澆注系統(tǒng)設(shè)計6學(xué)時

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1、第 二 章 澆 注 系 統(tǒng) 設(shè) 計 三 、 計 算 阻 流 截 面 的 水 力 學(xué) 公 式 四 、 鑄 件 澆 注 系 統(tǒng) 設(shè) 計 與 計 算 五 、 金 屬 過 濾 技 術(shù) 三 、 計 算 阻 流 截 面 的 水 力 學(xué) 公 式 1、 奧 贊 公 式 2、 澆 注 時 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 ， 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

2、 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 n充 填 下 半 型 腔 時 ， 通 過 阻 流 的 金 屬 質(zhì) 量 m下 和 澆 注 時間 1有 如 下 關(guān) 系 充 填 上 半 型 腔 時 ， 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 間 內(nèi) ， 一 定 存 在 某 平 均 壓 力 頭 為 h平 均 ， 使 得 1、 奧 贊 公 式 1、 奧 贊 公 式n為 了 實 用 把 上 述 兩 個 式 子 合 并 ， 得

3、到 計 算 水力 學(xué) 阻 流 截 面 積 的 計 算 公 式 1、 奧 贊 公 式n平 均 壓 頭 的 計 算n1)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 算 壓 力 頭 HP的 連 乘 積 來 表 示 ， 即 mgHPn2)假 定 鑄 件 (型 腔 )的 橫 截 面 積 5沿 高 度 方 向 不 變 。 n平 均 計 算 壓 力 頭 的 通 用 公 式 ， 至 今 仍 廣 為 應(yīng) 用 。n其 主 要 優(yōu) 點 是 計 算 簡 單 方 便 。 應(yīng) 指 出 ： 在 推 導(dǎo) 公 式 的 過 程 中

4、，引 入 兩 個 假 定 條 件 ， 假 定 1)缺 乏 科 學(xué) 邏 輯 上 的 嚴 密 性 ， 而 假 定2)對 于 非 等 截 面 的 鑄 件 ， 與 實 際 情 況 不 符 。 這 都 會 帶 來 片 ， 計算 誤 差 。n 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 能 的 影 響 。 這 部 分 動 能 的 影 響 有 時相 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 能 的 一 部 分 ， 作 為 流 股 進

5、 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 能 則 作 為 充 型 的 動 力 而 強 化 了 充 型過 程 使 流 量 增 大 。 最 終 會 使 計 算 結(jié) 果 和 實 測 結(jié) 果 有 出 入 。1、 奧 贊 公 式 2、 澆 注 時 間 1) 快 澆 、 慢 澆 澆 注 時 間 對 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 來 選 擇 快 澆 、 慢 澆 或 正 常 澆 注 為 好 。 快 澆 的 優(yōu) 點 :金 屬 的 溫 度 和 流 動 性 降 低 幅 度 小

6、 ， 易 充 滿 型 腔 。減 少 皮 下 氣 孔 傾 向 。 充 型 期 間 對 砂 型 上 表 面 的 熱 作 用 時 間 短 ，可 減 少 夾 砂 結(jié) 疤 類 缺 陷 。 對 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 :對 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

7、 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 ： 金 屬 對 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 體 收 縮 大 的 合 金 ， 當(dāng) 采 用 頂 注 法 或 內(nèi) 澆 道 通過 冒 口 時 ， 慢 澆 可 減 小 冒 口 。 澆 注 系 統(tǒng) 消 耗

8、 金 屬 少 。 慢 澆 的 缺 點 ： 澆 注 期 間 金 屬 對 型 腔 上 表 面 烘 烤 時 間長 ， 促 成 夾 砂 結(jié) 疤 和 粘 砂 類 缺 陷 。 金 屬 液 溫 度 和 流動 性 降 低 幅 度 大 ， 易 出 現(xiàn) 冷 隔 、 澆 不 到 及 鑄 件 表 皮皺 紋 。 慢 澆 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

9、 適 的 澆 注 時 間 的 確 定 合 適 的 澆 注 時 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 應(yīng) 有 適 宜的 澆 注 時 間 范 圍 。 由 于 近 年 來 普 遍 認 識 到 快 澆 對 鑄 件 的 益 處 ， 因此 澆 注 時 間 比 過 去 普 遍 縮 短 ， 特 別 是 灰 鑄 鐵 和 球墨 鑄 鐵 件 更 是 如 此 。 n A)、 查 表 法 B)、 經(jīng) 驗 公 式 法 （ i） 壁 厚 為 2.5 15mm，

