铸造浇注系统设计ppt课件

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,*,*,第七章 浇注系统设计,本章主要讲授浇注系统类型的选择，浇注最小截面尺寸的计算，其它铸造合金浇注系统的特点。要求掌握浇注系统的选择原则。,重点为浇注系统的选择原则和确定浇注位置，难点为浇注系统选择原则的灵活应用。,概 述,浇注系统：,铸型中液态金属流入型腔的通道之总称,组成：,浇口杯、直浇道、直浇道窝、横浇道、内浇道,正确设计浇注系统使液态合金平稳合理的充满型腔，对铸件品质影响很大，铸件废品中的,30%,是因浇注系统不当引起。,浇注系统的组成,浇注系统设计原则,使液态合金,平稳充满铸型,，不冲击型壁和型芯，不产生涡流和喷溅，不卷入气体，并利于型腔内的空气和其他气体排出型外，,防止金属液过度氧化及产生砂眼、冷豆、气孔。,阻挡夹杂物进入型腔,，以免在铸件上形成渣孔。,调节铸型及铸件各部分温差，,控制铸件的凝固顺序,，不阻碍铸件的收缩，减少铸件的变形和开裂倾向。,合金液流,不应冲刷冷铁和芯撑,。防止冷铁的激冷效果降低及表面熔化，避免芯撑过早软化和熔化，造成铸件壁厚变化,浇注系统设计原则,浇注系统尽可能结构简单紧凑,，占砂箱面积小，体积小，,有利于减少冒口体积,，节约合金和型砂，提高砂箱利用率，方便造型、清理和浇注系统模样的制造,使液态合金以最短的距离，最合适的时间充满型腔，,有足够的压力头，并保证金属液面在型腔内有必要的上升速度等，以确保铸件的质量；,起一定的补缩作用，,在内浇道凝固前补给部分液态收缩,浇注系统的设计内容与步骤,选择浇注系统的类型和结构；,合理地在铸型中布置浇注系统及确定内浇道的引入位置和个数；,计算浇注时间和浇注系统中的最小断面积，确定直浇道的高度,（如有浇口杯则从杯中液面高度算起）,按经验比例数据决定其他组元的断面积；,大批量生产时需经过生产阶段的反复，如有不足之处，应调整以上各项设计内容，甚至修改工艺方案，直到合理并保证质量为止。,第一节,液态金属在浇注系统的流动,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,；,合金液冲刷型壁，粘度增大，体积收缩，吸收气体、使金属氧化等；,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,一、砂型流动的水力学特点,合金液在浇注系统中一般呈,湍流,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，在充型过程中还可能析出晶粒及气体，故充型时合金液属于多相流动,一、砂型流动的水力学特点,浇口杯作用：,用来承受来自浇包的金属液流并引入直浇道，防止过浇而溢出；,避免流股直冲直浇道，减少液流对铸型的冲击,有一定的挡渣作用；,当砂箱高度低、压头不够时，又可用以增加金属液的静压头。,二、浇口杯中的流动,浇口杯分类：,漏斗形浇口杯、池盆形浇口杯,二、浇口杯中的流动,漏斗形浇口杯,特点：,结构简单，制作方便，容积小，消耗金属液少；只能用来接纳和缓冲浇注的金属流股，,挡渣能力小,；,应用：,主要用在小型铸铁件及铸钢件，广泛用于机器造 型。,结构：,漏斗口的直径应该比直浇道大一倍以上。,可用带滤网的漏斗形浇口杯。,池盆形浇口杯,特点：,挡渣作用明显，但是制作程序复杂，消耗的金属较多,应用：,主要用于中大型铸铁件。,结构：,浇口盆,的深度应该大,于直浇道上端,直径的,5,倍。,浇口杯中应避免出现水平涡流,液态金属在平底的浇口杯中流动 时易出现水平涡流。 流量分布不均匀造成流速方向偏 斜。水平分速度对直浇道中心线 偏斜，形成水平涡流运动。,在涡 流中心区形成一个漏斗形充满空 气的等压自由液面的空穴。容易 将空气和渣子带入直浇道。