第4章澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、第第4 4章章 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)：鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道。：鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道。組成組成：澆口杯（又稱外澆口）、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道：澆口杯（又稱外澆口）、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道等，如圖。等，如圖。1基本要求：基本要求：（1 1）內(nèi)澆道設(shè)置符合鑄件凝固原則和補(bǔ)縮方法。）內(nèi)澆道設(shè)置符合鑄件凝固原則和補(bǔ)縮方法。（2 2）在規(guī)定的澆注時(shí)間內(nèi)）在規(guī)定的澆注時(shí)間內(nèi)充滿型腔充滿型腔。（3 3）提供必要的）提供必要的充型壓頭充型壓頭，保證鑄件輪廓、棱角清晰。，保證鑄件輪廓、棱角清晰。（4 4）使金屬液流動(dòng)平穩(wěn)，防止紊流、卷氣、金屬氧化。）使金屬液流動(dòng)平穩(wěn)，防止紊流、

2、卷氣、金屬氧化。（5 5）具有良好的）具有良好的阻渣阻渣能力。能力。（6 6）金屬液進(jìn)入時(shí)速度不可過高，避免飛濺、沖刷。）金屬液進(jìn)入時(shí)速度不可過高，避免飛濺、沖刷。（7 7）保證金屬液面有足夠的上升速度，避免夾砂結(jié)疤、澆）保證金屬液面有足夠的上升速度，避免夾砂結(jié)疤、澆不足。不足。（8 8）不破壞冷鐵、芯撐的作用。）不破壞冷鐵、芯撐的作用。（9 9）金屬消耗量小，并容易清理。）金屬消耗量小，并容易清理。（1010）減少砂型體積，造型、制模簡(jiǎn)單。）減少砂型體積，造型、制模簡(jiǎn)單。23第第1 1節(jié)節(jié) 液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)基本組元中的流動(dòng)液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)基本組元中的流動(dòng)1.1 1.1 在砂型中流動(dòng)的水利

3、學(xué)特點(diǎn)在砂型中流動(dòng)的水利學(xué)特點(diǎn)流體力學(xué)原理：流體力學(xué)原理：（可參閱卡塞博士箸（可參閱卡塞博士箸球墨鑄鐵澆口和球墨鑄鐵澆口和冒口冒口04 04 澆口原理澆口原理）（1 1）帕斯卡（）帕斯卡（PascalPascal）定律）定律在一個(gè)靜止而且相互連通的容器中，在一給定的水平面在一個(gè)靜止而且相互連通的容器中，在一給定的水平面上各點(diǎn)的壓力是相等的；等于該給定的水平面致液體頂上各點(diǎn)的壓力是相等的；等于該給定的水平面致液體頂部的垂直距離乘以液體的密度，加上外部壓力。部的垂直距離乘以液體的密度，加上外部壓力。 P=P P=P+h+h4 （2 2）伯努利（）伯努利（E.BernoulliE.Bernoulli

4、）方程（能量守衡定律）方程（能量守衡定律） 在封閉系統(tǒng)中移動(dòng)的流體由三種不同的能量組成。在封閉系統(tǒng)中移動(dòng)的流體由三種不同的能量組成。 位能：位能：用位于距離基準(zhǔn)面以上用位于距離基準(zhǔn)面以上i i處的單位體積的流體來表處的單位體積的流體來表示（基準(zhǔn)面位置任選）。示（基準(zhǔn)面位置任選）。 （m m） 壓能：壓能：作用在單位體積流體上的壓力來表示。作用在單位體積流體上的壓力來表示。 （m m） 質(zhì)量壓力（質(zhì)量壓力（kg/mkg/m2 2） 金屬密度（金屬密度（kg/mkg/m3 3） 5iEppEpp動(dòng)能：動(dòng)能：用單位體積的流體以速度用單位體積的流體以速度v v移動(dòng)時(shí)的動(dòng)量來表示。移動(dòng)時(shí)的動(dòng)量來表示。

5、定理：定理：在一封閉系統(tǒng)中，單位質(zhì)量流體所攜帶的總能量在一封閉系統(tǒng)中，單位質(zhì)量流體所攜帶的總能量是不變的，但其位能、壓能、動(dòng)能可以互換。是不變的，但其位能、壓能、動(dòng)能可以互換。柏努利方程柏努利方程6gvpigvpi22222111gvEk22（3 3）托里拆利（）托里拆利（TorricelliTorricelli）定理）定理是伯努利方程的一種特殊應(yīng)用。如圖，在一個(gè)流體高度是伯努利方程的一種特殊應(yīng)用。如圖，在一個(gè)流體高度h h不變不變的容器里在的容器里在i i=0=0的水平面處有一孔口，應(yīng)用伯努利方程的水平面處有一孔口，應(yīng)用伯努利方程( (i i= =h h): ): ( (v v=0=0， 為

6、大氣壓力為大氣壓力) ) ( (i i=0): =0): ( (i i=0)=0)得：得： 這是設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)這是設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)最重要最重要的根據(jù)之一的根據(jù)之一。7hpaapaxpgv22ghvx2（4 4）連續(xù)流動(dòng)定律）連續(xù)流動(dòng)定律單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)任一給定斷面的系統(tǒng)時(shí)，流體的體積是單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)任一給定斷面的系統(tǒng)時(shí)，流體的體積是常量。因此流速隨著橫截面積減少而增大。常量。因此流速隨著橫截面積減少而增大。（5 5）雷諾（）雷諾（ReynoldReynold）數(shù)）數(shù) Re2320 Re2320為紊流。為紊流。82211vAvAvDRe實(shí)際流動(dòng)特點(diǎn)實(shí)際流動(dòng)特點(diǎn)： (1) (1) 流動(dòng)通道多孔、透氣、與金

7、屬液不潤(rùn)濕。充滿與否取流動(dòng)通道多孔、透氣、與金屬液不潤(rùn)濕。充滿與否取決于內(nèi)外壓力差，如圖。決于內(nèi)外壓力差，如圖。9（2 2）充型伴隨著熱作用、機(jī)械和化學(xué)作用。）充型伴隨著熱作用、機(jī)械和化學(xué)作用。（3 3）澆注過程是）澆注過程是不穩(wěn)定流動(dòng)不穩(wěn)定流動(dòng)。（4 4）合金液在澆注系統(tǒng)中呈）合金液在澆注系統(tǒng)中呈紊流紊流狀態(tài)。狀態(tài)。（5 5）多相流動(dòng)。固相雜質(zhì)、氣相夾雜。）多相流動(dòng)。固相雜質(zhì)、氣相夾雜。101.2 1.2 澆口杯中的流動(dòng)澆口杯中的流動(dòng)澆口杯的作用澆口杯的作用：（1 1）承接來自澆包的金屬液，防止飛濺和溢出，便于澆）承接來自澆包的金屬液，防止飛濺和溢出，便于澆注注（2 2）減輕對(duì)直澆道底部和側(cè)

