灰铁和球铁的浇冒口系统

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1、灰铁和球铁的浇冒口系统1 浇注系统的一般叙述1.1 液态金属在砂型中的流动特性铁水的浇注温度比结晶凝固温度高出200以上，铁水在1310-1340时，运动粘度铁水=0.0032/s，水在20时，水=0.0102/s在正常浇注温度下，铁水的运动粘度，比室温下水的运动粘度还要低，有理由认为，能应用流体力学的原理来研究铁水的充型过程。但与水、油等液体在玻璃、塑料、金属管道里流动，不尽相同，铁水在砂型中流体运动的特点：1. 型砂有透气性，铁水在多孔的型腔内运动，气体的压力可以迫使铁水流股与型壁脱离接触。在玻璃、塑料、金属管道中液体呈充满状态，而铁水在砂型中流动时，边界条件为铁水任何截面的压力（P），必

2、须大于或等于型壁的气体压力（Pa）即 PPa 当 PPa 铁水呈充满状态流动。PPa时，铁水呈非充满状态流动。这时气体会卷入型腔，发生氧化反应铁水吸气，这是不希望看见的。 2. 铁水在浇注系统流动过程中，造型材料受热产生水气、二恶英、3-4苯并芘等有机挥发物，型腔产生的大量气体形成背压，阻碍铁水充型，造成侵入性气孔。铁水冲刷型壁、砂芯，冲刷过程产生化学反应，形成夹杂物等铸件缺陷。2. 冲型过程是不稳定过程，铁水充型及型腔气体背压，随铁水不断注入发生变化。计算浇注系统时，把变量视为为恒量，简化计算工作量。1.2 灰铁、蠕铁、球铁停止流动的机理灰铁、蠕铁、球铁，都是铁碳合金，流动性与合金化学成分关

3、系密切。从铁碳平衡图可以看出，共晶成分铁水流动性最好。在相同温度下，铁水的流动性，球铁蠕铁灰铁，因为CE值是球铁蠕铁灰铁。铁水停止流动的机理是温度降低以后铁水产生结晶凝固。除共晶点外，铁水的凝固都在一个较宽的温度区间内。另外，残余镁量过高铁水氧化膜增多，降低流动性。少量稀土能降低铁水表面氧化膜结膜温度，使流动性提高。Mg、RE是强烈的脱氧、脱硫、去气的元素，净化铁水减少外来结晶核心，提高铁水的过冷度。因此相同温度下，球铁的流动性优于灰铁。1.3铁水流动状态的估计层流和紊流是粘性液体二种不同的流动状态。液体流动状态取决于雷诺数。 d 4d圆形管道： Re= 非圆形管道： Re= Re2320是紊

4、流；ReRe2320是混合状态，多数为紊流。铁水在浇注系统中基本上呈紊流状态。1.4 浇注系统的功能一.美国魁北克钛铁公司著名专家卡塞教授提出：浇注系统三大功能1. 将铁水引入型腔；2.挡渣撇渣；3.排出型腔内气体。美国宾夕法尼亚大学格林塞尔维亚教授提出， 铁水在浇注系统中紊流程度最低；以避免铁水氧化、卷入气体和熔渣、冲蚀铸型和砂芯。在金属内部建立向冒口方向顺序凝固的温度梯度； 浇注系统足够大，满足平稳快速充型需求，同时考虑工艺出品率。二.华中科技大学李魁盛教授综合国内外研究者的观点，提出1. 内浇口的位置、个数应符合铸件凝固顺序。选择同时凝固，应保证铸件各部温度均匀。以使内应力最小；选择顺序

5、凝固，应保证铸件向冒口逐渐凝固，避免缩孔、缩松。2. 建立必要的压力头，平稳快速充型，避免冷隔、浇不足；3. 浇注系统中紊流程度最低，避免卷入气体、熔渣、铁水吸气、氧化。4. 应使铁水平缓进入型腔，防止铁水飞溅和冲蚀型壁、砂芯。5. 具有良好的挡渣能力，防止铸件产生渣孔；6. 型内金属液面有足够的上升速度，以免产生夹砂、皱皮、冷隔等缺陷。7. 不应破坏冷铁、芯撑的作用。8. 减少浇注系统金属消耗，减少砂型体积，减少造型工作量；9. 尽可能减少清理工作量，考虑模板制作方便。2. 铁水充填浇注系统2.1 外浇口、直浇口、直浇口与横浇口的连接1.普通的漏斗形浇口杯，只能起到承接浇包铁水和便于浇注的作

