铸造浇注系统设计.ppt
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第七章第七章浇注系统设计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。
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。
点为浇注系统选择原则的灵活应用。
概概述述浇注系统:
浇注系统:
铸型中液态金属流入型腔的通道之总称铸型中液态金属流入型腔的通道之总称组成:
组成:
浇口杯、直浇道、直浇道窝、横浇道、内浇道浇口杯、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,铸件废品中的腔,对铸件品质影响很大,铸件废品中的30%30%是因浇注是因浇注系统不当引起。
系统不当引起。
浇注系统的组成浇注系统的组成浇注系统设计原则浇注系统设计原则l使液态合金使液态合金平稳充满铸型平稳充满铸型,不冲击型壁和型芯,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,的空气和其他气体排出型外,防止金属液过度氧防止金属液过度氧化及产生砂眼、冷豆、气孔。
化及产生砂眼、冷豆、气孔。
l阻挡夹杂物进入型腔阻挡夹杂物进入型腔,以免在铸件上形成渣孔。
,以免在铸件上形成渣孔。
l调节铸型及铸件各部分温差,调节铸型及铸件各部分温差,控制铸件的凝固顺序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。
不阻碍铸件的收缩,减少铸件的变形和开裂倾向。
l合金液流合金液流不应冲刷冷铁和芯撑不应冲刷冷铁和芯撑。
防止冷铁的激冷效。
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,造成铸件壁厚变化成铸件壁厚变化浇注系统设计原则浇注系统设计原则l浇注系统尽可能结构简单紧凑浇注系统尽可能结构简单紧凑,占砂箱面积小,体,占砂箱面积小,体积小,积小,有利于减少冒口体积有利于减少冒口体积,节约合金和型砂,提,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高砂箱利用率,方便造型、清理和浇注系统模样的制造制造l使液态合金以最短的距离,最合适的时间充满型腔,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;的上升速度等,以确保铸件的质量;l起一定的补缩作用,起一定的补缩作用,在内浇道凝固前补给部分液在内浇道凝固前补给部分液态收缩态收缩浇注系统的设计内容与步骤浇注系统的设计内容与步骤选择浇注系统的类型和结构;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;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,确定直浇道的高度浇道的高度(如有浇口杯则从杯中液面高度算起)(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;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,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。
直到合理并保证质量为止。
第一节第一节液态金属在浇注系统的流动液态金属在浇注系统的流动l型壁的多孔性、透气性和合金液的不相润湿性,给合金液的型壁的多孔性、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运动以特殊边界条件l在充型过程中,合金液和铸型之间有着激烈的热作用、机在充型过程中,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械作用和化学作用;合金液冲刷型壁,粘度增大,体积收合金液冲刷型壁,粘度增大,体积收缩,吸收气体、使金属氧化等;缩,吸收气体、使金属氧化等;l浇注过程是不稳定流动过程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,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充型的有效压力头渐渐变小型腔内气体的压力并非恒定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一、砂型流动的水力学特点l合金液在浇注系统中一般呈合金液在浇注系统中一般呈湍流湍流状态状态l多相流动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金液属于多相流动一、砂型流动的水力学特点一、砂型流动的水力学特点浇口杯作用:
浇口杯作用:
l用来承受来自浇包的金属液流并引入直浇道,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;防止过浇而溢出;l避免流股直冲直浇道,减少液流对铸型的冲击避免流股直冲直浇道,减少液流对铸型的冲击l有一定的挡渣作用;有一定的挡渣作用;l当砂箱高度低、压头不够时,又可用以增加金当砂箱高度低、压头不够时,又可用以增加金属液的静压头。
属液的静压头。
二、浇口杯中的流动二、浇口杯中的流动浇口杯分类:
浇口杯分类:
漏斗形浇口杯、池盆形浇口杯漏斗形浇口杯、池盆形浇口杯二、浇口杯中的流动二、浇口杯中的流动漏斗形浇口杯漏斗形浇口杯特点:
特点:
结构简单,制作方便,容积小,消耗金属液少;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,只能用来接纳和缓冲浇注的金属流股,挡渣能力小挡渣能力小;应用:
