《澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)》PPT課件.ppt

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1、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì),,3.1澆注系統(tǒng)的基本類型及選擇,一、按內(nèi)澆道在鑄件上的位置分類,頂注式澆注系統(tǒng),頂注式澆注系統(tǒng),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)澆道附近受熱較輕 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于清除,易造成沖砂缺陷金屬，液下落過(guò)程中接觸空氣，出現(xiàn)飛濺、氧化、 卷入空氣等現(xiàn)象，使充型不平穩(wěn) 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)澆道工作在非淹沒(méi)狀態(tài)， 橫澆道阻渣條件相對(duì)較差,優(yōu)點(diǎn):,缺點(diǎn):,應(yīng)用: 主要用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的各種黑色金屬鑄件和易氧化的有色金屬鑄件。,中間注入式澆注系統(tǒng),對(duì)內(nèi)澆道以

2、下的型腔部分為頂注式；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)缺點(diǎn)。由于內(nèi)澆道在分型面上開(kāi)設(shè)，故極為方便，廣為應(yīng)用。適用于高度不大的中等壁厚的鑄件。,階梯式澆注系統(tǒng),階梯式澆注系統(tǒng)適用于高度大的中、大型鑄件。具有垂直分型面的中大件可優(yōu)先采用,二、按澆鑄系統(tǒng)各基本組元截面積比例分類,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 或半封閉式：S內(nèi) S直 S橫,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

3、系統(tǒng)）,優(yōu)點(diǎn) 封閉式澆注系統(tǒng)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 缺點(diǎn) 進(jìn)入型腔的金屬液流速度高，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,用于不易氧化的金屬鑄件。,開(kāi)放式澆注系統(tǒng)： S內(nèi)S橫 S直；例如1.5 : 1.2 : 1 或半開(kāi)放式： S內(nèi) S直 S橫,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)。 完全開(kāi)放式澆注系統(tǒng)在內(nèi)澆道被淹沒(méi)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)，沖刷力小，

4、金屬氧化輕。 主要缺點(diǎn) 阻渣效果稍差，內(nèi)澆道較大，金屬消耗略多,適用于易氧化的有色金屬鑄件(如輕合金鑄件)、球鐵件等、漏包澆注的鑄鋼件也宜采用開(kāi)放式澆注系統(tǒng)，但直澆道不能成充滿態(tài)，以防鋼水外溢，造成事故。,3.2 液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)基本組元中的流動(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(guò)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 澆注過(guò)程是不穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程 在型內(nèi)合金液淹沒(méi)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 合金液在澆注系統(tǒng)中一般呈紊流狀態(tài) 多相流動(dòng)

5、 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(guò)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),澆口杯中的流動(dòng),澆口杯的作用：承接來(lái)自澆包的金屬液，防止金屬液飛濺和溢是出，便于澆注；減輕液流對(duì)型腔的沖擊、分離渣滓和氣泡，阻止其進(jìn)入型腔；增加充型壓力頭。只有澆口杯的結(jié)構(gòu)正確，配合恰當(dāng)?shù)臐沧⒉僮?，才能?shí)現(xiàn)上述功能。,澆口杯中的流動(dòng),澆口杯中的流動(dòng),澆注方向的影響見(jiàn)圖3-4-8。逆向澆注較順向澆注為佳，側(cè)向澆注介乎兩者之間。,,澆口杯的擋渣,直澆道中的流動(dòng),直澆道的功用： 從澆口杯引導(dǎo)金屬向下，進(jìn)入橫澆道、內(nèi)澆道或直接導(dǎo)入型腔。 提供足夠的壓力頭，使金屬液在重力作用下能克服各種流動(dòng)

6、阻力，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)充滿型腔。,二、液態(tài)金屬在直澆道中的流動(dòng),1直澆道入口處的形狀影響液流分布,2直澆道形狀影響液流的內(nèi)部壓力。,(二)直澆道的吸氣問(wèn)題,金屬液在直澆道中的流動(dòng)的特點(diǎn),1)液態(tài)金屬在直澆道中存在兩種流態(tài)：充滿式流動(dòng)或非充滿式流動(dòng)。 2)在非充滿的直澆道中，金屬液以重力加速度向下運(yùn)動(dòng)，流股呈漸縮形，流股表面壓力接近大氣壓力，微呈正壓。流股表面會(huì)帶動(dòng)表層氣體向下運(yùn)動(dòng)，并能沖入型內(nèi)上升的金屬液內(nèi)，由于流股內(nèi)部和砂型表層氣體之間無(wú)壓力差，氣體不可能被“吸人”流股，故在直澆道中氣體可被金屬表面所吸收和帶走。 3)直澆道入口形狀影響金屬流態(tài)。當(dāng)入口為尖角時(shí)，增加流動(dòng)阻力和斷面收縮率，常導(dǎo)致非

7、充滿式流動(dòng)。實(shí)際砂型中尖角處的型砂會(huì)被沖掉引起沖砂缺陷。 4)砂型中直澆道的充滿式流動(dòng)的理論條件,盡管非充滿的直澆道有帶氣的缺點(diǎn)，但在特定條件下也會(huì)采用。如階梯式澆注系統(tǒng)中為了實(shí)現(xiàn)自下而上地逐層引入金屬的目的而采用；又如用底注包澆注的條件下，為了防止鋼液溢至型外而使用非充滿態(tài)的直澆道。,(三)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)：,1入口處的連接,2直澆道的形狀,3. 直澆道與橫澆道的連接,直澆道窩,作用： 1、緩沖作用 2、縮短直- 橫拐彎處的高度紊亂區(qū) 3、改善內(nèi)澆道的流量分布 4、減小直- 橫拐彎處的局部阻力系數(shù)和水頭損失 5、浮出金屬液中的氣泡,直澆道窩的

