鑄造澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、第七章 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì),本章主要講授澆注系統(tǒng)類型的選擇，澆注最小截面尺寸的計(jì)算，其它鑄造合金澆注系統(tǒng)的特點(diǎn)。要求掌握澆注系統(tǒng)的選擇原則。 重點(diǎn)為澆注系統(tǒng)的選擇原則和確定澆注位置，難點(diǎn)為澆注系統(tǒng)選擇原則的靈活應(yīng)用。,概 述,澆注系統(tǒng)：鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道之總稱,組成：澆口杯、直澆道、直澆道窩、橫澆道、內(nèi)澆道,正確設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)使液態(tài)合金平穩(wěn)合理的充滿型腔，對(duì)鑄件品質(zhì)影響很大，鑄件廢品中的30%是因澆注系統(tǒng)不當(dāng)引起。,澆注系統(tǒng)的組成,澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則,使液態(tài)合金平穩(wěn)充滿鑄型，不沖擊型壁和型芯，不產(chǎn)生渦流和噴濺，不卷入氣體，并利于型腔內(nèi)的空氣和其他氣體排出型外，防止金屬液過度氧化及產(chǎn)生砂眼、冷豆

2、、氣孔。,阻擋夾雜物進(jìn)入型腔，以免在鑄件上形成渣孔。,調(diào)節(jié)鑄型及鑄件各部分溫差，控制鑄件的凝固順序，不阻礙鑄件的收縮，減少鑄件的變形和開裂傾向。,合金液流不應(yīng)沖刷冷鐵和芯撐。防止冷鐵的激冷效果降低及表面熔化，避免芯撐過早軟化和熔化，造成鑄件壁厚變化,澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則,澆注系統(tǒng)盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，占砂箱面積小，體積小，有利于減少冒口體積，節(jié)約合金和型砂，提高砂箱利用率，方便造型、清理和澆注系統(tǒng)模樣的制造,使液態(tài)合金以最短的距離，最合適的時(shí)間充滿型腔，有足夠的壓力頭，并保證金屬液面在型腔內(nèi)有必要的上升速度等，以確保鑄件的質(zhì)量；,起一定的補(bǔ)縮作用，在內(nèi)澆道凝固前補(bǔ)給部分液態(tài)收縮,澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容與

3、步驟,選擇澆注系統(tǒng)的類型和結(jié)構(gòu)； 合理地在鑄型中布置澆注系統(tǒng)及確定內(nèi)澆道的引入位置和個(gè)數(shù)； 計(jì)算澆注時(shí)間和澆注系統(tǒng)中的最小斷面積，確定直澆道的高度（如有澆口杯則從杯中液面高度算起） 按經(jīng)驗(yàn)比例數(shù)據(jù)決定其他組元的斷面積； 大批量生產(chǎn)時(shí)需經(jīng)過生產(chǎn)階段的反復(fù)，如有不足之處，應(yīng)調(diào)整以上各項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容，甚至修改工藝方案，直到合理并保證質(zhì)量為止。,第一節(jié) 液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)的流動(dòng),型壁的多孔性、透氣性和合金液的不相潤(rùn)濕性，給合金液的運(yùn)動(dòng)以特殊邊界條件,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；合金液沖刷型壁，粘度增大，體積收縮，吸收氣體、使金屬氧化等；,澆注過程是不穩(wěn)定流動(dòng)過程 在

4、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 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(duì)穩(wěn)定,一、砂型流動(dòng)的水力學(xué)特點(diǎn),合金液在澆注系統(tǒng)中一般呈湍流狀態(tài),多相流動(dòng) 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)合金液屬于多相流動(dòng),一、砂型流動(dòng)的水力學(xué)特點(diǎn),澆口杯作用： 用來承受來自澆包的金屬液流并引入直澆道，防止過澆而溢出； 避免流股直沖直澆道，減少液流對(duì)鑄型的沖擊 有一定的擋渣作用； 當(dāng)砂箱高度低、壓頭不夠時(shí)，又可用以增加金屬液的靜壓頭。,二、澆口杯中的流動(dòng),澆口杯分類：漏斗形澆口杯、池盆形澆口杯,

5、二、澆口杯中的流動(dòng),漏斗形澆口杯 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，容積小，消耗金屬液少；只能用來接納和緩沖澆注的金屬流股，擋渣能力??； 應(yīng)用：主要用在小型鑄鐵件及鑄鋼件，廣泛用于機(jī)器造 型。 結(jié)構(gòu)：漏斗口的直徑應(yīng)該比直澆道大一倍以上?？捎脦V網(wǎng)的漏斗形澆口杯。,池盆形澆口杯 特點(diǎn)：擋渣作用明顯，但是制作程序復(fù)雜，消耗的金屬較多 應(yīng)用：主要用于中大型鑄鐵件。 結(jié)構(gòu)：澆口盆 的深度應(yīng)該大 于直澆道上端 直徑的5倍。,澆口杯中應(yīng)避免出現(xiàn)水平渦流,液態(tài)金屬在平底的澆口杯中流動(dòng) 時(shí)易出現(xiàn)水平渦流。 流量分布不均勻造成流速方向偏 斜。水平分速度對(duì)直澆道中心線 偏斜，形成水平渦流運(yùn)動(dòng)。在渦 流中心區(qū)形成一個(gè)漏斗形

6、充滿空 氣的等壓自由液面的空穴。容易 將空氣和渣子帶入直澆道。,原因：水平各向流量不均衡造成流速方向的偏斜。,若忽略金屬粘度的影響，視液態(tài)金屬為理想流體，澆口杯內(nèi)液態(tài)金屬應(yīng)滿足動(dòng)量矩守衡： mvr=常量 式中：m 距離直澆道中心為r處的質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量 v m點(diǎn)的切線速度 r m點(diǎn)距離直澆道中心的距離。 漏斗形等壓自由液面的形成：一旦出現(xiàn)水平旋渦，越靠近中心，m質(zhì)點(diǎn)的離心加速度越高，重力加速度和離心加速度的合成加速度越接近于水平，根據(jù)流體力學(xué)原理，等壓面垂直于總加速度方向。等壓面逐步由水平過度到垂直，形成中空的大氣壓力表面。 對(duì)鑄件質(zhì)量的影響：卷氣、渣沿等壓面進(jìn)入型腔。,影響水平旋渦的因素 澆口杯中

7、金屬流股的水平分速度越大，越容易形成水平旋渦。而水平分速度的大小又與以下因素有關(guān)： a 澆口杯內(nèi)液面的深度：液面深度超過直澆道上端直徑的5倍時(shí)可基本消除水平旋渦。 b 澆注高度：澆包嘴離澆口杯越高，越容易產(chǎn)生水平旋渦。,c 澆注方向：逆向澆注較順向澆注為佳?？v向逆澆不易形成水平渦流，而縱向順澆易將夾渣帶入型腔；帶底坎時(shí)，側(cè)向澆注時(shí)金屬液可能繞過底坎從另一側(cè)進(jìn)入直澆道形成水平渦流。,圖 底坎和澆注方向?qū)σ毫髁飨虻挠绊?a) 縱向逆澆 b)縱向順澆 c)側(cè)向澆注,縱向順澆方便澆注工作，不易產(chǎn)生垂直渦流，輕質(zhì)點(diǎn)夾雜物進(jìn)入直澆道的可能性大； 縱向逆澆易形成垂直渦流，有助于夾雜物上浮。 側(cè)向澆注形成垂直

8、渦流的可能介于上述兩者之間，液流從一側(cè)流向直澆道，易形成水平渦流。,圖 底坎和澆注方向?qū)σ毫髁飨虻挠绊?a) 縱向逆澆 b)縱向順澆 c)側(cè)向澆注,生產(chǎn)中減輕水平旋渦的措施 a 用大深度澆口杯 b 澆口杯底部安放篩網(wǎng)等,c 在澆口杯底部設(shè)置堤壩，形成垂直旋渦。,垂直旋渦的擋渣作用： 金屬液沿斜壁流下，由于流速的減低和流向的改變，形成垂直方向的旋流。,在池形澆口杯中增設(shè)隔板和在澆口杯出口處又有底坎，就能把澆包落入澆口杯中流股的紊亂攪拌作用限制在澆注區(qū)范圍內(nèi)，且能急劇改變流股方向，形成使輕質(zhì)點(diǎn)雜質(zhì)上浮的流向。,a)合理 b)不合理,d 用拔塞等方法，使?jié)部诒瓋?nèi)液面達(dá)到一定深度時(shí)再向直澆道注入,即使

