澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、第四章 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)(gatingsystem，running-system)是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道之總稱(chēng)。鑄鐵件澆注系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖341所示，它由澆口杯(外澆口)、直澆道、直澆道窩、橫澆道和內(nèi)澆道等部分組成。廣義地說(shuō)，澆包和澆注設(shè)備也可認(rèn)為是澆注系統(tǒng)的組成部分，澆注設(shè)備的結(jié)構(gòu)、尺寸、位置高低等，對(duì)澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算有一定影響；此外，出氣孔也可看成是澆注系統(tǒng)的組成部分。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)得正確與否對(duì)鑄件品質(zhì)影響很大，鑄件廢品中約有30是因澆注系統(tǒng)不當(dāng)引起的。 對(duì)澆注系統(tǒng)的基本要求是： 1)所確定的內(nèi)澆道的位置、方向和個(gè)數(shù)應(yīng)符合鑄件的凝固原則或補(bǔ)縮方法。 2)在規(guī)定的澆注時(shí)間內(nèi)充

2、滿(mǎn)型控。 3)提供必要的充型壓力頭，保證鑄件輪廓、棱角清晰。 4)使金屬液流動(dòng)乎穩(wěn)，避免嚴(yán)重紊流。防止卷入、吸收氣體和使金屬過(guò)度氧化。 5)具有良好的阻渣能力。 6)金屬液進(jìn)入型腔時(shí)線(xiàn)速度不可過(guò)高，避免飛濺、沖刷型壁或砂芯。 7)保證型內(nèi)金屬液面有足夠的上升速度，以免形成夾砂結(jié)疤、皺皮、冷隔等缺陷。 8)不破壞冷鐵和芯撐的作用。 9)澆注系統(tǒng)的金屬消耗小，并容易清理。 10)減小砂型體積，造型簡(jiǎn)單，模樣制造容易。 此外，對(duì)于薄小鑄件?？捎脻沧⑾到y(tǒng)當(dāng)冒口，對(duì)鑄鐵有一定補(bǔ)縮作用；對(duì)于大量流水線(xiàn)生產(chǎn)的球墨鑄鐵件，在澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中增加反應(yīng)室，可實(shí)現(xiàn)型內(nèi)球化或型內(nèi)孕育處理，其澆注系統(tǒng)分別示于圖342、固

3、343。第一節(jié) 液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)基本組元中的流動(dòng)一、在砂型中流動(dòng)的水力學(xué)特點(diǎn)在正常澆注溫度下，液態(tài)合金的運(yùn)動(dòng)粘度比室溫下水的運(yùn)動(dòng)粘度低。如20的水，其水值為而液態(tài)鑄鐵的鐵為0.55x10，液態(tài)鋁合金的鋁為0610。因此，液態(tài)合金的充型過(guò)程可視為具有一定粘度的液體運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用流體力學(xué)規(guī)律加以研究。但是，液態(tài)合金在砂型中的流動(dòng)和水、油等一般粘性流體在金屬管、塑料管或玻璃管中的流動(dòng)不完全相同，而有其特點(diǎn)，這些特點(diǎn)是：(1)型壁的多孔性、透氣性和合金液的不相潤(rùn)濕性，給合金液的運(yùn)動(dòng)以特殊邊界條件 當(dāng)合金液流內(nèi)任一截面上各點(diǎn)的壓力P均大于型壁處的氣體壓力 Pa時(shí)，則呈充滿(mǎn)態(tài)流動(dòng)，當(dāng)P等于Pa 時(shí)呈非充滿(mǎn)態(tài)

