《澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)》PPT課件

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1、液態(tài)金屬成型及CAD,澆注系統(tǒng)與冒口設(shè)計(jì)部分 主講 吳士平 副教授,1、何為鑄造？熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀和性能鑄件的成形方法，稱為鑄造。,缺點(diǎn)： 1）鑄造組織疏松、晶粒粗大，內(nèi)部易產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔等缺陷，因此，鑄件的力學(xué)性能，特別是沖擊韌度低于同種材料的鍛件。2）鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定。,優(yōu)點(diǎn)： 1）可以生產(chǎn)出形狀復(fù)雜，特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的零件毛坯，如各種箱體、床身、機(jī)架等。2）鑄造生產(chǎn)的適應(yīng)性廣，工藝靈活性大。工業(yè)上常用的金屬材料均可用來進(jìn)行鑄造，鑄件的重量可由幾克到幾百噸，壁厚可由0.5mm到1m左右。3）鑄造用原材料大都來源廣泛，價(jià)格低廉，并可直接利用

2、廢機(jī)件，故鑄件成本較低。,2、鑄造優(yōu)缺點(diǎn),圖3-2 鑄造產(chǎn)品,第一節(jié) 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3-1 澆注系統(tǒng)概念 一、什么是澆注系統(tǒng) 在鑄型上用以把金屬液體從澆包引入到型腔內(nèi)所經(jīng)過的一系列通道稱為澆注系統(tǒng)。 將金屬液體正確引入鑄型型腔，對保證鑄件的質(zhì)量起重要作用，一般鑄件由于澆注系統(tǒng)設(shè)置錯(cuò)誤而造成的鑄件廢品的，約占鑄件總廢品的30%，使金屬液的消耗增加；鑄件成本增加,第三章 澆冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì),二、 澆注系統(tǒng)的主要作用 1. 保證金屬液體平穩(wěn)地、無沖擊地充滿型腔； 2. 防止熔渣隨同金屬液體進(jìn)入型腔； 3. 防止金屬液卷入氣體帶入型腔； 4. 防止鑄件產(chǎn)生渣眼、沙眼、氣孔缺陷； 金屬液引入型腔位置會(huì)影

3、響鑄型與鑄件的溫度分布，對鑄件縮孔、縮松、內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生有直接影響,三、澆注系統(tǒng)的組成 澆口杯承接澆包中的液體金屬。 直澆道將金屬液由澆口杯引入到橫澆道。 橫澆道將金屬液引入到內(nèi)澆道，阻擋熔渣、氣體、砂粒進(jìn)入型腔。 內(nèi)澆道將金屬液體引入型腔。,3-2澆注系統(tǒng)類型 一、澆注系統(tǒng)按內(nèi)澆道設(shè)置在鑄件的不同高度處分類（見圖3-2-3. a)、b)、c)、d) ） 1.頂注式澆注系統(tǒng)內(nèi)澆道設(shè)置在鑄件的最高處； 2.中間注入式澆注系統(tǒng)內(nèi)澆道設(shè)置在鑄件側(cè)面，從鑄件中間高度引入； 3.底注式澆注系統(tǒng)內(nèi)澆道設(shè)置在鑄件最低處側(cè)面或底部； . 階梯式澆注系統(tǒng)內(nèi)澆道設(shè)置在鑄件一側(cè)不同高度多層式引入；,1.頂注式； 優(yōu)點(diǎn)

4、：金屬液自由下落，逐漸地自下而上充滿型腔，創(chuàng)造自下而上逐步升高的溫度梯度，有利于鑄件的方向性（順序）凝固和自補(bǔ)縮，也有利于在頂部設(shè)置冒口補(bǔ)縮，而且冒口尺寸可以較小。澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡單，消耗金屬液較少，清理鑄件容易。 缺點(diǎn)：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，冷豆、氣孔和夾雜等缺陷。,應(yīng)用：重量不大，不高和形狀簡單的薄壁或中等壁厚的鑄件。 頂注式澆注系統(tǒng)的其它形式： 雨淋式和壓邊澆口,. 底注式澆注系統(tǒng)： 它是內(nèi)澆道開設(shè)在型腔底側(cè)或底下的澆注系統(tǒng)。 優(yōu)點(diǎn)：金屬液充型平穩(wěn)，液面逐漸升高，可以避免沖擊，飛濺和氧化及由此而形成的鑄件缺陷。型腔內(nèi)氣