,原因：,水平各向流量不均衡造成流速方向的偏斜。,若忽略金属粘度的影响，视液态金属为理想流体，浇口杯内液态金属应满足动量矩守衡：,Mvr=,常量,式中：,M,距离直浇道中心为,r,处的质点的质量,v M,点的切线速度,r M,点距离直浇道中心的距离。,漏斗形等压自由液面的形成：,一旦出现水平旋涡，越靠近中心，,M,质点的离心加速度越高，重力加速度和离心加速度的合成加速度越接近于水平，根据流体力学原理，等压面垂直于总加速度方向。等压面逐步由水平过度到垂直，形成中空的大气压力表面。,对铸件质量的影响：,卷气、渣沿等压面进入型腔。,影响水平旋涡的因素,浇口杯中金属流股的水平分速度越大，越容易形成水平旋涡。,而水平分速度的大小又与以下因素有关：,a,浇口杯内液面的深度：,液面深度超过直浇道上端直径的,5,倍时可基本消除水平旋涡。,b,浇注高度：,浇包嘴离浇口杯越高，越容易产生水平旋涡。,c,浇注方向：逆向浇注较顺向浇注为佳。,纵向逆浇不易形成水平涡流，而纵向顺浇易将夹渣带入型腔；带底坎时，侧向浇注时金属液可能绕过底坎从另一侧进入直浇道形成水平涡流。,图 底坎和浇注方向对液流流向的影响,a),纵向逆浇,b),纵向顺浇,c),侧向浇注,纵向顺浇方便浇注工作,，,不易产生垂直涡流,，,轻质点夹杂物进入直浇道的可能性大；,纵向逆浇易形成垂直涡流,，,有助于夹杂物上浮,。,侧向浇注,形成垂直涡流的可能介于上述两者之间，,液流从一侧流向直浇道，易形成水平涡流。,图 底坎和浇注方向对液流流向的影响,a),纵向逆浇,b),纵向顺浇,c),侧向浇注,生产中减轻水平旋涡的措施,a,用大深度浇口杯,b,浇口杯底部安放筛网等,c,在浇口杯底部设置堤坝，形成垂直旋涡,。,垂直旋涡的挡渣作用：,金属液沿斜壁流下，由于流速的减低和流向的改变，形成垂直方向的旋流。,在池形浇口杯中,增设隔板,和在浇口杯出口处又有,底坎,，就能把浇包落入浇口杯中流股的紊乱搅拌作用限制在浇注区范围内，且能急剧改变流股方向，形成使轻质点杂质上浮的流向。,a),合理,b),不合理,d,用拔塞等方法，使浇口杯内液面达到一定深度时再向直浇道注入,即使带隔板和底坎（或凹坑）的浇口杯，也不能完全阻挡浇注开始时液流带入的气体和夹杂物，故浇注重要铸件时，常在浇注前用各种方法将直浇道堵住，等浇口杯充满后再打开，并一直保持浇口杯的液面高度。,浇口杯的结构设计,1),浇口杯中金属液面的高度：,H5d,直上,，而且浇口杯与直浇道要采用,圆角连接,r0.25d,直上,；,2),采用纵向逆浇，设置底坎、挡板和闸门等；,3),采用特殊结构的浇口杯：,拔塞式、浮塞式、铁隔片式、闸门式,等；,4,）浇口杯与直浇道相连的边缘做成凸起状。,直浇道的功用,：,引导金属液进入横浇道、内绕道或直接导入型腔；,提供足够的压力头，使金属液克服各种流动阻力，在规定时间内充满型腔。,三、,直浇道中的流动,直浇道,形状：,常做成上大下小的锥形、等断面的柱形和上小下大的倒锥形。,（,1,）液态金属在直浇道中的流动特点,直浇道一般不能挡渣，而且金属液通过时容易带入气体。,当气体被卷入型腔时而又不能顺利逸出时就会在铸件中形成气孔。,1,）水模拟实验,真空吸气理论,实验条件：,采用有机玻璃模型，制作浇口杯和直浇道两组元浇注系统，采用水模拟的方法，采用尖角、圆角连接形式，采用等断面和变截面的直浇道结构。,直浇道入口处的形状影响液流分布：,尖角连接时直浇道内呈不充满流动；圆角连接时则为充满状态。,直浇道形状影响液流的内部压力：尖角连接时不充满，而且流股呈渐缩形，直浇道上口有真空区存在。,有锥度的直浇道呈,充满状态，且呈正压流动，从直浇道上的小孔流水；而等断面的直浇道虽然也呈充满状态，但是却呈负压流动，吸入气体；,（,1,）液态金属在直浇道中的流动特点,直浇道的流动特点,（,1,）两种流态：充满和不充满。