4、流動(dòng)(見(jiàn)圖344)。(2)在充型過(guò)程中，合金液和鑄型之間有著激烈的熱作用、機(jī)械作用和化學(xué)作用 熾熱的合金液流經(jīng)澆注系統(tǒng)時(shí)，總會(huì)伴隨著物理、化學(xué)過(guò)程。如合金液沖刷和侵蝕型壁，相互熱交換，合金液粘度增大和體積收縮，甚至伴有結(jié)晶現(xiàn)象，吸收氣體、使金屬氧化、造成大量氧化夾雜物等。這些過(guò)程在一般水力學(xué)過(guò)程中是不常見(jiàn)的。(3)澆注過(guò)程是不穩(wěn)定流過(guò)程 在型內(nèi)合金液淹沒(méi)了內(nèi)澆道之后，隨著合金液面上升，充型的有效壓力頭逐漸變?。恍颓粌?nèi)氣體的壓力并非恒定；澆注操作不可能保持澆口杯內(nèi)液面的絕對(duì)穩(wěn)定。因此，充型過(guò)程是不穩(wěn)定流過(guò)程。(4)合金液在澆注系統(tǒng)中一般呈紊流狀態(tài) 依經(jīng)驗(yàn)確定，鑄鐵的最小澆注系統(tǒng)比流量(最小截面處

5、單位面積的流量)為。已知鑄鐵液的密度約為7gc：，由此可得出鑄鐵液的平均流速為。實(shí)踐中最小的內(nèi)澆道截面積為。假設(shè)澆注系統(tǒng)由截面積為0.4cm的圓形管道所組成，其直徑為o71cm，則能計(jì)算出澆注系統(tǒng)中鑄鐵液的最低雷諾數(shù)為： 計(jì)算表明，即使用最小比流量澆注，在最細(xì)的澆注系統(tǒng)中金屬液的雷諾數(shù)Re也大大超過(guò)2320，加之澆注系統(tǒng)拐彎多，斷面有變化，液流擾動(dòng)源多，因此，合金液在鑄型的澆注系統(tǒng)中呈紊流狀態(tài)。 (5)多相流動(dòng) 一般合金液總含有某些少量固相雜質(zhì)還可能析出晶粒及氣體，故充型時(shí)合金液屬于多相流動(dòng)。 二、澆口杯中的流動(dòng)液相夾雜和氣泡，在充型過(guò)程中 澆口杯可用來(lái)承接來(lái)自澆包的金屬液，防止金屬液飛濺相溢

6、出，便刁：澆注；減輕液流對(duì)型腔的沖擊；分離渣滓和氣泡，阻止具進(jìn)入型股；增加無(wú)型壓力頭。只有路口杯的結(jié)構(gòu)正確，配合正當(dāng)?shù)臐沧⒉僮?，才能?shí)現(xiàn)上述功能。 澆口杯分漏斗形(bush)和盆形(basin)兩大類(lèi)。漏斗形澆口杯擋渣效果差，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，消耗金屬少。盆形澆口杯效果較好(圖345)，底部設(shè)置堤壩有利于澆注操作，使金屬的澆注速度達(dá)到適宜的大小后再流入直澆道。這樣澆口杯內(nèi)液體深度大，可阻止水平旋渦的產(chǎn)生而形成垂直旋渦，從而有助于分離渣滓和氣泡。 澆口杯中出現(xiàn)水平旋渦會(huì)帶入渣滓和氣體，因而應(yīng)注意防止。當(dāng)合金液從各個(gè)方向流入直澆道時(shí)，各向流量不均衡，某一流股的流向偏離直澆道中心就會(huì)形成水平旋渦，如圖34

7、6所示。如忽略金屬粘度的影響，視液態(tài)金屬為理想流體，澆口杯內(nèi)旋轉(zhuǎn)的液態(tài)金屬應(yīng)滿(mǎn)足動(dòng)量矩守街原理，于是有Mvr常量 (341)式中 M距離直澆道中心為r處的質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量； vM點(diǎn)的切線(xiàn)速度； rM點(diǎn)距直澆道中心的距離。 由上式可知，一旦出現(xiàn)水平旋渦，距直澆道中心愈近，金屬質(zhì)點(diǎn)的切線(xiàn)速度愈高，這樣使M質(zhì)點(diǎn)的離心加速度也愈高。重力加速度和離心加速度的合成加速度(j)的方向，越靠直繞道中心時(shí)，了的方向越接近于水平。液體的等壓面和總加速度方向相垂直，因而，向直澆道中心靠近，等壓面由水平逐步過(guò)渡為垂直，因此形成漏斗形中空的大氣壓力表面。這樣一突，浮在溜口杯液面上的非金屬災(zāi)涪物全沿著彎曲的液面，一面旋轉(zhuǎn)，一面

