第二節(jié)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第二節(jié)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一（二）澆注系統(tǒng)的要求1.在規(guī)定時(shí)間內(nèi)充滿型腔，保證鑄件輪廓、棱角清晰。2.使金屬液流動(dòng)平穩(wěn)，避免嚴(yán)重紊流；防止卷入、吸收氣體和使金屬過度氧化。3.具有良好撇渣能力，防止夾渣和氣孔缺陷。4.保證型內(nèi)金屬液面有足夠的上升速度，以免形成夾砂結(jié)疤、皺皮、冷隔等缺陷。5.金屬液進(jìn)入型腔時(shí)線速度不可過高，避免飛濺、沖刷型壁或砂芯。6.澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化造型，減少清理工作量和液態(tài)金屬的消耗。第二頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一二、液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)基本組元中的流動(dòng)（一）液態(tài)金屬在鑄型中流動(dòng)過程的特點(diǎn)：1.粘性流體流動(dòng)，充型過程中，粘度不斷增大。2.多相流動(dòng)，含有雜質(zhì)、氣體及可能析出的晶體。3.不穩(wěn)定的流動(dòng)，其流速和流態(tài)不斷變化。4.紊流流動(dòng)。5.伴隨著復(fù)雜的熱作用、機(jī)械作用和化學(xué)作用。第三頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一（二）液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)基本組元中的流動(dòng)1.澆口杯1)作用③可能撇去部分熔渣、雜質(zhì)、阻止其進(jìn)入直澆道內(nèi)；提高金屬液靜壓力。①承接來自澆包的金屬液，防止飛濺和溢出，方便澆注；②減少金屬液對(duì)鑄型的直接沖擊；第四頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一2)分類澆口盆漏斗形澆口杯澆口杯

：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)約金屬，但撤渣效果差。常配合過濾網(wǎng)使用。

：效果較好，澆注速度適宜，澆口杯內(nèi)液體深度大，避免水平旋渦的產(chǎn)生，形成垂直旋渦，能較有利地分離渣滓和氣泡。第五頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一3)防止水平旋渦的方法①拔塞③鐵隔片②浮塞2.直澆道1)作用

：從澆口杯中將澆口杯中的金屬液引入橫澆道、內(nèi)澆道或直接進(jìn)入型腔。2)形狀錐形、柱形和倒錐形等。第六頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一3)液態(tài)金屬在直澆道中的流動(dòng)充滿式流態(tài)：不會(huì)吸收和帶走氣體

一般直澆道中液態(tài)金屬的流動(dòng)呈充滿式流態(tài)。非充滿式流態(tài)：會(huì)吸收和帶走氣體

僅在階梯式澆注系統(tǒng)中的分配直澆道和柱塞包澆注鋼件時(shí)用的直澆道中液態(tài)金屬的流動(dòng)呈非充滿式流態(tài)。第七頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一3.直澆道窩1)作用①緩沖作用，減輕金屬液對(duì)直澆道底部型砂沖刷；②縮短直橫澆道拐彎處的高度紊流區(qū)；③改善內(nèi)澆道的流量分布，有利于內(nèi)澆道流量分布的均勻化；④減少直-橫澆道拐彎處的局部阻力系數(shù)和水頭損失，有利于金屬液中氣泡的浮出。第八頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一4.橫澆道1)作用①分配流量，使金屬液流足量、平穩(wěn)地流入內(nèi)澆道；②阻渣作用，將最初澆入的含氣和渣滓的低溫金屬液儲(chǔ)存起來。第九頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一2)阻渣原理內(nèi)澆道吸動(dòng)區(qū)較橫澆道尺寸小得多，渣團(tuán)不會(huì)進(jìn)入型腔，設(shè)計(jì)良好。內(nèi)澆道吸動(dòng)區(qū)較橫澆道尺寸大，渣團(tuán)全部進(jìn)入型腔，設(shè)計(jì)不好第十頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一3)強(qiáng)化橫澆道阻渣的措施①設(shè)置篩網(wǎng)芯的澆注系統(tǒng)。③設(shè)置集渣包的澆注系統(tǒng)。②設(shè)置過濾網(wǎng)。橫澆道直澆道篩網(wǎng)芯第十一頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一④設(shè)計(jì)合理的橫澆道/內(nèi)澆道形式，降低流速，強(qiáng)化排渣。4)常見橫澆道的斷面形狀5.內(nèi)澆道1)作用

控制金屬液充填鑄型的速度和方向，調(diào)節(jié)鑄型各部分的溫度和鑄件的凝固順序，起補(bǔ)縮作用第十二頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一2)液態(tài)金屬的運(yùn)動(dòng)