8、壁、型腔的沖擊。）減輕對(duì)直澆道底部和側(cè)壁、型腔的沖擊。（3 3）分離渣及氣泡，防止其進(jìn)入型腔。）分離渣及氣泡，防止其進(jìn)入型腔。（4 4）增加充型壓頭。）增加充型壓頭。11結(jié)構(gòu)形式：結(jié)構(gòu)形式： 漏斗形漏斗形（bushbush）：擋渣效果差，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。）：擋渣效果差，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。盆形：盆形：（basinbasin）12水平渦流水平渦流 水平旋渦是危害澆水平旋渦是危害澆口杯全面發(fā)揮功能的口杯全面發(fā)揮功能的重要原因。重要原因。 原因：原因：水平各向流水平各向流量不均衡造成流速方量不均衡造成流速方向的偏斜。向的偏斜。13若忽略金屬粘度的影響，視液態(tài)金屬為理想流體，澆口杯若忽略金屬粘度的影響，視液態(tài)金屬為理

9、想流體，澆口杯內(nèi)液態(tài)金屬應(yīng)滿足動(dòng)量矩守衡：內(nèi)液態(tài)金屬應(yīng)滿足動(dòng)量矩守衡： Mvr=Mvr=常量。常量。 式中：式中：M M 距離直澆道中心為距離直澆道中心為r r處的質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量處的質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量 v M v M點(diǎn)的切線速度點(diǎn)的切線速度 r M r M點(diǎn)距離直澆道中心的距離。點(diǎn)距離直澆道中心的距離。 漏斗形等壓自由液面的形成：漏斗形等壓自由液面的形成：一旦出現(xiàn)水平旋渦，越靠近一旦出現(xiàn)水平旋渦，越靠近中心，中心，M M質(zhì)點(diǎn)的離心加速度越高，重力加速度和離心加速質(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

10、直于總加速度方向。等壓面逐步由水平過度到垂直，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。形成中空的大氣壓力表面。對(duì)鑄件質(zhì)量的影響：對(duì)鑄件質(zhì)量的影響：卷氣、渣沿等壓面進(jìn)入型腔。卷氣、渣沿等壓面進(jìn)入型腔。 14影響水平旋渦的因素：影響水平旋渦的因素：澆口杯中金屬流股的水平分速度越大，越容易形成水平旋澆口杯中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)：渦。而水平分速度的大小又與以下因素有關(guān)：a a 澆口杯內(nèi)液面的深度：液面深度超過直澆道上口直徑的澆口杯內(nèi)液面的深度：液面深度超過直澆道上口直徑的 5 5倍時(shí)可基本消除水平旋渦。倍時(shí)可

11、基本消除水平旋渦。b b 澆注高度：澆包嘴離澆口杯越高，越容易產(chǎn)生水平旋渦。澆注高度：澆包嘴離澆口杯越高，越容易產(chǎn)生水平旋渦。15c c 澆注方向：逆向澆注較順向澆注為佳。澆注方向：逆向澆注較順向澆注為佳。16生產(chǎn)中減輕水平旋渦的措施：生產(chǎn)中減輕水平旋渦的措施：a a 用大深度澆口杯。用大深度澆口杯。b b 用拔塞等方法，使?jié)部诒瓋?nèi)液面用拔塞等方法，使?jié)部诒瓋?nèi)液面達(dá)到一定深度時(shí)再向直澆道注入。達(dá)到一定深度時(shí)再向直澆道注入。c c 澆口杯底部安放篩網(wǎng)砂芯等澆口杯底部安放篩網(wǎng)砂芯等17d d 在澆口杯底部設(shè)置堤壩，形成垂直旋渦在澆口杯底部設(shè)置堤壩，形成垂直旋渦。18垂直旋渦的擋渣作用：垂直旋渦的擋

12、渣作用： 如圖，金屬液沿斜壁流下，由于流速的減低和流向的改變，如圖，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。形成垂直方向的旋流。191.3 1.3 直澆道中的流動(dòng)直澆道中的流動(dòng)直澆道的功用直澆道的功用（1 1）引導(dǎo)金屬進(jìn)入橫澆道、內(nèi)澆道或型腔。）引導(dǎo)金屬進(jìn)入橫澆道、內(nèi)澆道或型腔。提供足夠的壓頭。提供足夠的壓頭。真空吸氣理論：等截面直澆道附近型砂中的氣體會(huì)被吸入真空吸氣理論：等截面直澆道附近型砂中的氣體會(huì)被吸入液流，溶于液態(tài)金屬中的氣體也會(huì)因壓力降低而析出。液流，溶于液態(tài)金屬中的氣體也會(huì)因壓力降低而析出。20直澆道的流動(dòng)特點(diǎn)直澆道的流動(dòng)特點(diǎn)（1 1）兩種流態(tài)：充滿和不充

13、滿。非充滿狀態(tài)易帶氣，但）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。在底注包澆注時(shí)或用階梯澆注系統(tǒng)時(shí)采用。（2 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)，）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。差，氣體不可能被吸入，而是被金屬表面吸收和帶走。（3 3）直澆道入口形狀影響金屬流態(tài)。入口尖角時(shí)，增加）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)。要使直澆流動(dòng)

14、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道呈充滿流態(tài)，要求入口處圓角半徑r rd/4d/4。（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。）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 5）砂型中直澆道充滿的理論條件。）砂型中直澆道充滿的理論條件。21HhhSSziiz2)(1直內(nèi)1.4 1.4 直澆道窩直澆道窩作用作用（1 1）緩流作用：動(dòng)能）緩流作用：動(dòng)能壓力能壓力能水平流速。水平流速。（2 2）縮短直）縮短直橫拐彎處的高度紊流區(qū)。橫拐彎處的高度紊流區(qū)。（3 3）改善內(nèi)澆道的流量分布（使之更均勻）。）改善內(nèi)澆道的流量分布（使之更均勻）。（4 4

15、）減小直）減小直橫澆道拐彎處的局部阻力系數(shù)和水頭損失。橫澆道拐彎處的局部阻力系數(shù)和水頭損失。（5 5）浮出金屬液中的氣泡。）浮出金屬液中的氣泡。22結(jié)構(gòu)。如圖側(cè)壁在結(jié)構(gòu)。如圖側(cè)壁在能順利拔模的條件能順利拔模的條件下盡量垂直，轉(zhuǎn)角下盡量垂直，轉(zhuǎn)角處避免尖角，底面處避免尖角，底面作成平面。作成平面。23 1.5 1.5 橫澆道中金屬的流動(dòng)橫澆道中金屬的流動(dòng) 橫澆道的作用橫澆道的作用 （1 1）向內(nèi)澆道分配潔凈金屬。）向內(nèi)澆道分配潔凈金屬。 （2 2）儲(chǔ)留最初澆入的含氣和渣污的低溫金屬液并阻留渣。）儲(chǔ)留最初澆入的含氣和渣污的低溫金屬液并阻留渣。 （3 3）使金屬液流平穩(wěn)和減少產(chǎn)生氧化夾渣物。）使金屬

