有色合金浇冒口设计基本原则.doc

有色合金浇冒口设计基本原则Jeff Meredith浇冒口系统的基木作用是将干净你无渣滓的金属液平稳地引入铸型并且在的凝I古I过稈中始终 保持对铸件的卞飾在有色介金铸造中，气孔、夹渣、缩松等铸造缺陷常常是由于不合理的浇冒口 系统所引起的一但岀现这些问题，铸造丁作者就应该认真分析浇冒口系统结构的合理性并找出产 生缺陷的原因这里要讨论的中心问题就是浇冒口系统设计的基木原则木文论述了浇冒口系统设计的一些基木原则 尽管对于不同的合金以及形状、尺寸、复杂稈度 不同的铸件没有一种绝对通用的规则，但是这些基木原则能够为个产优质铸件的浇冒I I系统设计提 供-一个理论基础设计对于有色合金浇注系统而总首要问题是使金属液以尽可能低的速度无紊流±也进入型腔并维持 一个最佳的充型速度，这种最佳的速度对于同一种合金不是一个固定值，因为它受铸件重量、壁厚、 购犬等因素的影响，当然也随合金种类的不同而变化，可以从铝铜合金的75mm / sec至0铝合金的 500mm / sec；过大的液流速度可能增加紊流、夹渣及粘砂的趋向，使铸件的机械性能卜降，其至出 现废品作为一种解决方法，常常设计超过荐值的较大的浇注系统来解决高的充型速度与低的液流速 度2间的矛丿百（特别是对于窄结晶温度范用的合金和易产生杂质的合金）。

有色合金应该采用无压式 浇注系统，内浇道开设在铸型的上箱，以保证横浇道衣浇注过程中一肓处于充满状态此外，育浇 道和内浇道之间应保持…定的距离以使杂质范t浮到横浇道顶端而被捕集（图1）,另外， 能使金属液从铸件底部或接近底部的位置引入，以保证在型腔内产生最小的紊流浇口杯除对特别小的铸件外，我们推荐在备种有色合金铸件中使IJ浇口杯，合理的浇口杯可以使浇注 T•能够快速地注满盲浇道并且在整个浇注过程中保持一个相对稳定的压头浇口杯常常设计成与直 浇道相对偏移你 有一个底坎的结构（图2）浇口杯应为长方形，这样在浇注过程中可以产生向上 的环流冇助于杂质的清除，浇口杯出口丿M高于育浇道入口一种手T操作的浇口塞有时会在浇注中 采用（对于窄结品温度范伟1的合金如铝铜合金），它使浇注工能够完全地注满浇I I杯，进而更快地充满浇注系统和铸型，并且在塞了拨出Z前使熔渣有足够的时间浮上表面对有色合金铸造来说，从盲浇道肓接注入或是采用锥形浇11宵玄接注入的方式都是不推荐的， 没有浇11杯，空气和杂质容易被卷入金属液，并被带入浇注系统，同时高速流动的金属液会在浇注 系统中产生过多的紊流肓浇道控制堵整个铸件的充型速度，因此E是浇注系统中最重要的一^分。

真浇道M尽可能设 计成园锥形结构，底部为最小控制截面，浇注系统其它部分截面的大小部根据这个最小控制鬧汕i的 大小而定许多资料都提供了育浇道的合适的锥度值，通常，从浇口杯出口处保持一个5°的斜度即可 如果肓浇道的高度超过了 300mm H截面肓径或宽度也应增加50%育浇道的横截面可以是园形、正方形或长方形，有关资料表明：长方形是较理想的形式，因为 它有助于减少涡流的形成和空气的吸入，另外，长方形或正方形比园形更容易帝隨液体金属最高的流速产生在尙浇道末端一浇口窝浇口窝的重要作用是缓冲液流，并且使液流 从垂冇方向湍动转为水平方向流动时产生最小的紊流，浇口窝的推荐尺寸为：冇径为冇浇道末端氏 径的2-3倍，深度为横浇道深度的两倍（图3）横浇道和内浇道作一个明显的提示：有色合金浇注系统必须为开放式浇注系统，横浇道在下箱，内浇道在上箱, 横浇道的截曲积应为右浇道截面积的2-4倍，内浇道总截血秋应为横浇道截面积的1 -2倍，它能 保证以较低的液流速度获得所需的充型速度对杂质特别敏感的合金如铝铜合金，可选取较大的横 浇道和内浇道，以保持较慢的液流速度横浇道理想的截面应为长方形，其宽度与厚度之比为2： 1,横浇道上表面越宽其集渣能力也越 强，当在一个横浇道上开设多个浇口时，横浇道的截面秋、'、/根据林内浇口的血积作相丿"的缩减 以保证每个内浇口内金屈流动的状况大致相同（图4）,另外，一种置于横浇道末端的集渣器能够清 除在浇注系统内产生的氧化杂质。