同一橫澆道上有多個(gè)等截面的內(nèi)澆道時(shí)，各澆道的流量不等。一般條件下，遠(yuǎn)離直澆道的內(nèi)澆道的流量最大，而先進(jìn)入金屬液；近直澆道的流量小，且后進(jìn)入金屬液。3)設(shè)計(jì)要點(diǎn)①流量分布均勻：縮小遠(yuǎn)離直澆道的內(nèi)澆道的截面積，或使橫澆道截面積依比值逐步縮小。②金屬充填型腔時(shí)平穩(wěn)、無(wú)噴射和飛濺現(xiàn)象。第十三頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一4)內(nèi)澆道與鑄件型腔連接位置的選擇原則①澆道中的金屬液能暢通無(wú)阻地進(jìn)人型腔，不正面沖擊鑄型壁、砂芯或型腔中薄弱的突出部分。②內(nèi)澆道不應(yīng)妨礙鑄件收縮。③內(nèi)澆道盡量不開設(shè)在鑄件的重要部位。第十四頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一⑤當(dāng)合金收縮較大，且壁厚有一定差別時(shí)，宜將內(nèi)澆道從鑄件厚壁處引入；而對(duì)壁薄而輪廓尺寸又較大的鑄件，宜從鑄件薄壁處引入。④內(nèi)澆道開在易清理和打磨的地方。5)內(nèi)澆道斷面形狀扁平梯形三角形月牙形高梯形圓形第十五頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一三、澆注系統(tǒng)的種類（一）按澆注系統(tǒng)各基本組元截面積的比例分類直澆道截面積：S直橫澆道截面積：S橫內(nèi)澆道截面積：S內(nèi)阻流部分截面積：S阻1.封閉式澆注系統(tǒng)2.開放式澆注系統(tǒng)第十六頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一封閉式澆注系統(tǒng)各組元中截面積最小的是內(nèi)澆道，內(nèi)澆道為阻流截面，S直>S橫>S內(nèi)或部分?jǐn)U張式S直<S橫>S內(nèi)（S內(nèi)/S阻<1.5~2.5）1)特點(diǎn)2)應(yīng)用

應(yīng)用于不易氧化的各種鑄鐵件，不適用于易氧化的非鐵合金鑄件和用柱塞包澆注的鋼件。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。進(jìn)入型腔的金屬液流速高，易產(chǎn)生噴濺和沖砂使金屬氧化。第十七頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一開放式澆注系統(tǒng)系統(tǒng)阻流截面在直澆道的下部或橫澆道上，即：S直<S橫<S內(nèi)1)特點(diǎn)2)應(yīng)用

應(yīng)用于易氧化的非鐵合金鑄件、球墨鑄鐵件和用柱塞包澆注的中大型鋼件。阻渣效果差，內(nèi)澆道較大，金屬消耗略多。進(jìn)入型腔的金屬液流速小，充型平穩(wěn)，沖刷力小，金屬氧化少。第十八頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一（二）按澆注系統(tǒng)在鑄件澆注時(shí)的位置分類第十九頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一1.頂注式澆注系統(tǒng)以澆注位置為基準(zhǔn)，內(nèi)澆道設(shè)在鑄件的頂部。1)特點(diǎn)金屬液自型腔頂部注入，鑄件上部的溫度高于下部的溫度，有利于實(shí)現(xiàn)自下而上的順序凝固和冒口補(bǔ)縮，冒口尺寸較小，節(jié)約金屬。第二十頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一壓邊式楔形式搭邊式2)應(yīng)用特別適合薄壁的中小件。金屬液自由下落，沖擊力大，充型不平穩(wěn)，易發(fā)生飛濺、氧化和卷入空氣等現(xiàn)象，鑄件中容易出現(xiàn)砂眼、氣孔和夾渣等缺陷。第二十一頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.底注式澆注系統(tǒng)以澆注位置為基準(zhǔn)，內(nèi)澆道設(shè)在鑄件的底部。1)特點(diǎn)金屬液從下部開始充填，充型平穩(wěn)，可避免金屬液發(fā)生噴濺、氧化及由此而形成的鑄件缺陷，利于氣體排出和橫澆道阻渣。金屬的溫度分布不利于順序凝固和冒口補(bǔ)縮，充型過程中溫度損失大，難以保證高大薄壁鑄件充滿，易形成澆不到、冷隔等缺陷，金屬消耗較大。第二十二頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一基本形式底淋雨式正牛角式反牛角式2)應(yīng)用多用于易氧化的合金。第二十三頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一3.中間注入式澆注系統(tǒng)以澆注位置為基準(zhǔn)，內(nèi)澆道設(shè)在在鑄件的某一中間高度上。1)特點(diǎn)兼有底注式和頂注式澆注系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。2)應(yīng)用適用于高度不大的中等壁厚的鑄件。第二十四頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一集渣包式緩流式垂直阻流式基本形式水平阻流式逆齒式順齒式第二十五頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一造型復(fù)雜，要求多個(gè)分型面；需要合理的設(shè)計(jì)和計(jì)算，否則易出現(xiàn)”亂澆”現(xiàn)象。4.階梯式澆注系統(tǒng)具有多層內(nèi)澆道。1)特點(diǎn)金屬液從下到上逐層按順序充填型腔，充型平穩(wěn)，型腔內(nèi)氣體排出順利；上部金屬液溫度高于下部，有利于順序凝固和冒口補(bǔ)縮；充型能力強(qiáng)，易避免縮孔、縮松、澆不到等缺陷。第二十六頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一2)應(yīng)用

