1、第七章第七章 浇注系统设计浇注系统设计本章主要讲授浇注系统类型的选择，浇注最小截本章主要讲授浇注系统类型的选择，浇注最小截面尺寸的计算，其它铸造合金浇注系统的特点。要面尺寸的计算，其它铸造合金浇注系统的特点。要求掌握浇注系统的选择原则。求掌握浇注系统的选择原则。重点为浇注系统的选择原则和确定浇注位置，难重点为浇注系统的选择原则和确定浇注位置，难点为浇注系统选择原则的灵活应用。点为浇注系统选择原则的灵活应用。概概 述述浇注系统：浇注系统：铸型中液态金属流入型腔的通道之总称铸型中液态金属流入型腔的通道之总称组成：组成：浇口杯、直浇道、直浇道窝、横浇道、内浇道浇口杯、直浇道、直浇道窝、横浇道、内浇道
2、 正确设计浇注系统使液态合金平稳合理的充满型正确设计浇注系统使液态合金平稳合理的充满型腔，对铸件品质影响很大，铸件废品中的腔，对铸件品质影响很大，铸件废品中的30%30%是因浇注是因浇注系统不当引起。系统不当引起。浇注系统的组成浇注系统的组成浇注系统设计原则浇注系统设计原则l使液态合金使液态合金平稳充满铸型平稳充满铸型，不冲击型壁和型芯，不冲击型壁和型芯，不产生涡流和喷溅，不卷入气体，并利于型腔内不产生涡流和喷溅，不卷入气体，并利于型腔内的空气和其他气体排出型外，的空气和其他气体排出型外，防止金属液过度氧防止金属液过度氧化及产生砂眼、冷豆、气孔。化及产生砂眼、冷豆、气孔。l阻挡夹杂物进入型腔阻
3、挡夹杂物进入型腔，以免在铸件上形成渣孔。，以免在铸件上形成渣孔。l调节铸型及铸件各部分温差，调节铸型及铸件各部分温差，控制铸件的凝固顺序控制铸件的凝固顺序，不阻碍铸件的收缩，减少铸件的变形和开裂倾向。不阻碍铸件的收缩，减少铸件的变形和开裂倾向。l合金液流合金液流不应冲刷冷铁和芯撑不应冲刷冷铁和芯撑。防止冷铁的激冷效。防止冷铁的激冷效果降低及表面熔化，避免芯撑过早软化和熔化，造果降低及表面熔化，避免芯撑过早软化和熔化，造成铸件壁厚变化成铸件壁厚变化浇注系统设计原则浇注系统设计原则l浇注系统尽可能结构简单紧凑浇注系统尽可能结构简单紧凑，占砂箱面积小，体，占砂箱面积小，体积小，积小，有利于减少冒口体
4、积有利于减少冒口体积，节约合金和型砂，提，节约合金和型砂，提高砂箱利用率，方便造型、清理和浇注系统模样的高砂箱利用率，方便造型、清理和浇注系统模样的制造制造l使液态合金以最短的距离，最合适的时间充满型腔，使液态合金以最短的距离，最合适的时间充满型腔，有足够的压力头，并保证金属液面在型腔内有必要有足够的压力头，并保证金属液面在型腔内有必要的上升速度等，以确保铸件的质量；的上升速度等，以确保铸件的质量；l起一定的补缩作用，起一定的补缩作用，在内浇道凝固前补给部分液在内浇道凝固前补给部分液态收缩态收缩浇注系统的设计内容与步骤浇注系统的设计内容与步骤 选择浇注系统的类型和结构；选择浇注系统的类型和结构
5、； 合理地在铸型中布置浇注系统及确定内浇道的引入合理地在铸型中布置浇注系统及确定内浇道的引入位置和个数；位置和个数； 计算浇注时间和浇注系统中的最小断面积，确定直计算浇注时间和浇注系统中的最小断面积，确定直浇道的高度浇道的高度（如有浇口杯则从杯中液面高度算起）（如有浇口杯则从杯中液面高度算起） 按经验比例数据决定其他组元的断面积；按经验比例数据决定其他组元的断面积； 大批量生产时需经过生产阶段的反复，如有不足之大批量生产时需经过生产阶段的反复，如有不足之处，应调整以上各项设计内容，甚至修改工艺方案处，应调整以上各项设计内容，甚至修改工艺方案，直到合理并保证质量为止。，直到合理并保证质量为止。第
6、一节第一节 液态金属在浇注系统的流动液态金属在浇注系统的流动l型壁的多孔性、透气性和合金液的不相润湿性，给合金液的型壁的多孔性、透气性和合金液的不相润湿性，给合金液的运动以特殊边界条件运动以特殊边界条件l在充型过程中，合金液和铸型之间有着激烈的热作用、机在充型过程中，合金液和铸型之间有着激烈的热作用、机械作用和化学作用械作用和化学作用；合金液冲刷型壁，粘度增大，体积收合金液冲刷型壁，粘度增大，体积收缩，吸收气体、使金属氧化等；缩，吸收气体、使金属氧化等；l浇注过程是不稳定流动过程浇注过程是不稳定流动过程 在型内合金液淹没了内浇道之后，随着合金液面上升，在型内合金液淹没了内浇道之后，随着合金液面