9、帶隔板和底坎（或凹坑）的澆口杯，也不能完全阻擋澆注開始時(shí)液流帶入的氣體和夾雜物，故澆注重要鑄件時(shí)，常在澆注前用各種方法將直澆道堵住，等澆口杯充滿后再打開，并一直保持澆口杯的液面高度。,澆口杯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1)澆口杯中金屬液面的高度：h5d直上，而且澆口杯與直澆道要采用圓角連接, r0.25d直上； 2)采用縱向逆澆，設(shè)置底坎、擋板和閘門等； 3)采用特殊結(jié)構(gòu)的澆口杯：拔塞式、浮塞式、鐵隔片式、閘門式等； 4）澆口杯與直澆道相連的邊緣做成凸起狀。,直澆道的功用： 引導(dǎo)金屬液進(jìn)入橫澆道、內(nèi)繞道或直接導(dǎo)入型腔； 提供足夠的壓力頭，使金屬液克服各種流動(dòng)阻力，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)充滿型腔。,三、直澆道中的流動(dòng),直

10、澆道形狀： 常做成上大下小的錐形、等斷面的柱形和上小下大的倒錐形。,（1）液態(tài)金屬在直澆道中的流動(dòng)特點(diǎn),直澆道一般不能擋渣，而且金屬液通過時(shí)容易帶入氣體。當(dāng)氣體被卷入型腔時(shí)而又不能順利逸出時(shí)就會(huì)在鑄件中形成氣孔。,1）水模擬實(shí)驗(yàn)真空吸氣理論 實(shí)驗(yàn)條件：采用有機(jī)玻璃模型，制作澆口杯和直澆道兩組元澆注系統(tǒng)，采用水模擬的方法，采用尖角、圓角連接形式，采用等斷面和變截面的直澆道結(jié)構(gòu)。,直澆道入口處的形狀影響液流分布：尖角連接時(shí)直澆道內(nèi)呈不充滿流動(dòng)；圓角連接時(shí)則為充滿狀態(tài)。,直澆道形狀影響液流的內(nèi)部壓力：尖角連接時(shí)不充滿，而且流股呈漸縮形，直澆道上口有真空區(qū)存在。,有錐度的直澆道呈 充滿狀態(tài)，且呈正壓流

11、動(dòng)，從直澆道上的小孔流水；而等斷面的直澆道雖然也呈充滿狀態(tài)，但是卻呈負(fù)壓流動(dòng)，吸入氣體；,（1）液態(tài)金屬在直澆道中的流動(dòng)特點(diǎn),直澆道的流動(dòng)特點(diǎn) （1）兩種流態(tài)：充滿和不充滿。非充滿狀態(tài)易帶氣，但在底注包澆注時(shí)或用階梯澆注系統(tǒng)時(shí)采用。 （2）非充滿直澆道中金屬液以重力加速度做等加速運(yùn)動(dòng)，流股必定向內(nèi)收縮；流股內(nèi)部與砂型表層氣體之間無壓力差，氣體不可能被吸入，而是被金屬表面吸收和帶走。 （3）直澆道入口形狀影響金屬流態(tài)。入口尖角時(shí)，增加流動(dòng)阻力和斷面收縮率，常導(dǎo)致非充滿式流動(dòng)。要使直澆道呈充滿流態(tài)，要求入口處圓角半徑rd/4。 （4）水利學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)與砂型中實(shí)際流動(dòng)狀況有差異。 （5）砂型中直澆道充

12、滿的理論條件。,26,2）真空吸氣理論 假設(shè)條件： 澆注系統(tǒng)是由不透氣材料制成； 流體呈穩(wěn)定流動(dòng)，且為不可壓縮流體； 直澆道為等斷面結(jié)構(gòu)。 如圖所示，選擇直澆道的 出口2-2為分析的基準(zhǔn)面，則 伯努利方程可寫為： 其中，z2=0，p2=pa，整理得：,由于是穩(wěn)定流動(dòng)，根據(jù)連續(xù)流動(dòng)定律，有： f1v1=f2v2， f1=f2，v1=v2 則 因?yàn)閦1遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于h1-2，所以，（p2-p1）/0，p2 p1 ，p2 =pa，pa p1 。 因此，真空吸氣理論的分析可以得出結(jié)論：在直澆道中有真空度存在，流體經(jīng)過澆注系統(tǒng)時(shí)要吸入氣體。,1）、入口處的連接 (與澆口杯連接處) 采用圓角，一般要求入口處圓角

13、半徑rd4(d為直澆道上口直徑)。 這樣可以減少氣體的卷入和避免尖角型砂被沖掉引起沖砂缺陷。,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)：,直澆道的形狀上大下小的錐形即設(shè)計(jì)錐度,2）直澆道的形狀,則：v2v1, 可使p2p1， 流體呈正壓流動(dòng)；,上大下小的錐形，有利于在直澆道中呈正壓流動(dòng)，能防止吸氣或非充滿狀態(tài)而帶氣。,3、蛇形直澆道則使h1-2, 增大，保證p2p1。蛇形直澆道時(shí)利用增加水力損失改變直澆道壓力分布的一例，多用于有色金屬鑄件和直澆道直接接于型腔時(shí)。,4、直澆道盡量設(shè)在橫、內(nèi)澆道的對(duì)稱中心處，以使金屬液流程最短，流量分布均勻。,4）、設(shè)直澆道窩,金屬液對(duì)直

14、澆道底部有強(qiáng)烈的沖擊作用，并產(chǎn)生渦流和高度紊流區(qū)，常引起沖砂、渣孔和大量氧化夾雜物等鑄造缺陷。設(shè)直澆道窩（凹井） 可改善金屬液的流動(dòng)狀況。,直澆道窩的作用,緩沖作用：液流下落的動(dòng)能有相當(dāng)大一部分被窩內(nèi)液體吸收而轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，再由壓力能轉(zhuǎn)化為水平速度流向橫澆道，減輕了對(duì)直澆道底部鑄型的沖刷。,直澆道窩的作用,改善內(nèi)澆道的流量分布：例如在s直：s橫： 2s內(nèi)= 1 ： 2.5 ： 5的實(shí)驗(yàn)條件下，無直澆道窩時(shí)，兩相等截面的內(nèi)澆道的流量分配為：31.5%（近直澆道者）和68.5%（遠(yuǎn)者）；有直澆道窩時(shí)的流量分配為： 40.5%（近直澆道者）和59.5%（遠(yuǎn)者）。,直澆道窩的作用,減小直-橫澆道拐彎處

15、的局部阻力系數(shù)和水力壓頭損失。,縮短直-橫澆道拐彎處的湍流區(qū)。,浮出金屬液中的氣泡：最初注入型內(nèi)的最初金屬液中，常帶有一定量的氣體，在直澆道窩內(nèi)可以浮出去。,直澆道窩的作用,直澆道窩的直徑應(yīng)為直澆道下端直徑的1.4-2倍，高度為橫澆道直徑的2倍，直澆道與橫澆道的連接也應(yīng)做成圓角。,直澆道窩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),直澆道窩常做成半球形、圓錐臺(tái)等形狀。,濕型砂強(qiáng)度低，必要時(shí)可在直澆道底放一干芯片（或耐火磚片）以承受金屬液的沖擊。,四、橫澆道中的流動(dòng),1、橫澆道的作用 連接直澆道與內(nèi)澆道 平穩(wěn)而均勻的向內(nèi)澆道分配潔凈金屬 儲(chǔ)留最初澆入的含氣和渣污的低溫金屬液并檔渣 使金屬液流平穩(wěn)和減少產(chǎn)生氧化夾渣物。,主要作用是

16、捕集、保留由澆道流入的夾雜物，所以又稱“捕渣器”，是澆注系統(tǒng)最后一道擋渣關(guān)口。 要求橫澆道平穩(wěn)、緩慢地輸送金屬液，而低速流動(dòng)又可減少充填時(shí)對(duì)型腔時(shí)的沖擊，利于渣粒在橫澆道中上浮并滯留在其頂部而不進(jìn)入型腔。,橫澆道：將金屬液從直澆道導(dǎo)入內(nèi)澆道的水平孔道,1、橫澆道中的液流分配,金屬液從直澆道進(jìn)入橫澆道初期，以較大速度沿長(zhǎng)度方向向前運(yùn)動(dòng)，等到達(dá)橫澆道末端沖擊該處型壁后，金屬液的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?shì)能，橫澆道末端附近液面升高，形成金屬浪，并開始返回移動(dòng)，使橫澆道內(nèi)液面向直澆道方面逐漸升高，直到全部充滿。,2.橫澆道的擋渣作用 1）夾渣的上浮速度 式中：r-渣粒半徑，cm；-金屬液粘度，0.024dyne.s