非充满状态易带气，但在底注包浇注时或用阶梯浇注系统时采用。,（,2,）非充满直浇道中金属液以重力加速度做等加速运动，流股必定向内收缩；流股内部与砂型表层气体之间无压力差，气体不可能被吸入，而是被金属表面吸收和带走。,（,3,）直浇道入口形状影响金属流态。入口尖角时，增加流动阻力和断面收缩率，常导致非充满式流动。要使直浇道呈充满流态，要求入口处圆角半径,rd/4,。,（,4,）水利学模拟实验与砂型中实际流动状况有差异。,（,5,）砂型中直浇道充满的理论条件。,26,2,）真空吸气理论,假设条件：,浇注系统是由不透气材料制成；,流体呈稳定流动，且为不可压缩流体；,直浇道为等断面结构。,如图所示，选择直浇道的,出口,2-2,为分析的基准面，则,伯努利方程可写为：,其中，,Z,2,=0,，,P,2,=Pa,，整理得：,由于是稳定流动，根据连续流动定律，有：,F,1,V,1,=F,2,V,2,，,F,1,=F,2,，,V,1,=V,2,则,因为,Z,1,远远大于,h,1-2,，所以，（,P,2,-P,1,）,/0,，,P,2, P,1,，,P,2,=P,a,，,P,a, P,1,。,因此，真空吸气理论的分析可以得出结论：,在直浇道中有真空度存在，流体经过浇注系统时要吸入气体。,1,）、入口处的,连接,(,与浇口杯连接处,),采用圆角，,一般要求入口处圆角半径,r,d,4(d,为直浇道上口直径,),。,这样可以减少气体的卷入和,避免尖角型砂被冲掉引起冲砂缺陷,。,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：,直,浇道的形状,上大下小的锥形即设计,锥度,2,）直浇道的形状,则：,v,2,v,1,可使,P,2,P,1,，,流体呈正压流动；,上大下小的锥形，有利于在直浇道中呈正压流动，能防止吸气或非充满状态而带气。,3,、蛇形直浇道则使,h,1-2,增大，保证,P,2,S,横,S,内,实际情况：,液态金属有粘度，流动阻力有较大的影响。,S,直,：,S,横,：,S,内,=1:2.5:2.5,时仍呈正压充满状态。,第二节 浇注系统的基本类型及选择,1,、浇注系统的分类,浇注系统常用的分类：,根据各组元断面比例关系的不同：,封闭式、开放式,按内浇道在铸件上的相对位置不同：,顶注式、中间注入式、底注式、阶梯式,二、封闭、开放式浇注系统,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,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：,阻渣效果好、防止卷气、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。,应用：,主要应用于不易氧化的各种铸铁件。对于容易氧化的轻合金铸件、采用漏包浇注的铸钢件和高大的铸铁件，均不宜使用。,开放式浇注系统,S,内,S,横,S,直；例如,1.5 : 1.2 : 1,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。在金属液流未能充满的部位存在着等大气压力的自由表面。,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，,带入气体,，金属消耗略多。,应用,：,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，但直浇道不能呈充满态，以防钢水外溢，造成事故。,3,半封闭式浇注系统,这种浇注系统的特点是,S,横,S,直,S,内,。即阻流截面是内浇道，横浇道截面积最大，,直浇道一般是上大下小的锥形,，浇注时，直浇道很快充满，而横浇道充满较晚，故可降低内浇道的流速，使浇注初期充型平稳，对铸型的冲击比封闭式的小；在横浇道充满后，因其中的金属液流速较慢，,所以挡渣比开放式的好，,但浇注初期在横浇道充满前，挡渣效果较差。