16、液流平穩(wěn)和減少產(chǎn)生氧化夾渣物。橫澆道的阻渣原理橫澆道的阻渣原理 阻渣條件：渣團(tuán)上浮到橫澆道頂部超過內(nèi)澆道吸動(dòng)區(qū)。阻渣條件：渣團(tuán)上浮到橫澆道頂部超過內(nèi)澆道吸動(dòng)區(qū)。24上浮阻力：上浮阻力： F=CSVF=CSV2 2/2/2式中：式中：F- F- 渣團(tuán)上浮阻力渣團(tuán)上浮阻力 -液態(tài)金屬的密度液態(tài)金屬的密度 S -S -渣團(tuán)的水平投影面積渣團(tuán)的水平投影面積 V- V- 渣團(tuán)上浮速度渣團(tuán)上浮速度 C - C -渣團(tuán)上浮阻力系數(shù)，與液體雷諾數(shù)有關(guān)，渣團(tuán)上浮阻力系數(shù)，與液體雷諾數(shù)有關(guān)，見表見表3-4-13-4-125渣團(tuán)臨近上浮速度：阻力渣團(tuán)臨近上浮速度：阻力F=F=浮力時(shí)的速度。浮力時(shí)的速度。式中式中 R

17、- R- 渣團(tuán)半徑渣團(tuán)半徑- - 金屬液密度金屬液密度渣渣 - -渣團(tuán)密度渣團(tuán)密度g -g -重力加速度重力加速度v v0 0 - -渣團(tuán)臨近上浮速度，又稱懸浮速度渣團(tuán)臨近上浮速度，又稱懸浮速度。2602(342023vRCgR）渣RCgv渣380金屬液的懸浮速度：當(dāng)金屬液流速（與上浮速度反向）等金屬液的懸浮速度：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)的速度于渣團(tuán)的臨近上浮速度時(shí)的速度 總結(jié)：總結(jié)： a a 渣團(tuán)半徑小，對(duì)應(yīng)懸浮速度也越小。渣團(tuán)半徑小，對(duì)應(yīng)懸浮速度也越小。 b 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，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

18、有大于臨近半徑的渣團(tuán)才能上浮。只有大于臨近半徑的渣團(tuán)才能上浮。 c c 渣團(tuán)密度相對(duì)于金屬液密度越小，越有利于上浮。渣團(tuán)密度相對(duì)于金屬液密度越小，越有利于上浮。 d d 橫澆道內(nèi)金屬的流速越低，可能阻流的渣團(tuán)也越小。橫澆道內(nèi)金屬的流速越低，可能阻流的渣團(tuán)也越小。橫澆道發(fā)揮阻渣作用應(yīng)具備的條件橫澆道發(fā)揮阻渣作用應(yīng)具備的條件 （1 1） 橫澆道應(yīng)呈充滿狀態(tài)：內(nèi)澆道的截面、位置；橫澆道應(yīng)呈充滿狀態(tài)：內(nèi)澆道的截面、位置； （2 2）流速應(yīng)盡量低）流速應(yīng)盡量低 （3 3）內(nèi)澆道的位置關(guān)系要正確）內(nèi)澆道的位置關(guān)系要正確27a a 內(nèi)澆道距離直澆道應(yīng)足夠遠(yuǎn)，使渣團(tuán)上浮到吸動(dòng)區(qū)上部。內(nèi)澆道距離直澆道應(yīng)足夠遠(yuǎn)，

19、使渣團(tuán)上浮到吸動(dòng)區(qū)上部。 b b 有正確的橫澆道末端延長(zhǎng)段，以容納初流金屬液；吸有正確的橫澆道末端延長(zhǎng)段，以容納初流金屬液；吸收液流動(dòng)能使金屬液平穩(wěn)；防止液流折返。收液流動(dòng)能使金屬液平穩(wěn)；防止液流折返。28 c c 封閉式澆注系統(tǒng)的內(nèi)澆道應(yīng)位于橫澆道的下部，且封閉式澆注系統(tǒng)的內(nèi)澆道應(yīng)位于橫澆道的下部，且和橫澆道具有同一底面，開放式澆注系統(tǒng)的內(nèi)澆道應(yīng)重和橫澆道具有同一底面，開放式澆注系統(tǒng)的內(nèi)澆道應(yīng)重疊在橫澆道之上，且搭接面積要小，但大于內(nèi)澆道橫截疊在橫澆道之上，且搭接面積要小，但大于內(nèi)澆道橫截面積。面積。29 d d 封閉式澆注系統(tǒng)的橫封閉式澆注系統(tǒng)的橫澆道應(yīng)高而窄，內(nèi)澆道宜澆道應(yīng)高而窄，內(nèi)澆道

20、宜扁而寬。扁而寬。 e e 內(nèi)澆道應(yīng)遠(yuǎn)離橫澆道內(nèi)澆道應(yīng)遠(yuǎn)離橫澆道的彎道；應(yīng)盡量使用直的的彎道；應(yīng)盡量使用直的橫澆道。內(nèi)、橫澆道連接橫澆道。內(nèi)、橫澆道連接一般為垂直。一般為垂直。a)、d) 錯(cuò)誤錯(cuò)誤強(qiáng)化橫澆道阻渣的措施強(qiáng)化橫澆道阻渣的措施(1)(1)在澆注系統(tǒng)中設(shè)置篩網(wǎng)芯、過濾網(wǎng)。在澆注系統(tǒng)中設(shè)置篩網(wǎng)芯、過濾網(wǎng)。30(2)(2)設(shè)置集渣包設(shè)置集渣包齒形集渣包、離齒形集渣包、離心集渣包。心集渣包。設(shè)計(jì)尺寸。設(shè)計(jì)尺寸。311.6 1.6 在內(nèi)澆道中的流動(dòng)在內(nèi)澆道中的流動(dòng)內(nèi)澆道的作用內(nèi)澆道的作用：控制充型速度和方向，分配金屬，調(diào)節(jié)：控制充型速度和方向，分配金屬，調(diào)節(jié)鑄件各部分的溫度和凝固順序，澆注系統(tǒng)

21、的金屬液通過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)澆道對(duì)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮。澆口比對(duì)澆注過程的影響澆口比對(duì)澆注過程的影響 澆口比：澆口比：32內(nèi)橫直：SSS內(nèi)澆道流量的不均勻性內(nèi)澆道流量的不均勻性 遠(yuǎn)離直澆道的內(nèi)澆道流量最大。遠(yuǎn)離直澆道的內(nèi)澆道流量最大。 33nQqqUminmax34減小內(nèi)澆道流量的不均勻性的方法減小內(nèi)澆道流量的不均勻性的方法 a a 縮小遠(yuǎn)離直澆道的內(nèi)澆道的截面積。縮小遠(yuǎn)離直澆道的內(nèi)澆道的截面積。 b b 增大橫澆道的截面積增大橫澆道的截面積 c c 嚴(yán)格，每流經(jīng)一個(gè)內(nèi)澆道，比值依次減小。嚴(yán)格，每流經(jīng)一個(gè)內(nèi)澆道，比值依次減小。 d d 設(shè)置直澆道

