1、第三章第三章 浇注系统设计浇注系统设计3.1 概述概述浇注系统：引导金属液进入和充满型腔的一系列通道。浇注系统：引导金属液进入和充满型腔的一系列通道。第三章第三章 浇注系统设计浇注系统设计3.1 概述概述浇注系统：引导金属液进入和充满型腔的一系列通道。浇注系统：引导金属液进入和充满型腔的一系列通道。3.1.1 浇注系统的基本组元浇注系统的基本组元 浇口杯浇口杯 直浇道直浇道 直浇道窝直浇道窝 横浇道横浇道 内浇道内浇道广义来讲，广义来讲，浇包、浇注设备、出气孔等也是浇注系统的组成部分。浇包、浇注设备、出气孔等也是浇注系统的组成部分。u 承接金属液，防止飞溅和溢出，便于浇注；承接金属液，防止飞溅
2、和溢出，便于浇注；u 减轻液流对型腔的冲击；减轻液流对型腔的冲击；u 阻止渣和气进入型腔；阻止渣和气进入型腔；u 增加充型压头。增加充型压头。直浇道直浇道 直浇道窝直浇道窝u 改善金属液流动状况，减缓冲击，缩短直横拐弯处改善金属液流动状况，减缓冲击，缩短直横拐弯处的高度紊流区；的高度紊流区；u 改善内浇道的流量分布。改善内浇道的流量分布。横浇道横浇道u 向内浇道分配洁净的金属液；向内浇道分配洁净的金属液；u 储留最初浇入的低温金属液和渣液；储留最初浇入的低温金属液和渣液；u 使金属液平稳流动，阻渣浮气。使金属液平稳流动，阻渣浮气。内浇道内浇道3.1.2 浇注系统中液体金属的流动状态浇注系统中液
3、体金属的流动状态液体的流动可分为层流和紊流两种状态，并可用雷诺数液体的流动可分为层流和紊流两种状态，并可用雷诺数Re来判断。来判断。DvRe（流速（流速管路直径管路直径/流体运动粘度）流体运动粘度）Re临临=2300大于大于Re临临为紊流为紊流小于小于Re临临为层流为层流对于某些合金，在浇注温度下（高于液相线温度对于某些合金，在浇注温度下（高于液相线温度50100）有：）有：在浇注系统中，即使在浇注系统中，即使 D 很小（如取很小（如取 0.4 cm），在保证充型），在保证充型的最低流速下，其雷诺数也大于的最低流速下，其雷诺数也大于Re临临。所以：。所以：金属液在浇注系统中的流动为金属液在浇注
4、系统中的流动为 紊流流动。紊流流动。又由于浇注系统流路回转，使紊流程度加重。又由于浇注系统流路回转，使紊流程度加重。3.1.3 对浇注系统的基本要求对浇注系统的基本要求金属液流动的速度、方向、压头必须保证在凝固前金属液流动的速度、方向、压头必须保证在凝固前 充满充满 型腔。型腔。否则将产生否则将产生冷隔、浇不足冷隔、浇不足缺陷。缺陷。金属液的流动应均匀平稳，削弱紊流，避免卷入气金属液的流动应均匀平稳，削弱紊流，避免卷入气体、金属氧化、冲刷型壁。体、金属氧化、冲刷型壁。否则将产生否则将产生砂眼、气孔、铁豆砂眼、气孔、铁豆等缺陷。等缺陷。在充型金属中造成理想的温度分布，控制凝固顺序在充型金属中造成
5、理想的温度分布，控制凝固顺序（顺序凝固或同时凝固）。（顺序凝固或同时凝固）。否则将产生否则将产生缩孔、缩松、裂纹缩孔、缩松、裂纹等缺陷。等缺陷。3.1.3 对浇注系统的基本要求对浇注系统的基本要求使渣液分离，具有阻渣排气作用（阻止渣子进入型腔）。使渣液分离，具有阻渣排气作用（阻止渣子进入型腔）。否则将产否则将产夹渣夹渣缺陷。缺陷。结构和分布要便于造型和清理，节约金属。结构和分布要便于造型和清理，节约金属。2.5.2 机械加工余量机械加工余量机械加工余量按机械加工余量按GB/T6414-1999 确定。确定。国家标准国家标准GB/T6414-1999 中规定，机械加工余量代号为中规定，机械加工余
6、量代号为RMA，等级由精到粗分为等级由精到粗分为A、B、C、D、E、F、G、H、J、K 10个个等级。等级。3.2 浇注系统的分类浇注系统的分类分类方法有两种：分类方法有两种：u 按各组元断面比分按各组元断面比分u 按内浇道与铸件的相对位置分按内浇道与铸件的相对位置分3.2.1 按组元的断面比例关系分类按组元的断面比例关系分类对于浇注系统，将各组元的最小截面积分别表示为：对于浇注系统，将各组元的最小截面积分别表示为：F杯孔杯孔、F直直、F横横、F内内（一般（一般F杯孔杯孔=F直上端直上端）浇注系统中截面积最小部位称为阻流段，其截面积表示为浇注系统中截面积最小部位称为阻流段，其截面积表示为F阻阻
7、。3.2.1 按组元的断面比例关系分类按组元的断面比例关系分类 封闭式浇注系统（充满式）封闭式浇注系统（充满式）F阻阻=F内内即即浇注系统的阻流段为内浇道。浇注系统的阻流段为内浇道。这时，在正常浇注条件下，这时，在正常浇注条件下，金属液充满所有组元。金属液充满所有组元。在这种浇注系统中，浇注时金属液一般是充满状态。在这种浇注系统中，浇注时金属液一般是充满状态。F杯杯孔孔 3.2.1 按组元的断面比例关系分类按组元的断面比例关系分类 封闭式浇注系统（充满式）封闭式浇注系统（充满式）u 阻渣效果好，不卷气；阻渣效果好，不卷气；u 布置紧凑，易清理；布置紧凑，易清理；u 充型速度大，易产生喷溅和冲砂
