07
2025
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02
砂型鑄造澆注系統(tǒng)作用及設(shè)計(jì)要點(diǎn)淺析
作者：
丁以剛
澆注系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流人型腔的通道。一般鑄鐵件澆注系統(tǒng)主要由澆口杯(外澆道)、直澆道、橫澆道及內(nèi)澆道四部分組成。澆注系統(tǒng)與鑄件的質(zhì)量有密切的關(guān)系。它的主要功能是: (1)將型腔與澆包連接起來，并平穩(wěn)地導(dǎo)人液態(tài)金屬；(2)補(bǔ)充澆注結(jié)束時(shí)的液態(tài)收縮；（3）擋渣；（4）排氣；（5）調(diào)節(jié)鑄型和鑄件各部分的溫度分布以控制鑄件的凝固順序；（6）保證液態(tài)金屬在最適宜的時(shí)間內(nèi)充滿鑄型；（7）保證液態(tài)金屬的平穩(wěn)流動(dòng)，盡量消除紊流，從而避免卷入氣體導(dǎo)致金屬過度氧化；（8）保證金屬液面在型腔內(nèi)有必要的上升速度。
在學(xué)?；蚴墙炭茣现v解澆注系統(tǒng)內(nèi)容時(shí)，往往以水模型作為教案來模擬鐵液在澆注系統(tǒng)中的流動(dòng)，因此，澆注系統(tǒng)俗稱“水口”。有的人認(rèn)為只要把鐵液導(dǎo)人型腔就行了，對(duì)澆注系統(tǒng)沒有引起足夠的重視，導(dǎo)致生產(chǎn)廢品率居高不下。究其原因主要有以下幾個(gè)方面。
1、不懂得鐵液在鑄型澆注系統(tǒng)中的流動(dòng)特點(diǎn)，鐵液在澆注系統(tǒng)中的流動(dòng)畢竟不同于一般流體在封閉管道中的流動(dòng)，它有其自身的特點(diǎn):①型壁的透氣性和金屬液的潤濕條件;②當(dāng)金屬液在流進(jìn)澆注系統(tǒng)時(shí)與其型壁有強(qiáng)烈的機(jī)械作用和物理化學(xué)作用，導(dǎo)致其沖蝕鑄型、吸收氣體并產(chǎn)生金屬氧化夾雜物;③一般金屬液總含有少量夾雜和氣泡，在充型過程中還會(huì)析出晶粒及氣體，所以金屬液充型時(shí)屬于多相流動(dòng)。因此，在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮金屬液的擋渣和排氣以及盡量減少其紊流程度。
2、沒有認(rèn)識(shí)到澆注系統(tǒng)的重要性，不重視澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。有的鑄造廠為了趕進(jìn)度，甚至連鑄造工藝都懶得設(shè)計(jì)，一拿到產(chǎn)品圖紙轉(zhuǎn)身就交給模具廠制造模具，還美其名曰：從工藝設(shè)計(jì)到模具制造一條龍服務(wù)。模具廠不知道是不懂還是圖省事，往往重視模樣的設(shè)計(jì)制造，而忽視澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造。很快一套光鮮閃亮卻有質(zhì)量隱患的模具就交付了。經(jīng)試模，鑄件形狀和尺寸合格，模具就投入了批產(chǎn)。貌似模具的開發(fā)、制造的速度很快，但澆注系統(tǒng)不合理帶來的質(zhì)量隱患卻像慢性病一樣長期折磨著鑄造廠，付出沉重的代價(jià)。
3、有的教科書的闡述缺乏一致性，甚至前后互相矛盾。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不同、生產(chǎn)工藝不同、生產(chǎn)設(shè)備不同，相應(yīng)的生產(chǎn)過程控制也不盡相同，很難在書本中找到一套“拿來主義”理論。
在澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意一下幾處：
1、重視澆口杯作用，澆口杯大小除了會(huì)影響澆注時(shí)鐵液的導(dǎo)入外，還會(huì)形成一定的壓頭，影響到補(bǔ)充液態(tài)收縮，使鑄件產(chǎn)生縮孔缺陷。在生產(chǎn)中，澆口杯需要有一定的體積，儲(chǔ)存足夠的鐵液補(bǔ)充液態(tài)收縮，保證凝固結(jié)束后，鐵液液面下降不多。