22、窩。設(shè)置直澆道窩。35內(nèi)澆道設(shè)計(jì)的基本原則內(nèi)澆道設(shè)計(jì)的基本原則（1 1）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）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)縮方法或補(bǔ)縮方法 a a 同時(shí)凝固：內(nèi)澆道在薄壁處，數(shù)量多且分散分布。同時(shí)凝固：內(nèi)澆道在薄壁處，數(shù)量多且分散分布。 b b 順序凝固：內(nèi)澆道開在厚壁或冒口處。順序凝固：內(nèi)澆道開在厚壁或冒口處。 c c 復(fù)雜鑄件：采用順序凝固與同時(shí)凝固相結(jié)合的原則。復(fù)雜鑄件：采用順序凝固與同時(shí)凝固相結(jié)合的原則。（2 2）方向不要沖著細(xì)小砂芯、型壁、冷鐵和芯撐。）方向不要沖著細(xì)小砂芯、型壁、冷鐵和芯撐。（3 3）內(nèi)澆道應(yīng)盡量薄。）內(nèi)澆道應(yīng)盡量

23、薄。（4 4）對(duì)薄鑄件可用多內(nèi)澆道的澆注系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縮。）對(duì)薄鑄件可用多內(nèi)澆道的澆注系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縮。（5 5）內(nèi)澆道避免開設(shè)在鑄件品質(zhì)要求很高的部位。）內(nèi)澆道避免開設(shè)在鑄件品質(zhì)要求很高的部位。（6 6）各內(nèi)澆道中金屬液的流向應(yīng)盡量一致。）各內(nèi)澆道中金屬液的流向應(yīng)盡量一致。（7 7）盡量開在分型面上。）盡量開在分型面上。（8 8）對(duì)收縮大易裂紋的合金鑄件，內(nèi)澆道的設(shè)置不應(yīng)阻礙收）對(duì)收縮大易裂紋的合金鑄件，內(nèi)澆道的設(shè)置不應(yīng)阻礙收縮?？s。36第第2 2節(jié)節(jié) 澆注系統(tǒng)的基本類型及選擇澆注系統(tǒng)的基本類型及選擇2.1 2.1 澆注系統(tǒng)的充滿理論澆注系統(tǒng)的充滿理論砂型澆注系統(tǒng)的充滿條件砂型澆注系統(tǒng)的充滿條件 （

24、1 1）推導(dǎo)推導(dǎo) 在橫澆道任一截面在橫澆道任一截面r-rr-r和內(nèi)澆道入口處和內(nèi)澆道入口處i-ii-i截面用截面用伯努伯努力方程力方程 （2 2）式中：式中： 為為r-rr-r至至i-ii-i截面間的流動(dòng)阻力系數(shù)截面間的流動(dòng)阻力系數(shù)若橫澆道充滿，若橫澆道充滿，r-rr-r截面截面最高點(diǎn)的壓力最高點(diǎn)的壓力應(yīng)高于型壁界面應(yīng)高于型壁界面的壓力：的壓力： 37app gpgvhpgpgviirirr)1 (2222橫ir （3 3）同理，內(nèi)澆道同理，內(nèi)澆道最高點(diǎn)處的壓力最高點(diǎn)處的壓力應(yīng)等于型腔內(nèi)氣體壓力，近應(yīng)等于型腔內(nèi)氣體壓力，近似等于：似等于： （4 4）將（將（4 4）代入（）代入（3 3）：）：

25、 （5 5）38arrpghpaiipghpirrhgpihgp將（將（2 2）- -（5 5）：）：化簡(jiǎn)：化簡(jiǎn)： （6 6） 39iirirrhgvhhgv)1 (2222橫2222(1iriirirvghhhvv）橫代入連續(xù)流動(dòng)定律代入連續(xù)流動(dòng)定律 （ 為為r-rr-r截面上流體的截面縮小系數(shù)）截面上流體的截面縮小系數(shù)）并應(yīng)用托利拆里方程并應(yīng)用托利拆里方程 （H H為澆注系統(tǒng)總壓頭，為澆注系統(tǒng)總壓頭，內(nèi)澆道的流量系數(shù)）內(nèi)澆道的流量系數(shù)）得得橫澆道充滿條件橫澆道充滿條件： 40內(nèi)橫SvSvirrrgHvi2HhhhSSriirr2(1）橫橫內(nèi)同理得直澆道的充滿條件：同理得直澆道的充滿條件：

26、傳統(tǒng)理論：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)為零，流量系數(shù)為1 1。充滿條件為。充滿條件為S S直直SS橫橫SS內(nèi)內(nèi)實(shí)際情況：實(shí)際情況：液態(tài)金屬有粘度，流動(dòng)阻力有較大的影響。液態(tài)金屬有粘度，流動(dòng)阻力有較大的影響。S S直直：S S橫橫：S S內(nèi)內(nèi)=1:2.5:2.5=1:2.5:2.5時(shí)仍呈正壓充滿狀態(tài)。時(shí)仍呈正壓充滿狀態(tài)。41HhhSSziiz2(1）直內(nèi)2.2 2.2 封閉、開放式澆注系統(tǒng)封閉、開放式澆注系統(tǒng) （圖（圖3-4-43-4-4）（1 1）封閉式澆注系統(tǒng)（）封閉式澆注系統(tǒng)（choked running syste

27、mchoked running system，pressurized systempressurized system）概念：在正常澆注條件下，所有組元都能為金屬液充滿的澆注概念：在正常澆注條件下，所有組元都能為金屬液充滿的澆注系統(tǒng)。系統(tǒng)。類型：內(nèi)澆道阻流、部分?jǐn)U張（類型：內(nèi)澆道阻流、部分?jǐn)U張（S S內(nèi)內(nèi)/S/S阻阻1.5-2.51.5-2.5）。）。優(yōu)點(diǎn)：阻渣效果好、防止卷氣、消耗金屬少、清理方便。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)：噴濺、沖砂、金屬氧化、流動(dòng)不平穩(wěn)。缺點(diǎn)：噴濺、沖砂、金屬氧化、流動(dòng)不平穩(wěn)。應(yīng)用：不易氧化的各類鑄鐵件。不宜用于易氧化的輕合金、漏應(yīng)用：不易氧

28、化的各類鑄鐵件。不宜用于易氧化的輕合金、漏包澆注鑄鋼件和高大的鑄鐵件（充型壓力很大）。包澆注鑄鋼件和高大的鑄鐵件（充型壓力很大）。42（2 2）開放式澆注系統(tǒng)）開放式澆注系統(tǒng) 概念：金屬液不能充滿所有組元的的澆注系統(tǒng)。一般概念：金屬液不能充滿所有組元的的澆注系統(tǒng)。一般S S內(nèi)內(nèi)/S/S阻阻3 3 優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)入型腔金屬液流速小，平穩(wěn)，氧化輕。優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)入型腔金屬液流速小，平穩(wěn)，氧化輕。 缺點(diǎn)：阻渣效果差，帶入氣體，金屬消耗大。缺點(diǎn)：阻渣效果差，帶入氣體，金屬消耗大。 注意：一般阻流設(shè)置在直澆道下端或靠直澆道的橫澆道上。注意：一般阻流設(shè)置在直澆道下端或靠直澆道的橫澆道上。 應(yīng)用：輕合金、球鐵件，漏包澆