,适用于各类铸铁件，尤其球墨铸铁件及表面干型,生产上常常使用介于这两者之间的半封闭式和封闭开放式浇注系统；,4,、封闭,开放式式浇注系统,特点：控制流量的阻流断面位于直浇道下端，或在横浇道中，或者在集渣包出口处等,，,故浇注系统各组元的断面比例相应的存在以下关系,S,杯,S,直, S,横,S,直,S,集渣包出口, S,横后,S,阻, S,横后,S,阻, S,内, S,横后,三、浇注系统按内浇道在铸件上的位置分类,（一）、顶注（上注）式浇注系统,以铸件浇注位置为基准，内浇道开设在铸件的顶部，,称为顶注式浇注系统。即金属液从铸件顶部注入型腔,（一）、顶注式浇注系统,特点：,以浇注位置为基准，内浇道设在铸件顶部。,优点,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,（一）、顶注式浇注系统,特点：,以浇注位置为基准，内浇道设在铸件顶部。,缺点,易造成冲砂缺陷；,易产生砂孔、铁豆、气孔和氧化夹杂物缺陷；,大部分浇注时间，内浇道处于非充满状态；,横浇道阻渣能力较差,金属液下落过程中接触空气，出现激溅、氧化、卷气，使充型不平稳；,根据铸件的结构特点，还可采用以下几种类型的顶注式浇注系统：,1,简单式,适用于要求不高的简单小件。,2,楔形浇道,金属液通过长条楔缝可迅速充满型腔,常用于锅、盆、罩、盖类薄壁器皿铸件,3,压边浇道,浇道是一条窄而长的缝隙，与铸件顶部相连接，金属液经压边缝隙流入型腔,多用于壁较厚的中小铸铁件及非铁合金铸件。,4,雨淋浇道,内浇道是由许多均匀分布的圆孔所组成，浇注时细流如雨淋,主要用于质量要求较高的大中型筒型铸件，如气缸套、卷扬机等,5,搭边式,自上而下导入金属液，避免直接冲击铸型侧壁。,适用于湿型铸造薄壁铸件。,（二）底注（下注）式浇注系统,内浇道开设在铸件底部，即金属液从铸件的底部注入型腔，称为底注式浇注系统,主要用于高度不大，结构不太复杂的铸件和易氧化的合金铸件，如铸钢、铝镁合金、铝青铜及黄铜等铸件,（二）底注式浇注系统,特点：,以浇注位置为基准，内浇道设在铸件底部。,优点,内浇道基本上在充满状态下工作，充型平稳；,可避免金属发生激溅、氧化及由此而形成的铸件缺陷；,无论浇口多大，横浇道基本处于充满状态，有利于阻渣；,型腔内的气体容易顺序排除。,缺点,充型后金属的温度分布不利于顺序凝固和冒口补缩；,金属液面在上升中容易,结皮,，难于保证高大的薄壁铸件充满，易形成浇不足、冷隔等缺陷；,金属消耗较大。,内浇道附近容易过热，导致缩孔、缩松和结晶粗大等缺陷；,克服以上缺点的方法有：,采用快浇和分散的多内浇道,大的,S,内,/S,阻,比值,使用冷铁和安放冒口或用高温金属补浇冒口等措施,根据铸件结构特点，还可采用下列底注式浇注系统,1,牛角浇道,牛角式内浇道多用于质量要求高的小型轮类铸件,2,反雨淋浇道,它适用于易氧化的中小型圆套类铸件,（三）中间注入式浇注系统,从铸件某一高度面上开设内浇道。对内浇道以下的型腔部分为顶柱式；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点。使之充型平稳，改善了补缩条件，又有利于排气。,由于内浇道在分型面上开设，故极为方便，应用广泛。适于高度不大的中等壁厚的铸件。,（四）阶梯式浇注系统,特点：,在铸件不同高度上开设多层内浇道。,在浇注之初金属液只从最底层内浇道流入型腔，待型腔内的液面上升到接近第二层内浇道时，才从第二层内浇道流入型腔。这样各层内浇道由下到上逐层接替地起作用，最上层内浇道通入冒口，可保证实现顺序凝固和冒口最后冷凝。,（四）阶梯式浇注系统,特点：,在铸件不同高度上开设多层内浇道。