发布时间 : 星期三 文章铸造工艺学（课本） - 图文更新完毕开始阅读63a02b0b4a7302768e993958
秋季学期 铸造工艺学教案 主讲教师 荣守范
6、分直浇道截面积 7、水平横浇道尺寸
第五节 其他合金铸件浇注系统的特点
一、铸钢件浇注系统 铸钢的特点是熔点高，流动性差，收缩大，易氧化，而且夹杂物对铸件力学性能影响严重，多使用底注浇包（bottom pouring ladle, 俗称漏包、柱塞包），要求浇注系统结构简单、截面积大，使充型快而平稳，流股不宜分散，有利于铸件的顺序凝固和冒口的补缩，不应阻碍铸件的收缩。
绝大多数工厂使用保温性能好、阻渣能力强的底注浇包，中大型铸件的直浇道用耐火砖管砌成。当每个内浇道的钢液流过量超过1t时，内浇道和横浇道也用耐火砖管砌成。只在造型流水线上浇注小件的个别情况下才使用转包浇注。
为了浇注质量不同的铸件，可使用不同容量的浇包、不同直径的包孔和采用塞杆阻流以调节流量。塞杆阻流有一定限度，依经验，最大塞杆阻流限度时的流量为开启塞杆流量的0.77倍，超过此限度时钢液流股分散，无法正常浇注。频繁地开闭塞杆会导致堵塞失灵，故应按不调节塞杆法来设计浇注系统。
用底注浇包浇注时，浇注系统必须是开放式的，直浇道不被充满，保证钢液不会溢出浇道以外。为快速而平稳地充型，对一般中小铸件多用底注式，高大铸件常采用阶梯式浇注系统。
（一）底注包浇注系统的经验计算法
铸钢车间的浇包容量和熔炉吨位一致，一般只有一种或几种容量的浇包和数种直径的包孔。生产中先确定浇包容量和包孔直径，依经验的浇口比确定浇注系统各组元尺寸。 1、浇包容量及包孔选择
浇包总容量应大于铸型内金属需要量。小浇包只设一个包孔，大于30t的浇包可设两个包孔。每个包孔的钢液流量——浇注速度，不仅决定于包孔直径，还与包内钢液深度有关。但实践中为方便起见，给出了包孔直径和平均浇注速度的关系，如表3-4-15所示。
应指出，同一浇包和包孔的浇注速度，随包内钢液深度变化而变化。这里用的平均概念是很粗略的。
2、浇注时间和液面上升速度
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可用公式（3-4-26）或表3-4-4给出的数据初步确定浇注时间，作为选择包孔的依据。 为防止夹砂结疤、粘砂、皱皮、冷隔和浇不到、气孔等缺陷，钢液在型内的上升速度是至关重要的，应大于表3-4-7中规定的最小上升速度值。经校核、如果钢液上升速度达不到要求，应采取措施，使之满足表3-4-7的要求。措施有：改用更大直径的包孔，增加包孔数量，采用两个浇包浇注，改变铸件浇注位置等。 3、其他组元截面积
以包孔截面积为基准，参照下述浇口比确定浇注系统各组元截面积 S包孔：S直：S横：S内 ＝1：（1.8～2.0）： （1.8～2.0） :（2.0～2.5）
生产中为加强冒口的补缩效果，常在每个冒口下部设置内浇道，冒口数量多时，内浇道数目也相应增多，结果使浇注系统更加“开放”。这符合工艺需要，是合理的，不一定受上面浇口比的限制。 （二）底注包浇注工艺特性的应用
传统计算法简便易行，但存在着重要缺点，浇注速度采用“平均值”，这与实际情况不符。因此，所计算的浇注时间τ、型内钢液上升速度等不准确，所设计的浇注系统尺寸很难说是最佳的。
只要知道底注浇包的内尺寸、出钢的吨位和渣量，根据上面的一组方程就可以计算并绘出底注浇包的浇注工艺特性曲线。 浇注工艺特性给出准确的q、τ、h、m的对应关系，因而可依工艺需要，用来确定：（1）浇注时间（2）包孔尺寸（3）铸件的浇注次序（4）型腔内不同截面处金属液面上升速度（5）是否应用塞杆阻流法浇注
针对工厂所用的各种规格的浇包，绘出其浇注工艺特性曲线，对提高铸钢件工艺水平，保证铸件质量是有益的。
二、轻合金铸件的浇注系统 轻合金是铝、镁合金的统称，特点是密度小，熔点低，容积热容量小而热导率大，化学性质活泼，极易氧化和吸收气体。常见缺陷有：非金属夹杂物（由泡沫、熔渣和氧化物组成），浇不到和冷隔，气孔，缩孔，缩松及裂纹，变形等等。
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轻合金的浇注温度低，对型砂的热作用较轻。如果出现夹砂结疤、粘砂缺陷，常是因型砂质量太差引起的。 过热的铝合金有很高的氢的溶解度，因而应严格控制熔炼温度，脱氢和变质处理应精心，否则易引起析出性气孔。
