铸造工艺学-浇口设计.ppt

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1、铸造工艺学浇注系统设计学院机械工程系主讲人：柴知章浇注系统：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。2第7章浇注系统设计浇注基本要求：（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

2、容易清理；（10）减少砂型体积，造型、制模简单。31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）57.1液态金属在浇注系统中的流动7.1.1在砂型中流动的水利学特点压能：作用在单位体积流体上的压力来

3、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)6(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

4、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。7（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。82实际流动特点(1)流动通道多孔、透气、与金属液不润湿。充满与否取决于内外压力差。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。（

5、4）增加充型压头。97.1.2浇口杯中的流动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。10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。113浇口杯挡渣原理1）水平涡流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

6、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。12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。13c浇注方向：逆向浇注较顺向浇注为佳。14生产中减轻水平旋涡的措施a用

7、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；15d在浇口杯底部设置堤坝，形成垂直旋涡。162）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。171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。187.1.3直浇道中的流动（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

8、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；流股内部与砂型表层气体之间无压力差，气体不可能被吸入，而是被金属表面吸收和带走。（3）直浇道入口形状影响金属流态。入口尖角时，增加流动阻力和端面收缩