,（四）阶梯式浇注系统,优点,金属液首先由最底层内浇道充型，随着型内液面上升，自下而上顺序地流经各层内浇道，因而,充型平稳，,避免因压头过高或流股从高处落下冲击型底，造成严重的喷射和激溅,，,且型腔内气体容易排出；,充型后，上部金属液温度高于下部，,有利于实现自下而上的顺序凝固和冒口的补缩,，铸件组织致密；,易避免缩孔、缩松、冷隔及浇不足等缺陷；,利用多内浇道，内浇道分散，可,减轻内浇道附近的局部过热现象。,（四）阶梯式浇注系统,缺点,造型复杂；,要求正确的计算和结构设计。否则，容易出现上下各层内浇道同时进入金属液的,“,乱浇,”,现象，或底层进入金属液过多，形成下部温度高的不理想温度分布。,分型面较多；,多用于,高度较高、型腔较复杂、收缩率较大或品质要求较高的铸件。,（五）垂直缝隙式浇注系统,以片状内浇道与铸件的整个高度相连接的一种特殊浇注系统,主要用于重要的铝合金铸件,对于重、大型铸件，特别是重要铸件，,采用一种形式的浇注系统往往不能满足要求，,可根据铸件情况同时采用两种或更多形式的复合式浇注系统,第,3,节 计算阻流截面的水利学公式,100,1,、 奥赞,(Osann),公式,阻流（最小）截面积的计算,。,阻流（最小）组元指,浇注系统中,最小截面积的浇道，一般为内浇道，即,h,r,金属液流经浇注系统时压头损失总和,H,0,阻流以上金属液的总压头,S,i,测定,i,时指定的某处截面积,v,阻流处金属液的流速,g,重力加速度,i,局部阻力系数,S,阻,阻流截面积。,101,充填下半型时,S,阻,的计算,充填下半型腔时，通过阻流截面的金属质量和浇注时间有如下关系,式中：,m,下,阻流以下铸件质量,金属液密度,1,充填下半型时间,流量系数，它代表实际金属液的流量与理想流体流量之比值。,充填上半型时的,计算,充填上半型时，阻流处流速随充型压头而变化：,最大流速,最小流速,在上半型充填时间,2,内，存在着瞬间,，对应压头为,h,平均时，阻流处流速为：,充填上半型时，通过阻流的金属质量和充填时间之间应有如下关系：,得到：,奥赞,公式,将两个计算 的公式合并为一个通式，即,奥赞,公式：,式中：,m,流经阻流的金属总质量,充填型腔的总时间,充填全部型腔时，浇注系统阻流截面的流量系数,H,p,充填型腔时的平均计算压头,平均计算压力头,式中：,H,p,平均计算压头,H,o,阻流截面以上的金属压力头,P,阻流截面重心以上的型腔高度,C,铸件（型腔）的总高度,注意,a,该公式适用于封闭式浇注系统,b,推导,H,o,时引入两个假定条件，与实际情况有差距。,c,应用伯努力方程时，忽略了浇包嘴到浇口杯之间下落动能的影响。,二、浇注时间（速度）,1,、浇注速度,浇注时间对铸件质量有重要影响，应考虑铸件结构、合金和铸型等方面选择浇注速度。,快浇,优点：,金属温度和流动性降低幅度小；减小皮下气孔；,对上表面热作用时间短，可减小夹砂结疤缺陷；有利于石墨铸铁充分利用石墨化膨胀，防止缩孔、缩松缺陷。,缺点：,对型壁冲击大,，容易造成胀砂、冲砂、抬型等缺陷；浇注系统的重量稍大，,工艺出品率低,。,应用：,薄壁（或上部有薄壁铸件）； 具有大平面铸件；,表皮易形成氧化膜的铸件；底注式浇注系统，顶,部有冒口；中大型灰铸铁、球墨铸铁件。,慢浇,优点：,对型壁冲刷作用轻，可防止胀砂、抬型、冲砂等缺陷；,有利于型（芯）内气体排出；,对收缩率大的合金采用顶注法或内浇道通过冒口时，,有利于减小冒口的尺寸,减少浇注系统金属消耗量,缺点：,对上表面烘烤时间长，易产生夹砂类缺陷；,金属液温度、流动性降低幅度浇大、易浇不足、冷隔；,降低流水线生产率。,应用：,有高的砂胎或吊砂的湿型；,型内砂芯多、砂芯大而砂芯小或排气困难；,顶注法浇注体收缩大的合金铸件,2,、合适的浇注时间,浇注时间的确定主要考虑：,壁厚、铸件重量、型砂种类、合金种类、注入方式等。