10、 形 狀 復(fù) 雜 的 鑄 鐵件 ： S為 系 數(shù) ， 取 決 于 壁 厚壁 厚 (m m ) 2.5 3.5 3.5 8.0 8.0 15系 數(shù) s 0.53 0.59 0.70Gst （ ii） :平 均 壁 厚 S1:系 數(shù) ， 一 般 取 0.96， 當(dāng) 含 硫 量 較 高 ， 含 碳 小 于 3.3%，流 動 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 候 s1=0.79 0.8931 Gst （ iii） 對 于 重 型 鑄 件 可 用 下 述 公 式 ： P:常 數(shù) ， 一 般

11、 取 0.62 S2:系 數(shù) ， 與 壁 厚 關(guān) 系 如 下 ： pGSt 2 2壁 厚 (m m ) 10 10 20 20 40 40 80以 上系 數(shù) s 0.32 0.41 0.48 0.54 澆 注 時 間 確 定 后 ， 對 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 為 液 面 上 升 太慢 ， 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)

12、 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 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 度等 都 對 流 量 系 數(shù) 值 有 影 響 。兩 種 方 法 來 確 定 ： 一 、 對 重 要 的 鑄 件 或 大 量 生 產(chǎn) 的 鑄 件 ， 可 用 水 力模 擬 試 驗 法 ， 在 實 驗 室 中 測 出 流 量 系 數(shù) ； 二 、 對 于 一 般 鑄 件 根 據(jù) 經(jīng) 驗

13、 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 一 、 設(shè) 計 步 驟 通 常 在 確 定 鑄 造 方 案 的 基 礎(chǔ) 上 設(shè) 計 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 算 澆 注 時 間 并 核 算 金 屬 上 升 速 度 5） 計 算 阻 流 截 面 積 S 阻 6） 確 定 澆 口 比 并 計 算 各 組 元 截 面 積 7）

14、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 的 情 況 下 ， 需 用 壓 力 角 來 核 算 HM是 否 足 夠 。LtgHM 垂 直 分 型 澆 注 系 統(tǒng) 的 計 算 1、 計 算 原 理 垂 直 分 型 無 箱 造 型 的 特 點 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

15、主張 用 恒 壓 等 流 量 澆 注 系 統(tǒng) 強 封 閉 式 澆 注 系 統(tǒng) 。 實 踐 表 明 ， 恒 壓 等 流 量 澆 注 系 統(tǒng) 有 較 多 的 優(yōu) 點 ： 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 阻 流 截 面 積 會 看 諾 謨 圖 P279 2、 設(shè) 計 要 點 1） 以 內(nèi) 澆 道 為 阻 流 的 強 封 閉 式 澆 注 系 統(tǒng) 2） 嚴 格 控 制 澆 注 時 間 。 根 據(jù) 經(jīng) 驗 ， 澆 注 時 間 的 變化 如 超 過 1S， 廢 品 率 將

16、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) 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 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 度 ； 改 進 了 切 削 性 能 ， 延 長 刀 具的 使 用 壽 命 ； 提 高 鑄 件 的 表 面 品 質(zhì) ， 減 小 加 工 余

17、 量 ； 簡 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 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

18、 有 足夠 的 強 度 ， 不 碎 裂 ， 不 掉 粒 或 粉 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 帶 有 過 濾 板 的 澆 注 系 統(tǒng) 時 ， 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 入 型 腔 ， 過 濾 板 盡 量 靠

19、 近 型 腔 ， 澆 注 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 宜 簡化 ， 過 濾 板 可 以 水 平 、 傾 斜 或 垂 直 放 置 。 B)、 對 于 球 鐵 件 ， 過 濾 板 的 過 濾 面 積 大 于 4 8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 泡 沫 材 料 浸 泡 于 陶 瓷 漿 料 中 ， 經(jīng) 擠 壓 、

20、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 泡 沫 浸 蝕劑 、 陶 瓷 纖 維 ， 以 提 高 過 濾 板 的 強 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 土 、 粘 土 。 用

21、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 格 低 廉 ， 可 用 于 鑄 鐵 件 、 非鐵 合 金 鑄 件 。 輕 合 金 也 可 用 更 廉 價 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 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 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 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 2 8倍 。4、 耐 火 纖 維 編 織 過 濾 網(wǎng)