7、上升， 充型的有效压力头渐渐变小充型的有效压力头渐渐变小 型腔内气体的压力并非恒定型腔内气体的压力并非恒定 浇注操作不可能保持浇口杯内液面的绝对稳定浇注操作不可能保持浇口杯内液面的绝对稳定一、砂型流动的水力学特点一、砂型流动的水力学特点l合金液在浇注系统中一般呈合金液在浇注系统中一般呈湍流湍流状态状态 l多相流动多相流动 一般合金液总含有某些少量固相杂质、液相夹杂和气一般合金液总含有某些少量固相杂质、液相夹杂和气泡，在充型过程中还可能析出晶粒及气体，故充型时合泡，在充型过程中还可能析出晶粒及气体，故充型时合金液属于多相流动金液属于多相流动一、砂型流动的水力学特点一、砂型流动的水力学特点浇口杯作
8、用：浇口杯作用：l 用来承受来自浇包的金属液流并引入直浇道，用来承受来自浇包的金属液流并引入直浇道，防止过浇而溢出；防止过浇而溢出；l 避免流股直冲直浇道，减少液流对铸型的冲击避免流股直冲直浇道，减少液流对铸型的冲击l 有一定的挡渣作用；有一定的挡渣作用；l 当砂箱高度低、压头不够时，又可用以增加金当砂箱高度低、压头不够时，又可用以增加金属液的静压头。属液的静压头。二、浇口杯中的流动二、浇口杯中的流动浇口杯分类：浇口杯分类：漏斗形浇口杯、池盆形浇口杯漏斗形浇口杯、池盆形浇口杯二、浇口杯中的流动二、浇口杯中的流动漏斗形浇口杯漏斗形浇口杯特点：特点：结构简单，制作方便，容积小，消耗金属液少；结构简
9、单，制作方便，容积小，消耗金属液少；只能用来接纳和缓冲浇注的金属流股，只能用来接纳和缓冲浇注的金属流股，挡渣能力小挡渣能力小；应用：应用：主要用在小型铸铁件及铸钢件，广泛用于机器造主要用在小型铸铁件及铸钢件，广泛用于机器造 型。型。结构：结构：漏斗口的直径应该比直浇道大一倍以上。漏斗口的直径应该比直浇道大一倍以上。可用带可用带滤网的漏斗形浇口杯。滤网的漏斗形浇口杯。池盆形浇口杯池盆形浇口杯特点：特点：挡渣作用明显，但是制作程序复杂，消耗挡渣作用明显，但是制作程序复杂，消耗的金属较多的金属较多应用：应用：主要用于中大型铸铁件。主要用于中大型铸铁件。结构：结构：浇口盆浇口盆的深度应该大的深度应该大
10、于直浇道上端于直浇道上端直径的直径的5 5倍。倍。浇口杯中应避免出现水平涡流浇口杯中应避免出现水平涡流液态金属在平底的浇口杯中液态金属在平底的浇口杯中流动流动 时易出现水平涡流。时易出现水平涡流。 流量分布不均匀造成流速方流量分布不均匀造成流速方向偏向偏 斜。水平分速度对直浇斜。水平分速度对直浇道中心线道中心线 偏斜，形成水平涡偏斜，形成水平涡流运动。流运动。在涡在涡 流中心区形成流中心区形成一个漏斗形充满空一个漏斗形充满空 气的等压气的等压自由液面的空穴。容易自由液面的空穴。容易 将空将空气和渣子带入直浇道。气和渣子带入直浇道。原因：原因：水平各向流量不均水平各向流量不均衡造成流速方向的偏斜
11、。衡造成流速方向的偏斜。若忽略金属粘度的影响，视液态金属为理想流体，若忽略金属粘度的影响，视液态金属为理想流体，浇口杯内液态金属应满足动量矩守衡：浇口杯内液态金属应满足动量矩守衡：Mvr=Mvr=常量常量式中：式中：M M 距离直浇道中心为距离直浇道中心为r r处的质点的质量处的质点的质量 v M v M点的切线速度点的切线速度 r M r M点距离直浇道中心的距离。点距离直浇道中心的距离。 漏斗形等压自由液面的形成：漏斗形等压自由液面的形成：一旦出现水平旋涡，一旦出现水平旋涡，越靠近中心，越靠近中心，M M质点的离心加速度越高，重力加速质点的离心加速度越高，重力加速度和离心加速度的合成加速度
12、越接近于水平，根据度和离心加速度的合成加速度越接近于水平，根据流体力学原理，等压面垂直于总加速度方向。等压流体力学原理，等压面垂直于总加速度方向。等压面逐步由水平过度到垂直，形成中空的大气压力表面逐步由水平过度到垂直，形成中空的大气压力表面。面。对铸件质量的影响：对铸件质量的影响：卷气、渣沿等压面进入型腔。卷气、渣沿等压面进入型腔。 影响水平旋涡的因素影响水平旋涡的因素 浇口杯中金属流股的水平分速度越大，越容易形成水浇口杯中金属流股的水平分速度越大，越容易形成水平旋涡。平旋涡。而水平分速度的大小又与以下因素有关：而水平分速度的大小又与以下因素有关：a a 浇口杯内液面的深度：浇口杯内液面的深度
13、：液面深度超过直浇道上端直液面深度超过直浇道上端直径的径的5 5倍时可基本消除水平旋涡。倍时可基本消除水平旋涡。b b 浇注高度：浇注高度：浇包嘴离浇口杯越高，越容易产生水平浇包嘴离浇口杯越高，越容易产生水平旋涡。旋涡。 c c 浇注方向：逆向浇注较顺向浇注为佳。浇注方向：逆向浇注较顺向浇注为佳。纵向逆浇不纵向逆浇不易形成水平涡流，而纵向顺浇易将夹渣带入型腔；带易形成水平涡流，而纵向顺浇易将夹渣带入型腔；带底坎时，侧向浇注时金属液可能绕过底坎从另一侧进底坎时，侧向浇注时金属液可能绕过底坎从另一侧进入直浇道形成水平涡流。入直浇道形成水平涡流。图图 底坎和浇注方向对液流流向的影响底坎和浇注方向对液
