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材料成型浇注系统

2020-09-25 来源:乌哈旅游


浇注系统是为填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道。常用的浇注系统大多由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道等部分组成。除导入液态合金这一基本作用外,浇注系统还能实现其它的一些作用,其作用如下:

(1)使液态合金平稳充满砂型,不冲击型壁和砂芯,不产生激溅和涡流,不卷入气体,并顺利地让型腔内的空气和其它气体排出型外,以防止金属过渡氧化及生产砂眼、铁豆、气孔等缺陷。

(2)阻挡夹杂物进入型腔,以免在铸件上形成渣孔。

(3)调节砂型及铸件上各部分温差,控制铸件的凝固顺序,不阻碍铸件的收缩,减少铸件变形和开裂等缺陷。

(4)起一定的补缩作用,一般是在内浇道凝固前补给部分液态收缩。

(5)让液态合金以最短的距离,最合宜的时间充满型腔,并有合适的型内液面上升速度,得到轮廓完整清晰的铸件。

(6)充型流股不要对正冷铁和芯撑,防止降低外冷铁的激冷效果及表面熔化,不使芯撑过早软化和熔化,而造成铸件壁厚变化。

(7)在保证铸件质量的前提下,浇注系统要有利于减小冒口体积,结构要简单,在砂型中占据的面积和体积要小,以方便工人操作、清除和浇注系统模样的制造,节约金属液和型砂的消耗量,提高砂型有效面积的利用。

一、浇注系统各组成部分与作用:

(1)浇口杯:浇口杯又称外浇口,其作用是承接来自浇包的金属液,减轻金属液对铸型的冲击,阻止熔渣、杂物、气泡等进入直浇道,增加金属液的充型压力等。常用浇口杯有呈漏斗形和池形(浇口盆),漏斗形浇口杯可单独制造或直接在铸型内形成,成为直浇道顶部的扩大部分;它结构简单,体积小,可节约金属,但阻渣能力较差,它常用于中、小型铸件,在机器造型中广泛采用。对大、中型铸件,特别是铸铁件,常采用浇口盆,它具有较好的阻渣效果,浇口盆是与直浇道顶端连接,用以承接导入熔融金属的容器。在浇口盆出口处常放置有浇口塞,当浇口盆充满金属后,塞子升起即开始浇注。

(2)直浇道:浇注系统中的垂直通道,它通常带有一定的锥度。对黑色金属,直浇道应做成上大下小的锥体,锥度一般为1:20,其底部常比横浇道的底部稍低并呈球形。直浇道底部的凹坑和扩大部分亦称为直浇道窝。(它可储存最初进入的金属液,对后面的金属液起缓冲作用,并适当引导液流向上,有助于杂质和气泡上浮至横浇道顶部,增强横浇道的撇渣功能。)

(3)横浇道:是连接直浇道和内浇道的中间组元。横浇道的作用是分配金属液和挡渣。

常开在上型的分型面以上,截面多呈上小下大的梯形。对形状简单的小铸件可以省略横浇道。

(4)内浇道:浇注系统中,引导液态金属直接进入型腔的部分。内浇道的作用是控制金属液流入型腔的速度和方向,调节铸件各部分的温度分布和控制铸件的凝固顺序。在某种情况下,也有一定的补缩作用。内浇道应与横浇道相接而低于横浇道(即内浇道常开在下型的分型面以下),其截面多呈上大下小的扁梯形。内浇道不要开在横浇道的尾端,应与之有15-40mm的距离。内浇道的长度对小件可选20-30mm,截面大时可选长些。

二、浇注系统的类型、特点及应用

(1)浇注系统按各组成元截面积比分类:

a、封闭式浇注系统

控流截面在内浇道;浇注开始后,金属液容易充满浇注系统,呈有压流动状态;挡渣能力较强,但充型速度较快,冲刷力大,易产生喷溅,金属液易氧化;适用于湿型铸铁小件及其干型中、大件;树脂砂型大、中、小件均可采用。

b、开放式浇注系统

控流截面在直浇道,内、横浇道往往是充不满的,呈无压流动状态,流速小而平稳,冲刷力小,但挡渣差;适用于铸钢件和非铁合金铸件。在球墨铸铁件中常有采用,灰铸铁件中也有应用。

c、半封闭式浇注系统

控流截面在内浇道;横浇道面积最大。浇注中,浇注系统能充满,但较封闭式晚。流速较封闭式慢,有一定挡渣能力,充型较平稳;广泛用于灰铸铁件、球墨铸铁件。铝合金及镁合金铸件也有应用。

d、封闭-开放式浇注系统

控流截面在横浇道中,控流截面之前封闭,其后开放,既利于挡渣,又充型平稳,兼有封闭与开放式浇道的优点;多用于铸铁件和铝合金铸件。特别是在模板造型及一型多件时广泛应用。