8、和空氣一同進(jìn)入直澆道。 水力模擬試驗(yàn)表明，影響澆口杯內(nèi)水平旋渦的主要因素是澆口杯內(nèi)液面的深度，其次是澆注高度、澆注方向及澆口杯的結(jié)構(gòu)等。 澆口杯內(nèi)液面深度和澆注高度的影響如圖347所示，液面淺極易出現(xiàn)水平旋渦。液面深度超過(guò)直澆道上口直徑的5倍時(shí)可基本消除水平旋渦；澆包嘴距澆口杯越高，水平旋渦越易于產(chǎn)生，這與偏離直澆道中心的水平流速較高有關(guān)。澆注方向的影響見(jiàn)圖348。逆向澆注較順向澆注為伎，側(cè)向澆注介乎兩者之間。 可采取以下措施減輕或消除水平旋渦：使用深度大的澆口杯，深度應(yīng)大于直澆道上端直徑的5倍；應(yīng)用拔塞、浮塞和鐵隔片等方法，使?jié)部诒瓋?nèi)液體達(dá)到深度要求時(shí)，再向直澆道提供潔凈的金屬(見(jiàn)圖349)

9、； 在澆口杯底部安置篩網(wǎng)砂芯或雨淋砂芯來(lái)抑止水平旋渦(圖3410)； 在澆口杯中設(shè)置“閘門(mén)”、堤壩等(圖3411)，降低澆注高度以避免水平旋渦，并促使形成垂直旋渦。垂直旋渦能促使熔渣和氣泡浮至液體表面，對(duì)擋渣和分離沖入的氣泡有利。為此，澆包嘴宜設(shè)計(jì)得長(zhǎng)些為好。此外，應(yīng)采用逆向澆注。液流不要沖著直澆道。 三、直澆道中的流動(dòng) 直澆道(sprue，downgate)的功用是：從澆口杯引導(dǎo)金屬向下，進(jìn)入橫澆道、內(nèi)澆道或直接導(dǎo)入型腔。提供足夠的壓力頭，使金屬液在重力作用下能克服各種流動(dòng)阻力，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)充滿(mǎn)型腔。直澆道常做成上大下小的錐形，等斷面的柱形和上小下大的倒錐形。 曾經(jīng)對(duì)只包括澆口杯和直圖347

10、 液面深度和澆注高度對(duì)形成水平旋渦的影響澆道的兩單元澆注系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)水力模擬試驗(yàn)，結(jié)果如圖3412所示。當(dāng)直澆道上口為圓角時(shí)，等截面的直澆道模型中呈充滿(mǎn)狀態(tài)且有真空度存在，透過(guò)壁上的小孔向液流內(nèi)吸入空氣。因此，“真空吸氣理論”認(rèn)為：等截面直繞道附近型砂中的氣體會(huì)被吸入液流，灣于液態(tài)金屬的氣體也會(huì)因壓力降低而析出，而且可能被卷入液流并帶入型腔，使鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出：這種理論只能用于不適氣壁的模型，而不能用于實(shí)際砂型澆注金屬的條件下。 液態(tài)金屑在砂型直澆道中的流動(dòng)狀態(tài)如圖3413所示。試驗(yàn)結(jié)果表明：上大下小的錐形(錐度150)直澆道呈充滿(mǎn)流態(tài)，而在等截面的圓柱形和上小下大的倒錐形直澆道中

11、呈非充滿(mǎn)狀態(tài)。 對(duì)濕砂型內(nèi)等裁面的直燒道上、中、下三點(diǎn)進(jìn)行澆注鑄鐵時(shí)的壓力測(cè)定(條件為：直澆道高400mm、直徑30mm、澆注溫度1300)證明，宣澆道內(nèi)金屬壓力為接近大氣壓力的微正壓，壓力值一般在50Pa一1kPa(5100mm水柱)，靠近澆口杯處壓力值倔高，在澆注韌的瞬間壓力最高可達(dá)18kPa。因此，可以得出如下結(jié)論： 1）液態(tài)金屬在直澆道中存在兩種流態(tài)：充滿(mǎn)式流動(dòng)和半充滿(mǎn)式流動(dòng)。 2)在非充滿(mǎn)的直澆道中，金屬液以重力加速度向下運(yùn)動(dòng)，流股呈漸縮形，流股表面壓力接近大氣壓力，微呈正壓流股表面會(huì)帶動(dòng)表層氣體向下運(yùn)動(dòng)，并能沖入型內(nèi)上升的金屬液內(nèi)，由于流股內(nèi)部和砂型表層氣體之間無(wú)壓力差，氣體不可能

