑄型和砂芯。 在金屬內(nèi)部建立向冒口方向順序凝固的溫度梯度； 澆注系統(tǒng)足夠大，滿足平穩(wěn)快速充型需求，同時(shí)考慮工藝出品率。二.華中科技大學(xué)李魁盛 教授綜合國內(nèi)外研究者的觀點(diǎn)，提出1 內(nèi)澆口的位置、個(gè)數(shù)應(yīng)符合鑄件凝固順序。選擇同時(shí)

5、凝固，應(yīng)保證鑄件各部溫度均勻。以 使內(nèi)應(yīng)力最??；選擇順序凝固，應(yīng)保證鑄件向冒口逐漸凝固，避免縮孔、縮松。2. 建立必要的壓力頭，平穩(wěn)快速充型，避免冷隔、澆不足；3. 澆注系統(tǒng)中紊流程度最低，避免卷入氣體、熔渣、鐵水吸氣、氧化。4. 應(yīng)使鐵水平緩進(jìn)入型腔，防止鐵水飛濺和沖蝕型壁、砂芯。5. 具有良好的擋渣能力，防止鑄件產(chǎn)生渣孔；6. 型內(nèi)金屬液面有足夠的上升速度，以免產(chǎn)生夾砂、皺皮、冷隔等缺陷。7. 不應(yīng)破壞冷鐵、芯撐的作用。3減少澆注系統(tǒng)金屬消耗，減少砂型體積，減少造型工作量；9.盡可能減少清理工作量，考慮模板制作方便。2. 鐵水充填澆注系統(tǒng)2.1外澆口、直澆口、直澆口與橫澆口的連接丄普通的漏

6、斗形澆口杯，只能起到承接澆包鐵水和便于澆注的作用。它的弊病是出現(xiàn)水平旋 渦。鐵水不可能丄00%對(duì)準(zhǔn)直澆口中心，某一流股偏離中心距離為，旋轉(zhuǎn)切線流速為V,按動(dòng)量矩 守衡原理，V二常數(shù)，據(jù)分析r越小，質(zhì)點(diǎn)離心加速(0J2-r=V2/r)越大，使得Jr與重力加速度 g的合成加速度J的方向接近水平，鐵水等壓面由水平過渡為垂直，在直澆口中心形成中空漏斗形 液面。這樣，熔渣和空氣被卷入澆注系統(tǒng)內(nèi)。針對(duì)本公司情況，解決辦法鐵水包澆注口距離澆口 杯越近，產(chǎn)生水平旋渦的危害越小。澆口杯底部放置過濾網(wǎng)，可有效阻止水平旋渦的產(chǎn)生，并能 防止氣泡和熔渣進(jìn)入直澆口內(nèi)。這里主要牽涉到流體力學(xué)方程與型砂通道的條件是否吻合的

7、問題。3. 直澆口與橫澆口的連接，直澆口下部的凹窩尺寸與作用，綜合卡塞和鑄造手冊(cè)的觀 點(diǎn)如下:凹窩比平面有減緩鐵水沖擊的作用；少紊流程度和吸氣傾向。凹窩尺寸: 直徑二1.5倍直澆口，直澆口和橫澆口的連接處，避免尖角。2.2橫澆口與內(nèi)澆口的擋渣作用原理對(duì)橫澆口有三大要求：承接和分送鐵水；擋渣和撇渣；降低紊流程度，防止二次氧 化。A能起擋渣作用B不能起擋渣作用上圖為橫澆口擋渣示意圖，A圖熔渣一面上浮，一面做水 平運(yùn)動(dòng)。渣團(tuán)到達(dá)內(nèi)澆口附近，處于內(nèi)澆口吸動(dòng)區(qū)之外，渣團(tuán)將到達(dá)橫澆口頂部，或進(jìn)入橫澆口末 端延長段頂部。不會(huì)從內(nèi)澆口進(jìn)入型腔。橫澆口擔(dān)當(dāng)起擋渣作用。E圖由于內(nèi)澆口吸動(dòng)區(qū)擴(kuò)展到橫 澆口頂部，渣團(tuán)

