第三章澆注系統(tǒng)的設(shè)計與計算zd

第一節(jié)澆注系統(tǒng)一、澆注系統(tǒng)的組元澆口杯：接納、引入金屬直澆道：引入金屬，形成壓頭橫澆道：引入金屬，阻撇熔渣內(nèi)澆道：引入金屬，調(diào)控溫度場

澆注系統(tǒng)設(shè)計正確與否關(guān)系到鑄件的成敗，是鑄造生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)第三章澆注系統(tǒng)的設(shè)計與計算

二、對澆注系統(tǒng)的要求

足夠的澆注速度，流動平穩(wěn)，滿足一定時間內(nèi)充滿型腔；防止沖砂，避免鑄件出現(xiàn)夾砂、冷隔等缺陷；防止旋渦，避免吸氣或金屬過度氧化；內(nèi)澆道的位置和數(shù)量符合鑄件所需凝固或補(bǔ)縮原則；結(jié)構(gòu)合理，造型簡單；澆注系統(tǒng)本身消耗金屬少。合金液在充型過程中，從不同方向充入鑄型的合金液在其匯合處還沒有融合之前已發(fā)生凝固，從而在鑄件中形成的縫隙。三、澆注系統(tǒng)的類型

1.頂注式

圖中：

a)普通式b)楔形式

c)壓邊式d)雨淋式

e)搭邊式

（一）按內(nèi)澆道在鑄件上的位置分

壓頭大，流動阻力小，能夠減少澆不足、冷隔缺陷；溫度分布上高下低，鑄件補(bǔ)縮效果好

對型腔底部沖擊力大，易激濺、氧化、卷入空氣，可造成砂眼、鐵豆、氣孔、氧化夾渣等缺陷。頂注式的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

充型平穩(wěn)。橫澆道、內(nèi)澆道充滿時利于擋渣；能夠減少金屬氧化。缺點(diǎn)：溫度分布下高上低，鑄件補(bǔ)縮效果不好；內(nèi)澆道附近易于過熱，易發(fā)生縮松和晶粒粗大等缺陷；鑄件頂部、邊遠(yuǎn)處容易形成澆不到，冷隔等缺陷。應(yīng)用：

主要用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的各種黑色金屬鑄件和易氧化的有色合金鑄件。底注式的優(yōu)缺點(diǎn)汽缸頭中間澆注綜合有頂注式和底注式的優(yōu)缺點(diǎn)；內(nèi)澆道、橫澆道設(shè)在分型面上，造型方便。中間澆注應(yīng)用廣泛

兼有底注式和頂注式的優(yōu)點(diǎn)，充型平穩(wěn)。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計和計算較難。用于高度大的中、大型鑄件。階梯式或縫隙式用于垂直分型無箱擠壓造型或金屬型鑄造，階梯式的優(yōu)缺點(diǎn)1、封閉式澆注系統(tǒng)

∑Ａ內(nèi)<∑Ａ橫<Ａ直一般為∑Ａ內(nèi)：∑Ａ橫：Ａ直＝1：1.1：1.15特點(diǎn)：

擋渣力強(qiáng)，金屬消耗少，易清理；充型流速高，易噴射沖砂；用于不易氧化的金屬。

（二）按澆注系統(tǒng)各組元截面積的比例關(guān)系分

２、開放式澆注系統(tǒng)∑Ａ內(nèi)>∑Ａ橫>Ａ直

開放式澆注系統(tǒng)初期各組元不可能全充滿，撇渣能力較差，充形流速不高；沖刷力小，受氧化的程度輕。用于易氧化的有色合金鑄件、球鐵鑄件。對于鋁、鎂合金，常用開放式澆注系統(tǒng)。各組元截面積比可參考應(yīng)用：

Ａ直：∑Ａ橫：∑Ａ內(nèi)=1：2：4四澆注系統(tǒng)組元設(shè)計中的創(chuàng)新思維1、澆口杯中加過濾網(wǎng)，澆口盆中采用擋渣措施。2、直澆道底部開設(shè)半球形或圓臺形窩坑，稱為直澆道窩。對鑄鋼，要用耐火磚。

3、提升橫澆道的撇渣效果

前過濾阻流式緩流式離心集渣式輕合金澆注系統(tǒng)中安裝過濾網(wǎng)4、內(nèi)澆道的設(shè)計1）內(nèi)澆道的作用：

控制液態(tài)金屬充型速度和流動方向、溫度分布和凝固順序。2）形狀：扁平梯形、月牙形和三角形。3）位置的選擇：

依據(jù)鑄件所需凝固方式和流動特性考慮。同時凝固：對于壁厚均勻的鑄件，擬采用多個內(nèi)澆道分散引入；對于不均勻的鑄件，則從薄壁處引入。順序凝固：從厚壁處引入金屬液。5、確定內(nèi)澆道位置的幾個具體問題結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件，壁厚差別大的補(bǔ)縮區(qū)域則按順序凝固從厚處引入；整個鑄件按同時凝固方式采用多個內(nèi)澆道充型。要求各內(nèi)澆道的流量分布合理。液流順壁流入，不沖刷型壁、型芯和鑄型凸出部分。避開鑄件重要部位，防止晶粒粗大。造型、清理操作方便，不阻礙鑄件收縮。7．如何應(yīng)用奧贊(Osann)公式計算阻流截面積？如何確定或計算式中各個工藝參數(shù)？8．一鑄鐵件重5噸，平均壁厚為30毫米，試求澆注時間？若為鑄鋼件，其澆注時間應(yīng)為多少？第三節(jié)冒口、冷鐵與鑄肋１、冒口的作用：補(bǔ)縮、排氣、集渣冒口種類普通冒口頂冒口、暗冒口側(cè)冒口