8、，金属易氧化。充型速度大，易产生喷溅和冲砂，金属易氧化。u 中小型铸铁件中小型铸铁件u 易氧化金属不能使用易氧化金属不能使用3.2.1 按组元的断面比例关系分类按组元的断面比例关系分类 开放式浇注系统（非充满式）开放式浇注系统（非充满式）F阻阻=F直直即即浇注系统的阻流段为直浇道浇注系统的阻流段为直浇道。这时，在正常浇注条件下，。这时，在正常浇注条件下，金属液不能充满所有组元。金属液不能充满所有组元。在这种浇注系统中，浇注时金属液一般是非充满状态。在这种浇注系统中，浇注时金属液一般是非充满状态。F杯杯孔孔 3.2.1 按组元的断面比例关系分类按组元的断面比例关系分类u 阻渣效果差，易卷气；阻渣
9、效果差，易卷气；u 充型平稳，金属氧化轻。充型平稳，金属氧化轻。开放式浇注系统（非充满式）开放式浇注系统（非充满式）3.2.1 按组元的断面比例关系分类按组元的断面比例关系分类 半封闭式浇注系统半封闭式浇注系统F阻阻=F内内浇注系统的阻流段为内浇道，但横浇道截面积最大浇注系统的阻流段为内浇道，但横浇道截面积最大。在这种浇注系统中，浇注时金属液是先开放，后封闭，在这种浇注系统中，浇注时金属液是先开放，后封闭，一般为充满状态。一般为充满状态。3.2.1 按组元的断面比例关系分类按组元的断面比例关系分类u 具有一定阻渣效果；具有一定阻渣效果；u 充型比较平稳。充型比较平稳。半封闭式浇注系统半封闭式浇
10、注系统3.2.1 按组元的断面比例关系分类按组元的断面比例关系分类 封闭开放式浇注系统封闭开放式浇注系统F阻阻=F横横浇注系统的阻流段为横浇道或横浇道上设置的阻流装置浇注系统的阻流段为横浇道或横浇道上设置的阻流装置。在这种浇注系统中，浇注时金属液是先封闭后开放。在这种浇注系统中，浇注时金属液是先封闭后开放。F杯杯孔孔 3.2.1 按组元的断面比例关系分类按组元的断面比例关系分类u 阻渣效果好，充型平稳；阻渣效果好，充型平稳；封闭开放式浇注系统封闭开放式浇注系统3.2.2 按内浇道在铸件上的位置分类按内浇道在铸件上的位置分类 顶注式浇注系统顶注式浇注系统内浇道位于铸件顶部。内浇道位于铸件顶部。u
11、 易于充满型腔，利于顶冒口补缩；易于充满型腔，利于顶冒口补缩；u 结构简单，易于清理；结构简单，易于清理；u 充型不平稳。充型不平稳。冲击、飞溅冲击、飞溅、氧化、氧化u 高度较小的铸件高度较小的铸件3.2.2 按内浇道在铸件上的位置分类按内浇道在铸件上的位置分类 底注式浇注系统底注式浇注系统内浇道位于铸件底部。内浇道位于铸件底部。u 充型平稳，排气效果好；充型平稳，排气效果好；u 不利于顶冒口补缩；不利于顶冒口补缩；u 挡渣效果好；挡渣效果好；u 液面易结膜，降温快。液面易结膜，降温快。u 高度较大的铸件高度较大的铸件3.2.2 按内浇道在铸件上的位置分类按内浇道在铸件上的位置分类 中注式浇注
12、系统中注式浇注系统u 兼有顶注和底注的特点；兼有顶注和底注的特点；u设置方便。设置方便。（内浇道开在分型面上）（内浇道开在分型面上）u 中等壁厚，中间分型的复杂铸件中等壁厚，中间分型的复杂铸件内浇道位于铸件中部。内浇道位于铸件中部。（一般为分型面处）（一般为分型面处）中小型铸件广泛应用中小型铸件广泛应用3.2.2 按内浇道在铸件上的位置分类按内浇道在铸件上的位置分类 阶梯式浇注系统阶梯式浇注系统在铸件高度方向上开设多层内浇道在铸件高度方向上开设多层内浇道。3.2.2 按内浇道在铸件上的位置分类按内浇道在铸件上的位置分类 阶梯式浇注系统阶梯式浇注系统u 充型平稳，排气效果好；充型平稳，排气效果好
13、；u 有利于冒口补缩；有利于冒口补缩；u 计算要准确，避免发生紊乱充型；计算要准确，避免发生紊乱充型；u 结构复杂。结构复杂。底注式底注式 底层底层中层中层上层内浇道上层内浇道u 高大的中大型铸件高大的中大型铸件u 垂直分型的优先采用。垂直分型的优先采用。3.2.3 选择浇注系统类型应考虑的因素选择浇注系统类型应考虑的因素u 浇注位置和分型面；浇注位置和分型面；u 铸造合金性质（氧化性、流动性、收缩性）；铸造合金性质（氧化性、流动性、收缩性）；u 铸件结构尺寸（高度、壁厚）；铸件结构尺寸（高度、壁厚）；u 浇注系统结构复杂程度。浇注系统结构复杂程度。（影响造型和清理）（影响造型和清理）3.3.
