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1、第二章浇注系统设计,三、计算阻流截面的水力学公式四、铸件浇注系统设计与计算五、金属过滤技术,三、计算阻流截面的水力学公式,1、奥赞公式2、浇注时间3、金属液在型腔内上升的速度4、流量系数的确定,1、奥赞公式,以中间注入式浇注系统为例 当充填下半型腔时，作用于阻流的金属压力头不变。假定型腔内气体压力等于大气压力。以分型面(内浇口一阻流的顶面)为0-0面。在浇口杯顶液面和阻流截面之间应用伯努利方程，有,充填下半型腔时，通过阻流的金属质量m下和浇注时间1有如下关系,充填上半型腔时，阻流处流速随充型压头变化而变化，最大流速,最小流速,因此，在充填上半型的时间内，一定存在某平均压力头为h平均，使得,1、
2、奥赞公式,1、奥赞公式,为了实用把上述两个式子合并，得到计算水力学阻流截面积的计算公式,1、奥赞公式,平均压头的计算,1)金属液从浇口杯顶液面至流出阻流所作的功，可用总质量m、重力加速度g和平均计算压力头HP的连乘积来表示，即mgHP2)假定铸件(型腔)的横截面积5沿高度方向不变。,平均计算压力头的通用公式，至今仍广为应用。其主要优点是计算简单方便。应指出：在推导公式的过程中，引入两个假定条件，假定1)缺乏科学逻辑上的严密性，而假定2)对于非等截面的铸件，与实际情况不符。这都会带来片，计算误差。还应指出：在伯努利方程应用的过程中，忽略了从包嘴至浇口杯之间的金属液下落动能的影响。这部分动能的影响
3、有时相当大，特别是浇注高度大，而又采用漏斗形浇口杯的条件下。下落动能的一部分，作为流股进入浇口杯液面的阻力损失而转换为热能，而另外一部分动能则作为充型的动力而强化了充型过程使流量增大。最终会使计算结果和实测结果有出入。,1、奥赞公式,2、浇注时间,1)快浇、慢浇浇注时间对铸件质量有重要影响，应考虑铸件结构、合金和铸型等方面的特点来选择快浇、慢浇或正常浇注为好。快浇的优点:金属的温度和流动性降低幅度小，易充满型腔。减少皮下气孔倾向。充型期间对砂型上表面的热作用时间短，可减少夹砂结疤类缺陷。对灰铸铁、球墨铸铁件，快浇可充分利用共晶膨胀消除缩孔、缩松缺陷。快浇的缺点:对型壁有较大的冲击作用，容易造成
4、胀砂、冲砂、抬箱等缺陷。浇注系统的重量稍大，工艺出品率略低。快浇法适用于:薄壁的复杂铸件、铸型上半部分有薄壁的铸件，具有大平面的铸件，铸件表皮易生成氧化膜的合金铸件，采用底注式浇注系统而铸件顶部又有冒口的条件下和各种中大型灰铸铁件、球墨铸铁件。,慢浇的优点：金属对型壁的冲刷作用轻；可防止胀砂、抬箱、冲砂等缺陷。有利型内、芯内气体的排除。对体收缩大的合金，当采用顶注法或内浇道通过冒口时，慢浇可减小冒口。浇注系统消耗金属少。慢浇的缺点：浇注期间金属对型腔上表面烘烤时间长，促成夹砂结疤和粘砂类缺陷。金属液温度和流动性降低幅度大，易出现冷隔、浇不到及铸件表皮皱纹。慢浇还常降低造型流水线的生产率。慢浇法
5、适用于：有高的砂胎或吊砂的湿型；型内砂芯多，砂芯大而芯头小或砂芯排气条件差的情况下；采用顶注法的体收缩大的合金铸件。,2)合适的浇注时间的确定 合适的浇注时间与铸件结构、铸型工艺条件、合金种类及选用的浇注系统类型等有关。每种铸件，在已确定的铸造工艺条件下，都对应有适宜的浇注时间范围。由于近年来普遍认识到快浇对铸件的益处，因此浇注时间比过去普遍缩短，特别是灰铸铁和球墨铸铁件更是如此。,A)、查表法,B)、经验公式法（i）壁厚为2.515mm，形状复杂的铸铁件：S为系数，取决于壁厚,（ii）:平均壁厚S1:系数，一般取0.96，当含硫量较高，含碳小于3.3%，流动性较差或者浇铸温度较低，或者底注冒
6、口在顶部，或有内外冷铁等而需要快速浇注的时候s1=0.790.89,（iii）对于重型铸件可用下述公式：P:常数，一般取0.62S2:系数，与壁厚关系如下：,浇注时间确定后，对于具有大平面或者复杂结构的铸件还应核算金属液在型腔中的液面上升速度。因为液面上升太慢，易形成夹砂缺陷；易形成氧化膜或者结壳，产生冷隔。,3、金属液在型腔内上升的速度,4、流量系数的确定,流量系数的影响因素：流量系数与浇注系统中各部分的阻力及型腔内流动阻力大小有关，凡与此有关联的因素，如浇注系统的结构、尺寸、浇口比、铸件 复杂程度、铸型条件、合金特性、浇注温度等都对流量系数值有影响。两种方法来确定：一、对重要的铸件或大量生