17、/cm2； 液，渣-金屬液和夾渣的密度，g/cm3。,臨界懸浮速度：當(dāng)流體的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，可使比流體密度輕的物質(zhì)懸浮在流體中而不能上??； 臨界沉混速度：當(dāng)流體的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，可使比流體密度重的物質(zhì)隨流體運(yùn)動(dòng)； 垂直分速度：阻礙夾雜物上浮的速度，與上浮速度方向相反。 一般認(rèn)為：v垂=0.2v水,渣團(tuán)上浮阻力： f=csv2/2 式中：f- 渣團(tuán)上浮阻力 -液態(tài)金屬的密度 s -渣團(tuán)的水平投影面積 v- 渣團(tuán)上浮速度 c -渣團(tuán)上浮阻力系數(shù)，與液體雷諾數(shù)有關(guān)，見表,43,渣團(tuán)臨界上浮速度：阻力f=浮力時(shí)的速度。 式中 r- 渣團(tuán)半徑 - 金屬液密度 渣 -渣團(tuán)密度 g -重力加速度

18、 v0 -渣團(tuán)臨近上浮速度，又稱懸浮速度。,金屬液的懸浮速度：當(dāng)金屬液流速（與上浮速度反向）等于渣團(tuán)的臨近上浮速度時(shí)的速度 總結(jié)：a 渣團(tuán)半徑小，對(duì)應(yīng)懸浮速度也越小。 b 對(duì)應(yīng)一定橫澆道的流速有一可能上浮的臨近渣團(tuán)半徑，只有大于臨近半徑的渣團(tuán)才能上浮。 c 渣團(tuán)密度相對(duì)于金屬液密度越小，越有利于上浮。 d 橫澆道內(nèi)金屬的流速越低，可能阻流的渣團(tuán)也越小。,3）吸動(dòng)作用區(qū) 吸動(dòng)作用：橫澆道內(nèi)向前流動(dòng)的金屬液，在內(nèi)澆道附近除了有繼續(xù)向前的運(yùn)動(dòng)速度外，還有一個(gè)向內(nèi)澆道流動(dòng)的速度，于是內(nèi)澆道會(huì)將橫澆道中的金屬液“吸”進(jìn)去，即“吸動(dòng)作用” 吸動(dòng)作用區(qū): 吸動(dòng)作用的范圍 吸動(dòng)作用區(qū)的危害： 如果橫澆道高度設(shè)

19、計(jì)不合理將導(dǎo)致吸動(dòng)作用區(qū)覆蓋整個(gè)橫澆道的高度，使上浮至橫澆道頂部的夾渣被吸入型腔而形成夾渣。,一般要求： h橫/h內(nèi)5-6 通常：橫澆道做成高而窄， h橫/w橫=2：1 內(nèi)澆道做成寬而薄， w內(nèi)/h內(nèi)=4 : 1,吸動(dòng)區(qū)范圍大小與內(nèi)澆道中的液流速度成正比例，還隨內(nèi)澆道斷面的增大及內(nèi)澆道、橫澆道高度比值得增大而增大。,生產(chǎn)中常將橫澆道做成高梯形，內(nèi)澆道制成扁平梯形，內(nèi)澆道置于橫澆道之下，使橫澆道高度為內(nèi)澆道高度的56倍。,內(nèi)澆道的吸動(dòng)作用,為了使從直澆道急轉(zhuǎn)彎進(jìn)入橫澆道的金屬液的流動(dòng)比較平穩(wěn)，以及使渣來得及浮到橫澆道頂部，直澆道中心到第一個(gè)內(nèi)澆道的距離為l5h橫，澆道末端要加長(zhǎng)一段距離，以減少最

20、后一個(gè)內(nèi)澆道的吸動(dòng)作用，甚至加上冒渣口，使聚集在加長(zhǎng)段中的夾雜物不再隨液流返回到橫澆道的工作段中去。,橫澆道設(shè)計(jì)橫澆道長(zhǎng)度設(shè)計(jì),進(jìn)入澆注系統(tǒng)的第一股鐵水往往含有較多的夾渣，為防止夾渣返回型腔，橫澆道末端應(yīng)加長(zhǎng)并采用特殊的結(jié)構(gòu).,橫澆道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)橫澆道末端設(shè)計(jì),有正確的橫澆道末端延長(zhǎng)段，用來容納最初澆注的低溫、含氣及渣污的金屬液，防止其進(jìn)入型腔；吸收液流動(dòng)能，使金屬流入型腔平穩(wěn)。末端呈坡形可防止金屬液流到末端時(shí)出現(xiàn)折返現(xiàn)象。為防止聚集在末端的渣滓回游，應(yīng)在末端設(shè)置集渣包。,橫澆道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)橫澆道斷面形狀,橫澆道的斷面形狀有梯形，圓形和圓頂梯形三種。 梯形和圓頂形撇渣效果好，主要用于澆注灰鑄鐵和有色金

21、屬合金鑄件 圓形斷面的橫澆道散熱最少，但撇渣效果差，用于澆注鑄鋼件。,1、橫澆道應(yīng)成充滿流態(tài)，即滿足充滿的條件 應(yīng)注意，內(nèi)澆道截面積比橫澆道或直澆道大，橫澆道不一定呈非充滿流態(tài)。因?yàn)闄M澆道至型腔的一段有流動(dòng)阻力，內(nèi)澆道相對(duì)橫澆道的位置對(duì)橫澆道的充滿條件也有影響。此外，一旦內(nèi)澆道被型腔內(nèi)的金屬液所淹沒，橫澆道就被充滿。 2、流速應(yīng)盡可能低 要在橫澆道內(nèi)捕獲很小的渣團(tuán)，需要很低的流速，很大的橫澆道面積。實(shí)踐中，常把橫澆道擴(kuò)大，做高，如s橫/s內(nèi)=2-4，但橫澆道太大會(huì)浪費(fèi)金屬。,橫澆道起擋渣作用的條件,3、液流的湍流攪拌作用要盡量小 4、應(yīng)使夾雜物有足夠時(shí)間上浮到金屬液頂面，橫澆道的頂面應(yīng)高出內(nèi)澆

22、道吸動(dòng)區(qū)一定距離，末端應(yīng)加長(zhǎng),2）有正確的橫澆道末端延長(zhǎng)段，末端呈坡形可防止金屬液流到末端時(shí)出現(xiàn)折返現(xiàn)象。為防止聚集在末端的渣滓回游，應(yīng)在末端設(shè)置集渣包。,橫澆道起擋渣作用的條件,3、內(nèi)澆道的位置關(guān)系要正確 1）內(nèi)澆道距離直澆道應(yīng)足夠遠(yuǎn)，使渣團(tuán)有條件浮起到超過內(nèi)澆道的吸動(dòng)區(qū)。,3）封閉式澆注系統(tǒng)的橫澆道應(yīng)高而窄，一般取高度為寬度的2倍。內(nèi)澆道宜扁而薄，以降低其吸動(dòng)區(qū)。,對(duì)于封閉式澆注系統(tǒng)內(nèi)澆道應(yīng)在橫澆道底部，內(nèi)澆道和橫澆道的底面最好在同一平面上，否則澆注之初內(nèi)澆道不能很好地保持空位而過早地起作用。,4）、內(nèi)澆道與橫澆道的連接方式,錯(cuò)誤 正確 正確,4）、內(nèi)澆道與橫澆道的連接方式,對(duì)于開放式澆注

23、系統(tǒng)，內(nèi)澆道開在橫澆道頂部，內(nèi)澆道的頂面不能和橫澆道頂面在同一平面上，而要置于橫澆道的頂上，以防止整個(gè)（或大部分）澆注期中，當(dāng)橫澆道還還未充滿時(shí)雜質(zhì)就進(jìn)入內(nèi)澆道而不滯留在橫澆道頂部。,錯(cuò)誤 正確,3、強(qiáng)化橫澆道阻渣的措施,緩流式澆注系統(tǒng),橫澆道的拐彎增加了局部阻力，可使液流速度明顯降低，有利于雜質(zhì)上浮,3、強(qiáng)化橫澆道阻渣的措施,阻流式澆注系統(tǒng),橫澆道斷面突然擴(kuò)大處會(huì)產(chǎn)生局部阻力，可使液流速度明顯降低，有利于雜質(zhì)上浮,設(shè)置篩網(wǎng)芯的澆注系統(tǒng) 金屬液通過濾網(wǎng)時(shí)，由于孔眼的阻力及斷面的擴(kuò)大，液流速度驟減，并在網(wǎng)孔出口處出現(xiàn)渦流運(yùn)動(dòng)區(qū)，有利于渣滓上浮并粘附在濾網(wǎng)下面。 濾網(wǎng)的作用：過濾，保證金屬液在濾網(wǎng)