14、流流向的影响a) a) 纵向逆浇纵向逆浇 b)b)纵向顺浇纵向顺浇 c)c)侧向浇注侧向浇注 纵向顺浇方便浇注工作纵向顺浇方便浇注工作，不易产生垂直涡流不易产生垂直涡流，轻轻质点夹杂物进入直浇道的可能性大；质点夹杂物进入直浇道的可能性大； 纵向逆浇易形成垂直涡流纵向逆浇易形成垂直涡流，有助于夹杂物上浮有助于夹杂物上浮。 侧向浇注侧向浇注形成垂直涡流的可能介于上述两者之间形成垂直涡流的可能介于上述两者之间，液流从一侧流向直浇道，易形成水平涡流。液流从一侧流向直浇道，易形成水平涡流。图图 底坎和浇注方向对液流流向的影响底坎和浇注方向对液流流向的影响a) a) 纵向逆浇纵向逆浇 b)b)纵向顺浇纵向
15、顺浇 c)c)侧向浇注侧向浇注生产中减轻水平旋涡的措施生产中减轻水平旋涡的措施a a 用大深度浇口杯用大深度浇口杯b b 浇口杯底部安放筛网等浇口杯底部安放筛网等c c 在浇口杯底部设置堤坝，形成垂直旋涡在浇口杯底部设置堤坝，形成垂直旋涡。垂直旋涡的挡渣作用：垂直旋涡的挡渣作用：金属液沿斜壁流下，金属液沿斜壁流下，由于流速的减低和流由于流速的减低和流向的改变，形成垂直向的改变，形成垂直方向的旋流。方向的旋流。 在池形浇口杯中在池形浇口杯中增设隔板增设隔板和在浇口杯出口处又有和在浇口杯出口处又有底坎底坎，就能把浇包落入浇口杯中流股的紊乱搅拌，就能把浇包落入浇口杯中流股的紊乱搅拌作用限制在浇注区范
16、围内，且能急剧改变流股方作用限制在浇注区范围内，且能急剧改变流股方向，形成使轻质点杂质上浮的流向。向，形成使轻质点杂质上浮的流向。a)合理 b)不合理d d 用拔塞等方法，使浇口杯内液面达到一定深度时用拔塞等方法，使浇口杯内液面达到一定深度时再向直浇道注入再向直浇道注入 即使带隔板和底坎（或凹坑）的浇口杯，也不能即使带隔板和底坎（或凹坑）的浇口杯，也不能完全阻挡浇注开始时液流带入的气体和夹杂物，完全阻挡浇注开始时液流带入的气体和夹杂物，故浇注重要铸件时，常在浇注前用各种方法将直故浇注重要铸件时，常在浇注前用各种方法将直浇道堵住，等浇口杯充满后再打开，并一直保持浇道堵住，等浇口杯充满后再打开，并
17、一直保持浇口杯的液面高度。浇口杯的液面高度。浇口杯的结构设计浇口杯的结构设计 1) 1)浇口杯中金属液面的高度：浇口杯中金属液面的高度：H5dH5d直上直上，而且浇口，而且浇口杯与直浇道要采用杯与直浇道要采用圆角连接圆角连接, , r0.25dr0.25d直上直上； 2) 2)采用纵向逆浇，设置底坎、挡板和闸门等；采用纵向逆浇，设置底坎、挡板和闸门等； 3) 3)采用特殊结构的浇口杯：采用特殊结构的浇口杯：拔塞式、浮塞式、铁隔拔塞式、浮塞式、铁隔片式、闸门式片式、闸门式等；等；4 4）浇口杯与直浇道相连的边缘做成凸起状。）浇口杯与直浇道相连的边缘做成凸起状。直浇道的功用直浇道的功用：l 引导金
18、属液进入横浇道、内绕道或直接导入型腔；引导金属液进入横浇道、内绕道或直接导入型腔；l 提供足够的压力头，使金属液克服各种流动阻力，提供足够的压力头，使金属液克服各种流动阻力，在规定时间内充满型腔。在规定时间内充满型腔。三、三、直浇道中的流动直浇道中的流动直浇道直浇道形状：形状： 常做成上大下小的锥形、常做成上大下小的锥形、等断面的柱形和上小下大的等断面的柱形和上小下大的倒锥形。倒锥形。（1 1）液态金属在直浇道中的流动特点）液态金属在直浇道中的流动特点 直浇道一般不能挡渣，而且金属液通过时容易带直浇道一般不能挡渣，而且金属液通过时容易带入气体。入气体。当气体被卷入型腔时而又不能顺利逸出时当气体
19、被卷入型腔时而又不能顺利逸出时就会在铸件中形成气孔。就会在铸件中形成气孔。1 1）水模拟实验）水模拟实验真空吸气理论真空吸气理论实验条件：实验条件：采用有机玻璃模型，制作浇口杯和直浇道两组元浇采用有机玻璃模型，制作浇口杯和直浇道两组元浇注系统，采用水模拟的方法，采用尖角、圆角连接形式，采用注系统，采用水模拟的方法，采用尖角、圆角连接形式，采用等断面和变截面的直浇道结构。等断面和变截面的直浇道结构。l 直浇道入口处的形状影响液流分布：直浇道入口处的形状影响液流分布：尖角连接时直尖角连接时直浇道内呈不充满流动；圆角连接时则为充满状态。浇道内呈不充满流动；圆角连接时则为充满状态。l 直浇道形状影响液
