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1、第二章澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì),三、計(jì)算阻流截面的水力學(xué)公式 四、鑄件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 五、金屬過濾技術(shù),三、計(jì)算阻流截面的水力學(xué)公式,1、奧贊公式 2、澆注時(shí)間 3、金屬液在型腔內(nèi)上升的速度 4、流量系數(shù)的確定,1、奧贊公式,以中間注入式澆注系統(tǒng)為例 當(dāng)充填下半型腔時(shí)，作用于阻流的金屬壓力頭不變。假定型腔內(nèi)氣體壓力等于大氣壓力。以分型面(內(nèi)澆口一阻流的頂面)為0-0面。在澆口杯頂液面和阻流截面之間應(yīng)用伯努利方程，有,充填下半型腔時(shí)，通過阻流的金屬質(zhì)量m下和澆注時(shí)間1有如下關(guān)系,充填上半型腔時(shí)，阻流處流速隨充型壓頭變化而變化， 最大流速,最小流速,因此，在充填上半型的時(shí)間內(nèi)，一定存在某平均壓力頭為h平
2、均，使得,1、奧贊公式,1、奧贊公式,為了實(shí)用把上述兩個(gè)式子合并，得到計(jì)算水力學(xué)阻流截面積的計(jì)算公式,1、奧贊公式,平均壓頭的計(jì)算,1)金屬液從澆口杯頂液面至流出阻流所作的功，可用總質(zhì)量m、重力加速度g和平均計(jì)算壓力頭HP的連乘積來表示，即mgHP 2)假定鑄件(型腔)的橫截面積5沿高度方向不變。,平均計(jì)算壓力頭的通用公式，至今仍廣為應(yīng)用。 其主要優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單方便。應(yīng)指出：在推導(dǎo)公式的過程中，引入兩個(gè)假定條件，假定1)缺乏科學(xué)邏輯上的嚴(yán)密性，而假定2)對(duì)于非等截面的鑄件，與實(shí)際情況不符。這都會(huì)帶來片，計(jì)算誤差。 還應(yīng)指出：在伯努利方程應(yīng)用的過程中，忽略了從包嘴至澆口杯之間的金屬液下落動(dòng)能的
3、影響。這部分動(dòng)能的影響有時(shí)相當(dāng)大，特別是澆注高度大，而又采用漏斗形澆口杯的條件下。下落動(dòng)能的一部分，作為流股進(jìn)入澆口杯液面的阻力損失而轉(zhuǎn)換為熱能，而另外一部分動(dòng)能則作為充型的動(dòng)力而強(qiáng)化了充型過程使流量增大。最終會(huì)使計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果有出入。,1、奧贊公式,2、澆注時(shí)間,1) 快澆、慢澆 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)、合金和鑄型等方面的特點(diǎn)來選擇快澆、慢澆或正常澆注為好。 快澆的優(yōu)點(diǎn):金屬的溫度和流動(dòng)性降低幅度小，易充滿型腔。減少皮下氣孔傾向。充型期間對(duì)砂型上表面的熱作用時(shí)間短，可減少夾砂結(jié)疤類缺陷。對(duì)灰鑄鐵、球墨鑄鐵件，快澆可充分利用共晶膨脹消除縮孔、縮松缺陷。 快澆的缺點(diǎn):對(duì)
4、型壁有較大的沖擊作用，容易造成脹砂、沖砂、抬箱等缺陷。澆注系統(tǒng)的重量稍大，工藝出品率略低。 快澆法適用于:薄壁的復(fù)雜鑄件、鑄型上半部分有薄壁的鑄件，具有大平面的鑄件，鑄件表皮易生成氧化膜的合金鑄件，采用底注式澆注系統(tǒng)而鑄件頂部又有冒口的條件下和各種中大型灰鑄鐵件、球墨鑄鐵件。,慢澆的優(yōu)點(diǎn)：金屬對(duì)型壁的沖刷作用輕；可防止脹砂、抬箱、沖砂等缺陷。有利型內(nèi)、芯內(nèi)氣體的排除。對(duì)體收縮大的合金，當(dāng)采用頂注法或內(nèi)澆道通過冒口時(shí)，慢澆可減小冒口。澆注系統(tǒng)消耗金屬少。 慢澆的缺點(diǎn)：澆注期間金屬對(duì)型腔上表面烘烤時(shí)間長(zhǎng)，促成夾砂結(jié)疤和粘砂類缺陷。金屬液溫度和流動(dòng)性降低幅度大，易出現(xiàn)冷隔、澆不到及鑄件表皮皺紋。慢澆