内浇道A'/尽可能开设在在较低的位置，以避免液体金属在下落过擀中产生紊流，与横浇道一样, 内浇道截面丿也为长方形，以防在交接面上出现热结点而产生缩松，内浇道准确的宽度一谆度比应根 据铸件的凝固时间来确定，作为一个经验数据推荐：内浇道的悖度小于交接处铸件悖度33%冒口系统在有色合金补缩系统中（冒口），合金的凝固方式是多种多样的，这是因为有色合金的凝固温度范围可以从铝铜合金几6胴合金200多讨论合金的补缩首先就要了解合金是怎样凝固的，有 色合金不能简单地根据其名称进行的分类，因为同-名称的合金可能衣凝固温度范围上有很大的区 别，刚七有色合金常常根据其凝固温度范围进行分类液相线和固相线）窄结晶温度范围的介金在砂型中冷却时，先降到液相线温度的液体金属首先开始凝I古I,这通常 发生在铸件的表面上，那甲的热交换作用最强，铸型型壁的激冷作用使金属液很快m成一个固体薄 売包裹着金屈液，通过这个薄売向外散热，金属液体开始不断地在上面凝固，金属売的耳度不断增 加固体和液体被一条清楚的分界线一一凝固前沿分开，凝固前沿一直不断［也朝铸件中心发展，晶 体衣凝固前沿的工长区域是很小的，这与铸件开始凝固时顶面的悄况和凝固结束时底血的情况是一 致的，窄结品温度范I韦I的合金即使在较低的温度梯度下也倾向于顺芋凝咏对于宽结晶温度范围的合金，进行顺序凝間是困难的，尽管在凝固初期也会在型壁形成一个固 体薄壳，但凝間不能逐渐地向铸件内部进行，而是从铸型型壁向一个与液相线对应的形核波内部推 进，此丿乙一个与固相线对应的凝固结束波从型壁紧随形核波朝铸件的中尤推进，因此凝固是在 般亥波至哒的每一处开始并且在凝I古I结束波至哒时结束。

通常情况卞宽结晶温度范囤的合金在凝I古I期间存在三种不同的结晶区域在铸件中心的液相区； 紧挨肴型壁的固相区；介于液态区和固态区z间的凝固区对于一些特殊的宽结晶温度范围的合金, 如断面片大的锡青铜铸件，其凝固温度范围超过392 F并具冇较高的热导性，这种情况下液相和固 相往往是共存于整个铸件断面中凝固;^峻在有色合金中表现出的各种凝固方式导致衣铸件和冒口中存衣不同形式的收缩，通常，窄结晶 温度范用的合金具有较深的补缩通道，补缩液体通过整个凝固区域对铸件进行补缩，铸件内部的收缩可能衣铸件报后凝固的地方形成小的孔洞，此时由于凝固前沿交接而使补缩通道被切断，或者说缩 孔产％在不能得到充分补缩的铸件热节部分和厚大断面处图5）对于宽结晶范围的合金，由于其糊状凝固的特点，冒口的补缩通道很小，在整个凝固期间仅仅存在于很短的时间内，纽【小的分散的缩松存在于整个铸件断面上，粗大的集中的缩孔则存衣于铸件 冷却较變的地方如热节和冒口中奋通常的铸造条件下，要在锡青铜或磷铜这样一些结品范围宽的 合金上获得绝对无缺陷的铸件是不可能的这类合金通常有超过60%的缩松被分散到整个铸件断血 上（图5B）木烯实际对于窄结晶温度范用合金，要生产岀优质铸件必须使介金从远离冒口的地方开始凝I古I,并月逐 步朝冒口（最麻凝固的地方）方向发展，这样，所有的液态和固态收缩都集中在冒口内进行，而铸 件则是无缺陷的，这种逐渐凝固的方式被称作顺宇凝固，它被看成在纵断面上形成V形凝固前沿的 基本条件（V形的大端指向冒口）但是，这种理想的iW况在实际铸造4产中是不存亦的，由于铸件结构的复杂性使得彳瞬在断血 上形成所需要的温度梯度，通常，窄结品温度范用的合金有效补缩冒Li的设计原贝I」如下：冒口必须置于铸件的热节部分上冒口应该在它所彳呦的部分凝固Z麻才凝固（模数大于1）冒口必须有足够的体积彳M尝合金液态和固态的收缩，该收缩受合金构成、浇注温度、铸件的形 状以及合金的含气最等因素的影响。

此外还应•考虑合金的卞晞范囤以确定冒口的距离，冒口将改变铸件同一断ini上的温度梯度以促 进顺芋凝固对于宽结晶范围的合金，几乎不存在顺序凝固，由于在一些区域内存在集中的缩扎 这对于保 证铸件质量是不利的例如，对于宽结品范围的铜和铝合金，由于合金的高的导热性，使得在整个 的铸件凝固区域保持几乎…样的温度梯度，这对于补缩是困难的另外，特殊的高温和潜热都将加 剧这种趋向对于宽结晶范围的合金，补缩的目的并不是消除收缩，而是使收缩均匀分布到铸件的敕个断血•个实际的例了是铅育铜，它经常采用无冒I I铸造T艺，以保持尽可能一致的温度梯度如果冒LI只对热节部分和收缩部分进行衲婆那是最理想的为了避免凝固时间的延长，通常将 模数控帘惟0.6—1冒口彳M尝的体积收缩受合金构成、浇注温度、铸件断面厚度、合金的含气量等 因索的影响当然，由于合金普遍存在较小卞陷6范围，在通常的铸造条件下要想彻底消除缩孑佑缩 松是不现实的木文是根据发表在1995年1—2月版的《介金铸造和表血处理》上的文章改编的译自 mordem casting Feb 1999翻译袁宋。