,表,7-5,图,7-39,工艺因素： 浇不足、冷隔；夹砂类缺陷；气体的溢出；金属液的氧化；,型内金属液面的上升速度，计算公式：,式中：,C,铸件（或某段）的高度,铸件（或某段）的浇注时间。,满足的条件,：,浇注时间应满足：,三、,确定浇注时间时的金属液上升速度因素,金属液上升速度的核算和确定,铸钢件：,见表,7-7,，只核算最小上升速度。,铸铁件：,见表,7-6,，只核算最小上升速度,表,7-6,表,7-7,式中：,R,型腔的水利学半径。,R,e,型,型腔内允许的金属液雷诺数，用实验法确定,v,合金液的运动粘度。,易氧化的轻合金铸件，限制最大上升速度，以免高度湍流造成大量的氧化物夹杂，,最大上升速度,所确定的浇注时间，必须满足最大和最小上升速度要求，才可作为适用的浇注时间,4.,流量系数的确定,浇注系统的流量系数是指阻流断面的流量系数。若阻流断面不设在内浇道，则内浇道的流量系数比浇注系统的流量系数值要小。,流量系数与浇注系统各部分阻力及型腔内的流动阻力大小有关。,流量系数与浇注系统的形状、尺寸、结构和铸型的性质及合金种类、流速等有关。,流量系数的确定方法：,重要铸件或大量生产的铸件,实验测定,一般铸件,经验数据,影响流量系数,值的因素及修正值,选择浇注系统类型,确定内浇道在铸件上的位置、数目和金属引入方向,决定直浇道的位置和高度（压力角）,计算浇注时间并核算金属上升速度,计算阻流截面积,S,阻,确定浇口比并计算各组元截面积,绘出浇注系统图形,浇注系统的计算步骤,第,4,节 铸铁件浇注系统设计与计算,浇注系统阻流截面的计算,1.,阻流组元（或内浇道）截面积的计算,m,包括浇冒口在内的金属总重量,(kg),，,可以通过,估算、计算、称重等方式获得，,浇冒口的重量按铸件重量的比例求出,，见表,表,浇冒口重量占铸件重量的比例,铸件重量,/,大量生产,成批生产,单件、小批生产,1000,10%15%,10%20%,值得确定,铸钢件、铸铁件根据,表,7-8,、,7-10,，考虑各种因素，可采用,表,7-10,进行修订。,国内手册中提供的浇注时间计算公式为：,1,）对重量小于,450,公斤、壁厚,2.5-15mm,、形状复杂的薄壁铸铁件,式中，,-,为浇注时间；,m,-,为型内金属总重量，,kg,；,S,为系数，取决于铸件的壁厚,铸件壁厚,(mm),2.5,3.5,3.5,8.0,8.0,15,系数, S,1.63,1.85,2.2,(2),浇注时间,值的确定,影响浇注时间的因素有：合金的种类、浇注温度、浇注系统的类型、铸件结构和铸型的种类等,浇注时间实际是根据经验图表和经验公式来计算的,式中,t,浇注时间（,s,）；,G,I,浇入型内的金属液总重量（,kg,）；,铸件的平均壁厚（,mm,），对于圆形或正方形的铸,件，,取其直径或边长的一半；,k,系数。对灰铸铁取,2.0,，需快浇时（如：铁液温度,低，含硫较高，含碳量,3.3%,，底注或有冷铁,等），可取,1.7,。对铸钢可取,1.31.5,。,2),对于重量小于,1000,公斤的大、中型铸铁件,表铸铁件,k,值的选择,铸件种类,或工艺要求,大型复杂铸件高应力及大型球铁件,防止侵入气孔,和呛火,一般铸件,厚壁小件、球铁小件防止缩孔缩松,k,值,0.7,1.0,1.0,1.3,1.7,2.0,3.0,4.0,表,型内铁液液面允许的最小上升速度,铸件壁厚,/mm,壁厚,40mm,以及所有水平位置浇注的平板铸件,1140,410,4,最小上升速度值,/mm,s,-1,810,1120,2130,31100,浇注时间确定以后，对于大平面或结构复杂的薄壳铸件，还应验算型内金属液液面平均上升速度，可按下式计算：,式中,C,铸件最低点到最高点的距离，按浇注位置确定,(),；,t,计算的浇注时间,(s),。