24、以下充滿。,設(shè)置集渣包的澆注系統(tǒng) 集渣包：橫澆道中局部加高的部位，因當(dāng)金屬液流經(jīng)此處時(shí)，因斷面擴(kuò)大流速降低而在死角處產(chǎn)生渦流，使渣粒易于上浮并留存在該處。,五、內(nèi)澆道中的流動(dòng),內(nèi)澆道的功用： 引導(dǎo)金屬液進(jìn)入型腔 控制金屬液流充型速度和方向，使之平穩(wěn)充型 調(diào)節(jié)鑄型與鑄件各部分的溫度和凝固順序 澆注系統(tǒng)的金屬液通過內(nèi)澆道對(duì)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮 內(nèi)澆道比較短，本身不能擋渣，但是合理的結(jié)構(gòu)尺寸與與橫澆道的連接方式將有利于橫澆道的擋渣。,1、澆口比的影響 澆口比：直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道截面積之比（即s直:s橫:s內(nèi)） 以內(nèi)澆道為阻流時(shí)，金屬液流入型腔時(shí)噴射嚴(yán)重； 以直澆道下端或附近的橫澆道為阻流時(shí)，充型較平穩(wěn)，

25、s內(nèi)/s阻比值越大則越平穩(wěn) 。輕合金鑄件常用s內(nèi)比s阻大得多的開放式澆注系統(tǒng)。,阻流截面-澆注系統(tǒng)中的最小截面。 封閉式澆注系統(tǒng)，阻流截面在內(nèi)澆道上； 開放式澆注系統(tǒng)，阻流截面在直澆道下端或其它附近的橫澆道上。,2、內(nèi)澆道流量的不均勻性,同一橫澆道上有多個(gè)等截面的內(nèi)澆道時(shí)， 各內(nèi)澆道的流量不等，試驗(yàn)表明： 一般條件下，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。,內(nèi)澆道流量的不均勻性u(píng),qmax內(nèi)澆道中的最大流量 qmin內(nèi)澆道中的最小流量 q內(nèi)澆道中的總流量 n 橫澆道上連接的內(nèi)澆道個(gè)數(shù),u與澆口比、內(nèi)澆道、橫澆道的連接形式、整個(gè)澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，各影響因

26、素如下,在開放式澆注系統(tǒng)中，開放比越大，流量偏差越大，而且起決定因素的是橫澆道與內(nèi)澆道的斷面,減小內(nèi)澆道流量的不均勻性的方法 a、縮小遠(yuǎn)離直澆道的內(nèi)澆道的截面積。 b、增大橫澆道的截面積 c、嚴(yán)格按a橫/a內(nèi)的比值，每流經(jīng)一個(gè)內(nèi)澆道，使橫澆道斷面 積按比值依次減小。 d、設(shè)置直澆道窩。,內(nèi)澆道流量分配不均勻常引起局部過熱、氧化、吸氣、卷氣等缺陷。 但是，對(duì)壁厚或重量不均勻的鑄件，流量不均勻則更有利于平穩(wěn)充型。,3、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)服從所選定的凝固順序或補(bǔ)縮方法。 對(duì)要求同時(shí)凝固的鑄件，內(nèi)澆道應(yīng)開在鑄件薄壁處，宜數(shù)量多，分散布置使金屬液快速均勻地充滿型腔，避免內(nèi)

27、澆道附近的砂型局部過熱； 對(duì)要求順序凝固的鑄件，內(nèi)澆道應(yīng)開在鑄件厚壁處。如設(shè)有冒口，使內(nèi)澆道通過冒口，讓金屬液先流經(jīng)冒口再引入型腔，更能提高冒口的補(bǔ)縮效果； 對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件，采用順序凝固和同時(shí)凝固相結(jié)合的原則安排內(nèi)澆道。即對(duì)每一個(gè)補(bǔ)縮區(qū)依順序凝固原則設(shè)置內(nèi)澆道，而對(duì)整個(gè)鑄件則按同時(shí)凝固原則采用多內(nèi)澆道分散充型。這樣，既可使鑄件的各個(gè)厚大部位得到充分補(bǔ)縮而避免出現(xiàn)縮孔、縮松，又可將鑄件的鑄造應(yīng)力和變形減??；,3、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)服從所選定的凝固順序或補(bǔ)縮方法。 當(dāng)鑄件壁厚相差懸殊，而又必須從薄壁處引入金屬時(shí)，應(yīng)同時(shí)采用冷鐵加速厚壁處的冷卻凝固，并加放冒口，澆注

28、時(shí)采用點(diǎn)冒口措施，保證鑄件的補(bǔ)縮效果； 對(duì)采用實(shí)用冒口的鑄件，遵守實(shí)用冒口或均衡凝固的原則來布置內(nèi)澆道和冒口。,點(diǎn)冒口：鋼水上升到冒口一定高度的時(shí)候，停止往水口里澆鋼水，直接從冒口里澆滿冒口，這樣的作用是使冒口里的鋼水溫度高，有利于實(shí)現(xiàn)順序凝固。,液流方向不要沖著細(xì)小砂芯、型壁、冷鐵和芯撐，必要時(shí)采用切線引入。但應(yīng)注意，切線引入會(huì)引起型內(nèi)金屬的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，適用于外表面有粗糙度要求的圓形鑄件。當(dāng)筒形鑄件內(nèi)表面要求嚴(yán)格的條件下，應(yīng)避免金屬液回轉(zhuǎn)，以免夾雜物聚集在鑄件的內(nèi)表面。必要時(shí)用頂雨淋或下雨淋式澆注系統(tǒng)。 內(nèi)澆道應(yīng)盡量薄，薄的內(nèi)澆道的好處是： 降低內(nèi)澆道的吸動(dòng)區(qū)，有利于橫澆道阻渣； 降低初期進(jìn)入

29、渣的可能性； 減輕清理工作量； 內(nèi)澆道薄于鑄件的壁厚，在去除澆道時(shí)不易損害鑄件； 對(duì)鑄鐵件，薄的內(nèi)澆道能充分利用鑄件本身的石墨化膨脹獲得緊實(shí)的鑄件。,3、內(nèi)澆道的基本設(shè)計(jì)原則,對(duì)薄壁鑄件可用多內(nèi)澆道的澆注系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縮，這時(shí)內(nèi)澆道尺寸應(yīng)符合冒口頸的要求。 內(nèi)澆道避免開設(shè)在鑄件品質(zhì)要求很高的部位，以防止金相組織粗大。 對(duì)要求耐壓、防滲漏的管類件，內(nèi)較澆通常開在法蘭處，以防止管壁處出現(xiàn)縮松； 如能使內(nèi)澆道開設(shè)在品質(zhì)要求較低的加工表面上，則有利于鑄件的外觀。,各個(gè)內(nèi)澆道中的金屬流向應(yīng)力求一致。為了使金屬液快速而平穩(wěn)地充型，有利于排氣和除渣，各個(gè)內(nèi)澆道中的金屬流向力求一致，防止金屬液在型內(nèi)碰撞，流向混亂

30、而出現(xiàn)過度紊流。 盡量在分型面上開設(shè)內(nèi)澆道，使造型方便。 對(duì)收縮大易于形成裂紋的合金鑄件，內(nèi)澆道的設(shè)置應(yīng)盡量不阻礙鑄件的收縮。,3、內(nèi)澆道的基本設(shè)計(jì)原則,內(nèi)澆道與橫澆道的交界處角度不應(yīng)小于90。交接角:橫澆道中液流方向與內(nèi)澆道中液流方向間的夾角。,4、內(nèi)澆道與橫澆道的連接方式,5、內(nèi)澆道的個(gè)數(shù)和形狀 個(gè)數(shù)：除小件外，一般采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的內(nèi)澆口分散引入，以免過熱，并使流量分配均勻。 形狀：一般采用扁梯形：吸動(dòng)作用區(qū)小，易清除，無疏松； 對(duì)高大而壁薄的鑄件，采用窄的深梯形：能撇渣、充型快、氧化輕。,六、澆注系統(tǒng)的充滿理論,砂型澆注系統(tǒng)的充滿條件,推導(dǎo) 在橫澆道任一截面r-r和內(nèi)澆道入口處i-i