6、用。它的弊病是出现水平旋涡。铁水不可能100%对准直浇口中心，某一流股偏离中心距离为r，旋转切线流速为V，按动量矩守衡原理，Vr = 常数，据分析r越小，质点离心加速度（2r=V2/r）越大，使得2r与重力加速度g的合成加速度J的方向接近水平，铁水等压面由水平过渡为垂直，在直浇口中心形成中空漏斗形液面。这样，熔渣和空气被卷入浇注系统内。针对本公司情况，解决办法铁水包浇注口距离浇口杯越近，产生水平旋涡的危害越小。浇口杯底部放置过滤网，可有效阻止水平旋涡的产生，并能防止气泡和熔渣进入直浇口内。 2.直浇口铁水流动时，如何防止吸入气体。在这方面学问很大，争论也很大。这里主要牵涉到流体力学方程与型砂通

7、道的条件是否吻合的问题。 3. 直浇口与横浇口的连接，直浇口下部的凹窝尺寸与作用，综合卡塞和铸造手册的观点如下：凹窝比平面有减缓铁水冲击的作用；减少紊流程度和吸气倾向。凹窝尺寸：直径=1.5倍直浇口，直浇口和横浇口的连接处，避免尖角。 2.2 横浇口与内浇口的挡渣作用原理 1. 对横浇口有三大要求：承接和分送铁水；挡渣和撇渣；降低紊流程度，防止二次氧化。 A 能起挡渣作用 B 不能起挡渣作用上图为横浇口挡渣示意图，A图熔渣一面上浮，一面做水平运动。渣团到达内浇口附近，处于内浇口吸动区之外，渣团将到达横浇口顶部，或进入横浇口末端延长段顶部。不会从内浇口进入型腔。横浇口担当起挡渣作用。B图由于内浇

8、口吸动区扩展到横浇口顶部，渣团从内浇口吸动区进入型腔，不能起挡渣作用。 由于铁水在横浇口里的流动，基本处于紊流，所以渣团的悬浮运动十分复杂，但可以得出以下结论：渣团直径越小，上浮速度越慢；只有大于临界直径的渣团才有可能上浮。渣团比重越轻，越有利于熔渣上浮；横浇口中铁水实际流动速度低，横浇口才可能挡住更小直径的熔渣。横浇口不可能百分之百的阻挡所有铁水中的熔渣。根据理论分析，横浇口发挥良好挡渣作用的充要条件:为：1 横浇口、内浇口应呈充满状态（内浇口横截面积如果大于横浇口截面积，就不存在充满状态）。横浇口呈充满状态是挡渣的必要条件之一。2 横浇口里的铁水流速必须尽可能的低。计算表明直径1mm的渣团

9、上浮速度为0.37米/ 秒，只有直径较大的渣团才有可能浮起并被捕获。要求横浇口断面积很大，将消耗更多的金属，经济上不可行。3. 内浇口、横浇口、直浇口应有正确的关系： 第一个内浇口与直浇口应有足够的距离，以便渣团在横浇口内移动一定 距离让渣团浮起，越过内浇口吸动区。 横浇口应有足够长的末端延长段，原因是铁水流到末端时速度减慢产生背压，会将渣团向最末内浇口方向推挤，通过吸动区进入型腔。 横浇口与内浇口的位置十分重要，对于封闭式浇注系统，内浇口放置在横浇口下部，且与横浇口有同一底平面。如图 上 对 对 错封闭式浇注系统横浇口应高而窄，一般使其高度为宽度的二倍.内浇口应宽而扁，宽度是高度的4倍。 避

10、免使用弯曲横浇口，如果一定要用，则尽量加大曲率半径。2. 内浇口设置要点对于同时凝固，内浇口开设在薄壁处，数量相对多，减小各部温度差。对于顺序凝固，内浇口作为冒口通道，铸件向着冒口方向顺序凝固。内浇口应尽量薄，减少初期铁水带进熔渣，容易清理打磨。避免内浇口正对砂芯和型壁。当把浇注系统作为冒口使用时，应先计算冒口颈尺寸，以此作为内浇口尺寸，按比例得出横浇口截面积。3. 封闭式浇注系统和开放式浇注系统3.1 概念和定义封闭式浇注系统：在正常浇注过程中（特意慢浇除外），所有断面都能为铁水充满的浇注系统。开放式浇注系统：在正常浇注过程中，铁水不能充满某个单元或所有单元的浇注系统。3.2 封闭式浇注系统