5、體容易逐漸排出。整個(gè)澆注系統(tǒng)較快充滿，有利于橫澆道撇渣。 缺點(diǎn)：型腔底部金屬液溫度較高，液面溫度較低，進(jìn)入頂冒口中的金屬液的溫度較低，這種溫度分布與自補(bǔ)縮所要求的相反，不利于補(bǔ)縮。,應(yīng)用： 金屬液消耗較大，適用于中型或大型的較高壁厚鑄件。結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件。易氧化的合金。,.分型面（中間）注入式澆注系統(tǒng) 金屬液經(jīng)過開在分型面上的橫澆道和內(nèi)澆道進(jìn)入型腔。也就是對于分型面以下的那部分是頂注，而對于分型面以上的那部分則為底注，故部分兼有頂注和底注的優(yōu)點(diǎn)。 由于內(nèi)澆道在分型面上開設(shè)，就能方便地按需作出布置，有利于控制金屬液的流量分布和鑄型的熱分布，對形狀復(fù)雜的鑄件十分有利。這種澆注系統(tǒng)應(yīng)用很普遍，適用于

6、中等重量、高度不大、中等壁厚的鑄件。,,. 階梯式澆注系統(tǒng) 金屬液應(yīng)該是先按底注方式又最下層內(nèi)澆道引入型腔，待金屬液面接近第二層內(nèi)澆道時(shí)，才有第二層內(nèi)澆道引金屬液進(jìn)入型腔，如此類推，使金屬液由下面逐層按順序充填型腔，最熱的金屬液經(jīng)最高的那層內(nèi)澆道進(jìn)入型腔頂部或頂冒口中，見圖3-2-8。,優(yōu)點(diǎn)：金屬液在充填過程中對鑄型的沖擊少；液面上升平穩(wěn)，且逐漸上部分的溫度較高有利于渣、氣等上浮和排入冒口中，對改善鑄件的補(bǔ)縮條件和均勻鑄型的溫度都有良好的作用。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，增大造型、清理等工序工作量。,應(yīng)用：多應(yīng)用于比較高大、型腔部較復(fù)雜，收縮量較大或質(zhì)量要求較高的鑄件。 注意，階梯式如不能分層

7、進(jìn)入，其危害是很大的，如：飛濺、夾雜等。要保證內(nèi)澆道分層注入金屬液，就要保證在內(nèi)澆道中線以上的分配直澆道中保持某個(gè)高度的自由液面 h自由，它應(yīng)該小于相鄰二個(gè)內(nèi)澆道之間距離H0 。 h有效=（1/41/2）H0 h有效為分配直澆道內(nèi)自由液面與型腔內(nèi)液面之間差值。,二、按澆注系統(tǒng)各基本組元截面積的比例 分類 1.封閉式澆注系統(tǒng)這種澆注系統(tǒng)各組元中總截面積最小時(shí)內(nèi)澆道，也就是說內(nèi)澆道成了該系統(tǒng)中的阻流截面。統(tǒng)常寫成 F直F橫F內(nèi) 特點(diǎn)：澆注系統(tǒng)易被金屬液充滿，撇渣能力好，可防止氣體卷入。但由于內(nèi)澆道流出的金屬液體受該系統(tǒng)中有效壓頭的直接作用，因此流速較大，有時(shí)會(huì)發(fā)生噴射現(xiàn)象，因而，不適宜用于易氧化