20、流的内部压力：尖角连接时不充满，直浇道形状影响液流的内部压力：尖角连接时不充满，而且流股呈渐缩形，直浇道上口有真空区存在。而且流股呈渐缩形，直浇道上口有真空区存在。l 有锥度的直浇道呈有锥度的直浇道呈充满状态，且呈正压充满状态，且呈正压流动，从直浇道上的流动，从直浇道上的小孔流水；而等断面小孔流水；而等断面的直浇道虽然也呈充的直浇道虽然也呈充满状态，但是却呈负满状态，但是却呈负压流动，吸入气体；压流动，吸入气体；（1 1）液态金属在直浇道中的流动特点）液态金属在直浇道中的流动特点直浇道的流动特点直浇道的流动特点（1 1）两种流态：充满和不充满。非充满状态易带气，但在）两种流态：充满和不充满。非
21、充满状态易带气，但在底注包浇注时或用阶梯浇注系统时采用。底注包浇注时或用阶梯浇注系统时采用。（2 2）非充满直浇道中金属液以重力加速度做等加速运动，）非充满直浇道中金属液以重力加速度做等加速运动，流股必定向内收缩；流股内部与砂型表层气体之间无压力差，流股必定向内收缩；流股内部与砂型表层气体之间无压力差，气体不可能被吸入，而是被金属表面吸收和带走。气体不可能被吸入，而是被金属表面吸收和带走。（3 3）直浇道入口形状影响金属流态。入口尖角时，增加流）直浇道入口形状影响金属流态。入口尖角时，增加流动阻力和断面收缩率，常导致非充满式流动。要使直浇道呈动阻力和断面收缩率，常导致非充满式流动。要使直浇道呈
22、充满流态，要求入口处圆角半径充满流态，要求入口处圆角半径rd/4rd/4。（4 4）水利学模拟实验与砂型中实际流动状况有差异。）水利学模拟实验与砂型中实际流动状况有差异。（5 5）砂型中直浇道充满的理论条件。）砂型中直浇道充满的理论条件。26HhhSSziiz2)(1直内2 2）真空吸气理论）真空吸气理论 假设条件：假设条件： 浇注系统是由不透气材料制成；浇注系统是由不透气材料制成； 流体呈稳定流动，且为不可压缩流体；流体呈稳定流动，且为不可压缩流体； 直浇道为等断面结构。直浇道为等断面结构。如图所示，选择直浇道的如图所示，选择直浇道的出口出口2-22-2为分析的基准面，则为分析的基准面，则伯
23、努利方程可写为：伯努利方程可写为：其中，其中，Z Z2 2=0=0，P P2 2=Pa=Pa，整理得：，整理得：由于是稳定流动，根据连续流动定律，有：由于是稳定流动，根据连续流动定律，有： F F1 1V V1 1=F=F2 2V V2 2， F F1 1=F=F2 2，V V1 1=V=V2 2则则因为因为Z Z1 1远远大于远远大于h h1-21-2，所以，（，所以，（P P2 2-P-P1 1）/0/0，P P2 2 P P1 1 ，P P2 2 =P=Pa a，P Pa a P P1 1 。因此，真空吸气理论的分析可以得出结论：因此，真空吸气理论的分析可以得出结论：在直浇道中有真空在直
24、浇道中有真空度存在，流体经过浇注系统时要吸入气体。度存在，流体经过浇注系统时要吸入气体。1 1）、入口处的）、入口处的连接连接 ( (与浇口与浇口杯连接处杯连接处) ) 采用圆角，采用圆角，一般要求入一般要求入口处圆角半径口处圆角半径r rd d4(d4(d为为直浇道上口直径直浇道上口直径) )。 这样可以减少气体的卷这样可以减少气体的卷入和入和避免尖角型砂被冲掉引避免尖角型砂被冲掉引起冲砂缺陷起冲砂缺陷。直浇道结构设计直浇道结构设计防止液流带入气体和冲砂，设计直浇道时应注意防止液流带入气体和冲砂，设计直浇道时应注意以下几点：以下几点： 直直浇道的形状浇道的形状上大下小的锥形即设计上大下小的锥
25、形即设计锥度锥度2 2）直浇道的形状）直浇道的形状则：则：v v2 2vv1 1, , 可使可使P P2 2PP1 1，流体呈正压流动；流体呈正压流动； 上大下小的锥形，上大下小的锥形，有利于在直浇道中呈正有利于在直浇道中呈正压流动，能防止吸气或压流动，能防止吸气或非充满状态而带气。非充满状态而带气。3 3、蛇形直浇道则使、蛇形直浇道则使h h1-2,1-2,增大，保证增大，保证P P2 2PSS横横SS内内 实际情况：实际情况：液态金属有粘度，流动阻力有较大的影响。液态金属有粘度，流动阻力有较大的影响。 S S直直：S S横横：S S内内=1:2.5:2.5=1:2.5:2.5时仍呈正压充满