11、必须满足：F直F横F内美国卡塞教授推荐：F直：F横：F内=4：8：3华中科技大学李魁盛教授推荐：F直F横F内=2.5：2.5：！ 资料推荐灰铁、球铁浇注系统比例A直：A横：A内应 用 范 围灰铁封闭式1.11 ： 1.06 ：1湿型薄壁灰铁小型铸件球铁封闭式1.60 ： 1.30 ：1一般球铁件常采用的比例球铁封闭式1.30 ： 2.70 ：1（4 ： 8 ： 3）湿型薄壁球铁小型铸件缺点：横浇口大，工艺出品率低灰铁半封闭式1.10 ： 1.30 ：1灰铁中小型铸件球铁开放式1.60 ： 1.60 ：1厚壁球铁件采用开放式浇注系统 由于光阳高压造型机和149造型机的直浇口尺寸基本固定，选择余地

12、很小，所以本公司的铸件与传统做法不一样，必须由直浇口推定横浇口和内浇口。而传统做法是先计算阻流内浇口的截面积，根据比例计算出横浇口截面积和直浇口的截面积，外加尺寸圆整化。3.3 灰口铁、球墨铸铁的浇注系统 G 灰口铸铁的内浇口阻流截面计算公式： A内=0.31tHP G流经内浇口A内铁水重量（kg）； 浇注系统的流量损耗因素； t 充填型腔的时间（s）； HP平均静压力头高度（cm）；式中： t =SGL t 浇注时间（S）；GL浇注重量（kg），计算时按工艺出品率估算。S 系数，决定于铸件厚度，可按下表查得。铸件壁厚mm2.5-3.53.5-8.08.0-15系数S1.631.852.2 球

13、墨铸铁浇注系统的特点：1.能大量的输送铁水；2.比灰铁有更好的挡渣能力。通常仍按灰铸铁计算阻流内浇口的公式。 时间t的计算，按灰铁计算t的公式求得t，然后将所得值减少1/31/2作为球墨铸铁的浇注时间，纳入求内浇口的最小截面积的公式，得到球墨铸铁内浇口的最小截面积值。分母减少1/31/2，内浇口最小截面积增大1.52倍。 光阳高压造型机和149造型机以直浇口决定横浇口、内浇口尺寸直浇口截面积过滤网阻挡A直A横A内光阳40灰铁湿型小件浇注系统比例1.111.06112.56cm270%=8.79cm28.79cm28.40cm27.92cm260kg光阳40球铁湿型小件浇注系统比例1.601.3

14、0112.56cm270%=8.79cm28.79cm27.14cm25.49cm250kg光阳35；灰铁湿型小件浇注系统比例1.111.0619.6270%=6.7226.7226.426.05250kg光阳35；球铁湿型小件浇注系统比例1.601.3019.6270%=6.7226.7225.4624.2250kg光阳30灰铁湿型小件浇注系统比例1.111.0617.1cm270%=4.97cm27.1cm26.78cm26.40cm2光阳30球铁湿型小件浇注系统比例1.61.317.1cm270%=4.97cm27.1cm25.77cm24.44cm2149；45灰铁湿型小件浇注系统比例

15、1.111.06115.9270%=11.13211.1210.63210.02100kg149；45球铁湿型小件浇注系统比例1.601.30115.9270%=11.13211.129.0426.962200kg针对本公司铸件特点，铸件一般都有较多内浇口，为了向废品要效益防止进浆，浇注系统必须按截面积比例，进行分配设置。附录：1常用球墨铸铁件浇注系统铸件重量kg内浇口横浇口直浇口数目A内cm2A内cm2A横cm2A直Cm25-1033.01.03.9abc201622304.9523.01.512.92.910-2044.01.05.85abc251926356.7334.51.523.84

16、1.9213.83.820-50551.06.24abc262127356.7324.82.414.84.850-10057.51.59.75abc3326324511.1247.61.9237.22.4球墨铸铁浇注系统内浇口、横浇口、直浇口截面尺寸内浇口横浇口直浇口 b c a babcA内cm2abcA横cm2dA直cm2181661.01812203.0303.9232171.51914223.6252391.922315254.8356.73282692.42418265.43028102.93022328.4408.793835114.033253510.154511.14238124.8 38304216.1