31、截面用伯努力方程,為r-r至i-i截面間的流動(dòng)阻力系數(shù)若橫澆道充滿， r-r截面最高點(diǎn)的壓力應(yīng)高于型壁界面的壓力：,式中：,（1）,（2）,（3）,將（4）代入（3）,同理，內(nèi)澆道最高點(diǎn)處的壓力應(yīng)等于型腔內(nèi)氣體壓力，近似等于：,（4）,（5）,將（2）-（5）：,化簡(jiǎn)：,（6）,代入連續(xù)流動(dòng)定律 （ 為r-r截面上流體的截面縮小系數(shù)） 并應(yīng)用托利拆里方程 （h為澆注系統(tǒng)總壓頭，內(nèi)澆道的流量系數(shù)） 得橫澆道充滿條件：,同理得直澆道的充滿條件： 傳統(tǒng)理論：把液態(tài)金屬視為理想液體，全部阻力系數(shù)等于零，流量系數(shù)為1。充滿條件為s直s橫s內(nèi) 實(shí)際情況：液態(tài)金屬有粘度，流動(dòng)阻力有較大的影響。 s直：s橫：

32、s內(nèi)=1:2.5:2.5時(shí)仍呈正壓充滿狀態(tài)。,第二節(jié) 澆注系統(tǒng)的基本類型及選擇,1、澆注系統(tǒng)的分類,澆注系統(tǒng)常用的分類： 根據(jù)各組元斷面比例關(guān)系的不同： 封閉式、開放式 按內(nèi)澆道在鑄件上的相對(duì)位置不同： 頂注式、中間注入式、底注式、階梯式,二、封閉、開放式澆注系統(tǒng),封閉式澆注系統(tǒng) 阻流在一個(gè)澆注系統(tǒng)中截面積最小的澆道 s內(nèi) s橫 s直，例如1: 1.2 : 1.5 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)，也稱為充滿式澆注系統(tǒng)。（因全部截面上的金屬液壓力均高于型壁氣體壓力，故是有壓或正壓系統(tǒng)）。 優(yōu)點(diǎn)：阻渣效果好、防止卷氣、消耗金屬少、清理方便。 缺點(diǎn)： 進(jìn)入型腔

33、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(dòng)、渦流和不平靜。 應(yīng)用：主要應(yīng)用于不易氧化的各種鑄鐵件。對(duì)于容易氧化的輕合金鑄件、采用漏包澆注的鑄鋼件和高大的鑄鐵件，均不宜使用。,開放式澆注系統(tǒng) s內(nèi)s橫 s直；例如1.5 : 1.2 : 1 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)，又稱為非充滿式或非壓力式澆注系統(tǒng)。在金屬液流未能充滿的部位存在著等大氣壓力的自由表面。 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(huì)帶入大量氣體。因此，使用轉(zhuǎn)包澆注的鑄鐵件上不宜應(yīng)用這種澆注系統(tǒng)。 主要優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)入型腔時(shí)金屬液流速度小，充型平穩(wěn)，沖刷力

34、小，金屬氧化輕。主要缺點(diǎn)：阻渣效果稍差，帶入氣體 ，金屬消耗略多。,應(yīng)用：輕合金鑄件、球鐵件等。漏包澆注的鑄鋼件也宜采用開放式澆注系統(tǒng)，但直澆道不能呈充滿態(tài)，以防鋼水外溢，造成事故。,3半封閉式澆注系統(tǒng),這種澆注系統(tǒng)的特點(diǎn)是s橫s直s內(nèi)。即阻流截面是內(nèi)澆道，橫澆道截面積最大，直澆道一般是上大下小的錐形，澆注時(shí)，直澆道很快充滿，而橫澆道充滿較晚，故可降低內(nèi)澆道的流速，使?jié)沧⒊跗诔湫推椒€(wěn)，對(duì)鑄型的沖擊比封閉式的??；在橫澆道充滿后，因其中的金屬液流速較慢，所以擋渣比開放式的好，但澆注初期在橫澆道充滿前，擋渣效果較差。 適用于各類鑄鐵件，尤其球墨鑄鐵件及表面干型,生產(chǎn)上常常使用介于這兩者之間的半封閉式

35、和封閉開放式澆注系統(tǒng)；,4、封閉開放式式澆注系統(tǒng),特點(diǎn)：控制流量的阻流斷面位于直澆道下端，或在橫澆道中，或者在集渣包出口處等，故澆注系統(tǒng)各組元的斷面比例相應(yīng)的存在以下關(guān)系,s杯s直s直s集渣包出口s阻s阻 s內(nèi) s橫后,三、澆注系統(tǒng)按內(nèi)澆道在鑄件上的位置分類,（一）、頂注（上注）式澆注系統(tǒng),以鑄件澆注位置為基準(zhǔn)，內(nèi)澆道開設(shè)在鑄件的頂部，稱為頂注式澆注系統(tǒng)。即金屬液從鑄件頂部注入型腔,（一）、頂注式澆注系統(tǒng),特點(diǎn)：以澆注位置為基準(zhǔn)，內(nèi)澆道設(shè)在鑄件頂部。,優(yōu)點(diǎn),容易充滿，可減少薄壁件澆不到、冷隔方面的缺陷,充型后上部溫度高于底部，有利于鑄件自下而上的順序凝固和冒口的補(bǔ)縮,冒口尺寸小，節(jié)約金屬,內(nèi)澆

36、道附近受熱較輕,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于清除,（一）、頂注式澆注系統(tǒng),特點(diǎn)：以澆注位置為基準(zhǔn)，內(nèi)澆道設(shè)在鑄件頂部。,缺點(diǎn),易造成沖砂缺陷；,易產(chǎn)生砂孔、鐵豆、氣孔和氧化夾雜物缺陷；,大部分澆注時(shí)間，內(nèi)澆道處于非充滿狀態(tài)； 橫澆道阻渣能力較差,金屬液下落過程中接觸空氣，出現(xiàn)激濺、氧化、卷氣，使充型不平穩(wěn)；,根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，還可采用以下幾種類型的頂注式澆注系統(tǒng)：,1簡(jiǎn)單式 適用于要求不高的簡(jiǎn)單小件。,2楔形澆道,金屬液通過長(zhǎng)條楔縫可迅速充滿型腔,常用于鍋、盆、罩、蓋類薄壁器皿鑄件,3壓邊澆道,澆道是一條窄而長(zhǎng)的縫隙，與鑄件頂部相連接，金屬液經(jīng)壓邊縫隙流入型腔,多用于壁較厚的中小鑄鐵件及非鐵合金鑄件。,4

37、雨淋澆道,內(nèi)澆道是由許多均勻分布的圓孔所組成，澆注時(shí)細(xì)流如雨淋,主要用于質(zhì)量要求較高的大中型筒型鑄件，如氣缸套、卷揚(yáng)機(jī)等,5搭邊式,自上而下導(dǎo)入金屬液，避免直接沖擊鑄型側(cè)壁。適用于濕型鑄造薄壁鑄件。,（二）底注（下注）式澆注系統(tǒng),內(nèi)澆道開設(shè)在鑄件底部，即金屬液從鑄件的底部注入型腔，稱為底注式澆注系統(tǒng),主要用于高度不大，結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜的鑄件和易氧化的合金鑄件，如鑄鋼、鋁鎂合金、鋁青銅及黃銅等鑄件,（二）底注式澆注系統(tǒng),特點(diǎn)：以澆注位置為基準(zhǔn)，內(nèi)澆道設(shè)在鑄件底部。,優(yōu)點(diǎn),內(nèi)澆道基本上在充滿狀態(tài)下工作，充型平穩(wěn)；,可避免金屬發(fā)生激濺、氧化及由此而形成的鑄件缺陷；,無論澆口多大，橫澆道基本處于充滿狀態(tài)，

38、有利于阻渣；,型腔內(nèi)的氣體容易順序排除。,缺點(diǎn),充型后金屬的溫度分布不利于順序凝固和冒口補(bǔ)縮；,金屬液面在上升中容易結(jié)皮，難于保證高大的薄壁鑄件充滿，易形成澆不足、冷隔等缺陷；,金屬消耗較大。,內(nèi)澆道附近容易過熱，導(dǎo)致縮孔、縮松和結(jié)晶粗大等缺陷；,克服以上缺點(diǎn)的方法有： 采用快澆和分散的多內(nèi)澆道 大的s內(nèi)/s阻比值 使用冷鐵和安放冒口或用高溫金屬補(bǔ)澆冒口等措施,根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，還可采用下列底注式澆注系統(tǒng),1牛角澆道,牛角式內(nèi)澆道多用于質(zhì)量要求高的小型輪類鑄件,2反雨淋澆道,它適用于易氧化的中小型圓套類鑄件,（三）中間注入式澆注系統(tǒng),從鑄件某一高度面上開設(shè)內(nèi)澆道。對(duì)內(nèi)澆道以下的型腔部分為頂柱式