5、還常降低造型流水線的生產(chǎn)率。 慢澆法適用于：有高的砂胎或吊砂的濕型；型內(nèi)砂芯多，砂芯大而芯頭小或砂芯排氣條件差的情況下；采用頂注法的體收縮大的合金鑄件。,2)合適的澆注時(shí)間的確定 合適的澆注時(shí)間與鑄件結(jié)構(gòu)、鑄型工藝條件、合金種類及選用的澆注系統(tǒng)類型等有關(guān)。每種鑄件，在已確定的鑄造工藝條件下，都對(duì)應(yīng)有適宜的澆注時(shí)間范圍。 由于近年來普遍認(rèn)識(shí)到快澆對(duì)鑄件的益處，因此澆注時(shí)間比過去普遍縮短，特別是灰鑄鐵和球墨鑄鐵件更是如此。,A)、查表法,B)、經(jīng)驗(yàn)公式法 （i）壁厚為2.515mm，形狀復(fù)雜的鑄鐵件： S為系數(shù)，取決于壁厚,,（ii） :平均壁厚 S1:系數(shù)，一般取0.96，當(dāng)含硫量較高
6、，含碳小于3.3%，流動(dòng)性較差或者澆鑄溫度較低，或者底注冒口在頂部，或有內(nèi)外冷鐵等而需要快速澆注的時(shí)候s1=0.790.89,,（iii）對(duì)于重型鑄件可用下述公式： P:常數(shù)，一般取0.62 S2:系數(shù)，與壁厚關(guān)系如下：,澆注時(shí)間確定后，對(duì)于具有大平面或者復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鑄件還應(yīng)核算金屬液在型腔中的液面上升速度。因?yàn)橐好嫔仙?，易形成夾砂缺陷；易形成氧化膜或者結(jié)殼，產(chǎn)生冷隔。,3、金屬液在型腔內(nèi)上升的速度,4、流量系數(shù)的確定,流量系數(shù)的影響因素：流量系數(shù)與澆注系統(tǒng)中各部分的阻力及型腔內(nèi)流動(dòng)阻力大小有關(guān)，凡與此有關(guān)聯(lián)的因素，如澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、尺寸、澆口比、鑄件 復(fù)雜程度、鑄型條件、合金特性、澆注溫度
7、等都對(duì)流量系數(shù)值有影響。 兩種方法來確定： 一、對(duì)重要的鑄件或大量生產(chǎn)的鑄件，可用水力模擬試驗(yàn)法，在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)出流量系數(shù)； 二、對(duì)于一般鑄件根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。,流量系數(shù)的確定,流量系數(shù)的修正,1、鑄鐵件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì),一、設(shè)計(jì)步驟 通常在確定鑄造方案的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)。大致步驟為 1）選擇澆注系統(tǒng)類型 2）確定內(nèi)澆道在鑄件上的位置、數(shù)目和金屬引入方向 3）決定直澆道的位置和高度 4）計(jì)算澆注時(shí)間并核算金屬上升速度 5）計(jì)算阻流截面積S阻 6）確定澆口比并計(jì)算各組元截面積 7）繪出澆注系統(tǒng)圖形,校核壓力角 剩余壓頭：澆口杯離鑄件最高表面的距離。 當(dāng)鑄件尺寸較大而壁又很薄，以及液態(tài)金屬流路較遠(yuǎn)的
8、情況下，需用壓力角來核算HM是否足夠。,,,垂直分型澆注系統(tǒng)的計(jì)算 1、計(jì)算原理 垂直分型無箱造型的特點(diǎn)是：造型、澆注、冷卻過程中分型面均呈垂直狀態(tài)。 有的研究者主張用底注開放式澆注系統(tǒng)，而有的研究者主張用恒壓等流量澆注系統(tǒng)強(qiáng)封閉式澆注系統(tǒng)。 實(shí)踐表明，恒壓等流量澆注系統(tǒng)有較多的優(yōu)點(diǎn)： 上下各層鑄件質(zhì)量比較一致； 澆注系統(tǒng)占用模板面積小； 工藝出品率高。,1、鑄鐵件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì),阻流截面積 會(huì)看諾謨圖P279 2、設(shè)計(jì)要點(diǎn) 1）以內(nèi)澆道為阻流的強(qiáng)封閉式澆注系統(tǒng) 2）嚴(yán)格控制澆注時(shí)間。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，澆注時(shí)間的變化如超過1S，廢品率將大大增加 3）小的薄壁件可利用澆注系統(tǒng)當(dāng)“冒口”。,五、金屬過濾技術(shù)
