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1、澆注系統(tǒng)設(shè)計 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)簡單，易于清除易造成沖砂缺陷金屬，液下落過程中接觸空氣，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， 大部分澆注時間，內(nèi)澆道工作在非淹沒狀態(tài)，橫澆道阻渣條件相對較差優(yōu)點:缺點: 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。
2、中間注入式澆注系統(tǒng)對內(nèi)澆道以下的型腔部分為頂注式；對內(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。由于內(nèi)澆道在分型面上開設(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)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)：在一個澆注系統(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
3、均高于型壁氣體壓力，故是有壓或正壓系統(tǒng)）優(yōu)點 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 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、渦流和不平靜用于不易氧化的金屬鑄件。 開放式澆注系統(tǒng)：S內(nèi)S橫 S直；例如1.5 : 1.2 : 1或半開放式： 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 進(jìn)入型腔時金屬液流速度小，充
4、型平穩(wěn)，沖刷力小，金屬氧化輕。主要缺點 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l型壁的多孔性、透氣性和合金液的不相潤濕性，給合金液的運動以特殊邊界條件l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l澆注過程是不穩(wěn)定流動過程在型內(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)液面的絕對穩(wěn)定 一般合金液總含有某些少量固相雜
5、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，故充型時合金液 屬于多相流動 澆口杯中的流動：承接來自澆包的金屬液，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?，才能實現(xiàn)上述功能。 澆口杯中的流動 澆口杯中的流動澆注方向的影響見圖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：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阻力，在規(guī)定時間內(nèi)充滿型腔。 二、液態(tài)金屬在直澆道中的流動1
6、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)直澆道的吸氣問題 金 屬 液 在 直 澆 道 中 的 流 動 的 特 點1)液 態(tài) 金 屬 在 直 澆 道 中 存 在 兩 種 流 態(tài) ： 充 滿 式 流 動 或 非 充 滿式 流 動 。2)在 非 充 滿 的 直 澆 道 中 ， 金 屬 液 以 重 力 加 速 度 向 下 運 動 ， 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 帶 動 表 層 氣 體 向 下 運 動 ， 并 能 沖 入 型 內(nèi) 上 升 的 金 屬 液內(nèi) ， 由 于 流 股 內(nèi) 部 和
7、砂 型 表 層 氣 體 之 間 無 壓 力 差 ， 氣 體 不 可能 被 “ 吸 人 ” 流 股 ， 故3) 當(dāng) 入 口 為 尖 角 時 ， 增 加 流動 阻 力 和 斷 面 收 縮 率 ， 常 導(dǎo) 致 非 充 滿 式 流 動 。 實 際 砂 型 中 尖角 處 的 型 砂 會 被 沖 掉 引 起 沖 砂 缺 陷 。4)砂 型 中 直 澆 道 的 充 滿 式 流 動 的 理 論 條 件 盡管非充滿的直澆道有帶氣的缺點，但在特定條件下也會采用。如；又如。 (三)直澆道結(jié)構(gòu)設(shè)計防止液流帶入氣體和沖砂，設(shè)計直澆道時應(yīng)注意以下幾點：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
8、：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 直澆道窩的大小、形狀應(yīng)適宜，砂型應(yīng)堅實。底部放置干砂芯片、耐火磚等可防止沖砂。直澆道窩常做成 等形狀。推薦形狀如圖3 4 1 5 所示。 橫澆道中金屬的流動橫澆道的功用 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區(qū)域，被稱為，只要金屬進(jìn)入該區(qū)就會自動流入內(nèi)澆道。顯然， 進(jìn)入該區(qū)的渣團(tuán)也將會流入型腔。 對渣團(tuán)上浮運動分析可知： ；對應(yīng)一定橫澆道的流速有一可能上浮的臨界渣團(tuán)半徑， ；。 橫澆道發(fā)揮阻渣作用應(yīng)具備的條件 三、液態(tài)金屬在橫澆道中的流動 1
9、 )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內(nèi)澆道的吸動區(qū)。2 ) 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)盡量使用直的橫澆道；內(nèi)澆道同橫澆的連接，呈銳角時初期進(jìn)渣較多；呈鈍角時增加紊流程度。 強(qiáng)化橫澆道阻渣的措施 強(qiáng)化橫澆道阻渣的措施 金屬液在內(nèi)澆道中的流動 ， ，。設(shè)計內(nèi)澆道時還應(yīng)避免流入型腔時的噴射現(xiàn)象和飛濺，使 。 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，金屬液流入型
10、腔時噴射嚴(yán)重以直澆道下端或附近的橫澆道為阻流時，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)澆道流量的不均勻性 同一橫澆道上有多個等截面的內(nèi)澆道時， 各內(nèi)澆道的流量不等，試驗表明：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失去動能而使壓力升高，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，故而形成這種流量分布；但當(dāng)總壓頭小而橫澆道很長時，沿程阻力大，也會出現(xiàn)近直澆道處壓力高的情況，這時近處的內(nèi)澆道流量大） 四、液態(tài)金屬在內(nèi)澆道中及進(jìn)入型腔時的流動 內(nèi)澆道的基本設(shè)計原則內(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 或補縮方法方向不要沖著細(xì)小砂芯、型壁、冷鐵和芯撐，必要時 采用切線引入內(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，在去除澆道時不易損害鑄件 對薄壁鑄件可用多內(nèi)澆道的澆注系統(tǒng)實現(xiàn)補縮，這時 內(nèi)澆道尺寸應(yīng)符合冒口頸的要求 。
澆注系統(tǒng)設(shè)計
