【正文】 習慣上把冒口所鑄成的金屬實體也稱為冒口。對于輕合金也可用更廉價的普通玻璃纖維網。 秋季學期 鑄造工藝學教案 主講教師 榮守范 37 三、耐火纖維編織過濾網 國內應用比較多的是高硅氧玻璃纖維網，為提高其剛性和耐火度，預先經過浸涂耐火涂料及烘干處理。 作為流變劑的有： 膨潤土、粘土 作為粘結劑或空氣硬化 劑的有： 鋁的正磷酸鹽、鎂正硼酸鹽、氯化鋁的羥基氧化物、硅酸鈉（或鉀）、硅酸乙酯等。陶瓷漿料組成為：陶瓷材料粉，流變劑，粘結劑或空氣硬化劑及適量水，有的還加入有機泡沫浸蝕劑、陶瓷纖維，以提高過濾板的強度。過濾板四周的壓砂深度大些為好，至少應大于 3mm， 并同砂型緊密接觸，以免金屬液從四周縫隙流過，起不到過濾作用。 一、陶瓷網格過濾板（ cellular ceramic filter） 設計帶有過濾板的澆注系統(tǒng)時，應考慮：過濾板容易安放在砂型中，使金屬液全部穿過過濾板而進入型腔，過濾板盡量靠近型腔，澆注系統(tǒng)結構宜簡化，過濾板可以水平、傾斜或垂直放置。(6)不污染金屬，不發(fā)氣 。(4)有足夠的金屬液通過速度 。(2)能濾去金屬液中盡可能小的微觀雜質，使金屬液凈化 。 市場供應三種典型的過濾板：陶瓷網格過濾板、泡沫陶瓷過濾板和編織的玻璃纖維過濾網。 第六節(jié) 金屬過濾技術 近年來，由于金屬過濾技術的發(fā)展，為得到高純凈度的金屬鑄件和鑄錠提供了條件。 黃銅的鑄造性能接近于鋁青銅等無錫青銅，黃銅液中因有鋅蒸氣的保護和自然脫氣作用，故很少形成氧化膜和析出性氣孔?？刹捎糜炅苁健哼吺降软斪⑹綕沧⑾到y(tǒng)。多應用底注、開放式澆注系統(tǒng)，并常用濾渣網和集渣包。 三、銅合金澆注系統(tǒng)的特點 鑄造常用的銅合金有鋁青銅、錫青銅和黃銅。 依選取的澆口比，可求出其他組元面積。根據水力模擬試驗及實際澆注試驗，確定出輕合金充型時的最大允許雷諾數如表 3416 所示。 澆口比如下： 鑄件 小于 20kg S 直： S 橫： S 內＝ 1： 2：（ 2～ 4） 20～ 50kg S 直： S橫： S 內＝ 1： 3：（ 4～ 5） 大于 50kg S 直： S 橫： S 內＝ 1： 4：（ 5～ 6） 推薦以容許最小紊流程度為依據的阻流計算法。蛇形直澆道增加流動阻力，降低流速使充型平穩(wěn)。據經驗，低于 100mm 的矮鑄件才可用頂注式或中間注入式澆注系統(tǒng)。 因此，要求合金在澆注系統(tǒng)中流動平穩(wěn)，不產生渦流、噴濺，以近乎層流的方式充型。有的糊狀凝固特性強，難于消除縮松，澆注系統(tǒng)的設計應注意發(fā)揮冷鐵、冒口的作用，要求有較大的縱向溫度梯度才能消除縮松缺陷。輕合金降溫快，應快澆。 過熱的鋁合金有很高的氫的溶解度，因而應嚴格控制熔煉溫度，脫氫和變質處理應精心，否則易引起析出性氣孔。 秋季學期 鑄造工藝學教案 主講教師 榮守范 35 輕合金的澆注溫度低，對型砂的熱作用較輕。 二、輕合金鑄件的澆注系統(tǒng) 輕合金是鋁、鎂合金的統(tǒng)稱，特點是密度小，熔點低，容積熱容量小而熱導率大，化學性質活潑，極易氧化和吸收氣體。 