(2)浇注系统按内浇道在铸件上的位置分类:

a、顶注式浇注系统

以铸件的浇注位置为基准,内浇道设在铸件的顶部,称为顶注式浇注系统。金属液自下而上地充满型腔,利于实现顺序凝固和冒口的补缩,冒口尺寸可较小;易于充满铸型,减少薄壁铸件的浇不足、冷隔缺陷;结构简单,容易清除,消耗金属较少。但对型腔的冲击力较大,易产生飞溅、氧化、卷气等现象。因而铸件较易出现砂眼、气孔,铁豆和氧化等缺陷。它适用于重量不大、高度不高、形状简单的中、小铸件。

b、底注式浇注系统

与顶注式相反,金属液是从铸件的底部注入型腔,因而液面上升平稳,对型腔、砂芯的冲击力小,利于型腔内气体的排出,整个浇注系统较快充型,利于阻渣。但金属液长时间流经型腔底部,使该处温度高而上部低,进入冒口的金属液温度低,不利于补缩,而且底部容易局部过热而引起缩孔、缩松和晶粒粗大等缺陷。

c、中间注入式浇注系统

该浇注系统的内浇道设在铸件中间某一高度的分型面处,它兼有顶注和底注的部分优缺点。适用于中等重量的、高度不太高的、中等壁厚的中、小型铸件。

d、阶梯式浇注系统

其内浇道分为多层并开设在铸件的不同高度上。金属液首先由最底层的内浇道充型,随着型内液面的上升,自下而上顺序地逐层进入型腔。它能防止浇注初期中、上层注入金属液,实现充型平稳,排气顺利,型内温度较均匀和利于冒口补缩的目的。

三、浇注系统的计算:

1、内浇道最小截面积的计算:运用水力学原理导出用转包浇注铸件的内浇道的最小控流截面积F的计算式为:

式中 G--留经内浇道的金属液重量;

μ--浇注系统的流量损耗因素;

Hp--平均静压力头高度。

式中,G值可通过计算或称量得到(一般为铸件质量的1.3倍);μ、t 、Hp均为待定值,将通过讨论确定其值:

(1)μ值的确定:μ值与浇注系统的结构、浇注方式、砂型情况及合金特性有关。在填充过程中,该值是不稳定的,理论计算烦琐,也不准确,所以以实验方法或依据经验确定。具体数值见表。

(2)t值的确定:计算浇注时间是为了使金属液在预定时间内充满砂型。每个铸件都有一个适合的浇注速度。浇注时间太长,型腔上表面长时间受高温烘烤,会产生开裂、脱落,致使铸件夹砂、粘砂和结疤,还可能使铸件产生冷隔等铸造缺陷。浇注时间太短,可能使型腔中气体没有足够时间溢出,在浇注刚结束时,产生过大的液体动压力,而引起胀型、抬型和跑火,也可能引起铸件产生气孔。浇注时间的长短,对铸件质量有重大的影响。确定合适的浇注时间,尚无完善的计算公式,生产中常用经验计算式来确定浇注时间。

对于浇注重量小于450kg。且形状复杂的铸铁件,其浇注时间可按下式计算:

L

式中 GL--浇注重量,计算时可按工艺出品率估算(见表3-71)

S--系数,决定于铸件厚度,由表2-6查得。

(3)确定平均静压力头Hp:平均静压力头在Hp生产中按金属液流经浇注系统所作的功来计算。下面是不同浇注形式的平均压力头高度计算公式:

底部注入:P=C Hp= H0-C/2

中间注入:P=C/2 Hp= H0-C/8

顶部注入:P=0 Hp= H0

(其中:H0为冒口顶部到分型面的高度;C为铸件在砂型中的高度。)

2、直浇道和横浇道截面积的确定

直浇道和横浇道的截面积可根据浇注系统各组元截面比例来确定:(具体数值见表)

内浇道、横浇道和直浇道的截面形式如下图所示

内浇道、横浇道和直浇道的截面积与截面形式确定后,可通过查询来确定内浇道、横浇道和直浇道的具体尺寸。

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