铸造工艺学浇口设计.pptx

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铸造工艺学 浇注系统设计 ;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。;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,并容易清理; (10)减少砂型体积,造型、制模简单。;1 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);压能:作用在单位体积流体上的压力来表示。 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);(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。 Re2320为紊流。;(2)充型伴随着热作用、机械和化学作用。 (3)浇注过程???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。;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。 (4)增加充型压头。;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。;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。;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 v M点的切线速度 r M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。 ;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。;c 浇注方向:逆向浇注较顺向浇注为佳。;生产中减轻水平旋涡的措施 a 用大深度浇口杯; 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;;d 在浇口杯底部设置堤坝,形成垂直旋涡。;2 )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。;1 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

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