26、状态。时仍呈正压充满状态。HhhSSziiz2(1）直内第二节第二节 浇注系统的基本类型及选择浇注系统的基本类型及选择1 1、浇注系统的分类、浇注系统的分类浇注系统常用的分类：浇注系统常用的分类：l 根据各组元断面比例关系的不同：根据各组元断面比例关系的不同： 封闭式、开放式封闭式、开放式按内浇道在铸件上的相对位置不同：按内浇道在铸件上的相对位置不同： 顶注式、中间注入式、底注式、阶梯式顶注式、中间注入式、底注式、阶梯式二、封闭、开放式浇注系统二、封闭、开放式浇注系统封闭式浇注系统封闭式浇注系统阻流阻流在一个浇注系统中截面积最小的浇道在一个浇注系统中截面积最小的浇道SS内内 S S横横 S S
27、直直，例如，例如1: 1.2 : 1.51: 1.2 : 1.5 封闭式浇注系统可理解为正常浇注条件下，所有组元能被封闭式浇注系统可理解为正常浇注条件下，所有组元能被金属液充满的浇注系统，也称为充满式浇注系统。（因全部金属液充满的浇注系统，也称为充满式浇注系统。（因全部截面上的金属液压力均高于型壁气体压力，故是有压或正压截面上的金属液压力均高于型壁气体压力，故是有压或正压系统）。系统）。优点：优点：阻渣效果好、防止卷气、消耗金属少、清理方便。阻渣效果好、防止卷气、消耗金属少、清理方便。缺点：缺点： 进入型腔的金属液流速度高，易产生喷溅和冲砂，使进入型腔的金属液流速度高，易产生喷溅和冲砂，使金属
28、氧化，使型内金属液发生扰动、涡流和不平静。金属氧化，使型内金属液发生扰动、涡流和不平静。应用：应用：主要应用于不易氧化的各种铸铁件。对于容易氧化的主要应用于不易氧化的各种铸铁件。对于容易氧化的轻合金铸件、采用漏包浇注的铸钢件和高大的铸铁件，均不轻合金铸件、采用漏包浇注的铸钢件和高大的铸铁件，均不宜使用。宜使用。开放式浇注系统开放式浇注系统 SS内内 SS横横 S S直；例如直；例如1.5 : 1.2 : 11.5 : 1.2 : 1在正常浇注条件下，金属液不能充满所有组元的浇注系统，又在正常浇注条件下，金属液不能充满所有组元的浇注系统，又称为非充满式或非压力式浇注系统。在金属液流未能充满的部称
29、为非充满式或非压力式浇注系统。在金属液流未能充满的部位存在着等大气压力的自由表面。位存在着等大气压力的自由表面。 完全开放式浇注系统在内浇道被淹没之前，各组元均呈非完全开放式浇注系统在内浇道被淹没之前，各组元均呈非充满流态，几乎不能阻渣而且会带入大量气体。因此，使用转充满流态，几乎不能阻渣而且会带入大量气体。因此，使用转包浇注的铸铁件上不宜应用这种浇注系统。包浇注的铸铁件上不宜应用这种浇注系统。主要优点：主要优点：进入型腔时金属液流速度小，充型平稳，冲刷力小，进入型腔时金属液流速度小，充型平稳，冲刷力小，金属氧化轻。金属氧化轻。主要缺点：主要缺点：阻渣效果稍差，阻渣效果稍差，带入气体带入气体
30、，金属消，金属消耗略多。耗略多。应用应用：轻合金铸件、球铁件等。漏包浇注的铸钢件也宜采用开轻合金铸件、球铁件等。漏包浇注的铸钢件也宜采用开放式浇注系统，但直浇道不能呈充满态，以防钢水外溢，造成放式浇注系统，但直浇道不能呈充满态，以防钢水外溢，造成事故。事故。3 3半封闭式浇注系统半封闭式浇注系统 这种浇注系统的特点是这种浇注系统的特点是S S横横 S S直直 S S内内。即阻流截面是内。即阻流截面是内浇道，横浇道截面积最大，浇道，横浇道截面积最大，直浇道一般是上大下小的锥形直浇道一般是上大下小的锥形，浇注时，直浇道很快充满，而横浇道充满较晚，故可降低内浇注时，直浇道很快充满，而横浇道充满较晚，
31、故可降低内浇道的流速，使浇注初期充型平稳，对铸型的冲击比封闭式浇道的流速，使浇注初期充型平稳，对铸型的冲击比封闭式的小；在横浇道充满后，因其中的金属液流速较慢，的小；在横浇道充满后，因其中的金属液流速较慢，所以挡所以挡渣比开放式的好，渣比开放式的好，但浇注初期在横浇道充满前，挡渣效果较但浇注初期在横浇道充满前，挡渣效果较差。差。适用于各类铸铁件，尤其球墨铸铁件及表面干型适用于各类铸铁件，尤其球墨铸铁件及表面干型 生产上常常使用介于这两者之间的半封闭式和封生产上常常使用介于这两者之间的半封闭式和封闭开放式浇注系统；闭开放式浇注系统；4 4、封闭、封闭开放式式浇注系统开放式式浇注系统特点：控制流量