8、從內(nèi)澆口吸動(dòng)區(qū)進(jìn)入型腔，不能起擋渣作用。由于鐵水在橫澆口里的流動(dòng)，基本處于紊流，所以渣團(tuán)的懸浮運(yùn)動(dòng)十分復(fù)雜，但可以得出以下 結(jié)論：渣團(tuán)直徑越小，上浮速度越慢；只有大于臨界直徑的渣團(tuán)才有可能上浮。渣團(tuán)比重 越輕，越有利于熔渣上??；橫澆口中鐵水實(shí)際流動(dòng)速度低，橫澆口才可能擋住更小直徑的熔渣。 橫澆口不可能百分之百的阻擋所有鐵水中的熔渣。根據(jù)理論分析，橫澆口發(fā)揮良好擋渣作用的充要條件:為：橫澆口、內(nèi)澆口應(yīng)呈充滿狀態(tài)（內(nèi)澆口橫截面積如果大于橫澆口截面積，就不存在充滿狀態(tài)）。橫澆口呈充滿狀態(tài)是擋渣的 必要條件之一。2 .橫澆口里的鐵水流速必須盡可能的低。計(jì)算表明直徑1mm的渣團(tuán)上浮速度為0.37米/ 秒

9、，只有直徑較大的渣團(tuán)才有可能浮起并被捕獲。要求橫澆口斷面積很大，將消耗更多 的金屬，經(jīng)濟(jì)上不可行。3. 內(nèi)澆口、橫澆口、直澆口應(yīng)有正確的關(guān)系: 第一個(gè)內(nèi)澆口與直澆口應(yīng)有足夠的距離，以便渣團(tuán)在橫澆口內(nèi)移動(dòng)一定距離讓渣團(tuán)浮起， 越過內(nèi)澆口吸動(dòng)區(qū)。 橫澆口應(yīng)有足夠長的末端延長段，原因是鐵水流到末端時(shí)速度減慢產(chǎn)生背壓，會(huì)將渣團(tuán)向最末內(nèi)澆口方向推擠，通過吸動(dòng)區(qū)進(jìn)入型腔。 橫澆口與內(nèi)澆口的位置十分重要，對(duì)于封閉式澆注系統(tǒng)，內(nèi)澆口放置在 避免使用彎曲橫澆口，如果一定要用，則盡量加大曲率半徑。2.內(nèi)澆口設(shè)置要點(diǎn)對(duì)于同時(shí)凝固，內(nèi)澆口開設(shè)在薄壁處，數(shù)量相對(duì)多，減小各部溫度差。 對(duì)于順序凝固，內(nèi)澆口作為冒口通道，鑄

10、件向著冒口方向順序凝固。 內(nèi)澆口應(yīng)盡量薄，減少初期鐵水帶進(jìn)熔渣，容易清理打磨。避免內(nèi)澆口正對(duì)砂芯和型壁。 當(dāng)把澆注系統(tǒng)作為冒口使用時(shí)，應(yīng)先計(jì)算冒口頸尺寸，以此作為內(nèi)澆口尺寸按比例得出橫 澆口截面積。3. 封閉式澆注系統(tǒng)和開放式澆注系統(tǒng)3概念和定義封閉式澆注系統(tǒng)在正常澆注過程中（特意慢澆除外），所有斷面都能為鐵水充 滿的澆注系統(tǒng)。開放式澆注系統(tǒng):在正常澆注過程中，鐵水不能充滿某個(gè)單元或所有單元的澆注系統(tǒng)。3.2封閉式澆注系統(tǒng)必須滿足:F直F橫F內(nèi)美國卡塞教授推薦:F直F橫F內(nèi)二483華中科技大學(xué)李魁盛教授推薦：F直F橫F內(nèi)二2.5 : 2.5 :!資料推薦灰鐵、球鐵澆注系統(tǒng)比例EA直.ZA橫.Z

11、A內(nèi)應(yīng)用范圍灰鐵封閉式1.11 . 1.06 : 1濕型薄壁灰鐵小型鑄件球鐵封閉式1.60 : 1.30 : 1般球鐵件常采用的比例球鐵封閉式1.30 . 2.70 : 1 （4 : 83）濕型薄壁球鐵小型鑄件缺點(diǎn):橫澆口 大，工藝出品率低灰鐵半封閉式1.10 : 1.30 : 1灰鐵中小型鑄件球鐵開放式1.60 : 1.60 : 1厚壁球鐵件米用開放式澆注系統(tǒng)由于光陽高壓造型機(jī)和丄49造型機(jī)的直澆口尺寸基本固定，選擇余地很小，所以本公司的 鑄件與傳統(tǒng)做法不一樣，必須由直澆口推定橫澆口和內(nèi)澆口。而傳統(tǒng)做法是先計(jì)算阻流內(nèi)澆口 的截面積，根據(jù)比例計(jì)算岀橫澆口截面積和直澆口的截面積，外加尺寸圓整化。

