铸造工艺学-浇口设计.ppt

铸造工艺学浇注系统设计浇注系统：铸型中液态金属流入型腔的通道。组成：浇口杯（又称外浇口）、直浇道、横浇道、内浇道等。浇注基本要求：（1）内浇道设置符合铸件凝固原则和补缩方法；（2）在规定的浇注时间内充满型腔；（3）提供必要的充型压头保证铸件轮廓、棱角清晰；（4）使金属液流动平稳防止紊流、卷气、金属氧化；（5）具有良好的阻渣能力；（6）金属液进入时速度不可过高避免飞溅、冲刷；（7）保证金属液面有足够的上升速度避免夹砂结疤、浇不足；（8）不破坏冷铁、芯撑的作用；（9）金属消耗量小并容易清理；（10）减少砂型体积造型、制模简单。1流体力学原理（1）帕斯卡（Pascal）定律在一个静止而且相互连通的容器中在一给定的水平面上各点的压力是相等的；等于该给定的水平面到液体顶部的垂直距离乘以液体的密度加上外部压力。P=Pα+ρg·h（2）伯努利（E.Bernoulli）方程（能量守衡定律）在封闭系统中移动的流体由三种不同的能量组成：位能：用位于距离基准面以上h处的单位体积的流体来表示（基准面位置任选）。EP=h（m）压能：作用在单位体积流体上的压力来表示。EP=p/ρ（m）p质量压力（kg/m2）ρ金属密度（kg/m3）动能：用单位体积的流体以速度v移动时的动量来表示。EK=v2/2g定理：在一封闭系统中单位质量流体所携带的总能量是不变的但其位能、压能、动能可以互换。h1+p1/γ+V12/2g=h2+p2/γ+v22/2g伯努利方程（3）托里拆利（Torricelli）定理是伯努利方程的一种特殊应用。在一个流体高度h不变的容器里在i=0的水平面处有一孔口应用伯努利方程(i=h):(v=0为大气压力)(h=0):得：这是设计浇注系统最重要的根据之一。（4）连续流动定律单位时间内流经任一给定断面的系统时流体的体积是常量。因此流速随着横截面积减少而增大。A1v1=A2v2（5）雷诺（Reynold）数Re=Dvρ/η。Re>2320为紊流。（2）充型伴随着热作用、机械和化学作用。（3）浇注过程是不稳定流动。（4）合金液在浇注系统中呈紊流状态。（5）多相流动。固相杂质、气相夹杂。1浇口杯的作用（1）承接来自浇包的金属液防止飞溅和溢出便于浇注（2）减轻对直浇道底部和侧壁、型腔的冲击。（3）分离渣及气泡防止其进入型腔。（4）增加充型压头。2结构形式漏斗形（bush）:挡渣效果差结构简单。盆(池）形（basin）：挡渣效果好结构复杂操作相对复杂。水平涡流水平旋涡是危害浇口杯全面发挥功能的重要原因。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vM点的切线速度rM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水平旋涡使气体、渣等沿等压面进入型腔。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口直径的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。生产中减轻水平旋涡的措施a用大深度浇口杯；b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；c浇口杯底部安放筛网砂芯等；d在浇口杯底部设置堤坝形成垂直旋涡。2）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。1直浇道的功用（1）引导金属进入横浇道、内浇道或型腔。（2）提供足够的压头。真空吸气理论：等截面直浇道附近型砂中的气体会被吸入液流溶于液态金属中的气体也会因压力降低而析出。（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