39、；對(duì)內(nèi)澆道以上的型腔部分相當(dāng)于底注式。故它兼有頂注式和底注式澆注系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。使之充型平穩(wěn)，改善了補(bǔ)縮條件，又有利于排氣。 由于內(nèi)澆道在分型面上開設(shè)，故極為方便，應(yīng)用廣泛。適于高度不大的中等壁厚的鑄件。,（四）階梯式澆注系統(tǒng),特點(diǎn)：在鑄件不同高度上開設(shè)多層內(nèi)澆道。,在澆注之初金屬液只從最底層內(nèi)澆道流入型腔，待型腔內(nèi)的液面上升到接近第二層內(nèi)澆道時(shí)，才從第二層內(nèi)澆道流入型腔。這樣各層內(nèi)澆道由下到上逐層接替地起作用，最上層內(nèi)澆道通入冒口，可保證實(shí)現(xiàn)順序凝固和冒口最后冷凝。,（四）階梯式澆注系統(tǒng),特點(diǎn)：在鑄件不同高度上開設(shè)多層內(nèi)澆道。,（四）階梯式澆注系統(tǒng),優(yōu)點(diǎn) 金屬液首先由最底層內(nèi)澆道充型，隨著型內(nèi)液

40、面上升，自下而上順序地流經(jīng)各層內(nèi)澆道，因而充型平穩(wěn)，避免因壓頭過高或流股從高處落下沖擊型底，造成嚴(yán)重的噴射和激濺，且型腔內(nèi)氣體容易排出；,充型后，上部金屬液溫度高于下部，有利于實(shí)現(xiàn)自下而上的順序凝固和冒口的補(bǔ)縮，鑄件組織致密；,易避免縮孔、縮松、冷隔及澆不足等缺陷；,利用多內(nèi)澆道，內(nèi)澆道分散，可減輕內(nèi)澆道附近的局部過熱現(xiàn)象。,（四）階梯式澆注系統(tǒng),缺點(diǎn),造型復(fù)雜；,要求正確的計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。否則，容易出現(xiàn)上下各層內(nèi)澆道同時(shí)進(jìn)入金屬液的“亂澆”現(xiàn)象，或底層進(jìn)入金屬液過多，形成下部溫度高的不理想溫度分布。,分型面較多；,多用于高度較高、型腔較復(fù)雜、收縮率較大或品質(zhì)要求較高的鑄件。,（五）垂直縫隙式

41、澆注系統(tǒng),以片狀內(nèi)澆道與鑄件的整個(gè)高度相連接的一種特殊澆注系統(tǒng),主要用于重要的鋁合金鑄件,對(duì)于重、大型鑄件，特別是重要鑄件，采用一種形式的澆注系統(tǒng)往往不能滿足要求，可根據(jù)鑄件情況同時(shí)采用兩種或更多形式的復(fù)合式澆注系統(tǒng),第3節(jié) 計(jì)算阻流截面的水利學(xué)公式,100,1、 奧贊(osann)公式 阻流（最?。┙孛娣e的計(jì)算 。 阻流（最?。┙M元指澆注系統(tǒng)中最小截面積的澆道，一般為內(nèi)澆道，即,hr金屬液流經(jīng)澆注系統(tǒng)時(shí)壓頭損失總和 h0阻流以上金屬液的總壓頭 si 測(cè)定i時(shí)指定的某處截面積 v 阻流處金屬液的流速 g 重力加速度 i 局部阻力系數(shù) s阻 阻流截面積。,101,充填下半型時(shí)s阻的計(jì)算 充填下半

42、型腔時(shí)，通過阻流截面的金屬質(zhì)量和澆注時(shí)間有如下關(guān)系,式中：m下 阻流以下鑄件質(zhì)量 金屬液密度 1 充填下半型時(shí)間 流量系數(shù)，它代表實(shí)際金屬液的流量與理想流體流量之比值。,充填上半型時(shí)的計(jì)算 充填上半型時(shí)，阻流處流速隨充型壓頭而變化： 最大流速 最小流速,在上半型充填時(shí)間2內(nèi)，存在著瞬間 ，對(duì)應(yīng)壓頭為h平均時(shí)，阻流處流速為：,充填上半型時(shí)，通過阻流的金屬質(zhì)量和充填時(shí)間之間應(yīng)有如下關(guān)系：,得到： 奧贊公式 將兩個(gè)計(jì)算 的公式合并為一個(gè)通式，即奧贊公式： 式中：m 流經(jīng)阻流的金屬總質(zhì)量 充填型腔的總時(shí)間 充填全部型腔時(shí)，澆注系統(tǒng)阻流截面的流量系數(shù) hp 充填型腔時(shí)的平均計(jì)算壓頭,平均計(jì)算壓力頭,式中

43、：hp 平均計(jì)算壓頭 ho 阻流截面以上的金屬壓力頭 p 阻流截面重心以上的型腔高度 c 鑄件（型腔）的總高度 注意 a 該公式適用于封閉式澆注系統(tǒng) b 推導(dǎo)ho時(shí)引入兩個(gè)假定條件，與實(shí)際情況有差距。 c 應(yīng)用伯努力方程時(shí)，忽略了澆包嘴到澆口杯之間下落動(dòng)能的影響。,二、澆注時(shí)間（速度） 1、澆注速度 澆注時(shí)間對(duì)鑄件質(zhì)量有重要影響，應(yīng)考慮鑄件結(jié)構(gòu)、合金和鑄型等方面選擇澆注速度。 快澆 優(yōu)點(diǎn)：金屬溫度和流動(dòng)性降低幅度?。粶p小皮下氣孔； 對(duì)上表面熱作用時(shí)間短，可減小夾砂結(jié)疤缺陷；有利于石墨鑄鐵充分利用石墨化膨脹，防止縮孔、縮松缺陷。 缺點(diǎn)：對(duì)型壁沖擊大，容易造成脹砂、沖砂、抬型等缺陷；澆注系統(tǒng)的重量

44、稍大，工藝出品率低。,應(yīng)用：薄壁（或上部有薄壁鑄件）； 具有大平面鑄件； 表皮易形成氧化膜的鑄件；底注式澆注系統(tǒng)，頂 部有冒口；中大型灰鑄鐵、球墨鑄鐵件。,慢澆 優(yōu)點(diǎn)：對(duì)型壁沖刷作用輕，可防止脹砂、抬型、沖砂等缺陷； 有利于型（芯）內(nèi)氣體排出； 對(duì)收縮率大的合金采用頂注法或內(nèi)澆道通過冒口時(shí)， 有利于減小冒口的尺寸,減少澆注系統(tǒng)金屬消耗量 缺點(diǎn)：對(duì)上表面烘烤時(shí)間長(zhǎng)，易產(chǎn)生夾砂類缺陷； 金屬液溫度、流動(dòng)性降低幅度澆大、易澆不足、冷隔； 降低流水線生產(chǎn)率。 應(yīng)用：有高的砂胎或吊砂的濕型； 型內(nèi)砂芯多、砂芯大而砂芯小或排氣困難； 頂注法澆注體收縮大的合金鑄件,2、合適的澆注時(shí)間 澆注時(shí)間的確定主要考慮

45、：壁厚、鑄件重量、型砂種類、合金種類、注入方式等。,工藝因素： 澆不足、冷隔；夾砂類缺陷；氣體的溢出；金屬液的氧化； 型內(nèi)金屬液面的上升速度，計(jì)算公式：,式中： c 鑄件（或某段）的高度 鑄件（或某段）的澆注時(shí)間。,滿足的條件：,澆注時(shí)間應(yīng)滿足：,三、 確定澆注時(shí)間時(shí)的金屬液上升速度因素,金屬液上升速度的核算和確定,鑄鋼件：見表7-7，只核算最小上升速度。,鑄鐵件：見表7-6，只核算最小上升速度,表7-6,表7-7,式中： r型腔的水利學(xué)半徑。 re型型腔內(nèi)允許的金屬液雷諾數(shù)，用實(shí)驗(yàn)法確定 v合金液的運(yùn)動(dòng)粘度。,易氧化的輕合金鑄件，限制最大上升速度，以免高度湍流造成大量的氧化物夾雜，最大上升速

