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第四章 浇注系统设计 浇注系统的概念 典型浇注系统的结构 对浇注系统的基本要求 大量流水线生产的球墨铸铁件的 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。 作用：将型腔与浇包连接在一起，并稳定地导入液态金属，并且具有阻渣、排气、调节铸件温度场、保证充型速度的作用。 浇注系统(gating system, running system)及其作用 典型浇注系统的结构 a)封闭式 b)开放式 1－浇口杯 2－直浇道 3－直浇道窝 4－横浇道 5－末端延长段 6－内浇道 另外，浇包和浇注设备及出气孔也可看成是浇注系统的组成部分 1. 内浇道位置、方向、数量 → 铸件凝固｛或补缩方法｝ 2.在规定的浇注时间内充满型腔（据件的厚薄计算） 3.提供必要的充型压力头，保证金属液有足够上升速度，保证铸件轮廓、棱角清晰，以免形成夹砂结疤、皱皮、冷隔等缺陷 4.使金属液流动平稳，避免严重紊流。防止卷入、吸收气体和使金属过度氧化 5.具有良好的阻渣能力 6.金属液进入型腔时线速度不可过高，避免飞溅、冲刷型壁或砂芯 7.不能冲击冷铁和芯撑或砂芯 8.浇注系统的金属消耗小，并容易清理 9.减小砂型体积，造型简单，模样制造容易 浇注系统设计原则 液态金属充满铸型，获得尺寸精确、轮廓清晰的铸件，取决于充型能力。在液态合金充型过程中，一般伴随着结晶现象，若充型能力不足时，在型腔被填满之前，形成的晶粒将充型的通道堵塞，金属液被迫停止流动，于是铸件将产生浇不足或冷隔等缺陷。 对于大量流水线生产的球墨铸铁件,在浇注系统结构中增加反应室,可实现型内球化获型内孕育处理，其浇注系统如下图 型内球化处理的浇注系统 1－一次阻流 2－反应室 3－反应室出口 4－横浇道 5－内浇道 1－直浇道窝兼反应室 2－孕育合金块 3－横浇道 4－内浇道 5－末端延长段 型内孕育处理的浇注系统 第一节 液态金属在浇注系统基 本组元中的流动 一、在型砂中流动的水力学特征 二、浇口杯（pouring cup）中的流动 三、直浇道中的流动 四、直浇道窝 五、横浇道中金属的流动 六、金属液在内浇道中的流动 复 习 1. 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 砂型中合金液流的充满条件 一、在型砂中流动的水力学特点 当金属液流内任意截面上各点的压力P均大于型壁处的气体压力Pa时,则成充满状态；PPa充满；P＝Pa非充满 PPa 充满流动 直浇道： 上大下小 P＝Pa 非充满流动 直浇道： 等截面 利用连续方程 QA＝VA SA QB＝VB SB QA ＝ QB VA SA ＝VB SB ∵ 自由落体， A-B段有重力加速度存在 ∴ VB ＞VA 则 SB＜ SA 流束是一个渐小的断面 要达到充满状态必须保证：P ＞ PA A B C A B C 2. 充型过程存在热交换 铸型激冷作用，使液体产生少量结晶，粘度γ增加,流动紊乱,增加氧化,形成氧化物,使γ增加(特别在不充满时)流动过程中卷入气体,砂粒,使γ 增加,温度下降使γ增加 浇注过程是不稳定流动过程 1）分型面下：浇注过程受浇注系统类 型的影响 2）内浇口淹没后 随着合金液面上升,充型的有效压力头渐渐变小 3）液体金属在浇注时呈紊流 Re 称为雷诺数, Re=vR/γ (v为流体速度,R为水力半径, γ为流体运动粘度) 当Re=2320时,紊流 ,小于为层流. 例如：灰口铁浇注时最小流量350g／cm2s 铸铁密度＝7g/cm3平均流速＝350／7＝50cm/s试验数据：浇口最小断面0.4cm2(内浇口) 直径＝0.71cm  Re=vR/γ v为流体速度,R为水力半径, γ为流体运动粘度 Re＝6273 ＞ 2320 是紊流 4） 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，在充型过程中还可能析出晶粒及气体，故充型时合金液属于多相流动. 二、浇口杯（pouring cup）中的流动 浇口杯的作用 承接金属液,防止飞溅和溢出 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 形状 漏斗形（bush） 盆形（basin） 挡渣效果差，简单，用于小件 有助于分离渣滓和气泡 1.金属液在浇口杯中流动的特点 液体金属进入浇口杯时,根据流动方向,可以产生两种现象 水平涡流；垂直涡流 1）水平涡流对浇口杯除渣的影响 水平涡流应满足动量守恒方程 Mυr＝常量 (1) M-距离直浇道中心为r处的质点的质量 υ-M点的切线速度 r－M点距直浇道中心的距离 由(