12、被吸入流股，故在直澆道中氣體可被金屬表面所吸收或帶走。3直澆道入口形狀影響金屬流態(tài)，當(dāng)入口為尖角時(shí)，增加流動(dòng)阻力和斷面收縮率，常導(dǎo)致非充滿(mǎn)式流動(dòng)。實(shí)際砂型中尖角處的型砂會(huì)被沖掉引起沖砂缺陷。要使直澆道呈充滿(mǎn)流態(tài)要求入口處圓角半徑rd/4(d為直澆道上口直徑)。 4)在有機(jī)玻璃模型中能夠出現(xiàn)真空度下的充滿(mǎn)式流態(tài)，這種情況不能代表砂型中的金屬流態(tài)。因?yàn)樯靶褪峭笟怏w，給出限制性邊界條件：金屬流股斷面上的壓力應(yīng)大于或等于砂型表層氣體的壓力。例如，在兩組元的澆注系統(tǒng)的入口為圓角的等截面直澆道中： 模型中流態(tài)：負(fù)壓、充滿(mǎn)和等速流態(tài)； 砂型中流態(tài)：等壓、非充滿(mǎn)的等加速流態(tài)。 只有當(dāng)模型中的液流壓力在大于等于

13、大氣壓力的條件下，才能代表砂型中的金屑流態(tài)。這在水力模擬試驗(yàn)中應(yīng)特別予以注意。 5)砂型中宜澆道的充滿(mǎn)式流動(dòng)的理論條件見(jiàn)后面公式(3412)。生產(chǎn)中主要應(yīng)用帶有橫澆道和內(nèi)澆道的澆注系統(tǒng)，由于橫澆道和內(nèi)澆道的流動(dòng)阻力，常使等截面的，甚至上小下大的直澆道均能滿(mǎn)足充滿(mǎn)條件而呈充滿(mǎn)式流態(tài)。盡管非充滿(mǎn)的直繞道有帶氣的缺點(diǎn)，但在特定條件下，如階梯式澆注系統(tǒng)中為了實(shí)現(xiàn)自下而上地逐層引入金屬的目的而采用，又如用底注包澆注的條件下，為了防止鋼液溢至型外而使用非充滿(mǎn)態(tài)的直澆道。 四、直澆道窩 金屬液對(duì)直澆道底部有強(qiáng)烈的沖擊作用，并產(chǎn)生渦流和高度紊流區(qū)，常引起沖砂、渣孔和大量氧化夾雜物等鑄造缺陷。設(shè)直澆道窩(凹并)

14、可改善金屬液的流動(dòng)狀況，其作用如下(見(jiàn)圖3414)： 1緩沖作用 液流下落的動(dòng)能有相當(dāng)大的一部分被窩內(nèi)液體吸收而轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，再由壓力能轉(zhuǎn)化為水平速度流向橫澆道，從而減輕了對(duì)直澆道底部鑄型的沖刷。 2縮短直一橫拐彎處的高度紊流區(qū) 直澆道窩可減輕液流進(jìn)入橫澆道的孔口壓縮現(xiàn)象，縮短高速紊流(過(guò)渡)區(qū)。這樣也改善了橫繞道內(nèi)的壓力分布，見(jiàn)圖3414。速度高的地方壓力低，壓力分布的特性說(shuō)明過(guò)渡區(qū)的存在。這對(duì)減輕金屬氧化、阻渣和減少卷入氣體都有利。當(dāng)內(nèi)澆道距直澆道較近時(shí)，應(yīng)采用直澆道窩。 3改善內(nèi)澆道的流量分布 例如在S直：S橫：S內(nèi)1：25：5的試驗(yàn)條件下，無(wú)直澆道窩時(shí)，兩相等截面的內(nèi)澆道的流量分配為3