8、的有色金屬件或壓頭大的件，也不宜用于用柱塞包澆注的鑄鋼件。,2. 開放式澆注系統(tǒng) 一般說來，這種澆注系統(tǒng)就是F直F橫F內(nèi)，即是系統(tǒng)中的阻流截面在直澆道下端或者在它附近的橫澆道上，以期直澆道充滿。 特點(diǎn)：它主要適用于易氧化的有色金屬鑄件，球鐵鑄件和柱塞包澆注的中大型鑄鋼件。 開放式澆注系統(tǒng)在一定比例和一定條件下，也是可以充滿的 在鋁鎂合金逐漸上通常的比例是 F直:F橫:F內(nèi)=1 : 2 : 4,3-3 澆注系統(tǒng)基本組元中的水力學(xué)現(xiàn)象 金屬液流進(jìn)入砂型的澆注系統(tǒng)（澆口杯、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道），發(fā)生許多物理的和物理化學(xué)過程，如金屬的沖刷、熱交換、金屬粘度變化、產(chǎn)生二次氧化渣。這

9、些現(xiàn)象說明金屬液在澆注系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)和一般流體在管道內(nèi)的流動(dòng)有區(qū)別。 由于砂型壁是多孔的，具有透氣性，所以只當(dāng)澆注系統(tǒng)介面上各點(diǎn)的金屬壓力P均大于型壁處的氣體壓力P0時(shí)，流動(dòng)的金屬液才能充滿澆道（簡稱為充滿狀態(tài)流動(dòng)）。反之，則液流會(huì)脫離型壁而不能充滿澆道。,一、 澆口杯 澆口杯的作用是便于承接來自澆包的金屬液，防止它的飛濺和溢出；減少金屬液對鑄型的直接沖擊；可能撇去部分熔渣、雜質(zhì)、阻止其進(jìn)入直澆道內(nèi)；利用澆口杯可提高金屬靜壓力，可以使用較低砂箱。 澆口杯分為漏斗形澆口杯和澆口盒 （一）、漏斗形澆口杯 漏斗形澆口杯撇渣效果差，但結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約金屬，多用于一般鑄鐵小件。（圖3-2-10 a）

10、對于重要的件，常配合過濾網(wǎng)使用。（圖3-2-10 b）,（二）、澆口盒 對于較大的鑄件，為了能較好的初次撇渣和控制流量以及均勻地供給金屬，常采用澆口盒，如圖3-2-11 a 所示，金屬也從側(cè)面進(jìn)入澆口杯時(shí)，產(chǎn)生二支股流，一支股流在垂直面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，會(huì)耗損能量，減小流量，但有利于渣和氣泡上浮。,另一支股流繞直澆道口作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)達(dá)到某一定速度時(shí)就形成水平渦流。渦流中心即為直澆道口，渦流將在金屬液自由表面形成一個(gè)充滿空氣的渦管，渦管處壓力很低，附近的渣和氣會(huì)被直接吸入直澆道內(nèi)，從而降低鑄件質(zhì)量。 消除渦流的方法就是降低澆包高度，沿澆口盒長度方向澆注時(shí)，由于不易產(chǎn)生高速的水平渦流，通常不形成渦流。

11、 還有，縱向順澆：渣等輕質(zhì)點(diǎn)易進(jìn)入直澆道?？v向反澆時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)向上的回轉(zhuǎn)作用，有助于渣、氣等上浮。（圖3-2-13 a、b） 側(cè)向反澆最好，縱向順澆次之，測澆底坎作用不明顯易形成水平渦流（不好）。,圖3-2-14 d 是一種常見的澆口杯形式，其底坎促使液流形成垂直渦流，從而減少雜質(zhì)進(jìn)入直澆道。,a) 合理 b) c) 不合理,二、 直澆道 直澆道的作用是，將來自澆口杯的金屬液引入橫澆道、內(nèi)澆道并最后充填型腔。它提供足夠的壓頭以保證金屬液克服沿程的各種阻力，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，以一定的速度充填型腔。 一般直澆道錐度為1:50或1:25 澆口杯與直澆道相接處的圓角R0.25dh