46、度,所確定的澆注時(shí)間，必須滿足最大和最小上升速度要求，才可作為適用的澆注時(shí)間,4.流量系數(shù)的確定 澆注系統(tǒng)的流量系數(shù)是指阻流斷面的流量系數(shù)。若阻流斷面不設(shè)在內(nèi)澆道，則內(nèi)澆道的流量系數(shù)比澆注系統(tǒng)的流量系數(shù)值要小。 流量系數(shù)與澆注系統(tǒng)各部分阻力及型腔內(nèi)的流動(dòng)阻力大小有關(guān)。流量系數(shù)與澆注系統(tǒng)的形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)和鑄型的性質(zhì)及合金種類、流速等有關(guān)。 流量系數(shù)的確定方法： 重要鑄件或大量生產(chǎn)的鑄件實(shí)驗(yàn)測(cè)定 一般鑄件經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),影響流量系數(shù)值的因素及修正值,選擇澆注系統(tǒng)類型 確定內(nèi)澆道在鑄件上的位置、數(shù)目和金屬引入方向 決定直澆道的位置和高度（壓力角） 計(jì)算澆注時(shí)間并核算金屬上升速度 計(jì)算阻流截面積s阻 確定

47、澆口比并計(jì)算各組元截面積 繪出澆注系統(tǒng)圖形,澆注系統(tǒng)的計(jì)算步驟,第4節(jié) 鑄鐵件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算,澆注系統(tǒng)阻流截面的計(jì)算 1. 阻流組元（或內(nèi)澆道）截面積的計(jì)算,m 包括澆冒口在內(nèi)的金屬總重量(kg) ，可以通過估算、計(jì)算、稱重等方式獲得，澆冒口的重量按鑄件重量的比例求出，見表,表 澆冒口重量占鑄件重量的比例, 值得確定 鑄鋼件、鑄鐵件根據(jù)表7-8、7-10，考慮各種因素，可采用表7-10進(jìn)行修訂。,國內(nèi)手冊(cè)中提供的澆注時(shí)間計(jì)算公式為： 1）對(duì)重量小于450公斤、壁厚2.5-15mm、形狀復(fù)雜的薄壁鑄鐵件 式中，-為澆注時(shí)間；m-為型內(nèi)金屬總重量，kg； s為系數(shù)，取決于鑄件的壁厚,(2)澆注

48、時(shí)間值的確定 影響澆注時(shí)間的因素有：合金的種類、澆注溫度、澆注系統(tǒng)的類型、鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型的種類等,澆注時(shí)間實(shí)際是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)圖表和經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算的,式中 t澆注時(shí)間（s）； gi 澆入型內(nèi)的金屬液總重量（kg）； 鑄件的平均壁厚（mm），對(duì)于圓形或正方形的鑄 件，取其直徑或邊長(zhǎng)的一半； k系數(shù)。對(duì)灰鑄鐵取2.0，需快澆時(shí)（如：鐵液溫度 低，含硫較高，含碳量3.3%，底注或有冷鐵 等），可取1.7。對(duì)鑄鋼可取1.31.5。,2) 對(duì)于重量小于1000公斤的大、中型鑄鐵件,表鑄鐵件k值的選擇,表 型內(nèi)鐵液液面允許的最小上升速度,澆注時(shí)間確定以后，對(duì)于大平面或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄殼鑄件，還應(yīng)驗(yàn)算型內(nèi)金屬液液面平

49、均上升速度，可按下式計(jì)算：,式中 c鑄件最低點(diǎn)到最高點(diǎn)的距離，按澆注位置確定()； t計(jì)算的澆注時(shí)間(s)。,計(jì)算結(jié)果應(yīng)大于表中數(shù)值，若太小則應(yīng)調(diào)整澆注時(shí)間t，甚至修改工藝方案,型內(nèi)金屬液液面平均上升速度,如果低于允許的最小液面上升速度時(shí)，就要強(qiáng)行縮短澆注時(shí)間或調(diào)整鑄件的澆注位置，使上升速度達(dá)到或高于最小液面上升速度值,對(duì)于封閉式澆注系統(tǒng)，在不同注入位置時(shí)公式有以下形式：,頂注式 p0，則,底注式 pc，則,中間注入式 則，,（3）平均靜壓頭hp的確定,式中 hm 最小剩余壓力頭 l1 自直澆道中心線到鑄件最高、最遠(yuǎn)點(diǎn)的水平距離 a保險(xiǎn)壓力角，直澆道的剩余壓力角應(yīng)大于表7-14,（4）最小剩余

50、壓頭 hm的確定 澆注鑄型的最小剩余壓頭 hm保證鑄型充滿，獲得結(jié)構(gòu)完整的鑄件，鑄件最高點(diǎn)到澆口杯液面高度必須有一個(gè)最小剩余壓頭。 計(jì)算公式,表7-14,2. 澆注系統(tǒng)其他各組元的截面積 求得阻流組元的截面積后，根據(jù)合金和鑄件的特點(diǎn)，參照表選定澆注系統(tǒng)各組元比例關(guān)系的類型，確定其比例值，即可得出其他組元的截面積，然后再按選定的形狀確定尺寸。,澆注系統(tǒng)各組元比例關(guān)系,一般內(nèi)澆道（阻流組元）的最小截面積為0.40.5cm,直澆道的直徑一般在15100mm范圍內(nèi),砂型鑄造中,樹脂砂型澆注系統(tǒng)總截面積比粘土砂型大50左右,當(dāng)采用封閉式澆注系統(tǒng)時(shí)，澆道截面比例可取s內(nèi)：s橫：s直1 : 1.25 : 1

51、.25,直澆道后如設(shè)過濾網(wǎng)，則網(wǎng)孔截面積s濾的比值取0.9,二、用澆注比速計(jì)算澆注系統(tǒng)的尺寸,對(duì)封閉式澆注系統(tǒng)，澆注比速單位時(shí)間內(nèi)通過單位阻流斷面積的金屬液，其阻流斷面積計(jì)算式為,式中 t澆注時(shí)間（s）； m澆經(jīng)阻流斷面的金屬液總重量（kg）； l金屬流動(dòng)系數(shù)。對(duì)灰鑄鐵取1.0 k澆注比速，主要取決于鑄件的相對(duì)密度kv，且 kv=m/v ，v鑄件輪廓體積，參見圖7-41.,k與壁厚的關(guān)系,s與壁厚的關(guān)系,澆注時(shí)間用經(jīng)驗(yàn)公式確定,m澆經(jīng)阻流斷面的金屬液總重量（kg）； s系數(shù)，取決于壁厚,三、用圖表法確定澆注系統(tǒng)尺寸,生產(chǎn)中采用圖表法確定澆注系統(tǒng)尺寸，使用直觀、方便。 1、索伯列夫圖表 適用于一

52、般大、中型鑄鐵件的濕型鑄造，用于干型時(shí)，可將查到的阻流斷面面積減少15%-20%。,索別列夫圖表使用方法 由鑄件重量坐標(biāo)向上引直線交于鑄件主要壁厚的斜線，然后向左作水平線與已知平均壓力頭的斜線相交，再從交點(diǎn)向下引直線進(jìn)入鑄型阻力的框圖內(nèi)，按鑄型阻力的大小確定澆注系統(tǒng)的內(nèi)澆道的斷面積，再按比例確定其它組元的斷面積。 例如對(duì)重量為 1000kg，主要壁 厚為15mm，平 均壓力頭為60cm 的鑄件，在鑄型 阻力為大、中和 小三種情況，其 內(nèi)澆道的總斷面 積分別為22.5、 19.5和15cm2。,2、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定澆注系統(tǒng)阻流斷面積 表7-17,第五節(jié) 階梯式澆注系統(tǒng)的計(jì)算,計(jì)算原理及步驟：先封閉后

53、開放,形式 多直澆道：同一般澆注系統(tǒng)，但要精確計(jì)算每層注入量。 其它：（控制組元比例、緩沖直澆道）,實(shí)現(xiàn)分層注入的條件 a 各層分直澆道呈非充滿狀態(tài) b 分直澆道中液態(tài)金屬自由液面以下的有效壓頭 應(yīng)小于兩層內(nèi)澆道之間的距離。,階梯式澆注系統(tǒng)的常用結(jié)構(gòu)如圖所示。 它以主直澆道下端為阻流 斷面（a-a），其上的封 閉段由澆口杯和主直澆道 組成，主直澆道以下完全 開放。這樣，澆口杯和主 直澆道為充滿狀態(tài)的正壓 流動(dòng)，既有利于澆口杯擋 渣，又能可靠地實(shí)現(xiàn)分層 引注，而且造型工作也不 復(fù)雜。,階梯式澆注系統(tǒng)的計(jì)算方法和步驟如下： 內(nèi)澆道層數(shù)取決于鑄件的高度： 600-1400mm，一般采用兩層內(nèi)澆道；