,计算结果应大于表中数值，,若太小则应调整浇注时间,t,，甚至修改工艺方案,型内金属液液面平均上升速度,如果低于允许的最小液面上升速度时，就要强行缩短浇注时间或调整铸件的浇注位置，使上升速度达到或高于最小液面上升速度值,对于封闭式浇注系统，在不同注入位置时公式有以下形式：,顶注式,P,0,，则,底注式,P,C,，则,中间注入式,则，,（,3,）平均静压头,H,P,的确定,式中,H,m,最小剩余压力头,L,1,自直浇道中心线到铸件最高、最远点的水平距离,a,保险压力角，,直浇道的剩余压力角应大于,表,7-14,（,4,）最小剩余压头,H,m,的确定,浇注铸型的最小剩余压头,H,m,保证铸型充满，获得结构完整的铸件，铸件最高点到浇口杯液面高度必须有一个最小剩余压头。,计算公式,表,7-14,2.,浇注系统其他各组元的截面积,求得阻流组元的截面积后，根据合金和铸件的特点，参照,表,选定浇注系统各组元比例关系的类型，确定其比例值，即可得出其他组元的截面积，然后再按选定的形状确定尺寸。,类型,F,内：,F,横：,F,直,应用范围及说明,封,闭,式,1:1.5:2,1:1.2:1.4,1:1.1:1.15,1:1.06:1.11,大型灰铸铁件,中、大型灰铸铁件,中、小型灰铸铁件,薄壁灰铸铁件,1:1.2;1.4,一般球墨铸铁件,1:1.1:1.5,1:1.3,可锻铸铁件,可锻铸铁件（横浇道直接联接侧冒口）,1:,（,1.1,1.3,）,:,（,1.2,1.6,）,1:1.1,铸钢件（转包浇注）,铸钢件（底包浇注）,半,封,闭,式,1:1.4:1.2,1:1.5:1.1,1:,（,1.3,1.5,）,:,（,1.1,1.2,）,重型机械铸铁件,铸铁件表面干型,中、小型铸铁件,0.8:,（,1.2,1.5,）,:1,球墨铸铁薄壁小件,1:,（,1.5,2.0,）,:1.2,锡青铜阀体，内浇道处设有暗冒口,开,放,式,（,1.5,4,）,:,（,2,4,）,:1,球墨铸铁薄壁铸件,（,1.2,3,）,:,（,1.2,2,）,:1,注,复杂的中、大型锡青铜件，内浇道处不设暗冒口,（,1,。,5,2,）：,1.2:1,注,（,3,10,）：,1.2:1,中、大型无锡青铜及黄铜件,复杂的大型无锡青铜及黄铜件,（,2,4,）,:,（,2,3,）,:1,（,1,1.5,）,:,（,1.5,3,）,:1,大、中型铝合金件,小型铝合金件,浇注系统各组元比例关系,一般内浇道（阻流组元）的最小截面积为,0.4,0.5cm,直浇道的直径一般在,15,100mm,范围内,砂型铸造中,树脂砂型浇注系统总截面积比粘土砂型大,50,左右,当采用封闭式浇注系统时，浇道截面比例可取,S,内：,S,横：,S,直,1 : 1.25 : 1.25,直浇道后如设过滤网，则网孔截面积,S,滤的比值取,0.9,二、用浇注比速计算浇注系统的尺寸,对封闭式浇注系统，浇注比速,单位时间内通过单位阻流断面积的金属液，其阻流断面积计算式为,式中,t,浇注时间（,s,）；,m,浇经阻流断面的金属液总重量（,kg,）；,L,金属流动系数。对灰铸铁取,1.0,K,浇注比速，主要取决于铸件的相对密度,Kv,，且,Kv=m/V,，,V,铸件轮廓体积，,参见图,7-41.,平板壁厚,10,10-15,15-25,25-30,浇注比速,0.6,0.7,0.8,0.9,K,与壁厚的关系,铸件壁厚,40,S,1.0,1.3,1.5,1.7,s,与壁厚的关系,浇注时间用经验公式确定,m,浇经阻流断面的金属液总重量（,kg,）；,S,系数，取决于壁厚,三、用图表法确定浇注系统尺寸,生产中采用图表法确定浇注系统尺寸，使用直观、方便。,1,、索伯列夫图表,适用于一般大、中型铸铁件的湿型铸造，用于干型时，可将查到的阻流断面面积减少,15%-20%,。