材料成形工艺 第2版 教学课件 作者 夏巨諶 张启勋 主编 第二章　液态金属成形过程及控制.pptx

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1、材料成形工艺第二章　液态金属成形过程及控制第一节　液态金属充型过程的水力学特性及流动情况第二节　浇注系统的设计第三节　液态金属凝固收缩过程的工艺分析第四节　冒口设计第五节　冷铁设计第一节　液态金属充型过程的水力学特性及流动情况一、液态金属充型流动过程的水力学特性二、液态金属在浇注系统中的流动情况三、金属熔体过滤器及浇注系统一、液态金属充型流动过程的水力学特性(1)粘性流体流动　液态金属是有粘性的流体，其粘度的大小与它的成分有关，在流动过程中又随温度的降低而增大。(2)不稳定流动　在充型过程中液态金属温度不断降低，而铸型温度不断增高，两者之间的

2、热交换呈不稳定状态。(3)多孔管中流动　由于砂型具有一定的孔隙，可以把砂型中的浇注系统和型腔看做是多孔的管道和容器。(4)湍流流动　生产实践中的测试和计算证明，液态金属在浇注系统中流动时，其雷诺数Re大于临界雷诺数Re临，属于湍流流动。二、液态金属在浇注系统中的流动情况1.液态金属在浇口杯中的流动情况2.液态金属在直浇道中的流动情况3.液态金属在横浇道中的流动情况4.液态金属在内浇道中的流动情况二、液态金属在浇注系统中的流动情况图2-1　铸铁件浇注系统的典型结构1—浇口杯　2—直浇道　3—直浇道窝4—横浇道　5—末端延长段　6—内浇道浇口杯的

3、作用是：承接来自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢出，便于浇注；减轻液流对型腔的冲击；分离熔渣和气泡，并阻止其进入型腔；增加充型压力头。浇口杯按结构形状可分为漏斗形和盆形两大类。漏斗形浇口杯结构简单，挡渣作用差，由于金属液易产生绕垂直轴旋转的涡流，易于卷入气体和熔渣，因此这种浇口杯仅适用于对挡渣要求不高的砂型铸造及金属型铸造的小型铸件。盆形浇口杯效果较好，底部设置凸缘有利于浇注操作，使金属液的浇注速度达到适宜的大小后再流入直浇道。这样浇口杯内液体深度大，可阻止垂直轴旋转的水平旋涡的形成，从而有利于分离熔渣和气泡，如图2-2所示。1.液态金属在浇

4、口杯中的流动情况1.液态金属在浇口杯中的流动情况图2-2　盆形浇口杯浇口杯内出现水平旋涡会带入熔渣和气体，因而应注意防止。当金属液从各个方向流入直浇道时，各向流量不均衡，某一流股的流向偏离直浇道中心，就会形成水平涡流。根据水力学原理，水平涡流越靠近中心部位压力越低，液面越低，这样浮在液面上的熔渣会沿着弯曲的液面，一边旋转，一边和空气一同进入直浇道，就有可能形成氧化夹渣等铸造缺陷。水力模拟试验表明，影响浇口杯内水平旋涡的主要因素是浇口杯内液面的深度，其次是浇注高度、浇注方向及浇口杯的结构等。浇口杯内液面深度和浇注高度的影响如图2-3所示。液面深

5、度大时不易出现水平旋涡(见图2-3a)，液面浅时易出现水平旋涡(见图2-3b)。浇包嘴距浇口杯越高，水平旋涡越易于产生(见图2-3c)。总之，液面浅和浇注高度大时，偏离直浇道中心的水平流速较高，因而易出现水平旋涡。1.液态金属在浇口杯中的流动情况1.液态金属在浇口杯中的流动情况图2-3　浇口杯内液面深度和浇注高度的影响a)合理　b)、c)不合理为了减轻和消除水平旋涡，对于重要的中、大型铸件，常用带浇口塞的浇口杯。先用浇口塞堵住浇口杯的流出口，然后进行浇注，当浇口杯被充填到一定高度且熔渣已浮起时，再拔起浇口塞，使合金液开始流入直浇道。浇口塞可用

6、耐火材料或铸铁材料制成，其结构应能保证拔起浇口塞时不产生涡流。有时也用一金属薄片盖住浇口杯的流出口，当浇口杯被充填到一定的高度时，金属薄片受热熔化，浇口杯的流出口就被打开，如图2-4所示。1.液态金属在浇口杯中的流动情况1.液态金属在浇口杯中的流动情况图2-4　有拔塞、浮塞或铁隔片的浇口杯a)拔塞式　b)浮塞式　c)铁隔片式2.液态金属在直浇道中的流动情况图2-5　砂型中合金液流的充满条件a)合金液流内任一截面上各点的压力p均大于型壁处的气体压力b)合金液流内任一截面上各点的压力p均小于型壁处的气体压力3.液态金属在横浇道中的流动情况(1

7、)横浇道的稳流作用　液流从直浇道落下时，速度大，不平稳，而经过浇口窝进入横浇道后，液流转向并趋于平稳。(2)横浇道的流量分配作用　液流充满横浇道的同时，即由横浇道分配给各个内浇道。(3)横浇道的挡渣作用　横浇道是浇注系统的主要挡渣单元，其挡渣作用与熔渣特性、横浇道本身结构、各浇道的相互配置关系有关。(4)横浇道的结构形状　横浇道的断面形状，可有圆形、半圆形、梯形等多种形式。(1)横浇道的稳流作用液流从直浇道落下时，速度大，不平稳，而经过浇口窝进入横浇道后，液流转向并趋于平稳。横浇道是直浇道与内浇道之间的中间浇道，液体金属在横浇道中的流动情况与

8、这三个浇道的断面积之比有较密切的关系。当直浇道断面积大于横浇道断面积，而横浇道断面积又大于内浇道断面积，即收缩式浇注系统时，从直浇道下落的液流可立即把横浇道充满；相