7、产的铸件，可用水力模拟试验法，在实验室中测出流量系数；二、对于一般铸件根据经验数据确定。,流量系数的确定,流量系数的修正,1、铸铁件浇注系统设计,一、设计步骤 通常在确定铸造方案的基础上设计浇注系统。大致步骤为1）选择浇注系统类型2）确定内浇道在铸件上的位置、数目和金属引入方向3）决定直浇道的位置和高度4）计算浇注时间并核算金属上升速度5）计算阻流截面积S阻6）确定浇口比并计算各组元截面积7）绘出浇注系统图形,校核压力角剩余压头：浇口杯离铸件最高表面的距离。当铸件尺寸较大而壁又很薄，以及液态金属流路较远的情况下，需用压力角来核算HM是否足够。,垂直分型浇注系统的计算1、计算原理垂直分型无箱造型
8、的特点是：造型、浇注、冷却过程中分型面均呈垂直状态。有的研究者主张用底注开放式浇注系统，而有的研究者主张用恒压等流量浇注系统强封闭式浇注系统。实践表明，恒压等流量浇注系统有较多的优点：上下各层铸件质量比较一致；浇注系统占用模板面积小；工艺出品率高。,1、铸铁件浇注系统设计,阻流截面积会看诺谟图P2792、设计要点1）以内浇道为阻流的强封闭式浇注系统2）严格控制浇注时间。根据经验，浇注时间的变化如超过1S，废品率将大大增加3）小的薄壁件可利用浇注系统当“冒口”。,五、金属过滤技术,1、过滤技术2、陶瓷网格过滤技术3、泡沫陶瓷过滤板4、耐火纤维编织过滤网,1、过滤技术,主要优点大大减少了金属中的非
9、金属夹杂物，防止铸件夹渣缺陷；改善了金属的力学性能，特别是疲劳强度；改进了切削性能，延长刀具的使用寿命；提高铸件的表面品质，减小加工余量；简化浇注系统结构，提高铸件的工艺出品率。过滤网、板应满足以下要求：有足够的耐火度，其变形、软化温度应高于金属的浇注温度；能滤去金属液中尽可能小的微观杂质，使金属液净化；具有高的抗热冲击性和抗重力冲击性，浇注时不碎裂；有足够的金属液通过速度；热容量小，以 减小初始金属液的降温；不污染金属，不发气；室温下有足够的强度，不碎裂，不掉粒或粉末。,过滤网位置,1、过滤技术,2、陶瓷网格过滤技术,堇青石50、莫来石50，化学组成为：SiO238，A12O355，MgO7
10、”能承受1450的浇注温度，适用于球铁件、各种铸铁件及非铁金属件。设计带有过滤板的浇注系统时，应考虑：A)、过滤板容易安放在砂型中，使金属液全部穿过滤板而进入型腔，过滤板尽量靠近型腔，浇注系统结构宜简化，过滤板可以水平、倾斜或垂直放置。B)、对于球铁件，过滤板的过滤面积大于48倍的阻流面积，才能保证正常的浇注速度。C)、过滤板四周的压砂深度大些为好，至少应大于3mm，并同砂型紧密接触，以免金属液从四周缝隙流过，起不到过滤作用。,3、泡沫陶瓷过滤板,用有机泡沫材料浸泡于陶瓷浆料中，经挤压、烘干、焙烧而制成的，是多孔性的泡沫陶瓷块。陶瓷浆料组成为：陶瓷材料粉，流变剂，粘结剂或空气硬化剂及适量水，有
11、的还加入有机泡沫浸蚀剂、陶瓷纤维，以提高过滤板的强度。常用的陶瓷材料粉有：氧化铝、氧化铬、氧化锆、氧化镁、氧化钛、莫来石、铝钒土及 二氧化硅等，或者是它们之间的混合物。作为流变剂的有：膨润土、粘土。用作粘结剂或空气硬化剂的有：铝的正磷酸盐、镁正硼酸盐、氯化铝的羟基氧化物、硅酸钠、硅酸乙酯等。以正磷酸铝的综合效果最佳。,国内应用比较多的是高硅氧玻璃纤维网，为提高其刚性和耐火度，预先经过浸涂耐火涂 料及烘干处理。这种网片有较高的耐火度且价格低廉，可用于铸铁件、非铁合金铸件。轻合金也可用更廉价的普通玻璃纤维网。铸铁件应用过滤的面积可依下式计算,4、耐火纤维编织过滤网,所确定的过滤网面积(扎)，应校核铸铁液的通过量。依经验数据，每1cm2网面积通过 的铸铁液不得超过5kg，以防浇注过程中网面破裂。对轻合金铸件。推荐用以下浇口比的浇注系统：S直：S横：S孔1：1.5：2，S过取原浇道截面积的28倍。,4、耐火纤维编织过滤网,