12、(h 直澆道)。圖3-2-17 水力模擬試驗(yàn)表明：當(dāng)澆口杯與直澆道入口處聯(lián)接為尖角時(shí)，直澆道呈非充滿狀態(tài)，而且在圓柱形直澆道內(nèi)為負(fù)壓流動(dòng)，所以即使在充滿狀態(tài)下也將出現(xiàn)吸氣現(xiàn)象。當(dāng)帶錐度的直澆道內(nèi)，錐度超過臨界值時(shí)，將出現(xiàn)正壓流動(dòng)，未有吸氣現(xiàn)象。,三、 直澆道窩 直澆道轉(zhuǎn)入橫澆道是一個(gè)急轉(zhuǎn)彎，如果金屬液流速大，將出現(xiàn)嚴(yán)重的紊流和沖刷鑄型，設(shè)置澆口窩起緩沖作用，減少對鑄型的沖刷，還可以流動(dòng)分布。,四、 橫澆道 主要作用：除了是金屬液以均勻而足夠的量平穩(wěn)的流入內(nèi)澆口外，其結(jié)構(gòu)開放式還要有利于渣及非金屬夾雜物上浮并滯留在其頂部，而不隨流進(jìn)入型腔，故又稱為撇渣道。因此希望金屬液流流動(dòng)平穩(wěn)有利于撇渣。

13、（常用辦法利用水力學(xué)中局部阻力和沿程阻力的概念來設(shè)計(jì)橫澆道）。,此外，橫澆道的結(jié)構(gòu)也有很大的作用： 橫澆道要有延長段（圖3-2-21）； 要有足夠長度、足夠高度（圖3-2-22）； 渣一般上浮，V2=2r2(液-雜)/g 液體在橫澆道內(nèi)流動(dòng)分為V1 、V2 V1為液流速度，V2為上浮速度 渣在V1 V2復(fù)合作用下運(yùn)動(dòng)，應(yīng)保證金屬液入內(nèi)澆道以前讓渣浮到橫澆道頂部，留在橫澆道內(nèi)。當(dāng)V1即金屬液流速過快時(shí)，紊流加大渣上浮阻力加大臨界流速約為懸浮速度，渣越小，懸浮速度越小，則危險(xiǎn)性越大（越易進(jìn)入內(nèi)澆道）。, 在內(nèi)澆道入口處存在“吸動(dòng)作用區(qū)”（圖3-2-23）； 這個(gè)區(qū)域范圍略大于內(nèi)澆道橫截面積，并且

14、與內(nèi)澆道內(nèi)多層金屬液流速V有關(guān)。 吸動(dòng)區(qū)作用范圍隨內(nèi)澆道橫截面積的增大及內(nèi)澆道與橫澆道的高度比 h內(nèi)/h橫的增大而增大加劇。（圖3-2-24） （圖3-2-25）將內(nèi)澆道/橫澆道聯(lián)接處作了修改 （圖3-2-26）在內(nèi)澆道前面壓縮流線，防止初始金屬液慢慢流入內(nèi)澆道。,五、 內(nèi)澆道 內(nèi)澆道的作用是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。 由圖3-2-28，可知：如果截面積相等，離直澆道較遠(yuǎn)的內(nèi)澆道流出的流量最大，而靠近直澆道的內(nèi)澆道流出的流量較小，但如果調(diào)整澆注系統(tǒng)各族元之間的比例適當(dāng)，內(nèi)澆道之間的流量比是有可能調(diào)整到彼此較為接近，那也就是說越遠(yuǎn)的面積越小。,通常