29、注鑄鋼也可采用，但直澆道應(yīng)用：輕合金、球鐵件，漏包澆注鑄鋼也可采用，但直澆道不能充滿，以防鋼液外溢。不能充滿，以防鋼液外溢。432.3 2.3 按內(nèi)澆道在鑄件上位置的分類按內(nèi)澆道在鑄件上位置的分類（1 1）頂注式澆注系統(tǒng)（）頂注式澆注系統(tǒng)（top gating systemtop gating system） 概念：以澆注位置為基準(zhǔn)，內(nèi)澆道設(shè)在鑄件頂部。概念：以澆注位置為基準(zhǔn)，內(nèi)澆道設(shè)在鑄件頂部。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： a a 充型容易，減少冷隔、澆不足。充型容易，減少冷隔、澆不足。 b b 有利于自下而上順序凝固和補(bǔ)縮。有利于自下而上順序凝固和補(bǔ)縮。 c c 冒口尺寸小，節(jié)省金屬。冒口尺寸小，節(jié)省金

30、屬。 d d 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于清除。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于清除。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： a a 易造成沖砂。易造成沖砂。 b b下落時(shí)氧化、飛濺、不平穩(wěn)，產(chǎn)生鐵豆、氣孔、夾渣。下落時(shí)氧化、飛濺、不平穩(wěn)，產(chǎn)生鐵豆、氣孔、夾渣。 c c 橫澆道阻渣效果較差（因大部分時(shí)間內(nèi)澆道處于非淹橫澆道阻渣效果較差（因大部分時(shí)間內(nèi)澆道處于非淹沒狀態(tài)）。沒狀態(tài)）。44形式：簡(jiǎn)單式、楔形式、壓邊式、雨淋式、搭邊式。形式：簡(jiǎn)單式、楔形式、壓邊式、雨淋式、搭邊式。 45（2 2）底注式澆注系統(tǒng)（）底注式澆注系統(tǒng)（bottom gating systembottom gating system） 概念：內(nèi)澆道設(shè)在底部概念：內(nèi)澆道設(shè)在底部

31、優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： a a 沖型平穩(wěn)。沖型平穩(wěn)。 b b 避免金屬液飛濺氧化。避免金屬液飛濺氧化。 c c 無論澆口比多大，橫澆道基本充滿，擋渣效果好。無論澆口比多大，橫澆道基本充滿，擋渣效果好。 d d 型腔氣體容易排除。型腔氣體容易排除。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： a a 溫度分布不利于順序凝固和冒口補(bǔ)縮。溫度分布不利于順序凝固和冒口補(bǔ)縮。 b b 內(nèi)澆道處易過熱，造成縮孔、縮松、晶粒粗大。內(nèi)澆道處易過熱，造成縮孔、縮松、晶粒粗大。 c c 金屬液面上升中易結(jié)皮，形成澆不足、冷隔。金屬液面上升中易結(jié)皮，形成澆不足、冷隔。 d d 金屬消耗較大。金屬消耗較大。46形式及應(yīng)用形式及應(yīng)用： a a 基本形式，用于

32、容易氧化的有色金屬、形狀復(fù)雜要求高基本形式，用于容易氧化的有色金屬、形狀復(fù)雜要求高的鋼鐵鑄件。的鋼鐵鑄件。b b 牛角式（牛角式（horn gatinghorn gating），用于各種鑄齒齒輪和有砂芯圓），用于各種鑄齒齒輪和有砂芯圓盤。盤。c c 底雨淋：用于內(nèi)表面要求高的圓筒類鑄件。底雨淋：用于內(nèi)表面要求高的圓筒類鑄件。47（3 3）中間注入式（）中間注入式（parting parting gategate） 概念：在鑄件某一高度概念：在鑄件某一高度上開設(shè)澆注系統(tǒng)。上開設(shè)澆注系統(tǒng)。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： a a 兼有頂、底注式的優(yōu)、兼有頂、底注式的優(yōu)、缺點(diǎn)。缺點(diǎn)。 b b 開設(shè)方便（可在分型開設(shè)方

33、便（可在分型面上開設(shè)）面上開設(shè)） 應(yīng)用：高度不大的中等應(yīng)用：高度不大的中等壁厚鑄件。壁厚鑄件。48（4 4）階梯式澆注系統(tǒng)（）階梯式澆注系統(tǒng)（stepped gatingstepped gating） 概念：在鑄件不同高度上開設(shè)多層內(nèi)澆道。概念：在鑄件不同高度上開設(shè)多層內(nèi)澆道。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： a a 沖型平穩(wěn)沖型平穩(wěn) b b 排氣順利。排氣順利。 c c 溫度梯度有利于補(bǔ)縮。溫度梯度有利于補(bǔ)縮。 d d 減輕內(nèi)澆道局部過熱。減輕內(nèi)澆道局部過熱。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： a a 造型復(fù)雜。造型復(fù)雜。 b b 若設(shè)計(jì)不正確出現(xiàn)若設(shè)計(jì)不正確出現(xiàn)“亂澆亂澆”。應(yīng)用：中大型高度大的鑄件、具有垂直分型面的鑄件優(yōu)先采應(yīng)

34、用：中大型高度大的鑄件、具有垂直分型面的鑄件優(yōu)先采用。用。49形式形式： a a 多直澆道階梯式；多直澆道階梯式； b b 用塞球法控制的階梯式；用塞球法控制的階梯式； c c 控制組元比例的階梯式；控制組元比例的階梯式； d d 帶反沖或反直澆道的階梯式。帶反沖或反直澆道的階梯式。o o50第第3 3節(jié)節(jié) 計(jì)算阻流截面的水利學(xué)公式計(jì)算阻流截面的水利學(xué)公式3.1 3.1 奧贊公式奧贊公式在澆口杯頂面和內(nèi)澆口（阻流截面）用伯努利方程：在澆口杯頂面和內(nèi)澆口（阻流截面）用伯努利方程：51式中：式中：H H0 0 阻流以上金屬液的總壓頭阻流以上金屬液的總壓頭v v 阻流處金屬液的流速阻流處金屬液的流速

35、g g 重力加速度重力加速度hhr r 金屬液流經(jīng)澆注系統(tǒng)時(shí)壓頭損失總和。金屬液流經(jīng)澆注系統(tǒng)時(shí)壓頭損失總和。i i 局部阻力系數(shù)局部阻力系數(shù)S Si i 測(cè)定測(cè)定ii時(shí)指定的某處截面積。時(shí)指定的某處截面積。S S阻阻 阻流截面積。阻流截面積。 52(1 222220）阻SSgvhgvHiir20(12）阻SSgHvii充填下半型時(shí)充填下半型時(shí)S S阻阻的計(jì)算的計(jì)算 充填下半型腔時(shí)，通過阻流截面的金屬質(zhì)量和澆注時(shí)間充填下半型腔時(shí)，通過阻流截面的金屬質(zhì)量和澆注時(shí)間有如下關(guān)系有如下關(guān)系532011(12）阻阻阻下SSgHSvSmii012gHmS下阻21(11）阻SSi式中：式中：m m下下 阻流以