15、15(近直澆道者)和685(遠(yuǎn)者)；有直澆道窩時(shí)的流量分配為405(近者)和595(遠(yuǎn)者)。 4減小直一橫澆道拐彎處的局部阻力系數(shù)和水頭損失 5浮出金屬液中的氣泡 注入型內(nèi)的最初金屬液中，常帶有一定量的氣體，在直澆道窩內(nèi)可以浮出去202)。 直澆道窩的大小、形狀應(yīng)適宜，砂型應(yīng)堅(jiān)實(shí)。底部放置于砂芯片、耐火磚等可防止沖砂。直澆道窩常做成半球形、圓錐臺(tái)等形狀。推薦形狀如圖3415所示，澆口窩直徑為直澆道下端直徑的142倍，高度為橫澆道高度的兩倍，側(cè)壁在能順利拔模的條件下盡量垂直，底部做成平面，轉(zhuǎn)角處避免尖角。較大直徑的直澆道窩適用于流動(dòng)要求平穩(wěn)的臺(tái)金鑄件，如輕合金鑄件。 五、橫澆道中金屑的流動(dòng) 橫澆

16、道(Nnnercross8ate)的功用有：向內(nèi)澆道分配潔凈的金屬液；儲(chǔ)留最初澆入的含氣和渣污的低溫金屬液并阻留渣滓；使金屬液流乎穩(wěn)和減少產(chǎn)生氧化夾渣物。為了節(jié)約，中小鑄件多不用澆口杯，主要靠橫澆道阻渣，故橫澆道又稱(chēng)為捕渣道。 (一)橫澆道的阻渣原理 橫澆道的阻渣原理如圖3416所示。由于渣團(tuán)密度比金屬小，渣團(tuán)面上浮，一面隨金屬液作水平運(yùn)動(dòng)。如果渣團(tuán)能上浮到橫澆道頂部且超過(guò)內(nèi)澆道吸動(dòng)區(qū)，就不致進(jìn)入型腔；圖3416b為設(shè)計(jì)不良的橫澆道，內(nèi)繞道的吸動(dòng)區(qū)已擴(kuò)展至橫澆道的頂部，渣團(tuán)將全部進(jìn)入型胺。橫澆道內(nèi)，在內(nèi)澆道入口周?chē)嬖谝粋€(gè)區(qū)域，被稱(chēng)為內(nèi)澆道的吸動(dòng)區(qū)，只要金屬進(jìn)入該區(qū)就會(huì)自動(dòng)流入內(nèi)澆道。顯然，進(jìn)

17、入該區(qū)的渣團(tuán)也將會(huì)流入型腔。物體在粘性流體內(nèi)上浮時(shí)所遇到的阻力是應(yīng)用量綱分析和試驗(yàn)相結(jié)合的方法求解的，渣團(tuán)上浮時(shí)受到金屬液的阻力F可表示為：式中F渣團(tuán)上浮阻力；液態(tài)金屬的密度；S渣團(tuán)的水平投影面積；渣團(tuán)上浮速度；C渣團(tuán)上浮的阻力系數(shù)，與液流的雷諾數(shù)有關(guān)，具體數(shù)值見(jiàn)表341。渣團(tuán)在開(kāi)始上浮時(shí)有一短暫的變加速運(yùn)動(dòng)，上浮速度很快達(dá)到極限值，休為臨界上浮速度。利用渣團(tuán)所受上浮阻力和浮力相平衡的原理，可求得渣團(tuán)之臨界上浮速度認(rèn)。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，把渣團(tuán)視為球形，于是可列出力的平衡方程如下： 式中 R渣團(tuán)半徑； 金屬液密度， 渣渣團(tuán)密度； g一重力加速度，等于98gs；o渣團(tuán)臨界上浮速度，又稱(chēng)為懸浮速度式(34

