1、浇注系统设计浇注系统设计3.1浇注系统的基本类型及选择一、按内浇道在一、按内浇道在铸件上的位置分铸件上的位置分类类顶注式浇注系统顶注式浇注系统顶注式浇注系统顶注式浇注系统容易充满，可减少薄壁容易充满，可减少薄壁件浇不到、冷隔方面的件浇不到、冷隔方面的缺陷缺陷充型后上部温度高于底充型后上部温度高于底部，有利于铸件自下而部，有利于铸件自下而上上 的顺序凝固和冒口的的顺序凝固和冒口的补缩补缩冒口尺寸小，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，易于清除易造成冲砂缺陷金属，易造成冲砂缺陷金属，液下落过程中接触空气，液下落过程中接触空气，出现飞溅、氧化、
2、出现飞溅、氧化、 卷入卷入空气等现象，使充型不空气等现象，使充型不平稳平稳易产生砂孔、铁豆、气易产生砂孔、铁豆、气孔和氧化夹杂物缺陷，孔和氧化夹杂物缺陷， 大部分浇注时间，内浇大部分浇注时间，内浇道工作在非淹没状态，道工作在非淹没状态，横浇道阻渣条件相对较横浇道阻渣条件相对较差差优点优点: :缺点缺点: :应用应用: :主要用于结构复杂的各种黑色金属主要用于结构复杂的各种黑色金属铸件和易氧化的有色金属铸件。铸件和易氧化的有色金属铸件。 中间注入式浇注系统中间注入式浇注系统对内浇道以下的型腔部对内浇道以下的型腔部分为顶注式；对内浇道分为顶注式；对内浇道以上的型腔部分相当于以上的型腔部分相当于底注
3、式。故它兼有顶注底注式。故它兼有顶注式和底注式浇注系统的式和底注式浇注系统的优缺点。由于内浇道在优缺点。由于内浇道在分型面上开设，故极为分型面上开设，故极为方便，广为应用。适用方便，广为应用。适用于高度不大的中等壁厚于高度不大的中等壁厚的铸件。的铸件。阶梯式浇注系统适用于高阶梯式浇注系统适用于高度大的中、大型铸件。具度大的中、大型铸件。具有垂直分型面的中大件可有垂直分型面的中大件可优先采用优先采用二、按浇铸系统各基本组元截面积比例分类二、按浇铸系统各基本组元截面积比例分类封闭式浇注系统：封闭式浇注系统：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
4、直直，例如，例如1: 1.2 : 1.51: 1.2 : 1.5或半封闭式：或半封闭式：S S内内 S S直直 S S横横封闭式浇注系统可理解为正常浇注条件下，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，也所有组元能被金属液充满的浇注系统，也称为称为充满式浇注系统充满式浇注系统。（因全部截面上的。（因全部截面上的金属液压力均高于型壁气体压力，故是有金属液压力均高于型壁气体压力，故是有压或正压系统）压或正压系统）优点优点 封闭式浇注系统有较好的阻渣能力，可防止金属液卷入气封闭式浇注系统有较好的阻渣能力，可防止金属液卷入气体，消耗金属少，清理方便体，消耗金属少，清理方便
5、缺点缺点 进入型腔的金属液流速度高，易产生喷溅和冲砂，使金属进入型腔的金属液流速度高，易产生喷溅和冲砂，使金属氧化，使型内金属液发生扰动、涡流和不平静氧化，使型内金属液发生扰动、涡流和不平静用于不易氧化的金属铸件。用于不易氧化的金属铸件。 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或半开放式：或半开放式： SS内内 S S直直 S S横横在正常浇注条件下，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，又称为称为非充满式或非压力式浇注系统非充满式或非压力式浇注系统。完全开
6、放式浇注系统在内浇道被淹没之前，各组元均呈非充满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，使用流态，几乎不能阻渣而且会带入大量气体。因此，使用转包浇转包浇注的铸铁件注的铸铁件上不宜应用这种浇注系统。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进入型腔时金属液流速度小，充型平稳，冲速度小，充型平稳，冲刷力小，金属氧化轻刷力小，金属氧化轻。主要缺点主要缺点 阻渣效果稍差，内浇阻渣效果稍差，内浇道较大，金属消耗略多道较大，金属消耗略多适用于适用于易氧化的有色金属铸易氧化的有色金属铸件件( (如如轻合金铸件轻合金铸件)、球铁件、球