14、1 奥赞公式奥赞公式Ho浇注系统压头高度浇注系统压头高度P 上型腔高度上型腔高度C 型腔高度型腔高度设设：模模 型型3.3.1 奥赞公式奥赞公式成立条件：成立条件：a.浇注系统为充满流动浇注系统为充满流动u 封闭式浇注系统；封闭式浇注系统；u 对于开放式的型腔液面要淹过内浇道。对于开放式的型腔液面要淹过内浇道。b.浇口杯液面保持不变浇口杯液面保持不变c.型腔内压力与外界相同型腔内压力与外界相同当当 F内内 F阻阻时，时，依靠调整其它系数来修正。依靠调整其它系数来修正。均阻gHtmF2为充型平均静压头。为流量系数；为充填时间；;为充填铸型所需金属液均Htm式中式中 是浇注系统计算的基本公式。是浇
15、注系统计算的基本公式。3.3.1 奥赞公式奥赞公式3.3.2 公式参数的确定公式参数的确定（1）平均静压头）平均静压头H均均假设型腔断面积沿高度无变化。假设型腔断面积沿高度无变化。a.按实际系统与计算系统浇注做功相同来确定：按实际系统与计算系统浇注做功相同来确定：b.按实际系统与计算系统浇注时间相同来确定：按实际系统与计算系统浇注时间相同来确定：CPHH220均20020112HPHPCCHH均3.3.2 公式参数的确定公式参数的确定（2）浇注时间）浇注时间t浇注时间对铸件质量的影响：浇注时间对铸件质量的影响：快浇快浇减少夹砂结疤，易冲砂、胀砂、抬箱减少夹砂结疤，易冲砂、胀砂、抬箱适用：薄壁复
16、杂件、大平面件、表皮易氧化件适用：薄壁复杂件、大平面件、表皮易氧化件充型快，对型和芯冲击大充型快，对型和芯冲击大慢浇慢浇易夹砂结疤、冷隔、浇不足易夹砂结疤、冷隔、浇不足适用：芯多、芯大件适用：芯多、芯大件充型慢，对型和芯冲击小充型慢，对型和芯冲击小3.3.2 公式参数的确定公式参数的确定（2）浇注时间）浇注时间t采用经验公式。采用经验公式。这些经验公式可这些经验公式可分为四类：分为四类：a.)(mft（m 为铸件重量）为铸件重量）b.)(ft（为铸件壁厚）为铸件壁厚）c.),(mft d.),(mft 例如例如 mt2685.041.13.3.2 公式参数的确定公式参数的确定（3）流量系数）流
17、量系数u 流路结构和尺寸流路结构和尺寸u 浇口比浇口比u 合金特性合金特性u 铸型特性铸型特性u 浇注温度浇注温度影响因素影响因素一般采用一般采用经验数值（查表）经验数值（查表），并加以调整。，并加以调整。3.3.2 公式参数的确定公式参数的确定（4）浇注金属液重量）浇注金属液重量m 在奥赞公式中的重量，一般应包括铸件重量和浇冒口重量。而在进在奥赞公式中的重量，一般应包括铸件重量和浇冒口重量。而在进行浇冒口设计之前这个重量是未知的，所以一般采用经验公式：行浇冒口设计之前这个重量是未知的，所以一般采用经验公式：件mm 与生产批量、浇冒口形式、材质、件重等有关。与生产批量、浇冒口形式、材质、件重等有关。为重量系数。为重量系数。