18、4)給出了渣團(tuán)半徑及和臨界上浮速度o的關(guān)系。如果金屬液從上向下做垂直運(yùn)動(dòng)，其速度也等于o，則可以想象半徑為R的渣團(tuán)將處在一定水平位置上呈懸浮狀態(tài)，即不亡升也不下降，這時(shí)金屬液的流速o 稱(chēng)為懸浮速度。顯然，渣團(tuán)的臨界上浮速度和金屬液的懸浮速度在數(shù)值上相等。順便指出：懸浮速度是用金屬液向下運(yùn)動(dòng)(例如直澆道內(nèi)金屬液的運(yùn)動(dòng))的實(shí)例導(dǎo)出的，而在橫澆道內(nèi)渣團(tuán)的上浮方向和金屬液的運(yùn)動(dòng)方向相垂直，這時(shí)渣團(tuán)的懸浮問(wèn)題要復(fù)雜得多，但在橫澆道中同樣存在著懸浮問(wèn)題。從以上分析可知：渣團(tuán)半徑小，對(duì)應(yīng)懸浮速度也?。粚?duì)應(yīng)一定橫澆道的流速有一可能上浮的臨界渣團(tuán)半徑，只有大于臨界半徑的渣團(tuán)才能上?。辉]密度相對(duì)于金屬液密度越小

19、，越有利于上?。粰M澆道內(nèi)金屬的流速越低，可能阻留的渣團(tuán)也越小。但無(wú)論如何，單靠橫澆道是不可能阻留金屬液中所有的渣污的，特別是那些小于臨界半徑的渣團(tuán)。 (二)橫澆道發(fā)揮阻渣作用應(yīng)具備的條件 1橫澆道應(yīng)呈充滿(mǎn)流態(tài)，即滿(mǎn)足充滿(mǎn)條件(見(jiàn)本章第二節(jié)) 應(yīng)注意，內(nèi)澆道截面積比橫澆道或直澆道大，橫澆道不一定呈非充滿(mǎn)流態(tài)。因?yàn)闄M澆道至型腔的一段有流動(dòng)阻力。內(nèi)澆道相對(duì)橫澆道的位置對(duì)橫澆道的充滿(mǎn)條件也有影響。此外，一巳內(nèi)澆道被型腔內(nèi)的金屬液所淹沒(méi)，橫澆道就被充滿(mǎn)。2流速應(yīng)盡可能低 據(jù)資料上講，鑄鐵液中對(duì)應(yīng)直徑1mm的渣團(tuán)，其懸浮速度為037ms，即相當(dāng)于o25kg(cm 2.s)的比流量。該值比實(shí)際應(yīng)用的最小比流

20、量035kg(cm：s)還小。因此，要在橫澆道內(nèi)捕獲更小的渣團(tuán)，需要更低的流速，更大的橫澆道截面積。實(shí)踐中常把橫澆道擴(kuò)大、做高，如S橫/S內(nèi)24，但橫澆道太大會(huì)浪費(fèi)金屬。 3內(nèi)澆道的位置關(guān)系要正確 1)內(nèi)澆道距直繞道應(yīng)足夠遠(yuǎn)，使渣團(tuán)有條件浮起到超過(guò)內(nèi)澆道的吸動(dòng)區(qū)。 2)有正確的橫澆道末端延長(zhǎng)段(圖3417)，其功用為容納最初澆注的低溫、污的金屬液，防止其進(jìn)入型腔；吸收液流動(dòng)能，使金屬流入型腔平穩(wěn)。末端呈坡形可阻止金屬液流到末端時(shí)出現(xiàn)折返現(xiàn)象。為防止聚集在末端的渣滓回游，應(yīng)在末端設(shè)集渣包。末端延長(zhǎng)段的長(zhǎng)度為75150mm，鑄件大取上限。當(dāng)吃砂量受限時(shí)，應(yīng)擴(kuò)大集渣包。 3)封閉式澆注系統(tǒng)的內(nèi)繞道應(yīng)