32、的阻流断面位于直浇道下端，或特点：控制流量的阻流断面位于直浇道下端，或在横浇道中，或者在集渣包出口处等在横浇道中，或者在集渣包出口处等，故浇注系故浇注系统各组元的断面比例相应的存在以下关系统各组元的断面比例相应的存在以下关系SS杯杯SS直直 S S横横 SSS直直SS集渣包出口集渣包出口 S S横后横后 SSS阻阻 S S横后横后 SSS阻阻 S S内内 S S横后横后 三、浇注系统按内浇道在铸件上的位置分类三、浇注系统按内浇道在铸件上的位置分类（一）、顶注（上注）式浇注系统（一）、顶注（上注）式浇注系统 以铸件浇注位置为基准，内浇道开设在铸件的顶部，以铸件浇注位置为基准，内浇道开设在铸件的顶
33、部，称为顶注式浇注系统。即金属液从铸件顶部注入型腔称为顶注式浇注系统。即金属液从铸件顶部注入型腔 （一）、顶注式浇注系统（一）、顶注式浇注系统特点：特点：以浇注位置为基准，内浇道设在铸件顶部。以浇注位置为基准，内浇道设在铸件顶部。优点优点 容易充满，可减少薄壁件浇不到、冷隔方面的缺陷容易充满，可减少薄壁件浇不到、冷隔方面的缺陷 充型后上部温度高于底部，有利于铸件自下而上的充型后上部温度高于底部，有利于铸件自下而上的顺序凝固和冒口的补缩顺序凝固和冒口的补缩 冒口尺寸小，节约金属冒口尺寸小，节约金属 内浇道附近受热较轻内浇道附近受热较轻 结构简单，易于清除结构简单，易于清除（一）、顶注式浇注系统（
34、一）、顶注式浇注系统特点：特点：以浇注位置为基准，内浇道设在铸件顶部。以浇注位置为基准，内浇道设在铸件顶部。缺点缺点 易造成冲砂缺陷；易造成冲砂缺陷； 易产生砂孔、铁豆、气孔和氧化夹杂物缺陷；易产生砂孔、铁豆、气孔和氧化夹杂物缺陷； 大部分浇注时间，内浇道处于非充满状态；大部分浇注时间，内浇道处于非充满状态； 横浇道阻渣能力较差横浇道阻渣能力较差 金属液下落过程中接触空气，出现激溅、氧化、金属液下落过程中接触空气，出现激溅、氧化、卷气，使充型不平稳；卷气，使充型不平稳； 根据铸件的结构特点，还可采用以下几根据铸件的结构特点，还可采用以下几种类型的顶注式浇注系统：种类型的顶注式浇注系统：1 1简
35、单式简单式 适用于要求不高适用于要求不高的简单小件。的简单小件。 2 2楔形浇道楔形浇道 金属液通过长条楔缝可迅速充满型腔金属液通过长条楔缝可迅速充满型腔 常用于锅、盆、罩、盖类薄壁器皿铸件常用于锅、盆、罩、盖类薄壁器皿铸件 3 3压边浇道压边浇道 浇道是一条窄而长的缝隙，与铸件顶部相浇道是一条窄而长的缝隙，与铸件顶部相连接，金属液经压边缝隙流入型腔连接，金属液经压边缝隙流入型腔 多用于壁较厚多用于壁较厚的中小铸铁件及的中小铸铁件及非铁合金铸件。非铁合金铸件。4 4雨淋浇道雨淋浇道 内浇道是由许多均内浇道是由许多均匀分布的圆孔所组匀分布的圆孔所组成，浇注时细流如成，浇注时细流如雨淋雨淋 主要用
36、于质量要主要用于质量要求较高的大中型筒求较高的大中型筒型铸件，如气缸套、型铸件，如气缸套、卷扬机等卷扬机等 5 5搭边式搭边式 自上而下导自上而下导入金属液，避免入金属液，避免直接冲击铸型侧直接冲击铸型侧壁。壁。适用于湿型适用于湿型铸造薄壁铸件。铸造薄壁铸件。 （二）底注（下注）式浇注系统（二）底注（下注）式浇注系统 内浇道开设在铸件内浇道开设在铸件底部，即金属液从铸底部，即金属液从铸件的底部注入型腔，件的底部注入型腔，称为底注式浇注系统称为底注式浇注系统 主要用于高度不大，主要用于高度不大，结构不太复杂的铸件结构不太复杂的铸件和易氧化的合金铸件，和易氧化的合金铸件，如铸钢、铝镁合金、如铸钢、
37、铝镁合金、铝青铜及黄铜等铸件铝青铜及黄铜等铸件 （二）底注式浇注系统（二）底注式浇注系统特点：特点：以浇注位置为基准，内浇道设在铸件底部。以浇注位置为基准，内浇道设在铸件底部。优点优点内浇道基本上在充满状态下工作，充型平稳；内浇道基本上在充满状态下工作，充型平稳；可避免金属发生激溅、氧化及由此而形成的铸可避免金属发生激溅、氧化及由此而形成的铸件缺陷；件缺陷；无论浇口多大，横浇道基本处于充满状态，有无论浇口多大，横浇道基本处于充满状态，有利于阻渣；利于阻渣；型腔内的气体容易顺序排除。型腔内的气体容易顺序排除。缺点缺点充型后金属的温度分布不利于顺序凝固和冒充型后金属的温度分布不利于顺序凝固和冒口补
38、缩；口补缩；金属液面在上升中容易金属液面在上升中容易结皮结皮，难于保证高大的薄，难于保证高大的薄壁铸件充满，易形成浇不足、冷隔等缺陷；壁铸件充满，易形成浇不足、冷隔等缺陷；金属消耗较大。金属消耗较大。内浇道附近容易过热，导致缩孔、缩松和结内浇道附近容易过热，导致缩孔、缩松和结晶粗大等缺陷；晶粗大等缺陷；克服以上缺点的方法有：克服以上缺点的方法有： 采用快浇和分散的多内浇道采用快浇和分散的多内浇道 大的大的S S内内/S/S阻阻比值比值 使用冷铁和安放冒口或用高温金属补浇冒口等措施使用冷铁和安放冒口或用高温金属补浇冒口等措施根据铸件结构特点，还可采用下列底注式浇注系统根据铸件结构特点，还可采用下