15、用最大相對流量偏差值K來評價(jià)內(nèi)澆道中的流量不均勻性。 K=(max-min)/(Qn-1) max 內(nèi)澆道中最大流量 min 內(nèi)澆道中最小流量 Q 系統(tǒng)中的總流量 n 內(nèi)澆道的個(gè)數(shù),（圖3-2-29） 不同分布的內(nèi)澆道中，最大流量偏差與F損F內(nèi)的關(guān)系 （圖3-2-29） 橫澆道變截面，變高度，但要考慮吸動(dòng)區(qū)（遠(yuǎn)端）。 （圖3-2-29） 逐漸減小內(nèi)澆道面積的澆注系統(tǒng)，K最小 速度1/3 等截面積的澆注系統(tǒng)， K最大 速度1/2 表3-2-1,進(jìn)入內(nèi)澆道速度過快是任何時(shí)候都不希望的，它可能導(dǎo)致互相混攪，二次夾渣。（內(nèi)澆道 控制 流量均性，速度均性） 內(nèi)澆道截面形狀，通常是

16、扁梯形，其優(yōu)點(diǎn)是它的高度底，不易把橫澆道內(nèi)的渣吸入，清理時(shí)容易打掉。,-- 澆注系統(tǒng)充滿理論 砂型具有透氣性，從這種特殊邊界條件出發(fā)?？芍挥薪饘倭鞯膲毫高于型壁的氣流壓力Pa時(shí)，才呈充滿狀態(tài)。這時(shí)型壁對金屬流有約束作用，除了砂粒承受金屬的壓力外，砂粒間的微孔所形成的毛細(xì)管壓力和孔內(nèi)的氣體壓力，共同阻止金屬液深入孔隙；而液流壓力P下降到等于型壁的氣體壓力Pa時(shí)，金屬液流開始脫離型壁出現(xiàn)非充滿狀態(tài)。因此，砂型澆注系統(tǒng)的充滿條件表示為： PPa 346 下面分析直澆道、橫澆道充滿條件。,Z-Z,,I-I,,r,,hr,hi,H橫,,,,347,r-r 至i-i截面間

17、流動(dòng)阻力系數(shù)。,,若橫澆道呈充滿流態(tài)，依式（346）知rr截面上最高點(diǎn)的壓力應(yīng)高于型壁界面的壓力。,,348,同理，內(nèi)澆道最高點(diǎn)處的壓力應(yīng)等于型腔內(nèi)氣體的壓力，近似等于Pa，于是,,349,,,hrr-r截面重心到頂邊的距離； hii-i截面重心到頂邊的距離；,將式349代入式348中，消去Pa。然后以式347減去348得,,簡化為,,,,由于已假設(shè)澆注系統(tǒng)呈充滿流態(tài)，即砂型澆注系統(tǒng)截面也就是金屬液的截面，由連續(xù)方程知，,,r-r截面上流體的縮小系數(shù)；,,又知：,,3-4-10,,于是,上式可轉(zhuǎn)化為3-4-11 橫澆道充滿條件公式,,3-4-11,式中 內(nèi)澆道的流速系數(shù).當(dāng)i-i截面充

18、滿時(shí)， 也是內(nèi)澆道的流量系數(shù)； H 澆注系統(tǒng)總壓頭,,,,,同理，在直澆道的任意高度z-z面和內(nèi)澆道的i-i面之間應(yīng)用伯努利方程、砂型充滿條件和連續(xù)方程，可導(dǎo)出直澆道的充滿條件及判別式：,,3-4-12,式中 為z-z面至斷面i-i的總阻力系數(shù),,,3-4-13,其中： 直澆道上口處局部阻力系數(shù)； 直澆道段的局部阻力系數(shù) 直澆道底部拐向橫澆道的局部阻力系數(shù) 橫澆道至內(nèi)澆道出口段的局部阻力系數(shù)； z-z面至基準(zhǔn)面的距離,,,,從式3411和3412可以看出，：若把液態(tài)金屬視為理想流體，則全部阻力系數(shù)均等于零，流量系數(shù)1。只有S直S橫S內(nèi)才能滿足充滿條件，這就是傳統(tǒng)的澆注系統(tǒng)