21、位于橫澆道的下部，且和橫澆道具有同一底面。使最初澆入的冷污金屬液能靠慣性流越內(nèi)澆道，納于末端延長(zhǎng)段而不進(jìn)入型腔；開(kāi)放式澆注系統(tǒng)的昧澆道應(yīng)重迭在橫澆道之上，且搭接面積要小，但應(yīng)大于內(nèi)澆道的截面積(見(jiàn)圖3418)。 開(kāi)放式澆注系統(tǒng)的內(nèi)澆道比阻流大得多、若將內(nèi)澆道置于橫澆道底部，則橫、內(nèi)澆道都呈非充滿(mǎn)流態(tài)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)阻渣，故需把內(nèi)澆道重達(dá)在橫澆道上方，用橫澆道的頂面及末端延長(zhǎng)段粘附和儲(chǔ)留渣滓。在這種條件下，大于臨界直徑的渣團(tuán)進(jìn)入型腔的或然率P為為了減少進(jìn)渣率，橫澆道宜寬而矮(圖34l 9)。4)封閉式澆注系統(tǒng)的橫澆道應(yīng)高而窄，一般取高度為寬度之2倍。內(nèi)澆道宜扁而薄，以降低其吸動(dòng)區(qū)。5)內(nèi)撓道匝遠(yuǎn)離棍澆

22、邁的彎邁；匝盡量便用直的棍澆邁；內(nèi)澆邁問(wèn)橫澆的連接，呈銳用日十初期進(jìn)渣較多；呈鈍角時(shí)增加紊流程度。但資料報(bào)導(dǎo)，當(dāng)環(huán)形鑄件需切線(xiàn)引入時(shí)，內(nèi)澆道應(yīng)向后開(kāi)設(shè)(鈍角連接)，這對(duì)于型砂及涂料的耐火度欠佳時(shí)的情況，尤為重要。一般推薦垂直連接。(三)強(qiáng)化橫澆道阻渣的措施 為加強(qiáng)橫澆道的阻渣效果，常采取以下措施：在橫澆道上設(shè)置篩網(wǎng)芯，或設(shè)置集渣包。 1設(shè)置篩網(wǎng)芯的澆注系統(tǒng) 安放篩網(wǎng)芯的澆注系統(tǒng)如圖3420所示。金屬流過(guò)篩網(wǎng)芯時(shí)，由于斷面突然擴(kuò)大，在子L眼出口處出現(xiàn)渦流，使渣團(tuán)上浮并粘附在篩網(wǎng)芯的底部，所以篩網(wǎng)芯的作用并非“過(guò)濾金屬”。為了使篩網(wǎng)芯底部能粘附渣團(tuán)，其下部空間應(yīng)被金屬液充滿(mǎn)，安放篩網(wǎng)芯時(shí)應(yīng)使孔眼呈

23、上小下大的狀態(tài)。這種帶有4mm、或5mm8mm錐孔的篩網(wǎng)芯，可制成圓形或矩形，安放在澆口杯內(nèi)、直澆道下端或橫澆道內(nèi)。一般工廠(chǎng)多用油砂制做篩網(wǎng)芯，因承受不住金屬液長(zhǎng)時(shí)間地沖刷及較高金屬壓力頭的作用，易引起沖砂缺陷。主要用于中小鑄鐵件。對(duì)于較大的鑄鐵件應(yīng)采用耐火材料燒結(jié)的高強(qiáng)度篩網(wǎng)芯。以過(guò)濾金屬為目的的過(guò)濾網(wǎng)具有更小的孔眼。鋁合金用的過(guò)濾網(wǎng)常用薄鐵皮鈞孔制成(孔徑為2mm一4mm)，也可應(yīng)只鋼絲或玻璃纖維編織成的過(guò)濾網(wǎng)，其安宰方式見(jiàn)圖3421?？讖皆叫∵^(guò)濾效果越好.近年來(lái)，金屬過(guò)濾技術(shù)的發(fā)展己能損供用于黑色和非鐵金屬鑄件的各種更小引徑的過(guò)濾網(wǎng)，如陶瓷網(wǎng)格過(guò)濾板、泡沫陶瓷或其他高熔點(diǎn)的纖維網(wǎng)，使金屬