39、列底注式浇注系统 1 1牛角浇道牛角浇道 牛角式内浇道多用牛角式内浇道多用于质量要求高的小型于质量要求高的小型轮类铸件轮类铸件 2 2反雨淋浇道反雨淋浇道 它适用于易它适用于易氧化的中小型氧化的中小型圆套类铸件圆套类铸件 （三）中间注入式浇注系统（三）中间注入式浇注系统 从铸件某一高度面上开设内浇道。对内浇道以下的型腔部分从铸件某一高度面上开设内浇道。对内浇道以下的型腔部分为顶柱式；对内浇道以上的型腔部分相当于底注式。故它为顶柱式；对内浇道以上的型腔部分相当于底注式。故它兼有顶兼有顶注式和底注式浇注系统的优点。使之充型平稳，改善了补缩条件，注式和底注式浇注系统的优点。使之充型平稳，改善了补缩条
40、件，又有利于排气。又有利于排气。 由于内浇道在分型面上开设，故极为方便，应用广泛。适于由于内浇道在分型面上开设，故极为方便，应用广泛。适于高度不大的中等壁厚的铸件。高度不大的中等壁厚的铸件。（四）阶梯式浇注系统（四）阶梯式浇注系统特点：特点：在铸件不同高度上开设多层内浇道。在铸件不同高度上开设多层内浇道。在浇注之初金属液只从最在浇注之初金属液只从最底层内浇道流入型腔，待底层内浇道流入型腔，待型腔内的液面上升到接近型腔内的液面上升到接近第二层内浇道时，才从第第二层内浇道时，才从第二层内浇道流入型腔。这二层内浇道流入型腔。这样各层内浇道由下到上逐样各层内浇道由下到上逐层接替地起作用，最上层层接替地
41、起作用，最上层内浇道通入冒口，可保证内浇道通入冒口，可保证实现顺序凝固和冒口最后实现顺序凝固和冒口最后冷凝。冷凝。（四）阶梯式浇注系统（四）阶梯式浇注系统特点：特点：在铸件不同高度上开设多层内浇道。在铸件不同高度上开设多层内浇道。（四）阶梯式浇注系统（四）阶梯式浇注系统优点优点l 金属液首先由最底层内浇道充型，随着型内液面上升，金属液首先由最底层内浇道充型，随着型内液面上升，自下而上顺序地流经各层内浇道，因而自下而上顺序地流经各层内浇道，因而充型平稳，充型平稳，避免避免因压头过高或流股从高处落下冲击型底，造成严重的喷因压头过高或流股从高处落下冲击型底，造成严重的喷射和激溅射和激溅，且型腔内气体
42、容易排出；且型腔内气体容易排出；l充型后，上部金属液温度高于下部，充型后，上部金属液温度高于下部，有利于实现自有利于实现自下而上的顺序凝固和冒口的补缩下而上的顺序凝固和冒口的补缩，铸件组织致密；，铸件组织致密；l易避免缩孔、缩松、冷隔及浇不足等缺陷；易避免缩孔、缩松、冷隔及浇不足等缺陷；l利用多内浇道，内浇道分散，可利用多内浇道，内浇道分散，可减轻内浇道附近的局减轻内浇道附近的局部过热现象。部过热现象。（四）阶梯式浇注系统（四）阶梯式浇注系统缺点缺点l造型复杂；造型复杂；l要求正确的计算和结构设计。否则，容易出要求正确的计算和结构设计。否则，容易出现上下各层内浇道同时进入金属液的现上下各层内浇
43、道同时进入金属液的“乱浇乱浇”现象，或底层进入金属液过多，形成下部温现象，或底层进入金属液过多，形成下部温度高的不理想温度分布。度高的不理想温度分布。l分型面较多；分型面较多；多用于多用于高度较高、型腔较复杂、收缩率较大或高度较高、型腔较复杂、收缩率较大或品质要求较高的铸件。品质要求较高的铸件。（五）垂直缝隙式浇注系统（五）垂直缝隙式浇注系统 以片状内浇道与铸以片状内浇道与铸件的整个高度相连接的件的整个高度相连接的一种特殊浇注系统一种特殊浇注系统 主要用于重要的铝主要用于重要的铝合金铸件合金铸件 对于重、大型铸件，对于重、大型铸件，特别是重要铸件，特别是重要铸件，采用采用一种形式的浇注系统往一
44、种形式的浇注系统往往不能满足要求，往不能满足要求，可根可根据铸件情况同时采用两据铸件情况同时采用两种或更多形式的复合式种或更多形式的复合式浇注系统浇注系统 第第3 3节节 计算阻流截面的水利学公式计算阻流截面的水利学公式1001 1、 奥赞奥赞( (OsannOsann) )公式公式 阻流（最小）截面阻流（最小）截面积的计算积的计算 。 阻流（最小）组阻流（最小）组元指元指最小截面最小截面积的浇道，一般为内浇道积的浇道，一般为内浇道，即，即hhr r金属液流经浇注系统时压头损失总和金属液流经浇注系统时压头损失总和H H0 0阻流以上金属液的总压头阻流以上金属液的总压头 S Si i 测定测定i
