第三章 浇注系统的设计与计算zd

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,湖北汽车工业学院材料工程系,Department of Materials Engineering,第一节 浇注系统,一、,浇注系统的,组元,浇口杯：,接纳、引入金属,直浇道：,引入金属，形成压头,横浇道：,引入金属，阻撇熔渣,内浇道：,引入金属，调控温度场,浇注系统设计正确与否关系到铸件的成败，,是铸造生产中的关键技术,第三章 浇注系统的设计与计算,二、对浇注系统的要求,足够的浇注速度，流动平稳，满足一定时间,内充满型腔；防止冲砂，防止铸件出现夹砂,、冷隔等缺陷；,防止旋涡，防止吸气或金属过度氧化；,内浇道的位置和数量符合铸件所需凝固或补,缩原那么；,结构合理，造型简单；,浇注系统本身消耗金属少。,合金液在充型过程中，从不同方向充入铸型的合金液在其集合处还没有融合之前已发生凝固，从而在铸件中形成的缝隙。,三、浇注系统的类型,1.,顶注式,图中：,a,)普通式,b)楔形式,c,)压边式,d)雨淋式,e,)搭边式,一按内浇道在铸件上的位置分,压头大，流动阻力小，能够减少浇缺乏、冷隔缺陷；温度分布上高低低，铸件补缩效果好,对型腔底部冲击力大，易激溅、氧化、卷入空气，可造成砂眼、铁豆、气孔、氧化夹渣等缺陷。,顶注式的优缺点,优点,缺点,优点：,充型平稳。横浇道、内浇道充满时利于挡渣；能够减少金属氧化。,缺点：,温度分布下高上低，铸件补缩效果不好；,内浇道附近易于过热，易发生缩松和晶粒粗大等缺陷；,铸件顶部、遥远处容易形成浇不到，冷隔等缺陷。,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合金铸件。,底注式的优缺点,汽缸头,中间浇注综合有顶注式和底注式的优缺点；,内浇道、横浇道设在分型面上，造型方便。,中间浇注应用广泛,兼有底注式和顶注式的优点，充型平稳。但结构复杂，设计和计算较难。,用于高度大的中、大型铸件。阶梯式或缝隙式用于垂直分型无箱挤压造型或金属型铸造，,阶梯式的优缺点,1、,封闭式,浇注系统,内,横,横,直,开放式浇注系统初期各组元不可能全充满，撇渣能力较差，充形流速不高；,冲刷力小，受氧化的程度轻。,用于易氧化的有色合金铸件、球铁铸件。,对于铝、镁合金，常用开放式浇注系统。各组元,截面积比可参考应用：,直,：,横,：,内,=1：2：4,四 浇注系统组元设计中的创新思维,1、浇口杯中加过滤网，浇口盆中采用挡渣措施。,2、直浇道底部开设半球形或圆台形窝坑，称,为直浇道窝。对铸钢，要用耐火砖。,3、提升横浇道的撇渣效果,前过滤,阻流式,缓流式,离心集渣式,轻合金,浇注系统中安装,过滤网,4、内浇道的设计,1 内浇道的作用：,控制液态金属充型速度和流动方向、温度分布和凝固顺序。,2 形状：扁平梯形、月牙形和三角形。,3 位置的选择：,依据铸件所需凝固方式和流动特性考虑。,同时凝固：,对于壁厚均匀的铸件，拟采用多个内浇道分散引入；,对于不均匀的铸件，那么从薄壁处引入。,顺序凝固：,从厚壁处引入金属液。,5、确定,内浇道位置的几个具体问题,结构复杂的铸件，壁厚差异大的补缩区域那么按顺序凝固从厚处引入；整个铸件按同时凝固方式采用多个内浇道充型。,要求各内浇道的流量分布合理。,液流顺壁流入，不冲刷,型壁、型芯和铸型凸出局部。,避开铸件重要部位，,防止晶粒粗大。,造型、清理操作方便，,不阻碍铸件收缩。,7如何应用奥赞(Osann)公式计算阻流截面积？,如何确定或计算式中各个工艺参数？,8一铸铁件重 5 吨，平均壁厚为30毫米，试求浇注,时间？假设为铸钢件，其浇注时间 应为多少？,第三节 冒口、冷铁与铸肋,、冒口的作用：,补缩、排气、集渣,冒口种类,普通冒口,顶冒口、暗冒口,侧冒口,特种冒口,大气压力冒口,发热冒口,保温冒口,铸铁件的,实用冒口,浇注系统当冒口,控制压力冒口,、冒口种类,一 概述,球形 圆柱形带斜度 球顶圆柱形 腰圆柱形 暗腰圆柱形,、冒口形式,a铸钢件,明边冒口,b铸铁件,暗边冒口,、冒口形状,、冒口位置,1、铸件热节上方或侧旁；,2、铸件最高最厚部位；,3、一个冒口同时,补缩几,个,铸件；,4、不选应力集中部位，重要的受力大的部位,希望放在加工面上；,5、用冷铁隔开冒口的,补缩范围。