2、內(nèi)澆道開設(shè)在橫澆道的底部。澆注系統(tǒng)無論是封閉式的還是開放式的，鐵液在橫澆道中流動(dòng)時(shí)，渣子總會(huì)是向上浮的。把內(nèi)澆道設(shè)在橫澆道的頂部，容易把上浮在橫澆道頂部的渣子吸進(jìn)型腔，是不合理的。內(nèi)澆道應(yīng)在橫澆道的底部，并且內(nèi)澆道和橫澆道的底面應(yīng)在同一平面上，否則澆注之初的夾雜著砂、渣、氣體的溫度偏低的“臟鐵液”就會(huì)先流入內(nèi)澆道進(jìn)人型腔，而不能越過內(nèi)澆道口流到它該去的橫澆道的末端，容易產(chǎn)生砂眼、渣眼、氣孔等缺陷。
3、澆注系統(tǒng)由多個(gè)內(nèi)澆口進(jìn)水時(shí)，第一個(gè)內(nèi)澆道與直澆道不能太近。水平的橫澆道用以連接直澆道和內(nèi)澆道，使鐵液平穩(wěn)流入各個(gè)內(nèi)澆道;同時(shí)還起到捕集、保留由澆包經(jīng)直澆道流入的夾雜物，故又稱“捕渣器”或撇渣道，它是澆注系統(tǒng)中最后一道擋渣關(guān)口。雖然在直澆道底部放置有過濾網(wǎng)，過濾網(wǎng)能過濾的是在達(dá)到過濾網(wǎng)時(shí)處于固態(tài)或比較粘稠的雜質(zhì)，有些低熔點(diǎn)的渣在這時(shí)還處于熔融狀態(tài)，還是比較順利地通過了濾網(wǎng)。鐵液從直澆道出來后，需要在橫澆道流經(jīng)一段距離才能比較平穩(wěn)，需要有足夠的距離使雜質(zhì)上浮到橫澆道的頂部，一般把第一個(gè)內(nèi)澆道往后移大于5倍橫澆道高度的距離。
4、保證內(nèi)澆道與橫澆道高度比在一定范圍。在橫澆道中向前流動(dòng)的鐵液，在內(nèi)澆道附近除有繼續(xù)向前流動(dòng)的速度外，還有一個(gè)向內(nèi)澆道流動(dòng)的速度，因此，內(nèi)澆道會(huì)將鐵液“吸”進(jìn)去，這種現(xiàn)象稱為“吸動(dòng)作用”。吸動(dòng)作用區(qū)范圍的大小與內(nèi)澆道中鐵液流速成正比(當(dāng)橫澆道充滿時(shí)，其流速?zèng)Q定于澆口杯液面到橫澆道的整個(gè)液柱高度)，還隨著內(nèi)澆道斷面的增大及內(nèi)澆道、橫澆道的高度比值的增大而加大。所以，一般是將橫澆道的斷面做成高梯形內(nèi)澆道制成扁平梯形，內(nèi)澆道在橫澆道的底部，并使橫澆道的高度是內(nèi)澆道高度的5-6倍，以保證內(nèi)澆道的吸動(dòng)作用不會(huì)達(dá)到橫澆道的頂部。
5、直澆道底部設(shè)置底窩。鐵液從直澆道轉(zhuǎn)入橫澆道時(shí)方向急劇改變，出現(xiàn)極度的紊流和攪動(dòng)，容易引起沖砂和卷入氣體，不利于鐵液進(jìn)入橫澆道后雜質(zhì)的上浮，因此必須在直澆道的底部設(shè)計(jì)底窩。底窩的直徑一般為橫澆道寬度的2倍左右，深度是橫澆道高度的一倍左右。直澆道和橫澆道的連接處要做成圓角，以減少?zèng)_砂的危險(xiǎn)。這樣，澆注時(shí)，底窩先充滿，不僅能緩沖鐵液流對(duì)鑄型的沖擊，還可以減少鐵液流的紊流程度，較平穩(wěn)地把鐵液導(dǎo)入橫澆道，有利于雜質(zhì)的上浮。
6、橫澆道末端保留一定形狀。如果末端太短，澆注之初夾雜著砂、渣、氣體的溫度偏低的“臟鐵液”就會(huì)被內(nèi)澆道吸進(jìn)型腔，造成砂眼、渣眼、氣孔等鑄造缺陷。因此，橫澆道末端應(yīng)該加長一段距離。一方面可以避免最后一個(gè)內(nèi)澆道吸進(jìn)雜質(zhì)，另一方面澆注之初到達(dá)這里的“臟鐵液”就不再返回到橫澆道。
7、不同重量的鑄件混布時(shí)需對(duì)澆注系統(tǒng)進(jìn)行二次設(shè)計(jì)。為了節(jié)約成本，充分利用模具型板，將多種產(chǎn)品混布在一套模具中。有些鑄件重量相差較大，充型時(shí)間也相差較大，充型慢的型腔被鐵水長時(shí)間烘烤，型砂強(qiáng)度急劇下降而潰散，造成鑄件表面缺陷。因此，在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)不同鑄件的內(nèi)澆道及橫澆道截面需進(jìn)行優(yōu)化，保證多個(gè)型腔充型時(shí)間接近。
30余年專注于汽車零部件生產(chǎn)及研發(fā)
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