只要知道底注澆包的內尺寸、出鋼的噸位和渣量，根據上面的一組方程就可以計算并繪出底注澆包的澆注工 藝特性曲線。 （二）底注包澆注工藝特性的應用 傳統(tǒng)計算法簡便易行，但存在著重要缺點，澆注速度采用 “ 平均值 ” ，這與實際情況不符。 其他組元截面積 以包孔截面積為基準，參照下述澆口比確定澆注系統(tǒng)各組元截面積 S 包孔： S 直： S橫： S 內 ＝ 1：（ ～ ）： （ ～ ） :（ ～ ） 生產中為加強冒口的補縮效果，常在每個冒口下部設置內澆道，冒口數量多時，內澆道數目也相應增多，結果使?jié)沧⑾到y(tǒng)更加 “ 開放 ” 。經校核、如果鋼液上升速度達不到要求，應采取措施，使之滿足表 347 的要求。 澆注時間和液面上升速度 秋季學期 鑄造工藝學教案 主講教師 榮守范 34 可 用公式（ 3426）或表 344 給出的數據初步確定澆注時間，作為選擇包孔的依據。 應指出，同一澆包和包孔的澆注速度，隨包內鋼液深度變化而變化。每個包孔的鋼液流量 —— 澆注速度，不僅決定于包孔直徑，還與包內鋼液深度有關。 澆包容量及包孔選擇 澆包總容量應大于鑄型內金屬需要量。 （一）底注包澆注系統(tǒng)的經驗計算法 鑄鋼車間的澆包容量和熔爐噸 位一致，一般只有一種或幾種容量的澆包和數種直徑的包孔。 用底注澆包澆注時，澆注系統(tǒng)必須是開放式的，直澆道不被充滿，保證鋼液不會溢出澆道以外。塞桿阻流有一定限度，依經驗，最大塞桿阻流限度時的流量為開啟塞桿流量的 倍，超過此限度時鋼液流股分散，無法正常澆注。只在造型流水線上澆注小件的個別情況下 才使用轉包澆注。 絕大多數工廠使用保溫性能好、阻渣能力強的底注澆包，中大型鑄件的直澆道用耐火磚管砌成。對較大的熱節(jié)或鑄件，則另設冒口，使內澆道通過冒口，以提高冒口的補縮效率。根據經驗，澆注時間的變化如果超過 1 秒，廢品就會 大幅度增加。澆口杯應足夠大。盡量使各層型腔同時充滿。實踐表明，對垂直分型無箱造型，可以采用恒壓等流 量澆注系統(tǒng) —— 強封閉式澆注系統(tǒng)。 三、垂直分型澆注系統(tǒng)的計算 （一）計算原理 垂直分型無箱造型的特點是：造型、澆注、冷卻過程中分型面均呈垂直狀態(tài)。使上層內澆道向上傾斜（如 30176。 每層內澆道的總截面積 一般地說，當鑄件高度超過 600mm 時，就可采用階梯及澆注系 統(tǒng)，兩層內澆道的間距在 600～ 1200mm 范圍內（有的資料認為在 800～ 2020 范圍內）?？梢辣?412 選擇和確定澆口比 二、階梯式澆注系統(tǒng)的計算 除了多直澆道的階梯式以外，其余幾種類型都需滿足以下兩個條件才能實現分層引注： （ 1）連接各層內澆道的分配直澆 道（包括緩沖 直澆道、反直澆道）應呈非充滿狀態(tài) （ 2）再分配直澆道中液態(tài)金屬的自由液面以下 的有效壓力頭，應小于兩層內澆道之間的 距離，既 h 有效 H0 計算原理及步驟： 阻流面積 S 阻的計算 秋季學期 鑄造工藝學教案 主講教師 榮守范 31 轉包澆注容易帶入熔渣，階梯式澆注系統(tǒng)應設計成先封閉后開放式的，以便利用阻流前面的澆口杯、橫澆道等組元阻渣 若鑄件低于 A－ A 水平面，則在充型期間 υ 值 不變。 