19、充滿理論。眾所周知，實(shí)際液態(tài)金屬是有粘度的，不能作為理想流體去研究，實(shí)際流體的流動(dòng)阻力影響是不容忽視的。,圖3428所示澆注系統(tǒng)，其澆口比為S直：S橫：S內(nèi)1:2.5:2.5，澆注時(shí)仍呈正壓充滿狀態(tài)流動(dòng)，實(shí)際砂型澆注鑄鐵的試驗(yàn)得到同樣的結(jié)論。,326 提高橫澆道撇渣能力的措施 一、幾種常見的措施,二、使用陶瓷片的金屬液郭履技術(shù),3-2-7 澆注系統(tǒng)位置的選擇 澆注系統(tǒng)位置的選擇就是選擇將金屬液引入型腔的位置和考慮怎樣安排冒口系統(tǒng)以達(dá)到有效充滿型腔和控制鑄件的凝固過程，才能夠獲得合格鑄件 澆注系統(tǒng)開設(shè)的原則 1) 從鑄件的薄壁處引入 這種方法適用于薄壁而輪廓尺寸又大的鑄件。（因?yàn)榭梢詫?shí)現(xiàn)同時(shí)

20、凝固，應(yīng)力小，適合收縮不大的灰鐵鑄件） 2) 從鑄件的厚壁處引入 創(chuàng)造順序凝固，有利補(bǔ)縮鑄件，（適合有一定壁厚差而凝固時(shí)合金的收縮量較大的鑄件，如鑄鋼件）,) 內(nèi)澆道盡可能不開在鑄件重要部位 局部過熱，粗大(組織) 易縮松 ) 內(nèi)澆道要引導(dǎo)液流不正面沖擊鑄型、砂芯等 ) 澆注系統(tǒng)位置選擇，應(yīng)該使金屬液在型腔內(nèi)流動(dòng)路徑盡可能短，還應(yīng)考慮不妨礙鑄件收縮 ) 內(nèi)澆道應(yīng)開在加工表面,3-2-8 澆注系統(tǒng)的計(jì)算 類型、位置確定之后，澆注系統(tǒng)各單元尺寸如何計(jì)算？ 至今沒有一個(gè)理論計(jì)算方法，可以把充填過程相互聯(lián)系起來（因澆金屬液體是變溫的流體）。型腔尺寸而只能近似的計(jì)算。把金屬液體看成是溫度不變的流體。然

21、后和用水力學(xué)原理加以計(jì)算，把澆注系統(tǒng)看成是一系列的管道。,設(shè)計(jì)思想：通常是先計(jì)算出澆注系統(tǒng)中控制液流速度的最小總截面積或者阻流截面積的尺寸F阻，然后從所推薦的澆口比中選擇最接近現(xiàn)場具體情況的澆口比（經(jīng)驗(yàn)值），進(jìn)而求出各組元的截面尺寸，再通過實(shí)際澆注檢驗(yàn)其效果，發(fā)現(xiàn)問題作相應(yīng)的修改，直到合格鑄件為止。,,一、常用澆注系統(tǒng)計(jì)算公式 把充滿澆注系統(tǒng)的金屬液當(dāng)作一種流體，在利用水力學(xué)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出澆注系統(tǒng)其他各組元的尺寸，這是轉(zhuǎn)包澆注鑄件常用的計(jì)算方法。這類計(jì)算公式中沒有考慮到柱形散熱及金屬液溫度和化學(xué)成分的影響。 計(jì)算模型： 根據(jù)充填狀況不同： ）頂注，（液流從上往下） ） 底注，（液流從下往上）

22、為此，設(shè)計(jì)的以分型面澆注系統(tǒng)，兼顧了兩種情況 如圖3-2-44,,第一種情況：填充下型 特點(diǎn)：出口處和澆口杯之間液柱高度不變， 當(dāng)最小截面是內(nèi)澆道時(shí)， 根據(jù)，伯努力方程得出：,,其中： H內(nèi)澆道以上金屬靜壓頭； V金屬液由內(nèi)澆道流出的速度； 總的阻力損耗， 澆注系統(tǒng)中總的阻力系數(shù),,, 第一種情況下充填型腔的金屬液質(zhì)量,,式中：F阻阻流截面面積 表示真實(shí)具有粘度的流體和沒有粘度的理想流體之間的比值，稱為流流量系數(shù)。,,于是：,,第二種情況：充填內(nèi)澆道以上的型腔部分，此時(shí)，內(nèi)澆道出口處壓頭P將不是零，而是內(nèi)澆道以后的各種阻力之和，（包括內(nèi)澆道出口處以上的型腔內(nèi)金屬液的平均靜壓力h和型腔內(nèi)的總阻