7、铁件等、等、漏包浇注漏包浇注的铸钢件也宜的铸钢件也宜采用开放式浇注系统，但直采用开放式浇注系统，但直浇道不能成充满态，以防钢浇道不能成充满态，以防钢水外溢，造成事故。水外溢，造成事故。 3.23.2 液态金属在浇注系统基本组元中的流动液态金属在浇注系统基本组元中的流动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液的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、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机械作用和化学作用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
8、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 一般合金液总含有某些少量固相杂质、液相夹杂和气泡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，故充型时合金液，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属于多相流动浇口杯中的流动浇口杯中的流动：承接来：承接来自浇包的金属液，防止自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢是出，金属液飞
9、溅和溢是出，便于浇注；减轻液流对便于浇注；减轻液流对型腔的冲击、分离渣滓型腔的冲击、分离渣滓和气泡，阻止其进入型和气泡，阻止其进入型腔；增加充型压力头。腔；增加充型压力头。只有浇口杯的结构正确，只有浇口杯的结构正确，配合恰当的浇注操作，配合恰当的浇注操作，才能实现上述功能。才能实现上述功能。浇口杯中的流动浇口杯中的流动浇口杯中的流动浇口杯中的流动浇注方向的影响见图浇注方向的影响见图3-4-83-4-8。逆向浇注较逆向浇注较顺向浇注为佳顺向浇注为佳，侧向浇注介乎两者之间。，侧向浇注介乎两者之间。浇口杯的挡渣直浇道中的流动直浇道中的流动：从浇口杯引导金属向下，进入横浇道、内浇道或直接导入型腔。提供
10、足够的压力头，使金属液在重力作用下能克服各种流动阻力，在规定时间内充满型腔。二、液态金属在直浇道中的流动二、液态金属在直浇道中的流动1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2直浇道形状影响液流的内部压力。直浇道形状影响液流的内部压力。(二二)直浇道的吸气问题直浇道的吸气问题金属液在直浇道中的流动的特点金属液在直浇道中的流动的特点1)1)液态金属在直浇道中存在两种流态：液态金属在直浇道中存在两种流态：充满式流动或非充满充满式流动或非充满式流动式流动。2)2)在非充满的直浇道中，金属液以重力加速度向下运动，流在非充满的直浇道中，金属液以重力加速度向下运动，流股呈渐缩形，流股表
11、面压力接近大气压力，微呈正压。流股股呈渐缩形，流股表面压力接近大气压力，微呈正压。流股表面会带动表层气体向下运动，并能冲入型内上升的金属液表面会带动表层气体向下运动，并能冲入型内上升的金属液内，由于流股内部和砂型表层气体之间无压力差，气体不可内，由于流股内部和砂型表层气体之间无压力差，气体不可能被能被“吸人吸人”流股，故流股，故3)3)当入口为尖角时，增加流当入口为尖角时，增加流动阻力和断面收缩率，常导致非充满式流动。实际砂型中尖动阻力和断面收缩率，常导致非充满式流动。实际砂型中尖角处的型砂会被冲掉引起冲砂缺陷。角处的型砂会被冲掉引起冲砂缺陷。4)4)砂型中直浇道的充满式流动的理论条件砂型中直
12、浇道的充满式流动的理论条件尽管尽管非充满的直浇道有带气的缺点非充满的直浇道有带气的缺点，但在特，但在特定条件下也会采用定条件下也会采用。如如；又如又如。(三三)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以下几点：防止液流带入气体和冲砂，设计直浇道时应注意以下几点：1入口处的连接入口处的连接2直浇道的形状直浇道的形状3. 直浇道与横浇道的连接直浇道与横浇道的连接 直浇道窝直浇道窝作用：作用：1 1、缓冲作用、缓冲作用2 2、缩短直、缩短直- - 横拐弯处的高度紊乱区横拐弯处的高度紊乱区3 3、改善内浇道的流量分布、改善内浇道的流量分布4 4、减小直、减小直- - 横拐