36、下鑄件質(zhì)量阻流以下鑄件質(zhì)量 金屬液密度金屬液密度1 1 充填下半型時(shí)間充填下半型時(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。量之比值。充填上半型時(shí)的計(jì)算：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：充填上半型時(shí)，阻流處流速隨充型壓頭而變化：最大流速最大流速最小流速最小流速540max2gHv)(20minPHgv在上半型充填時(shí)間在上半型充填時(shí)間 2 2內(nèi)，存在著瞬間內(nèi)，存在著瞬間 ，對(duì)應(yīng)壓頭為，對(duì)應(yīng)壓頭為h h平平均時(shí)，阻流處流速為：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)有充填上半型時(shí)

37、，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：如下關(guān)系：55平均平均ghv2平均阻上ghSm22得到：得到： 阿暫公式阿暫公式將兩個(gè)計(jì)算將兩個(gè)計(jì)算 的公式合并為一個(gè)通式，即阿暫公式：的公式合并為一個(gè)通式，即阿暫公式：式中：式中：m m 流經(jīng)阻流的金屬總質(zhì)量流經(jīng)阻流的金屬總質(zhì)量 充填型腔的總時(shí)間充填型腔的總時(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)充填全部型腔時(shí)，澆注系統(tǒng)阻流截面的流量系數(shù)H Hp p 充填型腔時(shí)的平均計(jì)算壓頭充填型腔時(shí)的平均計(jì)算壓頭56平均上阻ghmS22pgHmS2阻阻S平均計(jì)算壓力頭平均計(jì)算壓力頭57CPHHp220 式中：式中：H Hp p 平均計(jì)算壓頭平均計(jì)算壓

38、頭 H Ho o 阻流截面以上的金屬壓力頭阻流截面以上的金屬壓力頭 P P 阻流截面重心以上的型腔高度阻流截面重心以上的型腔高度 C C 鑄件（型腔）的總高度鑄件（型腔）的總高度注意注意 a a 該公式適用于封閉式澆注系統(tǒng)該公式適用于封閉式澆注系統(tǒng) b b 推導(dǎo)推導(dǎo)H Ho o時(shí)引入兩個(gè)假定條件，與實(shí)際情況有差距。時(shí)引入兩個(gè)假定條件，與實(shí)際情況有差距。 c 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。的影響。3.2 3.2 澆注時(shí)間（速度）澆注時(shí)間（速度）（1 1）快澆與慢澆的特點(diǎn)）快澆與慢澆的特點(diǎn)快澆快澆 優(yōu)點(diǎn)：金屬溫度和流

39、動(dòng)性降低幅度小優(yōu)點(diǎn)：金屬溫度和流動(dòng)性降低幅度小 減小皮下氣孔。減小皮下氣孔。 對(duì)上表面熱作用時(shí)間短，可減小夾砂結(jié)疤缺陷。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、縮有利于石墨鑄鐵充分利用石墨化膨脹，防止縮孔、縮松缺陷。松缺陷。 缺點(diǎn)：沖擊大。缺點(diǎn)：沖擊大。 工藝出品率低。工藝出品率低。應(yīng)用：薄壁（或上部有薄壁鑄件）。應(yīng)用：薄壁（或上部有薄壁鑄件）。 具有大平面鑄件。具有大平面鑄件。 表皮易形成氧化膜的鑄件。表皮易形成氧化膜的鑄件。 底注式澆注系統(tǒng)，頂部有冒口。底注式澆注系統(tǒng)，頂部有冒口。中大型灰鑄鐵、球墨鑄鐵件。中大型灰鑄鐵、球墨鑄鐵件。58慢澆慢

40、澆 優(yōu)點(diǎn)：沖刷作用輕。優(yōu)點(diǎn)：沖刷作用輕。 有利于型（芯）內(nèi)氣體排出。有利于型（芯）內(nèi)氣體排出。 對(duì)收縮率大的合金采用順序凝固，冒口補(bǔ)縮工藝對(duì)收縮率大的合金采用順序凝固，冒口補(bǔ)縮工藝可減小冒口的尺寸?？蓽p小冒口的尺寸。 缺點(diǎn)：對(duì)上表面烘烤時(shí)間長(zhǎng)，易產(chǎn)生夾砂類缺陷。缺點(diǎn)：對(duì)上表面烘烤時(shí)間長(zhǎng)，易產(chǎn)生夾砂類缺陷。 溫度、流動(dòng)性降低幅度澆大、易澆不足、冷隔。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。降低流水線生產(chǎn)率。 應(yīng)用：有高的砂胎或吊砂的濕型。應(yīng)用：有高的砂胎或吊砂的濕型。 型內(nèi)砂芯多、大或排氣困難。型內(nèi)砂芯多、大或排氣困難。 頂注法澆注體收縮大的合金鑄件。頂注法澆注體收縮大的合

41、金鑄件。59（2 2）合適澆注時(shí)間的確定）合適澆注時(shí)間的確定確定依據(jù)確定依據(jù) 鑄件結(jié)構(gòu)、鑄型工藝條件、合金種類、澆注系統(tǒng)類型。鑄件結(jié)構(gòu)、鑄型工藝條件、合金種類、澆注系統(tǒng)類型。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 鑄鐵、鑄鋼件：表鑄鐵、鑄鋼件：表3-4-33-4-3 球鐵件：圖球鐵件：圖3-4-343-4-3460其它經(jīng)驗(yàn)公式：其它經(jīng)驗(yàn)公式：式中：式中： 澆注時(shí)間（澆注時(shí)間（t t） m m 鑄件或澆注金屬的質(zhì)量（鑄件或澆注金屬的質(zhì)量（kgkg） 鑄件壁厚鑄件壁厚 A A、B B、p p、n n 系數(shù)，見下表系數(shù)，見下表61nAmnpmB3.3 3.3 確定澆注時(shí)間時(shí)的金屬液上升速度因素確定澆注時(shí)間時(shí)的金屬液上升速

42、度因素工藝因素工藝因素 澆不足、冷隔澆不足、冷隔 夾砂類缺陷夾砂類缺陷 氣體的溢出氣體的溢出 金屬液的氧化。金屬液的氧化。型內(nèi)金屬液面的上升速度型內(nèi)金屬液面的上升速度 計(jì)算公式：計(jì)算公式： 式中：式中： C C 鑄件（或某段）的高度鑄件（或某段）的高度 鑄件（或某段）的澆注時(shí)間。鑄件（或某段）的澆注時(shí)間。62Cv型滿足的條件滿足的條件： 澆注時(shí)間應(yīng)滿足：澆注時(shí)間應(yīng)滿足：63maxmin型型型vvvminmax型型型vCvCvC 金屬液上升速度的核算和確定金屬液上升速度的核算和確定 鑄鐵件：見表鑄鐵件：見表3-4-63-4-6，只核算最小上升速度。，只核算最小上升速度。 鑄鋼件：見表鑄鋼件：見表