改善充型过程无助于解决此类缺陷。轻合金降温快，应快浇。有的轻合金结晶范围宽，凝固收缩大，易出现缩孔、缩松、变形甚至开裂等缺陷。有的糊状凝固特性强，难于消除缩松，浇注系统的设计应注意发挥冷铁、冒口的作用，要求有较大的纵向温度梯度才能消除缩松缺陷。
紊流运动促使氧化膜、空气混入合金内部，所形成的氧化夹杂物的密度常比金属液的密度大，难于清除。 因此，要求合金在浇注系统中流动平稳，不产生涡流、喷溅，以近乎层流的方式充型。
适合应用开放式的底注式浇注系统。据经验，低于100mm的矮铸件才可用顶注式或中间注入式浇注系统。广泛应用垂直缝隙式和带立缝的底注式浇注系统（见图3-4-41），能把合金液平稳地导入型腔，有利于顺序凝固。蛇形直浇道增加流动阻力，降低流速使充型平稳。高大铸件可使用阶梯式浇注系统。
浇口比如下： 铸件 小于20kg S直：S横：S内＝1：2：（2～4） 20～50kg S直：S横：S内＝1：3：（4～5） 大于50kg S直：S横：S内＝1：4：（5～6）
推荐以容许最小紊流程度为依据的阻流计算法。实质为保证金属流动平稳，以免形成过多氧化夹杂物。根据水力模拟试验及实际浇注试验，确定出轻合金充型时的最大允许雷诺数如表3-4-16所示。
实践证实，如Re值低于表中数值，由能排除型内形成扰动的根源，一定可以得到合格铸件。
依选取的浇口比，可求出其他组元面积。最后应核算各组元中金属流速，。
三、铜合金浇注系统的特点 铸造常用的铜合金有铝青铜、锡青铜和黄铜。 铝青铜结晶温度范围窄，易产生集中缩孔，易氧化生成氧化膜和铸件夹杂物。多应用底注、开放式浇注系统，并常用滤渣网和集渣包。
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锡青铜和磷青铜的结晶温度范围宽，易产生缩松缺陷，但受氧化倾向轻。可采用雨淋式、压边式等顶注式浇注系统。对大中型复杂铸件，也常设滤网除渣，并使流动趋于平稳。
黄铜的铸造性能接近于铝青铜等无锡青铜，黄铜液中因有锌蒸气的保护和自然脱气作用，故很少形成氧化膜和析出性气孔。应依顺序凝固的原则设置浇注系统和冒口。
第六节 金属过滤技术
近年来，由于金属过滤技术的发展，为得到高纯净度的金属铸件和铸锭提供了条件。这项技术的主要优点是：大大减少了金属中的非金属夹杂物；防止铸件夹渣缺陷；改善了金属的力学性能，特别是疲劳强度；改进了切削性能，延长刀具的使用寿命；提高铸件的表面品质，减少加工余量；简化浇注系统结构，提高铸件的工艺出品率，此外，还可改善某些合金铸件的耐腐蚀性等。
市场供应三种典型的过滤板：陶瓷网格过滤板、泡沫陶瓷过滤板和编织的玻璃纤维过滤网。过滤网、板应满足以下要求
(1)有足够的耐火度，其变形、软化温度应高于金属的浇注温度;(2)能滤去金属液中尽可能小的微观杂质，使金属液净化;(3)具有高的抗热冲击性和抗重力冲击性，，浇注时不破裂;(4)有足够的金属液通过速度;(5)热容量小，以减小初始金属液的降温;(6)不污染金属，不发气;(7)室温下有足够的强度，不破裂，不掉粒或粉末。
一、陶瓷网格过滤板（cellular ceramic filter） 设计带有过滤板的浇注系统时，应考虑：过滤板容易安放在砂型中，使金属液全部穿过过滤板而进入型腔，过滤板尽量靠近型腔，浇注系统结构宜简化，过滤板可以水平、倾斜或垂直放置。对于球铁件，过滤板的过滤面积大于4～8倍的阻流面积，才能保证正常的浇注速度。过滤板四周的压砂深度大些为好，至少应大于3mm，并同砂型紧密接触，以免金属液从四周缝隙流过，起不到过滤作用。
二、泡沫陶瓷过滤板(ceramic foam filter) 泡沫陶瓷过滤板是用有机泡沫材料浸泡于陶瓷浆料中，经挤压、烘干、焙烧而制成的，是多孔性的泡沫陶瓷块。陶瓷浆料组成为：陶瓷材料粉，流变剂，粘结剂或空气硬化剂及适量水，有的还加入有机泡沫浸蚀剂、陶瓷纤维，以提高过滤板的强度。
常用的陶瓷材料粉有： 氧化铝、氧化铬、氧化锆、氧化镁、氧化钛、莫来石、铝矾土及二氧化硅等，或者是它们之间的混合物。 作为流变剂的有： 膨润土、粘土 作为粘结剂或空气硬化剂的有： 铝的正磷酸盐、镁正硼酸盐、氯化铝的羟基氧化物、硅酸钠（或钾）、硅酸乙酯等。以正磷酸铝的综合效果最佳。
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