特種冒口大氣壓力冒口發(fā)熱冒口保溫冒口鑄鐵件的實用冒口澆注系統(tǒng)當(dāng)冒口控制壓力冒口２、冒口種類一概述球形

圓柱形（帶斜度）

球頂圓柱形

腰圓柱形

暗腰圓柱形４、冒口形式a）鑄鋼件明邊冒口b）鑄鐵件暗邊冒口３、冒口形狀

５、冒口位置

1、鑄件熱節(jié)上方或側(cè)旁；2、鑄件最高最厚部位；3、一個冒口同時補(bǔ)縮幾個鑄件；4、不選應(yīng)力集中部位，重要的受力大的部位希望放在加工面上；5、用冷鐵隔開冒口的補(bǔ)縮范圍。

二

鑄鋼件冒口的設(shè)計與計算冒口必須提供足夠的金屬液，補(bǔ)償鑄件凝固的體收縮,條件應(yīng)有：即Vr=Vcε/(η-ε)

式中：Vr—冒口體積；Vc—鑄件體積；

Ve—型壁移動所擴(kuò)大的體積；ε—體收縮率；

η—冒口補(bǔ)縮效率。≤

常用合金的體收縮率ε

冒口種類或工藝措施η（%）圓柱或腰園柱形冒口球形冒口補(bǔ)澆冒口時澆口通過冒口時發(fā)熱保溫冒口大氣壓力冒口12～1515～2015～2030～3530～5015～20冒口的補(bǔ)縮效率η鑄件材質(zhì)ε（%）中碳鋼wc=1%鋼灰鑄鐵白口鑄鐵純鋁純銅2.5～3.04.01.9～膨脹4.0～5.56.64.92（四）鑄件工藝出品率的校核

鑄件工藝出品率是鑄造生產(chǎn)中的一項重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，表示得到一件鑄件產(chǎn)品究竟需要消耗多少金屬液。實際上：澆注系統(tǒng)質(zhì)量約占鑄件質(zhì)量的3％～6％。在鑄鋼生產(chǎn)中，澆、冒口消耗鋼液較多，鑄件工藝出品率一般只有50％～70％。

鑄鐵在凝固過程中，石墨化伴隨有體積膨脹，可部分或全部抵消凝固期所發(fā)生的體積收縮，具有“自補(bǔ)縮能力”，據(jù)此，對鑄鐵件可以不設(shè)置冒口或減小冒口尺寸。（一）鑄鐵件的均衡凝固技術(shù)

鑄鐵件的均衡凝固技術(shù)就是利用鑄件凝固收縮與石墨化膨脹在一定時間內(nèi)按比例均衡進(jìn)行的有限順序凝固。

圖中：

ABC—總收縮ADC—石墨結(jié)晶膨脹值A(chǔ)B，P—凈（表觀）收縮P—均衡點(diǎn)鑄鐵件的體積收縮和石墨結(jié)晶膨脹值疊加原理示意圖三鑄鐵件實用冒口的設(shè)計（二）鑄鐵件實用冒口設(shè)計理念鑄鐵件實用冒口的設(shè)計原理

在于合理地應(yīng)用鑄鐵件的均衡凝固技術(shù)。鑄鐵件實用冒口的設(shè)計思路1）冒口只補(bǔ)充鑄件的液態(tài)（一次）收縮，讓鑄鐵冒口和冒口頸先于鑄件凝固，然后依靠部分或全部的石墨結(jié)晶膨脹在鑄件內(nèi)部建立壓力，實現(xiàn)凝固階段的自補(bǔ)縮。

板件：QT450-5，3070kg，Mc=11.52）要求鑄型緊實度較高，剛性好，能夠迫使金屬液體在石墨膨脹壓力作用下流向縮孔、縮松處。否則，鑄件在冒口先行凝固后，內(nèi)部會產(chǎn)生一定的真空度，降低自補(bǔ)縮能力。四

冷鐵和鑄肋

冷鐵是用來增加鑄件局部冷卻速度，減小熱節(jié)縮孔等缺陷的一項常用工藝措施。冷鐵分為內(nèi)冷鐵和外冷鐵兩類。

1、外冷鐵外冷鐵又分為直接外冷鐵和間接外冷鐵。直接外冷鐵與鑄件表面直接接觸；間接外冷鐵同被激冷鑄件間有10～15mm厚的砂層相隔離，以防鑄鐵局部產(chǎn)生白口。

直接外冷鐵間接外冷鐵當(dāng)鑄鐵中，碳本應(yīng)以石墨形式析出，卻以碳化物形式析出。斷口表現(xiàn)出本來是灰口，變成了白口。鑄鐵冷速快或成份控制不當(dāng)容易形成白口。序適用條件外冷鐵厚度序適用條件外冷鐵厚度123灰鐵件球鐵件可鍛鑄鐵

（0.25～0.5）T

（0.3～0.8）T

1.0T456鑄鋼件銅合金輕合金（0.25～0.5）T鑄鐵材料：（1.0～2.0）T鋼質(zhì)材料（0.6～1.0）T（0.8～1.0）T外冷鐵厚度2、內(nèi)冷鐵內(nèi)冷鐵的激冷作用比外冷鐵強(qiáng)，能有效防止厚壁鑄件中心部位縮松、偏析等缺陷。主要應(yīng)用于厚大件。長圓柱體插入釘子螺旋柱體短圓柱體3、鑄肋

鑄肋又稱為工藝?yán)撸譃楦罾吆屠邇深?。割肋用于防止鑄件熱裂；拉肋用于防止鑄件變形。