適用于高度較高的中大型鑄件或型腔較復(fù)雜、收縮量較大或品質(zhì)要求較高的鑄件，優(yōu)先用于具有垂直分型面的中大件。3)常見形式多直澆道塞球法控制組元比例控制帶緩沖直澆道帶反直澆道第二十七頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一5.縫隙式澆注系統(tǒng)金屬液由下到上沿整個(gè)鑄件高度開設(shè)的垂直縫隙狀內(nèi)澆道平穩(wěn)地進(jìn)入型腔。1)特點(diǎn)充型平穩(wěn)，有利于阻渣及鑄件由下而上順序凝固和上部冒口補(bǔ)縮。金屬消耗多，澆道切割麻煩。2)應(yīng)用

輕合金鑄件，尤其適合縮松傾向大的鎂合金鑄件，一般不用于鑄鐵和鑄鋼件。第二十八頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一四、澆注系統(tǒng)的計(jì)算（一）澆注系統(tǒng)的計(jì)算步驟（二）按流體力學(xué)公式計(jì)算澆注系統(tǒng)（三）按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算非鐵合金的阻流截面積（四）縫隙式澆注系統(tǒng)的尺寸計(jì)算第二十九頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一確定澆注系統(tǒng)各基本組元的尺寸結(jié)構(gòu)開始確定澆注系統(tǒng)類型確定澆注系統(tǒng)引入位置計(jì)算澆注系統(tǒng)阻流面積選擇澆道比計(jì)算各組元的截面尺寸澆注試驗(yàn)澆注第三十頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一（二）按流體力學(xué)公式計(jì)算澆注系統(tǒng)適用于轉(zhuǎn)包澆注的封閉式澆注系統(tǒng)。1.確定阻流截面

對(duì)于封閉澆注系統(tǒng)，最小截面在內(nèi)澆道，對(duì)于半封閉式或開放式澆注系統(tǒng)，最小截面則是內(nèi)澆道前的某個(gè)截面。內(nèi)澆道以上的金屬液靜壓頭而總的阻力損耗金屬液由內(nèi)澆道流出的速度第三十一頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一充填下半型的金屬液重量為：令：，稱為流量系數(shù)第三十二頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一繼續(xù)充填內(nèi)澆道出口處以上的型腔部分時(shí)：設(shè)：內(nèi)澆道出口處以上的型腔內(nèi)金屬液的平均靜壓頭對(duì)于作用在內(nèi)澆道中金屬液上的實(shí)際壓頭的平均值H均：其中：第三十三頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一將兩式合并，得計(jì)算澆注系統(tǒng)中最小截面積公式：2.確定澆注系統(tǒng)各組元的截面比材料S直:S橫:S內(nèi)材料S直:S橫:S內(nèi)灰鑄鐵1:4:41.1:1.3:11:0.75:0.5銅合金1:2:21:4:41:1:11:1:3（黃銅）球墨鑄鐵1:0.9:0.8（殼型）1:2:2（殼型，立澆）1.2:1:2鋁合金1:6:61:2:4（0.6~0.7

）:1:0.75鑄鋼1:2:1.51:3:31:1:0.71:2:2鎂合金1:2:21:4:4第三十四頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一（三）按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算非鐵合金的阻流截面積材質(zhì)系數(shù)0.250.260.280.290.310.32黃銅、鋁青銅、紫銅青銅硅銅系、硅鎂系硅鋁系、硅鋅系鎂合金銅合金鋁合金鋅合金常見有色金屬材質(zhì)系數(shù)W第三十五頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一（四）縫隙式澆注系統(tǒng)的尺寸計(jì)算1.立縫數(shù)量和位置的確定立縫的作用：有利于鑄件的順序凝固和補(bǔ)縮，避免產(chǎn)生縮松、裂紋和氧化等缺陷。鑄件的外廓周長(zhǎng)當(dāng)質(zhì)量要求高時(shí)：第三十六頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.立縫和立筒尺寸的確定1)立縫立縫立筒立縫=（80%~150%）鑄件立縫=（200%~300%）鑄件對(duì)航空鎂鑄件：錐度=2°~3°寬度b=15~35mm2)立筒直徑d=（4~6）立縫高度h立縫=H型腔高度h立筒=h立縫=H型腔b第三十七頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一3.其它個(gè)組元的設(shè)計(jì)直澆道、橫澆道與底注式澆注系統(tǒng)相同。內(nèi)澆道應(yīng)位于立筒的底部，立筒底部應(yīng)比鑄件的高度低20~30mm。適當(dāng)配以冷鐵和冒口。第三十八頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期一五、各種合金鑄件澆注系統(tǒng)的特點(diǎn)（四）銅合金鑄件