12、3.3灰口鐵、球墨鑄鐵的澆注系統(tǒng)G灰口鑄鐵的內(nèi)澆口阻流截面計(jì)算公式:A內(nèi)二0.31|jV tHpG流經(jīng)內(nèi)澆口 A內(nèi)鐵水重量（kg） ; pi澆注系統(tǒng)的流量損耗因素；t充填型腔的時(shí)間（S）；Hp平均靜壓力頭高度（cm）；式中:t =S V Glt澆注時(shí)間（S）；Gl澆注重量（kg）,計(jì)算時(shí)按工藝出品率估算S系數(shù)，決定于鑄件厚度，可按下表查得。鑄件壁厚mm2.5-3.53.5-8.08.0-15系數(shù)S1.631.852.2球墨鑄鐵澆注系統(tǒng)的特點(diǎn)：丄能大量的輸送鐵水；2.比灰鐵有更好的擋渣能力。通常仍按 灰鑄鐵計(jì)算阻流內(nèi)澆口的公式。時(shí)間t的計(jì)算，按灰鐵計(jì)算t的公式求得t,然后將所得值減少1/3-1/

13、2作為球墨鑄鐵的澆 注時(shí)間，納入求內(nèi)澆口的最小截面積的公式，得到球墨鑄鐵內(nèi)澆口的最小截面積值。分母減少 1/3-1/2,內(nèi)澆口最小截面積增大1.5-2倍。光陽高壓造型機(jī)和149造型機(jī)以直澆口決定橫澆口、內(nèi)澆口尺寸直澆口截面積X過濾網(wǎng)阻擋工A直ZA橫XA內(nèi)光陽 cp40灰鐵濕型小件澆注系統(tǒng)比例1.111.06112.56cm2x70%=8.79cm2C 7C三c7 CCw60kg光陽 cp40球鐵濕型小件澆注系統(tǒng)比例1.601.30112.56cm2x70%=8.79cm2C 7C7.14cm2r sc w50kg光陽 cp35 ；灰鐵濕型小件澆注系統(tǒng)比例1.111.0619.6 cm 2x 7

14、0%二6.72 cm2c c匚只.2w50kg光陽 cp35 ；球鐵濕型小件澆注系統(tǒng)比例1.601.3019.6 cm 2x 70%=6.72 cm2U 70宀小2匚 71 Q24.2 cm2w50kg光陽030灰鐵濕型小件澆注系統(tǒng)比例1.111.0612221 fA /A1 f7.1cm26.78cm26.40cm2光陽030球鐵濕型小件澆注系統(tǒng)比例1.61.3122121 / A fA1 f7.1cm25.77cm24.44cm2149 ；045灰鐵濕型小件澆注系統(tǒng)比例1.111.06115.9cm2x70%=11.13cm211.1 cm22vc cc 亠 22r r100kg149 ；

15、045球鐵濕型小件澆注系統(tǒng)比例1.601.3012211.1 cm22A2w200kg針對(duì)本公司鑄件特點(diǎn)，鑄件一般都有較多內(nèi)澆口，為了向廢品要效益防止進(jìn)漿，澆注系統(tǒng)必須按 截面積比例，進(jìn)行分配設(shè)置。附錄:1常用球墨鑄鐵件澆注系統(tǒng)鑄件重量kg內(nèi)澆口橫澆口直澆口數(shù)目ZA 內(nèi) cm2A 內(nèi) cm2A 橫 cm2A直2 Cm5-1033.01.03.9 axbxc20x16x22304.9523.01.512.92.910-2044.01.05.85 axbxc25x19x26356.7334.51.523.841.9213.83.820-50551.06.24 axbxc26x21x27356.7324.82.414.84.850-10057.51.59.75 axbxc33x26x32