8、大小、形狀應(yīng)適宜，砂型應(yīng)堅(jiān)實(shí)。底部放置干砂芯片、耐火磚等可防止沖砂。直澆道窩常做成半球形、圓錐臺(tái)等形狀。推薦形狀如圖3415所示。,橫澆道中金屬的流動(dòng),橫澆道的功用 向內(nèi)澆道分配潔凈的金屬液 儲(chǔ)留最初澆入的含氣量和渣污的低溫金屬液并阻留渣滓 使金屬液流平穩(wěn)和減少產(chǎn)生氧化夾渣物,橫澆道的阻渣原理,橫澆道內(nèi)，在內(nèi)澆道入口周圍存在一個(gè)區(qū)域，被稱為內(nèi)澆道的吸動(dòng)區(qū)，只要金屬進(jìn)入該區(qū)就會(huì)自動(dòng)流入內(nèi)澆道。顯然，進(jìn)入該區(qū)的渣團(tuán)也將會(huì)流入型腔。,對(duì)渣團(tuán)上浮運(yùn)動(dòng)分析可知： 渣團(tuán)半徑小對(duì)應(yīng)懸浮速度也??； 對(duì)應(yīng)一定橫澆道的流速有一可能上浮的臨界渣團(tuán)半徑，只有大于臨界半徑的渣閉才能上?。?渣團(tuán)密度相對(duì)于金屬液密度越小，

9、越有利于上??； 橫澆道內(nèi)金屬的流速越低，可能阻留的渣團(tuán)也越小。 但無(wú)論如何、僅靠橫澆道是不可能阻留金屬液中所有的渣污的，特別是那些小于臨界半徑的渣團(tuán)。,橫澆道發(fā)揮阻渣作用應(yīng)具備的條件 橫澆道應(yīng)成充滿流態(tài)，即滿足充滿的條件 流速應(yīng)盡可能低 內(nèi)澆道的位置關(guān)系要正確,三、液態(tài)金屬在橫澆道中的流動(dòng),1)內(nèi)澆道距直澆道應(yīng)足夠遠(yuǎn)，使渣固有條件浮起到超過(guò)內(nèi)澆道的吸動(dòng)區(qū)。 2)有正確的橫澆道末端延長(zhǎng)段,3)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。,4）封閉式澆注系統(tǒng)的橫澆道應(yīng)高而窄，一般取高度為寬度之2倍。內(nèi)澆道宜扁而薄，以降低其吸動(dòng)區(qū)。 5)內(nèi)澆道應(yīng)遠(yuǎn)離橫澆道的彎道；應(yīng)盡量使用直的

10、橫澆道；內(nèi)澆道同橫澆的連接，呈銳角時(shí)初期進(jìn)渣較多；呈鈍角時(shí)增加紊流程度。,強(qiáng)化橫澆道阻渣的措施,強(qiáng)化橫澆道阻渣的措施,3設(shè)置篩網(wǎng)芯的澆注系統(tǒng),2設(shè)置集渣包的澆注系統(tǒng),金屬液在內(nèi)澆道中的流動(dòng),內(nèi)澆道的功用 控制充型速度和方向，分配金屬，調(diào)節(jié)鑄件各部位的溫度和凝固順序，澆注系統(tǒng)的金屬液通過(guò)內(nèi)澆道對(duì)鑄件有一定補(bǔ)縮作用。設(shè)計(jì)內(nèi)澆道時(shí)還應(yīng)避免流入型腔時(shí)的噴射現(xiàn)象和飛濺，使充型平穩(wěn)。,澆口比的影響 直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道截面積之比（即S直:S橫:S內(nèi)）稱為澆口比 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)，S內(nèi)/S阻比值越大則越平穩(wěn),內(nèi)澆道流量的不均勻性,內(nèi)

11、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。 （澆注初期，進(jìn)入橫澆道的金屬液流向末端時(shí)失去動(dòng)能而使壓力升高，金屬液首先在末端充滿并形成末端壓力高而靠近直澆道壓力低的態(tài)勢(shì)，故而形成這種流量分布；但當(dāng)總壓頭小而橫澆道很長(zhǎng)時(shí)，沿程阻力大，也會(huì)出現(xiàn)近直澆道處壓力高的情況，這時(shí)近處的內(nèi)澆道流量大）,四、液態(tài)金屬在內(nèi)澆道中及進(jìn)入型腔時(shí)的流動(dòng),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 方向不要沖著細(xì)小砂芯、型壁、冷鐵和芯撐，必要時(shí) 采用

12、切線引入 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)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(kāi)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)澆道通常開(kāi)在法蘭處，以防止管壁處出現(xiàn)縮松；如能使內(nèi)澆道開(kāi)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。 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)澆道中的金屬流向應(yīng)力求一致，防止金屬液在型內(nèi)碰撞，流向混亂而出現(xiàn)過(guò)度紊流。 盡量在分型面上開(kāi)設(shè)內(nèi)澆道，使造型方便。 對(duì)收縮大易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。,