,索别列夫图表使用方法,由铸件重量坐标向上引直线交于铸件主要壁厚的斜线，,然后向左作水平线与已知平均压力头的斜线相交，,再从交点向下引直线进入铸型阻力的框图内，按铸型阻力的大小确定浇注系统的内浇道的断面积，,再按比例确定其它组元的断面积,。,例如对重量为,1000Kg,，主要壁,厚为,15mm,，平,均压力头为,60cm,的铸件，在铸型,阻力为大、中和,小三种情况，其,内浇道的总断面,积分别为,22.5,、,19.5,和,15cm,2,。,2,、经验数据确定浇注系统阻流断面积,表,7-17,第五节 阶梯式浇注系统的计算,计算原理及步骤：,先封闭后开放,形式,多直浇道：同一般浇注系统，但要精确计算每层注入量。,其它：（控制组元比例、缓冲直浇道）,实现分层注入的条件,a,各层分直浇道呈非充满状态,b,分直浇道中液态金属自由液面以下的有效压头,应小于两层内浇道之间的距离。,阶梯式浇注系统的常用结构如图所示。,它,以主直浇道下端为阻流,断面（,A-A,）,，其上的封,闭段由浇口杯和主直浇道,组成，,主直浇道以下完全,开放。,这样，浇口杯和主,直浇道为充满状态的正压,流动，既有利于浇口杯挡,渣，又能可靠地,实现分层,引注，,而且造型工作也不,复杂。,阶梯式浇注系统的计算方法和步骤如下：,内浇道层数取决于铸件的高度：,600-1400mm,，一般采用两层内浇道；,上层内浇道距顶面、下层内浇道,距底面均为,200-300mm,；,层间距为,600-1200mm,；,实现分层引注的条件：,1,）联接各层内浇道的分配直浇道,中的金属液必须呈非充满状态；,2,）分配直浇道中自由液面以下的,有效压头,h,有效,必须小于相邻两层内浇道之间的距离,H,0,1,、阻流截面的计算,浇注系统的断面就是金属液流的断面。则流经,A-A,断面的金属液流速度,v,若铸件低于阻流截面,A-A,，,则充型期间,v,不变，故,由此,若铸件高于,A-A,阻流截面,则,137,其中，计算平均压头,3,、每层内浇道的总截面积,当浇注稳定时，假设通过阻流截面的流量,Q,1,等于,通过低层内浇道的流量,Q2,，故,2,、分配直浇道截面积,分配直浇道截面积等于,1-2,倍阻流截面积,h,有效,越小，越容易保证,H,0,h,有效,，而不致于出现相邻两层同时进水的情况。,但是,h,有效,越小，,F,内（底层）,越大，越容易造成底层过热，影响方向性凝固。,为使铸件上部有较高的温度，,h,有效,=KH,0,，,K=0.25-0.5,因此,:,根据顺序凝固的高低，可选取,F,内（上层）,=,（,1-2,）,F,内（底层）,。,第六节 垂直分型浇注系统的计算,垂直分型无箱造型的特点,造型、浇注、冷却过程分型面呈垂直状态。,一型多铸，底部铸件充型压力比顶部高几倍。,形式,底部开放式,恒压等流量：充满式，以内浇道为阻流，每层铸件内浇道保持充型时的恒压且流量相等，各层型腔同时充满。,一、计算原理,计算：,每个铸件内浇道的截面积：,式中：,一个铸件的质量,充填一个型腔的时间,H,p,每个铸件的平均计算压头，简化处,理，可用浇口杯上液面到内浇道中,心的距离,H,0,代替。,诺谟图的用法：由上式计算。,2,、设计要点,保持以内浇道为阻流的强封闭式浇注系统,严格控制浇注时间。,如表,7-18,小的薄壁件可以浇注系统做冒口进行补缩。,143,铸钢件浇注系统的特点,熔点高，浇注温度高，钢液对砂型的热作用大，且冷速大，钢液流动性差，因此要求用较短的试件以较高的流速浇注。,第七节 其它合金铸件浇注系统的特点,易氧化，应避免流股分散、激溅和涡流，保证钢液平稳地充满砂型,体收缩大，易产生缩孔、 缩松，需按顺序凝固的原则设计浇注系统，并用冒口补缩,线收缩大，收缩时内应力大，产生热裂，变形的倾向也大，顾浇冒口设计应尽量减少对铸件收缩的阻碍。,1,、铸钢件浇注系统,2,、铸钢件浇注系统的设计原则,内浇道的位置应尽量缩短钢液在铸型内流动的路程，以避免铸件产生冷隔等缺陷,形状复杂的薄壁铸件的内浇道