9、,1、過濾技術(shù) 2、陶瓷網(wǎng)格過濾技術(shù) 3、泡沫陶瓷過濾板 4、耐火纖維編織過濾網(wǎng),1、過濾技術(shù),主要優(yōu)點(diǎn) 大大減少了金屬中的非金屬夾雜物，防止鑄件夾渣缺陷；改善了金屬的力學(xué)性能，特別是疲勞強(qiáng)度；改進(jìn)了切削性能，延長(zhǎng)刀具的使用壽命；提高鑄件的表面品質(zhì)，減小加工余量；簡(jiǎn)化澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高鑄件的工藝出品率。 過濾網(wǎng)、板應(yīng)滿足以下要求：有足夠的耐火度，其變形、軟化溫度應(yīng)高于金屬的澆注溫度；能濾去金屬液中盡可能小的微觀雜質(zhì)，使金屬液凈化；具有高的抗熱沖擊性和抗重力沖擊性，澆注時(shí)不碎裂；有足夠的金屬液通過速度；熱容量小，以 減小初始金屬液的降溫；不污染金屬，不發(fā)氣；室溫下有足夠的強(qiáng)度，不碎裂，不掉?；蚍?/p>
10、末。,過濾網(wǎng) 位置,1、過濾技術(shù),2、陶瓷網(wǎng)格過濾技術(shù),堇青石50、 莫來石50，化學(xué)組成為：SiO238，A12O355，MgO7”能承受1450的澆注溫度，適用于球鐵件、各種鑄鐵件及非鐵金屬件。 設(shè)計(jì)帶有過濾板的澆注系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮： A)、過濾板容易安放在砂型中，使金屬液全部穿過濾板而進(jìn)入型腔，過濾板盡量靠近型腔，澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)宜簡(jiǎn)化，過濾板可以水平、傾斜或垂直放置。 B)、對(duì)于球鐵件，過濾板的過濾面積大于48倍的阻流面積，才能保證正常的澆注速度。 C)、過濾板四周的壓砂深度大些為好，至少應(yīng)大于3mm，并同砂型緊密接觸，以免金屬液從四周縫隙流過，起不到過濾作用。,3、泡沫陶瓷過濾板,用有機(jī)泡
11、沫材料浸泡于陶瓷漿料中，經(jīng)擠壓、烘干、焙燒而制成的，是多孔性的泡沫陶瓷塊。陶瓷漿料組成為：陶瓷材料粉，流變劑，粘結(jié)劑或空氣硬化劑及適量水，有的還加入有機(jī)泡沫浸蝕劑、陶瓷纖維，以提高過濾板的強(qiáng)度。 常用的陶瓷材料粉有：氧化鋁、氧化鉻、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈦、莫來石、鋁釩土及 二氧化硅等，或者是它們之間的混合物。 作為流變劑的有：膨潤(rùn)土、粘土。 用作粘結(jié)劑或空氣硬化劑的有：鋁的正磷酸鹽、鎂正硼酸鹽、氯化鋁的羥基氧化物、硅酸鈉、硅酸乙酯等。以正磷酸鋁的綜合效果最佳。,國內(nèi)應(yīng)用比較多的是高硅氧玻璃纖維網(wǎng)，為提高其剛性和耐火度，預(yù)先經(jīng)過浸涂耐火涂 料及烘干處理。 這種網(wǎng)片有較高的耐火度且價(jià)格低廉，可用于鑄鐵件、非鐵合金鑄件。輕合金也可用更廉價(jià)的普通玻璃纖維網(wǎng)。 鑄鐵件應(yīng)用過濾的面積可依下式計(jì)算,4、耐火纖維編織過濾網(wǎng),所確定的過濾網(wǎng)面積(扎)，應(yīng)校核鑄鐵液的通過量。依經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，每1cm2網(wǎng)面積通過 的鑄鐵液不得超過5kg，以防澆注過程中網(wǎng)面破裂。 對(duì)輕合金鑄件。推薦用以下澆口比的澆注系統(tǒng)： S直：S橫：S孔1：1.5：2，S過取原澆道截面積的28倍。,4、耐火纖維編織過濾網(wǎng),
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