澆注系統(tǒng)中主要組元的截面積比例關系 —— S 直： ΣS 橫： ΣS 阻稱為澆口比。增重原因有： 木模壁厚偏差 起模時擴砂量 鑄型及砂芯干燥過程中的尺寸變化 合箱偏差及澆注時的漲砂等 增重因鑄件大小、鑄型等工藝條件而異，一般增重在 3％～ 7％。 以奧贊公式計算 S 阻。 要注意，重要的是核算鑄件最大橫截面處的型內金屬上升速度。近代造型機（如多觸頭高壓造型機）模板上的直澆道位置一般都被確定，在這樣的條件下應遵守規(guī)定的位置。一般使直澆道高度等于上砂箱高度 。 第四節(jié) 鑄鐵件澆注系統(tǒng)設計與計算 一、設計步驟 通常在確定鑄造方案的基礎上設計澆注系統(tǒng)。 使用以上兩表的條件應符合：砂型無明出氣孔或冒口，透氣率一般，澆注溫度正常，使用轉包澆注。 對球墨鑄鐵件可依下圖確定流量系數 對鋼鐵件，一般只核算最小上升速度。因此，準確地確定流量系數值是件困難的工作。 如果阻流不設在內澆道，則內澆道的流量系數比澆注系統(tǒng)（阻流）的流量系數值 要小。由于近年來普遍認識到快澆對鑄件的益處，因此澆注時間比過去普遍縮短，特別是灰鑄鐵和球墨鑄鐵件更是如此。 合適的澆注時間與鑄件結構、鑄型工藝條件、合金種類及選用的澆注系統(tǒng)類型等有關。 慢澆還常降低造型流水線的生產率。 慢澆的缺點 澆注期間金屬對型腔上表面烘烤時間長，促成夾砂結疤和粘砂類缺陷。對體收縮大的合金，當采用頂注法或內澆道通過冒口時， 慢澆可減小冒口。 慢澆的優(yōu)點 秋季學期 鑄造工藝學教案 主講教師 榮守范 28 金屬對型壁的沖刷作用輕；可防止?jié)q砂、抬箱、沖砂等缺陷。澆注系統(tǒng)的重 量稍大，工藝出品率略低。 對灰鑄鐵、球墨鑄鐵件，快澆可以充分利用共晶膨脹消除縮孔縮松缺陷。減小皮下氣孔傾向。具有垂直分型面的中大件可優(yōu)先采用 秋季學期 鑄造工藝學教案 主講教師 榮守范 26 第三節(jié) 計算阻流截面的水力學公式 一、奧贊公式 把澆注系統(tǒng)視為充滿流動金屬液的管道，是用水力學原理計算澆注系統(tǒng)阻流（最小截面積）的基礎，所導出的公式適用于轉包澆注的封閉式澆注系統(tǒng)。適用于高度不大的中等壁厚的 鑄件。故它兼有頂注式和底注式澆注系統(tǒng)的優(yōu)缺點。適用于輕合金鑄件、球鐵件 等漏包澆注的鑄鋼件也宜采用開放式澆注系統(tǒng)，但直澆道不能成充滿態(tài)，以防鋼水外溢，造成事故。因此，使用轉包澆注的鑄鐵件上不宜應用這種澆注系統(tǒng)。對于容易氧化的輕合金鑄件、采用漏包澆注的鑄鋼件和高大的鑄鐵件，均不宜使用 開放式澆注系統(tǒng) 在正常澆注條件下，金屬液不能充滿所有組元的澆注系統(tǒng)，又稱為非充滿式或非壓力式澆注系統(tǒng)。 （澆注初期，進入橫澆道的金屬液流向末端時失去動能而使壓力升高，金屬液首先在末端充滿并形成末端壓力高而靠近直澆道壓力低的態(tài)勢，故而形成這種流量分布；但當總壓頭小而橫澆道很長時，沿程阻力大，也會出 現近直澆道處壓力高的情況，這時近處的內澆道流量大） 內澆道的基本設計原則 內澆道在鑄件上的位置和數目應服從所選定的凝固順序 或補縮方法 方向不要沖著細小砂芯、型壁、冷鐵和芯撐，必要時 采用切線引入 內澆道應盡量薄，薄的內澆道的好處是 降低內澆道的吸動區(qū)，有利于橫澆道阻渣 降低初期進入渣的可能性 減輕清理工作量 內澆道薄于鑄件的壁厚，在去除澆道時不易損害鑄件 對鑄鐵件，薄的內澆道能充分利用鑄件本身的石墨化 膨脹獲得緊實的鑄件 對薄壁鑄件可用多內澆道的澆注系統(tǒng)實現補縮，這 時 內澆道尺寸應符合冒口頸的要求 第二節(jié) 澆注系統(tǒng)的基本類型及選擇 一、澆注系統(tǒng)的充滿理論 澆注系統(tǒng)的充滿理論 橫澆道充滿條件的公式 秋季學期 鑄造工藝學教案 主講教師 榮守范 23 二、封閉、開放式澆注系統(tǒng) 封閉式澆注系統(tǒng) 封閉式澆注系統(tǒng)可理解為正常澆注條件下，所有組元能被金屬液充滿的澆注系統(tǒng)，也稱為充滿式澆注系統(tǒng)。 秋季學期 鑄造工藝學教案 主講教師 榮守范 22 澆口比的影響 直澆道、橫澆道和內澆道截面積之比（即 S 直 :S 橫 :S 內）稱為澆口比（ gating ratio） 以內澆道為阻流時，金屬液流入型腔時噴射嚴重 以直澆道下端或附近的橫澆道為阻流時，充型較平穩(wěn)， S 內 /S 阻 比值越大則越平穩(wěn) 內澆道流量的不均勻性 同一橫澆道上由多個等截面的內澆道時， 各內澆道的流量不等，試驗表明： 一般條件下，遠離直澆道的內澆道流量大，且先進入金屬。 直澆道窩的作用 秋季學期 鑄造工藝學教案 主講教師 榮守范 20 直澆道窩形狀 五、橫澆道中金屬的流動 橫澆道的功用 向內澆道分配潔凈的金屬液 儲留最初澆入的含氣量和渣污的低溫金屬液并阻留渣滓 使金屬液流平穩(wěn)和減少產生 氧化夾渣物 橫澆道的阻渣原理 秋季學期 鑄造工藝學教案 主講教師 榮守范 21 橫澆道發(fā)揮阻渣作用應具備的條件 橫澆道應成充滿流態(tài)，即滿足充滿的條件 流速應盡可能低 內澆道的位置關系要正確 強化橫澆道阻渣的措施 六、金屬液在內澆道中的流動 內澆道的功用 控制充型速度和方向，分配金屬，調節(jié)鑄件各部位的溫度和凝固順序，澆注系統(tǒng)的金屬液通過內澆道對鑄件有一定補縮作用。 秋季學期 鑄造工藝學教案 主講教師 榮守范 18 第四章 澆注系統(tǒng)設計 第一節(jié) 液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)基本組元中的流動 1. 型壁的多孔性、透氣性和合金液的不相潤濕性，給合金液的運動以特殊邊界條件 2. 在充型過程中，合金液和鑄型之間有著激烈的熱作用、機械作用和化學作用 3. 澆注過程是不穩(wěn)定流動過程 1. 在型內合金液淹沒了內澆道之