23、力損失h型損或 于是，應(yīng)用伯努利方程：,,,設(shè),H均作用在內(nèi)澆道中金屬液上的實(shí)際壓頭的 平均計(jì)算值,,于是，當(dāng)充填時(shí)間為 時(shí),,式中：,,流量系數(shù) m2 第二種情況下充填型腔的金屬液重量,式中： 金屬液的重量 m1、m2可以計(jì)算或承重 及、、可以通過查表計(jì)算出來 將上述兩種情形合起來，形成同時(shí)則為（或換算成m1= m2= 然后相加）,,,H均 =H充下型,m流經(jīng)阻流斷面的金屬總質(zhì)量 流經(jīng)全部型腔時(shí)間 澆注系統(tǒng)阻流截面的流量系數(shù) 這里H均 、及待計(jì)算,（一）、確定平均壓頭H均 要保證里直澆道最遠(yuǎn)的鑄件的最高部位能充滿和輪廓清晰，鑄件最高點(diǎn)與澆口杯液面之間必須保持一個(gè)最小壓頭 HM

24、剩余壓頭， 它是否足夠可用下式進(jìn)行核算 HM=L tg 式中：L自直澆道頂面中心支柱性中鑄件最高最遠(yuǎn)點(diǎn)的水平距離。 壓力角，按表3-2-3確定,這樣結(jié)合鑄型高度P，直澆道高度確定了 H0= HM+P 其中：P上型高度，HM剩余壓頭 H均如何計(jì)算采用直澆道所做的功來計(jì)算，平均壓頭 H均 充填內(nèi)澆道以下的下型部分所消耗的功為： A1=m1gH0 充填內(nèi)澆道以上部分所消耗的功為： A2=m2g H0+（H0 - P）/2, 充填整個(gè)鑄型所消耗的功為： A=A1+A2=m1g H0+m2g （H0 - P/2） =（m1+m2）gH均 假設(shè)：在整個(gè)鑄件高度上鑄型截面是相等的。則 m1=S P m

25、2=S（C-P） 式中：C鑄件總高度 P上型高度S面積 則：(C-P)H0+P(H0-2P)=CH均 H均= H0 - P2/2C 不同類型澆注系統(tǒng)所采用的H均 見表3-2-4,（二）、澆注時(shí)間的確定 計(jì)算澆注時(shí)間可采用經(jīng)驗(yàn)公式，表3-2-5 澆注時(shí)間：充滿澆注系統(tǒng)和鑄型所需的時(shí)間叫澆注時(shí)間球鐵、鑄鐵、鑄鋼、銅合金、鋁合金都有各自的公式 澆注速度：澆注全部液量/澆注時(shí)間 。,,澆注時(shí)間決定澆注速度：,流速大：易沖砂，但輻射小，局部過熱小，多用于澆 薄、復(fù)雜件，易產(chǎn)生夾砂。,澆速?。簼沧⑵椒€(wěn)，沖擊小，減小沖砂或脹砂危險(xiǎn)，但對鑄型輻射加劇，易產(chǎn)生夾砂、粉砂，生產(chǎn)率低的,,因此，澆注速度要適合