应用:
主要用在小型铸铁件及铸钢件,广泛用于机器造主要用在小型铸铁件及铸钢件,广泛用于机器造型。
型。
结构:
结构:
漏斗口的直径应该比直浇道大一倍以上。
漏斗口的直径应该比直浇道大一倍以上。
可用带可用带滤网的漏斗形浇口杯。
滤网的漏斗形浇口杯。
池盆形浇口杯池盆形浇口杯特点:
特点:
挡渣作用明显,但是制作程序复杂,消耗挡渣作用明显,但是制作程序复杂,消耗的金属较多的金属较多应用:
应用:
主要用于中大型铸铁件。
主要用于中大型铸铁件。
结构:
结构:
浇口盆浇口盆的深度应该大的深度应该大于直浇道上端于直浇道上端直径的直径的55倍。
倍。
浇口杯中应避免出现水平涡流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液态金属在平底的浇口杯中流动流动时易出现水平涡流。
时易出现水平涡流。
流量分布不均匀造成流速方流量分布不均匀造成流速方向偏向偏斜。
水平分速度对直浇斜。
水平分速度对直浇道中心线道中心线偏斜,形成水平涡偏斜,形成水平涡流运动。
流运动。
在涡在涡流中心区形成流中心区形成一个漏斗形充满空一个漏斗形充满空气的等压气的等压自由液面的空穴。
容易自由液面的空穴。
容易将空将空气和渣子带入直浇道。
气和渣子带入直浇道。
原因:
原因:
水平各向流量不均水平各向流量不均衡造成流速方向的偏斜。
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,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:
浇口杯内液态金属应满足动量矩守衡:
Mvr=Mvr=常量常量式中:
式中:
MM距离直浇道中心为距离直浇道中心为rr处的质点的质量处的质点的质量vMvM点的切线速度点的切线速度rMrM点距离直浇道中心的距离。
点距离直浇道中心的距离。
漏斗形等压自由液面的形成:
漏斗形等压自由液面的形成:
一旦出现水平旋涡,一旦出现水平旋涡,越靠近中心,越靠近中心,MM质点的离心加速度越高,重力加速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逐步由水平过度到垂直,形成中空的大气压力表面。
面。
对铸件质量的影响:
对铸件质量的影响:
卷气、渣沿等压面进入型腔。
卷气、渣沿等压面进入型腔。
影响水平旋涡的因素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。
平旋涡。
而水平分速度的大小又与以下因素有关:
而水平分速度的大小又与以下因素有关:
aa浇口杯内液面的深度:
浇口杯内液面的深度:
液面深度超过直浇道上端直液面深度超过直浇道上端直径的径的55倍时可基本消除水平旋涡。
倍时可基本消除水平旋涡。
bb浇注高度:
浇注高度:
浇包嘴离浇口杯越高,越容易产生水平浇包嘴离浇口杯越高,越容易产生水平旋涡。
旋涡。
cc浇注方向:
逆向浇注较顺向浇注为佳。
浇注方向:
逆向浇注较顺向浇注为佳。
纵向逆浇不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。
入直浇道形成水平涡流。
图图底坎和浇注方向对液流流向的影响底坎和浇注方向对液流流向的影响a)a)纵向逆浇纵向逆浇b)b)纵向顺浇纵向顺浇c)c)侧向浇注侧向浇注纵向顺浇方便浇注工作纵向顺浇方便浇注工作,不易产生垂直涡流不易产生垂直涡流,轻轻质点夹杂物进入直浇道的可能性大;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纵向逆浇易形成垂直涡流,有助于夹杂物上浮有助于夹杂物上浮。
侧向浇注侧向浇注形成垂直涡流的可能介于上述两者之间,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。
液流从一侧流向直浇道,易形成水平涡流。
图图底坎和浇注方向对液流流向的影响底坎和浇注方向对液流流向的影响a)a)纵向逆浇纵向逆浇b)b)纵向顺浇纵向顺浇c)c)侧向浇注侧向浇注生产中减轻水平旋涡的措施生产中减轻水平旋涡的措施aa用大深度浇口杯用大深度浇口杯bb浇口杯底部安放筛网等浇口杯底部安放筛网等cc在浇口杯底部设置堤坝,形成垂直旋涡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:
垂直旋涡的挡渣作用:
金属液沿斜壁流下,由金属液沿斜壁流下,由于流速的减低和流向的于流速的减低和流向的改变,形成垂直方向的改变,形成垂直方向的旋流。
旋流。
在池形浇口杯中在池形浇口杯中增设隔板增设隔板和在浇口杯出口处又有和在浇口杯出口处又有底坎底坎,就能把浇包落入浇口杯中流股的紊乱搅拌,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。
向,形成使轻质点杂质上浮的流向。
a)合理b)不合理dd用拔塞等方法,使浇口杯内液面达到一定深度时用拔塞等方法,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,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。
浇口杯的液面高度。
浇口杯的结构设计浇口杯的结构设计1)1)浇浇口口杯杯中中金金属属液液面面的的高高度度:
H5dH5d直直上上,而而且且浇浇口口杯与直浇道要采用杯与直浇道要采用圆角连接圆角连接,r0.25dr0.25d直上直上;2)2)采用纵向逆浇,设置底坎、挡板和闸门等;采用纵向逆浇,设置底坎、挡板和闸门等;3)3)采采用用特特殊殊结结构构的的浇浇口口杯杯:
拔拔塞塞式式、浮浮塞塞式式、铁铁隔隔片式、闸门式片式、闸
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