43、3-4-73-4-7，只核算最小上升速度。，只核算最小上升速度。 易氧化合金：易氧化合金： 式中：式中： R R 型腔的水利學(xué)半徑。型腔的水利學(xué)半徑。 ReRe型型 型腔內(nèi)允許的金屬液型腔內(nèi)允許的金屬液雷諾數(shù)，用實(shí)驗(yàn)法確定。雷諾數(shù)，用實(shí)驗(yàn)法確定。 合金液的運(yùn)動(dòng)粘度。合金液的運(yùn)動(dòng)粘度。RRve4max型型64653.4 3.4 流量系數(shù)流量系數(shù)的確定的確定重要性重要性: :決定著阻流截面是否合適。決定著阻流截面是否合適。影響因素：影響因素： 澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、尺寸、澆口比。澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、尺寸、澆口比。 鑄件的復(fù)雜程度。鑄件的復(fù)雜程度。 鑄型條件。鑄型條件。 合金特性。合金特性。 澆注溫度。澆注溫

44、度。確定方法確定方法 水利模擬實(shí)驗(yàn)法：用于重要件或大批量生產(chǎn)的鑄件。水利模擬實(shí)驗(yàn)法：用于重要件或大批量生產(chǎn)的鑄件。 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法 球墨鑄鐵：圖球墨鑄鐵：圖3-4-453-4-45、表、表3-4-83-4-8及及3-4-103-4-10 鑄鋼：表鑄鋼：表3-4-93-4-9666768第第4 4節(jié)節(jié) 鑄鐵件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算鑄鐵件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 4.1 設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟選擇澆注系統(tǒng)類型；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、引入方向；確定內(nèi)澆道在鑄件上的位置、數(shù)目、引入方向；決定直澆道的位置和高度決定直澆道的位置和高度 高度：一般等于上砂箱高度。高度：一般等于上砂箱

45、高度。 式中：式中：H HM M 最小剩余壓力頭最小剩余壓力頭 L L 直澆道中心到鑄件且最遠(yuǎn)點(diǎn)的水平直澆道中心到鑄件且最遠(yuǎn)點(diǎn)的水平投影距離投影距離 壓力角，大小依據(jù)下表要求。壓力角，大小依據(jù)下表要求。69LtgHM70 位置：在橫、內(nèi)澆道的對(duì)稱中心點(diǎn)上。流程短、流量位置：在橫、內(nèi)澆道的對(duì)稱中心點(diǎn)上。流程短、流量均勻。距第一個(gè)內(nèi)澆道應(yīng)有足夠的距離。均勻。距第一個(gè)內(nèi)澆道應(yīng)有足夠的距離。計(jì)算澆注時(shí)間并核算金屬上升速度計(jì)算澆注時(shí)間并核算金屬上升速度 重點(diǎn)是最大截面處型內(nèi)金屬液的上升速度。重點(diǎn)是最大截面處型內(nèi)金屬液的上升速度。計(jì)算阻流截面計(jì)算阻流截面 考慮增重考慮增重3-7%3-7%。確定澆口比，并計(jì)

46、算各組元截面積；確定澆口比，并計(jì)算各組元截面積； 按表按表3-4-123-4-12。繪出澆注系統(tǒng)圖繪出澆注系統(tǒng)圖714.2 4.2 階梯式澆注系統(tǒng)的計(jì)算階梯式澆注系統(tǒng)的計(jì)算形式形式 多直澆道：同一般澆注系統(tǒng)，但要精確計(jì)算每層注入量。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）其它：（控制組元比例、緩沖直澆道）實(shí)現(xiàn)分層注入的條件實(shí)現(xiàn)分層注入的條件 a a各層分直澆道呈非充滿狀態(tài)各層分直澆道呈非充滿狀態(tài) b 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。兩層內(nèi)澆道之間的距離。計(jì)算原理及步

47、驟計(jì)算原理及步驟 先封閉后開放。先封閉后開放。72 a a 阻流截面的計(jì)算（如圖）阻流截面的計(jì)算（如圖） 若鑄件低于阻流截面若鑄件低于阻流截面73112gHv112gHSm阻112gHmS阻若鑄件高于阻流截面若鑄件高于阻流截面 其中，計(jì)算平均壓頭其中，計(jì)算平均壓頭74pgHv21平均PgHSm21阻PgHmS21阻CPHHp221b b分配直澆道截面積分配直澆道截面積 分配直澆道截面積等于分配直澆道截面積等于1-21-2倍阻流截面積。倍阻流截面積。c c每層內(nèi)澆道的總截面積每層內(nèi)澆道的總截面積 通過阻流截面的流量通過阻流截面的流量 通過低層內(nèi)澆道的流量通過低層內(nèi)澆道的流量751112gHSQ阻

48、有效內(nèi)（底）ghSQ22221QQ 設(shè)設(shè) （K K 推薦推薦0.25-0.50.25-0.5）. .則低層內(nèi)澆道截面積：則低層內(nèi)澆道截面積： 上層內(nèi)澆道截面積：根據(jù)順序凝固要求的高低為底層截面上層內(nèi)澆道截面積：根據(jù)順序凝固要求的高低為底層截面積的積的1-21-2倍。倍。761221(HSSh）內(nèi)（底）阻有效0KHh有效阻內(nèi)（底）SKHHS01214.3 4.3 垂直分型澆注系統(tǒng)的計(jì)算垂直分型澆注系統(tǒng)的計(jì)算計(jì)算原理計(jì)算原理 垂直分型無箱造型的特點(diǎn)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)。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。一型多鑄，底部

49、鑄件充型壓力比頂部高幾倍。 形式形式底部開放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。保持充型時(shí)的恒壓且流量相等，各層型腔同時(shí)充滿。77計(jì)算：計(jì)算：每個(gè)鑄件內(nèi)澆道的截面積：每個(gè)鑄件內(nèi)澆道的截面積：式中：一個(gè)鑄件的質(zhì)量式中：一個(gè)鑄件的質(zhì)量 充填一個(gè)型腔的時(shí)間充填一個(gè)型腔的時(shí)間 H Hp p 每個(gè)鑄件的平均計(jì)算壓頭，簡(jiǎn)化處理，可每個(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)澆道中心的距離用澆口杯上液面到內(nèi)澆道中心的距離H H0 0代替。代替。 諾謨圖的用法：由上式計(jì)算。諾謨圖

50、的用法：由上式計(jì)算。78pgHmS2內(nèi)(2) (2) 設(shè)計(jì)要點(diǎn)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)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。如表嚴(yán)格控制澆注時(shí)間。如表3-4-133-4-13。小的薄壁件可以澆注系統(tǒng)做冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。小的薄壁件可以澆注系統(tǒng)做冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。7980(3) (3) 設(shè)計(jì)方法舉例設(shè)計(jì)方法舉例 草擬模板布置圖，初步確定各層鑄草擬模板布置圖，初步確定各層鑄件內(nèi)澆道的金屬壓力頭。件內(nèi)澆道的金屬壓力頭。 計(jì)算型內(nèi)金屬質(zhì)量計(jì)算型內(nèi)金屬質(zhì)量根據(jù)型內(nèi)金屬質(zhì)量確定澆注時(shí)間根據(jù)型內(nèi)金屬質(zhì)量確定澆注時(shí)間和澆注速度和澆注速度 按表按表3-4-133-4-13為為8s8s