54、上層內(nèi)澆道距頂面、下層內(nèi)澆道 距底面均為200-300mm； 層間距為600-1200mm； 實(shí)現(xiàn)分層引注的條件： 1）聯(lián)接各層內(nèi)澆道的分配直澆道 中的金屬液必須呈非充滿狀態(tài)； 2）分配直澆道中自由液面以下的 有效壓頭h有效必須小于相鄰兩層內(nèi)澆道之間的距離h0,1、阻流截面的計(jì)算 澆注系統(tǒng)的斷面就是金屬液流的斷面。則流經(jīng)a-a斷面的金屬液流速度v,若鑄件低于阻流截面a-a， 則充型期間v不變，故,由此,若鑄件高于a-a阻流截面 則,137,其中，計(jì)算平均壓頭,3、每層內(nèi)澆道的總截面積 當(dāng)澆注穩(wěn)定時(shí)，假設(shè)通過阻流截面的流量q1等于通過低層內(nèi)澆道的流量q2，故,2、分配直澆道截面積 分配直澆道截面

55、積等于1-2倍阻流截面積,h有效越小，越容易保證h0h有效，而不致于出現(xiàn)相鄰兩層同時(shí)進(jìn)水的情況。但是h有效越小，f內(nèi)（底層）越大，越容易造成底層過熱，影響方向性凝固。,為使鑄件上部有較高的溫度，h有效=kh0，k=0.25-0.5因此:,根據(jù)順序凝固的高低，可選取f內(nèi)（上層）=（1-2）f內(nèi)（底層）。,第六節(jié) 垂直分型澆注系統(tǒng)的計(jì)算,垂直分型無箱造型的特點(diǎn) 造型、澆注、冷卻過程分型面呈垂直狀態(tài)。 一型多鑄，底部鑄件充型壓力比頂部高幾倍。 形式 底部開放式 恒壓等流量：充滿式，以內(nèi)澆道為阻流，每層鑄件內(nèi)澆道保持充型時(shí)的恒壓且流量相等，各層型腔同時(shí)充滿。,一、計(jì)算原理,計(jì)算： 每個(gè)鑄件內(nèi)澆道的截面

56、積： 式中：一個(gè)鑄件的質(zhì)量 充填一個(gè)型腔的時(shí)間 hp 每個(gè)鑄件的平均計(jì)算壓頭，簡(jiǎn)化處 理，可用澆口杯上液面到內(nèi)澆道中 心的距離h0代替。 諾謨圖的用法：由上式計(jì)算。,2、設(shè)計(jì)要點(diǎn) 保持以內(nèi)澆道為阻流的強(qiáng)封閉式澆注系統(tǒng) 嚴(yán)格控制澆注時(shí)間。如表7-18 小的薄壁件可以澆注系統(tǒng)做冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。,143,鑄鋼件澆注系統(tǒng)的特點(diǎn),熔點(diǎn)高，澆注溫度高，鋼液對(duì)砂型的熱作用大，且冷速大，鋼液流動(dòng)性差，因此要求用較短的試件以較高的流速澆注。,第七節(jié) 其它合金鑄件澆注系統(tǒng)的特點(diǎn),易氧化，應(yīng)避免流股分散、激濺和渦流，保證鋼液平穩(wěn)地充滿砂型,體收縮大，易產(chǎn)生縮孔、 縮松，需按順序凝固的原則設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，并用冒口補(bǔ)縮,線

57、收縮大，收縮時(shí)內(nèi)應(yīng)力大，產(chǎn)生熱裂，變形的傾向也大，顧澆冒口設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少對(duì)鑄件收縮的阻礙。,1、鑄鋼件澆注系統(tǒng),2、鑄鋼件澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則,內(nèi)澆道的位置應(yīng)盡量縮短鋼液在鑄型內(nèi)流動(dòng)的路程，以避免鑄件產(chǎn)生冷隔等缺陷,形狀復(fù)雜的薄壁鑄件的內(nèi)澆道的設(shè)計(jì)，應(yīng)避免鋼液直接沖擊型壁或砂芯,內(nèi)澆道應(yīng)避免開在芯頭邊界及靠近內(nèi)冷鐵、外冷鐵、芯撐的地方。,需要補(bǔ)縮的鑄件，內(nèi)澆道應(yīng)促使其順序凝固,圓筒形鑄件的內(nèi)澆道應(yīng)沿切線方向開設(shè)，使鋼液在型內(nèi)旋轉(zhuǎn)，以利于鋼液內(nèi)的夾雜物浮進(jìn)冒口,高大件則宜采用階梯式澆注系統(tǒng)，為防止鋼液過早從上層內(nèi)澆道進(jìn)入型腔，可使上層內(nèi)澆道傾斜,保證鋼液平穩(wěn)注入鑄型，避免鋼液流互相碰擊或亂流,澆注

58、特點(diǎn) 傾轉(zhuǎn)包：擋渣效果差，用于流水線生產(chǎn)。 底注澆包：俗稱漏包。澆注系統(tǒng)必須是開放式。為澆注不同質(zhì)量的鑄件，可采用不同容量的澆包、不同包孔直徑或采用塞桿阻流。 澆注系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、截面積大，充型快而平穩(wěn)，流股集中，有利于順序凝固，不阻礙鑄件收縮。,3、鑄鋼件澆注系統(tǒng)的形式,4、底注包澆注系統(tǒng) （1）選擇澆包容量及包孔直徑 澆包容量：總?cè)萘看笥阼T型內(nèi)金屬需要量。大于30t的澆包可設(shè)兩個(gè)包孔。 包孔直徑：按照平均澆注速度。如表7-19,2) 確定包孔直徑,表3-12 鋼液流量qm值,式中 s孔包孔截面積(cm2)； qm鋼液流量（kg/s）； m孔包孔的消耗系數(shù)，取0.89； r鋼液密度為0.00

59、71kg/cm3； g重力加速度，980cm/s； h鋼液在包中的高度（cm）。,按鋼液流量qm值及鋼液液面高度h可求出包孔直徑d孔,表 鑄鋼件澆注時(shí)間計(jì)算公式中的k值,澆注時(shí)間：按公式： 及表7-20初步確定澆注時(shí)間。,（2）澆注時(shí)間和液面上升速度,澆注時(shí)間：,上一步中所求澆注時(shí)間是否合適，可用澆注時(shí)鋼液在鑄型型腔內(nèi)的上升速度的驗(yàn)算,液面上升速度是否合適是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的重要因素之一，若驗(yàn)算結(jié)果數(shù)值小于表7-21中最小上升速度，就需調(diào)整澆注時(shí)間，改變平均澆注速度和包孔直徑、增加包孔數(shù)量，采用兩個(gè)澆包澆注和改變鑄件澆注位置等工藝措施。,表 鋼液在鑄型中的上升速度,（3）確定澆注系統(tǒng)各組元截面積,

60、使用底注包澆注時(shí)，應(yīng)采用開放式澆注系統(tǒng)，要滿足s直s橫s內(nèi)的條件,各組元截面積比例關(guān)系：s孔:s直:s橫:s內(nèi) 1: (1.82.0): (1.82.8) : 2.0-2.5,當(dāng)使用耐火磚管時(shí)，可采用s直s橫s 內(nèi),根據(jù)包孔直徑從表7-22、7-23、7-24中查出澆注系統(tǒng) 各組元斷面的尺寸,（4）補(bǔ)澆冒口的專用通道,大型鑄鋼件經(jīng)常在冒口上設(shè)置補(bǔ)澆冒口的專用通道，以增加冒口補(bǔ)縮效率，減小冒口體積。專用澆道設(shè)置的高度要高于補(bǔ)澆前冒口內(nèi)鋼液的液面。 若一個(gè)鑄件要求多次補(bǔ)澆，專用澆道要相應(yīng)的沿冒口高度設(shè)置。 若一個(gè)鑄件有多個(gè)冒口，為保證補(bǔ)澆時(shí)型腔內(nèi)鋼液不晃動(dòng)，應(yīng)將專用澆道連通，以便通過一個(gè)專用澆道就