24、凈化(見(jiàn)沖章第六節(jié))。2設(shè)置集渣包的澆注系統(tǒng)橫澆道上被局部加高、加大的部分稱(chēng)為集渣包。當(dāng)金屬液以切線(xiàn)方向進(jìn)入圓形的集渣包時(shí)，稱(chēng)為離心集渣包。金屬流入集渣包，因斷面積突然增大，流速降低并在集渣包內(nèi)產(chǎn)生旋渦，使密度較小的渣團(tuán)向旋渦中心集中、浮起而留滯在頂部。離心集渣包的出口截面積應(yīng)小于入口，方向須和液流旋轉(zhuǎn)方向相反(圖3422)，保證金屬液流充滿(mǎn)集渣包且使浮起的渣團(tuán)不致流出集渣包。 當(dāng)離心集渣包兼起冒口作用時(shí)，其結(jié)構(gòu)與尺寸應(yīng)依補(bǔ)縮需要來(lái)設(shè)計(jì)，出口截面積應(yīng)按冒口頸的大小來(lái)確定。六、在內(nèi)澆道中的流動(dòng) 內(nèi)澆道(ingate)的功用是控制充型速度和方向，分配金屬，調(diào)節(jié)鑄件各部位的溫度和凝固順序，澆注系統(tǒng)的

25、金屬液通過(guò)內(nèi)澆道對(duì)鑄件有一定補(bǔ)縮作用。設(shè)計(jì)內(nèi)澆道時(shí)還應(yīng)避免流入型腔時(shí)的噴射現(xiàn)象和飛濺，使充型平穩(wěn)。 (一)澆口比的影響 直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道截面積之比(即S直：S橫：S內(nèi))稱(chēng)為澆口比(gating ratio)。以?xún)?nèi)澆道為阻流時(shí)，金屬液流入型腔時(shí)噴射嚴(yán)重；以直澆道下端或附近的橫澆道為阻流時(shí)，充型較平穩(wěn)，S內(nèi)S阻比值越大則越平穩(wěn)。因此，輕合金鑄件常采用S內(nèi)比S阻大得多的開(kāi)放式澆注系統(tǒng)。兩種澆注系統(tǒng)的充型流態(tài)如圖3423所示。 (二)內(nèi)澆道流量的不均勻性 同一橫澆道上有多個(gè)等截面的內(nèi)澆道時(shí)，各內(nèi)澆道的流量不等。試驗(yàn)表明：一般條件下，遠(yuǎn)離直澆道的內(nèi)澆道流量最大，且先進(jìn)入金屬。近直澆道的流量小，且后

26、進(jìn)入金屬。在澆注初期，進(jìn)入橫澆道的金屬液流向末端時(shí)失去動(dòng)能而使壓力升高，金屬液首先在末端充滿(mǎn)并形成末端壓力高而靠近直澆道壓力低的態(tài)勢(shì)，故而形成這種流量分布；但當(dāng)總壓頭小而橫澆道很長(zhǎng)時(shí)，沿程阻力大，也會(huì)出現(xiàn)近直澆道處壓力高的情況，這時(shí)近處的內(nèi)澆道流量大。 內(nèi)澆道流量的不均勻性U可用式(345)表示。它與澆口比、內(nèi)澆道同橫澆道的搭接形式、整個(gè)澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，各種因素的影響見(jiàn)圖3424、圖3425。式中 qmax內(nèi)澆道中的最大流量； qmin 澆道中的最小流量； Q所有內(nèi)澆道的總流量； n橫繞道上連接的內(nèi)澆道個(gè)數(shù)。 為了使各內(nèi)澆道流量均勻，通常采用如下方法：縮小遠(yuǎn)離直澆道的內(nèi)澆道裁面積；增大橫澆道的截面積；嚴(yán)格依S橫S內(nèi)的比值，每流經(jīng)一個(gè)內(nèi)澆道，使橫澆道截面積依比值縮??；設(shè)置直澆道窩等。 (三)內(nèi)繞道的基本設(shè)計(jì)原則 1)內(nèi)澆道在鑄件上的位置和數(shù)目應(yīng)服從所選定的凝固順序或補(bǔ)縮方法。對(duì)要求同時(shí)凝固的鑄件，內(nèi)澆道應(yīng)開(kāi)在鑄件薄壁處，宜數(shù)量多，分散布置使金屬