,二,铸钢件冒口的设计与计算,冒口必须提供足够的金属液，补偿铸件凝固的体收缩,条件应有：,即,V,r,=V,c,/(-),式中：,V,r,冒口体积；,V,c,铸件体积；,V,e,型壁移动所扩大,的体积；,体收缩率；,冒口补缩效率。,常用合金的体收缩率,冒口种类或,工艺措施,（,%,）,圆柱或腰园柱形冒口,球形冒口,补浇冒口时,浇口通过冒口时,发热保温冒口,大气压力冒口,12,15,15,20,15,20,30,35,30,50,15,20,冒口的补缩效率,铸件材质,（,%,）,中碳钢,w,c,=1%,钢,灰铸铁,白口铸铁,纯铝,纯铜,2.5,3.0,4.0,1.9,膨胀,4.0,5.5,6.6,4.92,四铸件工艺出品率的校核,铸件工艺出品率是铸造生产中的一项重要经济指标，表示得到一件铸件产品究竟需要消耗多少金属液。实际上：,浇注系统质量约占铸件质量的 3 6。在铸钢生产中，浇、冒口消耗钢液较多，铸件工艺出品率一般只有50 70。,铸铁在凝固过程中，石墨化伴随有体积膨胀，可局部或全部,抵消凝固期所发生的体积收缩，具有“自补缩能力，据此，对铸,铁件可以不设置冒口或减小冒口尺寸。,一铸铁件的均衡凝固技术,铸铁件的均衡凝固技术就是,利用铸件凝固收缩与石墨化膨胀,在一定时间内按比例均衡进行的,有限顺序凝固。,图中：,ABC 总收缩,ADC 石墨结晶膨胀值,AB，P 净表观收缩,P 均衡点,铸铁件的体积收缩和石墨,结晶膨胀值叠加原理示意图,三,铸铁件实用冒口的设计,二铸铁件实用冒口设计理念,铸铁件实用冒口的设计原理,在于合理地应用铸铁件的均衡凝固技术。,铸铁件实用冒口的设计思路,1冒口只补充铸件的液态,一次收缩，让铸铁冒口和,冒口颈先于铸件凝固，然后依,靠局部或全部的石墨结晶膨胀,在铸件内部建立压力，实现凝,固阶段的自补缩。,板件：QT450-5，3070kg，Mc=11.5,2要求铸型紧实度较高，刚性好，能够迫使金属液体,在石墨膨胀压力作用下流向缩孔、缩松处。,否那么，铸件在冒口先行凝固后，内部会产生一定的,真空度，降低自补缩能力。,四,冷铁和铸肋,冷铁是用来增加铸件局部,冷却速度，减小热节缩孔等缺,陷的一项常用工艺措施。,冷铁分为内冷铁和外冷铁,两类。,1、外冷铁,外冷铁又分为直接外冷铁,和间接外冷铁。,直接外冷铁与铸件外表直,接接触；,间接外冷铁同被激冷铸件,间有1015 mm 厚的砂层相隔,离，以防铸铁局部产生白口。,直接外冷铁,间接外冷铁,当铸铁中，碳本应以石墨形式析出，却以碳化物形式析出。断口表现出本来是灰口，变成了白口。铸铁冷速快或成份控制不当容易形成白口。,序,适用条件,外冷铁厚度,序,适用条件,外冷铁厚度,1,2,3,灰铁件,球铁件,可锻铸铁,（0.25 0.5）T,（0.30.8）T,1.0 T,4,5,6,铸钢件,铜合金,轻合金,（0.250.5）T,铸铁材料：（1.02.0）T,钢质材料（0.6,1.0,）T,（0.81.0）T,外冷铁厚度,2、内冷铁,内冷铁的激冷作用比外冷铁强，能有效防止厚壁,铸件中心部位缩松、偏析等缺陷。主要应用于厚大件。,长圆柱体,插入钉子,螺旋柱体,短圆柱体,3、铸肋,铸肋又称为工艺肋，分为割肋和拉肋两类。,割肋用于防止铸件热裂；拉肋用于防止铸件变形。,割肋在清理时切除；拉肋必须在消除内应力后去掉。,五,铸造工艺设计实例,复习题,1.说明冒口的作用和确定冒口位置的一般原那么。,2.阐述用模数法设计计算铸钢件冒口的内容及热节部,位模数的计算方法。,3.比照分析模数法、补缩液量法和比例法计算或确定,铸钢冒口的理论依据及工作内容。,4.何谓铸铁件的均衡凝固技术？有何重要意义？,5.说明铸铁件实用冒口设计理念和设计计算内容。,6.说明冷铁和铸肋的作用及应用。,