13、弯处的局部阻力系数和水头损失横拐弯处的局部阻力系数和水头损失5 5、浮出金属液中的气泡、浮出金属液中的气泡直浇道窝的大小、形直浇道窝的大小、形状应适宜，砂型应坚状应适宜，砂型应坚实。底部放置干砂芯实。底部放置干砂芯片、耐火砖等可防止片、耐火砖等可防止冲砂。直浇道窝常做冲砂。直浇道窝常做成成等等形状。推荐形状如图形状。推荐形状如图34153415所示。所示。横浇道中金属的流动横浇道中金属的流动横浇道的功用横浇道的功用 横浇道的阻渣原理横浇道的阻渣原理横浇道内，在内浇道入口周围存在一个区域，被称为横浇道内，在内浇道入口周围存在一个区域，被称为，只要金属进入该区就会自动流入内浇道。显然，只要金属进入
14、该区就会自动流入内浇道。显然，进入该区的渣团也将会流入型腔。进入该区的渣团也将会流入型腔。对渣团上浮运动分析可知：对渣团上浮运动分析可知：；对应一定横浇道的流速有一可能上浮的临界对应一定横浇道的流速有一可能上浮的临界渣团半径，渣团半径，；。横浇道发挥阻渣作用应具备的条件横浇道发挥阻渣作用应具备的条件 三、液态金属在横浇道中的流动三、液态金属在横浇道中的流动1)1)内浇道距直浇道应足够远，使渣固有条件浮起到超过内浇道内浇道距直浇道应足够远，使渣固有条件浮起到超过内浇道的吸动区。的吸动区。2)2)3)3)封闭式浇注系统的内浇道应位于横浇道的下部，且和封闭式浇注系统的内浇道应位于横浇道的下部，且和横
15、浇道具有同一底面横浇道具有同一底面。4 4）封闭式浇注系统的横）封闭式浇注系统的横浇道应高而窄，一般取高浇道应高而窄，一般取高度为宽度之度为宽度之2 2倍。内浇道倍。内浇道宜扁而薄，以降低其吸动宜扁而薄，以降低其吸动区。区。 5)5)内浇道应远离横浇道的内浇道应远离横浇道的弯道；应尽量使用直的横弯道；应尽量使用直的横浇道；内浇道同横浇的连浇道；内浇道同横浇的连接，呈锐角时初期进渣较接，呈锐角时初期进渣较多；呈钝角时增加紊流程多；呈钝角时增加紊流程度。度。强化横浇道阻渣的措施强化横浇道阻渣的措施强化横浇道阻渣的措施强化横浇道阻渣的措施金属液在内浇道中的流动金属液在内浇道中的流动 ，。设计内浇道时
16、还应。设计内浇道时还应避免流入型腔时的喷射现象和飞溅，避免流入型腔时的喷射现象和飞溅，使使。 浇口比的影响浇口比的影响 直浇道、横浇道和内浇道截面积之比直浇道、横浇道和内浇道截面积之比（即（即S直直:S横横:S内）称为内）称为浇口比浇口比以内浇道为阻流时以内浇道为阻流时，金属液流入型腔时，金属液流入型腔时喷射严重喷射严重以直浇道下端或附近的横浇道为阻流时以直浇道下端或附近的横浇道为阻流时，充型较平稳，充型较平稳，S内内/S阻阻比值越大则越平比值越大则越平稳稳内浇道流量的不均匀性内浇道流量的不均匀性内浇道流量的不均匀性内浇道流量的不均匀性 同一横浇道上同一横浇道上有有多个等截面的内浇道时，多个等
17、截面的内浇道时， 各内各内浇道的流量不等，试验表明：浇道的流量不等，试验表明：一般条件下，一般条件下，远离直浇道的内浇道流量大，且先进远离直浇道的内浇道流量大，且先进入金属。近直浇道的流量小，且后进入金属。入金属。近直浇道的流量小，且后进入金属。（浇注初期，进入横浇道的金属液流向末端时失去（浇注初期，进入横浇道的金属液流向末端时失去动能而使压力升高，金属液首先在末端充满并形成动能而使压力升高，金属液首先在末端充满并形成末端压力高而靠近直浇道压力低的态势，故而形成末端压力高而靠近直浇道压力低的态势，故而形成这种流量分布；但当总压头小而横浇道很长时，沿这种流量分布；但当总压头小而横浇道很长时，沿程
18、阻力大，也会出现近直浇道处压力高的情况，这程阻力大，也会出现近直浇道处压力高的情况，这时近处的内浇道流量大）时近处的内浇道流量大） 四、液态金属在内浇道中及进入型腔时的流动四、液态金属在内浇道中及进入型腔时的流动内浇道的基本设计原则内浇道的基本设计原则内浇道在铸件上的位置和数目应服从所选定的凝内浇道在铸件上的位置和数目应服从所选定的凝固顺序固顺序 或补缩方法或补缩方法方向不要冲着细小砂芯、型壁、冷铁和芯撑，必方向不要冲着细小砂芯、型壁、冷铁和芯撑，必要时要时 采用切线引入采用切线引入内浇道应尽量薄，薄的内浇道的好处是内浇道应尽量薄，薄的内浇道的好处是 降低内浇道的吸动区，有利于横浇道阻渣降低内浇道的吸动区，有利于横浇道阻渣 降低初期进入渣的可能性降低初期进入渣的可能性 减轻清理工作量减轻清理工作量 内浇道薄于铸件的壁厚，在去除浇道时不易损害内浇道薄于铸件的壁厚，在去除浇道时不易损害铸件铸件 对薄壁铸件可用多内浇道的浇注系统实现补缩，对薄壁铸件可用多内浇道的浇注系统实现补缩，这时这时 内浇道尺寸应符合冒口颈的要求内浇道尺寸应符合冒口颈的要求 。