45、i时指定的某处截面积时指定的某处截面积v v 阻流处金属液的流速阻流处金属液的流速g g 重力加速度重力加速度 i i 局部阻力系数局部阻力系数 S S阻阻 阻流截面积。阻流截面积。 101(1 222220）阻SSgvhgvHiir20(12）阻SSgHvii充填下半型时充填下半型时S S阻阻的计算的计算 充填下半型腔时，通过阻流截面的金属质量和浇充填下半型腔时，通过阻流截面的金属质量和浇注时间有如下关系注时间有如下关系2011(12）阻阻阻下SSgHSvSmii012gHmS下阻21(11）阻SSi式中：式中：m m下下 阻流以下铸件质量阻流以下铸件质量 金属液密度金属液密度 1 1 充填
46、下半型时间充填下半型时间 流量系数，它代表实际金属液的流量流量系数，它代表实际金属液的流量与理想流体流量之比值。与理想流体流量之比值。充填上半型时的充填上半型时的计算计算充填上半型时，阻流处流速随充型压头而变化：充填上半型时，阻流处流速随充型压头而变化：最大流速最大流速最小流速最小流速0max2gHv)(20minPHgv在上半型充填时间在上半型充填时间 2 2内，存在着瞬间内，存在着瞬间 ，对应压头为，对应压头为h h平均时，平均时，阻流处流速为：阻流处流速为：平均平均ghv2充填上半型时，通过阻流的金属质量和充填时间之间应有充填上半型时，通过阻流的金属质量和充填时间之间应有如下关系：如下关
47、系：平均阻上ghSm22 得到：得到： 奥赞公式奥赞公式 将两个计算将两个计算 的公式合并为一个通式，即奥赞公式：的公式合并为一个通式，即奥赞公式： 式中：式中：m m 流经阻流的金属总质量流经阻流的金属总质量 充填型腔的总时间充填型腔的总时间 充填全部型腔时，浇注系统阻流截面的流量系数充填全部型腔时，浇注系统阻流截面的流量系数 H Hp p 充填型腔时的平均计算压头充填型腔时的平均计算压头平均上阻ghmS22pgHmS2阻阻S 平均计算压力头平均计算压力头CPHHp220 式中：式中：H Hp p 平均计算压头平均计算压头 H Ho o 阻流截面以上的金属压力头阻流截面以上的金属压力头 P
48、P 阻流截面重心以上的型腔高度阻流截面重心以上的型腔高度 C C 铸件（型腔）的总高度铸件（型腔）的总高度注意注意 a a 该公式适用于封闭式浇注系统该公式适用于封闭式浇注系统 b b 推导推导H Ho o时引入两个假定条件，与实际情况有差距。时引入两个假定条件，与实际情况有差距。 c c 应用伯努力方程时，忽略了浇包嘴到浇口杯之间下落动能应用伯努力方程时，忽略了浇包嘴到浇口杯之间下落动能的影响。的影响。二、浇注时间（速度）二、浇注时间（速度）1 1、浇注速度、浇注速度浇注时间对铸件质量有重要影响，应考虑铸件结构、合浇注时间对铸件质量有重要影响，应考虑铸件结构、合金和铸型等方面选择浇注速度。金
49、和铸型等方面选择浇注速度。快浇快浇优点：优点：金属温度和流动性降低幅度小；减小皮下气孔；金属温度和流动性降低幅度小；减小皮下气孔；对上表面热作用时间短，可减小夹砂结疤缺陷；有利于对上表面热作用时间短，可减小夹砂结疤缺陷；有利于石墨铸铁充分利用石墨化膨胀，防止缩孔、缩松缺陷。石墨铸铁充分利用石墨化膨胀，防止缩孔、缩松缺陷。缺点：缺点：对型壁冲击大对型壁冲击大，容易造成胀砂、冲砂、抬型等缺，容易造成胀砂、冲砂、抬型等缺陷；浇注系统的重量稍大，陷；浇注系统的重量稍大，工艺出品率低工艺出品率低。应用：应用：薄壁（或上部有薄壁铸件）；薄壁（或上部有薄壁铸件）； 具有大平面铸件；具有大平面铸件； 表皮易形
50、成氧化膜的铸件；底注式浇注系统，顶表皮易形成氧化膜的铸件；底注式浇注系统，顶 部有冒口；中大型灰铸铁、球墨铸铁件。部有冒口；中大型灰铸铁、球墨铸铁件。慢浇慢浇 优点：优点：对型壁冲刷作用轻，可防止胀砂、抬型、冲砂等缺陷；对型壁冲刷作用轻，可防止胀砂、抬型、冲砂等缺陷； 有利于型（芯）内气体排出；有利于型（芯）内气体排出； 对收缩率大的合金采用顶注法或内浇道通过冒口时，对收缩率大的合金采用顶注法或内浇道通过冒口时， 有利于减小冒口的尺寸有利于减小冒口的尺寸, ,减少浇注系统金属消耗量减少浇注系统金属消耗量 缺点：缺点：对上表面烘烤时间长，易产生夹砂类缺陷；对上表面烘烤时间长，易产生夹砂类缺陷；
