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1、浇注系统设计,3.1浇注系统的基本类型及选择,一、按内浇道在铸件上的位置分类,顶注式浇注系统,顶注式浇注系统,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 的顺序凝固和冒口的补缩冒口尺寸小，节约金属内浇道附近受热较轻结构简单，易于清除,易造成冲砂缺陷金属，液下落过程中接触空气，出现飞溅、氧化、卷入空气等现象，使充型不平稳易产生砂孔、铁豆、气孔和氧化夹杂物缺陷，大部分浇注时间，内浇道工作在非淹没状态，横浇道阻渣条件相对较差,优点:,缺点:,应用: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。,中间注入式浇注系统,对内浇道以下的型腔部分为顶注式
2、；对内浇道以上的型腔部分相当于底注式。故它兼有顶注式和底注式浇注系统的优缺点。由于内浇道在分型面上开设，故极为方便，广为应用。适用于高度不大的中等壁厚的铸件。,阶梯式浇注系统,阶梯式浇注系统适用于高度大的中、大型铸件。具有垂直分型面的中大件可优先采用,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：阻流在一个浇注系统中截面积最小的浇道S内 S横 S直，例如1:1.2:1.5或半封闭式：S内 S直 S横,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）,优点 封闭式浇注系统有较
3、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。,开放式浇注系统：S内S横 S直；例如1.5:1.2:1或半开放式：S内 S直 S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，又称为非充满式或非压力式浇注系统。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，使用转包浇注的铸铁件上不宜应用这种浇注系统。,主要优点 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。主要缺点 阻渣效果稍差，内浇道较大，金
4、属消耗略多,适用于易氧化的有色金属铸件(如轻合金铸件)、球铁件等、漏包浇注的铸钢件也宜采用开放式浇注系统，但直浇道不能成充满态，以防钢水外溢，造成事故。,3.2 液态金属在浇注系统基本组元中的流动,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，充型的有效压力头渐渐变小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合金液在浇注系统中一般呈紊流状态多相流动 一般合金液总含有某些少量固相杂质、液相夹杂和气泡，在充型过程中还
5、可能析出晶粒及气体，故充型时合金液属于多相流动,浇口杯中的流动,浇口杯的作用：承接来自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢是出，便于浇注；减轻液流对型腔的冲击、分离渣滓和气泡，阻止其进入型腔；增加充型压力头。只有浇口杯的结构正确，配合恰当的浇注操作，才能实现上述功能。,浇口杯中的流动,浇口杯中的流动,浇注方向的影响见图3-4-8。逆向浇注较顺向浇注为佳，侧向浇注介乎两者之间。,浇口杯的挡渣,直浇道中的流动,直浇道的功用：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,1直浇道入口
6、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。,(二)直浇道的吸气问题,金属液在直浇道中的流动的特点,1)液态金属在直浇道中存在两种流态：充满式流动或非充满式流动。2)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“吸人”流股，故在直浇道中气体可被金属表面所吸收和带走。3)直浇道入口形状影响金属流态。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。实际砂型中尖角处的型砂会被冲掉引起冲砂缺陷。4)砂型中直浇道的充
7、满式流动的理论条件,尽管非充满的直浇道有带气的缺点，但在特定条件下也会采用。如阶梯式浇注系统中为了实现自下而上地逐层引入金属的目的而采用；又如用底注包浇注的条件下，为了防止钢液溢至型外而使用非充满态的直浇道。,(三)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：,1入口处的连接,2直浇道的形状,3.直浇道与横浇道的连接,直浇道窝,作用：1、缓冲作用2、缩短直-横拐弯处的高度紊乱区3、改善内浇道的流量分布4、减小直-横拐弯处的局部阻力系数和水头损失5、浮出金属液中的气泡,直浇道窝的大小、形状应适宜，砂型应坚实。底部放置干砂芯片、耐火砖等可防止冲砂。直浇道窝常做成半球形、圆锥
8、台等形状。推荐形状如图3415所示。,横浇道中金属的流动,横浇道的功用 向内浇道分配洁净的金属液 储留最初浇入的含气量和渣污的低温金属液并阻留渣滓 使金属液流平稳和减少产生氧化夹渣物,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，被称为内浇道的吸动区，只要金属进入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。,对渣团上浮运动分析可知：渣团半径小对应悬浮速度也小；对应一定横浇道的流速有一可能上浮的临界渣团半径，只有大于临界半径的渣闭才能上浮；渣团密度相对于金属液密度越小，越有利于上浮；横浇道内金属的流速越低，可能阻留的渣团也越小。但无论如何、仅靠横浇道是不可能阻留金属液
9、中所有的渣污的，特别是那些小于临界半径的渣团。,横浇道发挥阻渣作用应具备的条件 横浇道应成充满流态，即满足充满的条件 流速应尽可能低 内浇道的位置关系要正确,三、液态金属在横浇道中的流动,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的吸动区。2)有正确的横浇道末端延长段,3)封闭式浇注系统的内浇道应位于横浇道的下部，且和横浇道具有同一底面。,4）封闭式浇注系统的横浇道应高而窄，一般取高度为宽度之2倍。内浇道宜扁而薄，以降低其吸动区。5)内浇道应远离横浇道的弯道；应尽量使用直的横浇道；内浇道同横浇的连接，呈锐角时初期进渣较多；呈钝角时增加紊流程度。,强化横浇道阻渣的措施,强化横浇道阻
10、渣的措施,3设置筛网芯的浇注系统,2设置集渣包的浇注系统,金属液在内浇道中的流动,内浇道的功用 控制充型速度和方向，分配金属，调节铸件各部位的温度和凝固顺序，浇注系统的金属液通过内浇道对铸件有一定补缩作用。设计内浇道时还应避免流入型腔时的喷射现象和飞溅，使充型平稳。,浇口比的影响 直浇道、横浇道和内浇道截面积之比（即S直:S横:S内）称为浇口比以内浇道为阻流时，金属液流入型腔时喷射严重以直浇道下端或附近的横浇道为阻流时，充型较平稳，S内/S阻比值越大则越平稳,内浇道流量的不均匀性,内浇道流量的不均匀性 同一横浇道上有多个等截面的内浇道时，各内浇道的流量不等，试验表明：一般条件下，远离直浇道的内
11、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。（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）,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在铸件上的位置和数目应服从所选定的凝固顺序 或补缩方法方向不要冲着细小砂芯、型壁、冷铁和芯撑，必要时 采用切线引入内浇道应尽量薄，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 降低初期进入渣的可能性 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铸件对薄壁铸件可用多内浇道的浇注系统实现补缩，这时 内浇道尺寸应符合冒口颈的要求。,内浇道避免开设在铸件品质要求很高的部位，以防止金相组织粗大。对要求耐压、防渗漏的管类件，内浇道通常开在法兰处，以防止管壁处出现缩松；如能使内浇道开设在品质要求较低的加工表面上，则有利于铸件的外观。为了使金属液快速而平稳地充型，有利于排气和除渣，各个内浇道中的金属流向应力求一致，防止金属液在型内碰撞，流向混乱而出现过度紊流。尽量在分型面上开设内浇道，使造型方便。对收缩大易形成裂纹的合金铸件，内浇道的设置应尽量不阻碍铸件的收缩。,