26、（通過限制澆注速度，反過來驗(yàn)算澆注時(shí)間） 鋼水上升最小速度表 鐵水上升最小速度表 V升鑄型高度澆注時(shí)間,（三）、流量系數(shù) 流量系數(shù)是澆注系統(tǒng)內(nèi)沿程摩擦損耗和渦流損失的函數(shù)，它隨流道的形狀、尺寸、柱形的性質(zhì)、流速等不同而變化。一般為0.30.8。具體可根據(jù)表3-2-9可查。,四）、澆注系統(tǒng)各組元的截面比 澆注系統(tǒng)各組元的截面積一般都根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定，經(jīng)驗(yàn)不足時(shí)可以先按類比的方法選用，再通過實(shí)際澆注驗(yàn)證后確定。 下面是推薦的一些F直: F橫:F內(nèi)的比例值： 灰口鑄鐵：1 : 0.75 : 0.5 球 鐵：1 : 0.90 : 0.8 鑄 鋼：1 : 2.00 : 1.5、1 : 3

27、 : 3、1 : 2 : 2 鋁合金： 1 : 6 : 6、1 : 2 : 4 銅合金： 1 : 2 : 2、1 : 4 : 4 鎂合金： 1 : 2 : 2、1 : 4 : 4,3-2-9 各種合金澆注系統(tǒng)的特點(diǎn) 一、 鑄鋼件的澆注系統(tǒng) 鑄鋼的特點(diǎn)：熔點(diǎn)高，易氧化，流動(dòng)性差，在凝固中收縮大，易產(chǎn)生如縮孔、縮松、熱裂和變形及缺陷。 設(shè)計(jì)要點(diǎn)：、遵循方向性（順序）凝固原則，澆口多設(shè)在冒口下，配給使用冷鐵、收縮筋等； 、使用柱塞包澆注時(shí)，直澆道設(shè)計(jì)成不充滿的開放式，以保證鋼液不溢出（即包口為最小截面積）； 、中小件多采用底注，大件多采用階梯式； 、澆注系統(tǒng)簡單、截面尺寸大，以保證快澆

28、。 圖3-2-48、3-2-49,為了防止夾砂結(jié)疤、粘砂、皺皮、冷隔和澆不到、氣孔等缺陷，鋼液在型內(nèi)的上升速度是至關(guān)重要的，應(yīng)大于規(guī)定的最小上升速度。 如果經(jīng)校核，鋼液的上升速度達(dá)不到要求，應(yīng)采取措施。（采用更大直徑的包孔、增加包孔數(shù)量，采用兩個(gè)澆包澆注） 推薦比例 S包孔：S直：S橫：S內(nèi)1:(1.8-2.0):(1.8-2.0):(2.0-2.5),二、球鐵鑄件澆注系統(tǒng)圖 (3-2-53) 球鐵和灰鐵的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)并無根本的區(qū)別，其差別之一是渣子的數(shù)量和類型不同，一般球鐵，渣多，細(xì)小，分散 因此，要在橫澆道捕集比灰鐵更困難，所以球鐵的澆注系統(tǒng)除了要加強(qiáng)除渣措施外，還要保證球鐵水在充型過程

29、中平穩(wěn)、通暢。 為此，一般采用開放式澆注系統(tǒng)，但也希望局部有撇渣作用，參考比例為： F內(nèi): F橫:F直=（1.5-4）:（2-4）: 1,,,,,,三、輕合金鑄件的澆注系統(tǒng) 特點(diǎn)：熔點(diǎn)低，導(dǎo)熱系數(shù)大，容積熱容小，收縮較大，突出的是化學(xué)反應(yīng)傾向大，極易吸氣和氧化等 設(shè)計(jì)特點(diǎn)：要求金屬液在澆注系統(tǒng)各組元流動(dòng)時(shí)，其紊流程度要盡可能低，要使金屬液平穩(wěn)的、無渦流、無飛濺的充滿型腔，為此，一般多采用各組元逐漸擴(kuò)大的開放式澆注系統(tǒng)，而且多為底注式、縫隙式澆注系統(tǒng)。 圖3-2-(54-56),,,,,,,四、銅合金澆注系統(tǒng) 特點(diǎn)：銅合金氧化傾向小，可采用過濾網(wǎng)，長的套筒鑄件可用雨淋式澆注系統(tǒng)，也可以采用集渣包收集渣子。,,,