51、。充填每個(gè)型。充填每個(gè)型腔腔的時(shí)間為的時(shí)間為8-2=6s8-2=6s81mmhmmhmmh350250100321kg3 .347 . 0/122選用澆口杯選用澆口杯 用表用表3-4-143-4-14經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)澆注方式和澆注速度。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)澆注方式和澆注速度。計(jì)算內(nèi)澆道截面積計(jì)算內(nèi)澆道截面積 取取=0.5=0.5。分直澆道截面積分直澆道截面積 水平橫澆道尺寸水平橫澆道尺寸O O 8223222138,45,70mmSmmSmmS2321367)(22 . 12 . 1mmSSSSS內(nèi)分直24723673 . 13 . 1mmSS分直橫 第第5 5節(jié)節(jié) 其它合金鑄件的澆注系統(tǒng)其它合金鑄件

52、的澆注系統(tǒng)5.1 5.1 鑄鋼件的澆注系統(tǒng)鑄鋼件的澆注系統(tǒng)鑄鋼的特點(diǎn)鑄鋼的特點(diǎn)熔點(diǎn)高，流動(dòng)性差，收縮大，易氧化，力學(xué)性能對(duì)夾雜熔點(diǎn)高，流動(dòng)性差，收縮大，易氧化，力學(xué)性能對(duì)夾雜物敏感，鋼渣較稀。物敏感，鋼渣較稀。澆注特點(diǎn)澆注特點(diǎn) 傾轉(zhuǎn)包：擋渣效果差，用于流水線生產(chǎn)。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。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)，流澆注系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、截

53、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。股集中，有利于順序凝固，不阻礙鑄件收縮。83底注包澆注系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算底注包澆注系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算（1 1）選擇澆包容量及包孔直徑）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。大于澆包容量：總?cè)萘看笥阼T型內(nèi)金屬需要量。大于30T30T的澆的澆包可設(shè)兩個(gè)包孔。包可設(shè)兩個(gè)包孔。包孔直徑：按照平均澆注速度。如表包孔直徑：按照平均澆注速度。如表3-4-153-4-15。 （2 2）澆注時(shí)間和液面上升速度）澆注時(shí)間和液面上升速度 澆注時(shí)間：按公式：澆注時(shí)間：按公式： 及表及表3-4-43-4-4初步確定初步確定澆注時(shí)間。澆注時(shí)間。

54、84nAm平均澆注速度平均澆注速度 式中：式中： 液面上升速度：大于表液面上升速度：大于表3-4-73-4-7中規(guī)定的最小上升中規(guī)定的最小上升速度值。速度值。 改進(jìn)措施：改進(jìn)措施：（3 3）其它組元截面積）其它組元截面積 為加強(qiáng)冒口的補(bǔ)縮效果，常在每個(gè)冒口的下部設(shè)為加強(qiáng)冒口的補(bǔ)縮效果，常在每個(gè)冒口的下部設(shè)置內(nèi)澆道，使?jié)沧⑾到y(tǒng)更加開放，不受以上比例的限制。置內(nèi)澆道，使?jié)沧⑾到y(tǒng)更加開放，不受以上比例的限制。85Nnmq ：一個(gè)澆包的澆孔數(shù)：澆注的澆包數(shù)：型內(nèi)鋼液質(zhì)量nNm)5 . 20 . 2( : )0 . 28 . 1 ( : )0 . 28 . 1 ( :1:內(nèi)橫直包孔SSSS利用底注包澆注

55、工藝特性曲線利用底注包澆注工藝特性曲線 傳統(tǒng)計(jì)算法的缺點(diǎn)：澆注速度采用平均值與實(shí)際情況不符，傳統(tǒng)計(jì)算法的缺點(diǎn)：澆注速度采用平均值與實(shí)際情況不符，所設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)不精確。所設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)不精確。 底注包的澆注工藝特征：澆注速度底注包的澆注工藝特征：澆注速度q q、澆包內(nèi)存鋼液、澆包內(nèi)存鋼液m m、累計(jì)澆注時(shí)間累計(jì)澆注時(shí)間 和澆包內(nèi)金屬壓力頭和澆包內(nèi)金屬壓力頭h h之間的特定流體力學(xué)之間的特定流體力學(xué)函數(shù)關(guān)系。每一只確定的澆包都可用一組方程表示其澆注函數(shù)關(guān)系。每一只確定的澆包都可用一組方程表示其澆注工藝特征（見公式工藝特征（見公式3-4-423-4-42、4343、4444、4545）。）。 應(yīng)用：只

56、要知道底注包的內(nèi)尺寸、出鋼的噸位和渣量即應(yīng)用：只要知道底注包的內(nèi)尺寸、出鋼的噸位和渣量即可計(jì)算并描繪出底注包的澆注工藝特性曲線，確定可計(jì)算并描繪出底注包的澆注工藝特性曲線，確定q q、 、h h、m m的對(duì)應(yīng)關(guān)系。從而根據(jù)工藝尺寸來確定工藝參數(shù)。的對(duì)應(yīng)關(guān)系。從而根據(jù)工藝尺寸來確定工藝參數(shù)。86875.2 5.2 輕合金鑄件的澆注系統(tǒng)輕合金鑄件的澆注系統(tǒng)輕合金的特點(diǎn)及其對(duì)澆注系統(tǒng)的要求輕合金的特點(diǎn)及其對(duì)澆注系統(tǒng)的要求 特點(diǎn)：密度小、熔點(diǎn)低。不易產(chǎn)生夾砂類缺陷。特點(diǎn)：密度小、熔點(diǎn)低。不易產(chǎn)生夾砂類缺陷。 容積熱容量小而導(dǎo)熱率大。降溫快，宜快澆。容積熱容量小而導(dǎo)熱率大。降溫快，宜快澆。 化學(xué)性質(zhì)活潑

57、、易氧化、吸附氣體。氧化物密度大?；瘜W(xué)性質(zhì)活潑、易氧化、吸附氣體。氧化物密度大。 常見鑄造缺陷：渣眼、澆不足、氣孔、縮松、裂紋、變形等。常見鑄造缺陷：渣眼、澆不足、氣孔、縮松、裂紋、變形等。 對(duì)澆注系統(tǒng)的要求：流動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生渦流、噴濺。適宜開對(duì)澆注系統(tǒng)的要求：流動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生渦流、噴濺。適宜開放式低注澆注系統(tǒng)。放式低注澆注系統(tǒng)。 常用垂直縫隙式或帶縫隙的低注式澆注系統(tǒng)（如圖）。常用垂直縫隙式或帶縫隙的低注式澆注系統(tǒng)（如圖）。8889澆口比：澆口比：小于小于20kg20kg鑄件鑄件 20-50kg20-50kg鑄件鑄件 大于大于50kg50kg鑄件鑄件 設(shè)計(jì)原則：設(shè)計(jì)原則：容許最小紊流程度為依據(jù)的阻流計(jì)算法。容許最小紊流程度為依據(jù)的阻流計(jì)算法。 a a 根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定輕合金充型時(shí)的最大允許雷諾數(shù)，如表根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定輕合金充型時(shí)的最大允許雷諾數(shù)，如表3-4-3-4-1616。 90)42( :2:1:內(nèi)橫直SSS)54( :3:1:內(nèi)橫直SSS)65( :4:1:內(nèi)橫直SSS b b 根據(jù)雷諾數(shù)確定流入型腔的金屬流量