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浇注系统设计的原理(七)

具有稳定边界层的湍流流动中,型壳壁与金属液界面处形成的氧化物停留在那里。熔炼过程中产生的现有氧化物经过并不剧烈的湍流混合。但以上面给出的夹杂漂浮速率上浮,大多数的夹杂物在实际的浇注系统中漂浮速度还是太慢了。尽管如此,如果型壳耐火材料是氧化物相粘附的,如二氧化硅,一些夹杂物将粘附在浇道壁上,而不会进入铸件型腔。

然而,可以按照一些一些原则来设计最洁净的浇注系统(见图5a)。通常在直浇口的底部出现激烈湍流的情况,在那里金属液充型速度最大,而且方向发生改变。在这个区域内,金属和任何夹杂物都能很好地混合在一起,夹杂物有了结合和团聚的最佳机会转折浇道( cross runners)应具有稳定边界层(NRe < 20,000)的湍流流场。然后,当金属液进入上流道( up-runners)时,会形成一个层流区域,进行金属液的最后清洁。

这种层流区可以通过在上流道底部放置过滤器来建立,如图13所示过滤器的工作原理是迫使金属金形成层流。需要注意的是,过滤器中的孔径比大部分被去除的夹杂物都要大,很显然过滤器的主要作用不是简单的机械滤出夹杂物。过滤部分是通过降低流速来完成的。(当金属液通过过滤器时,会有很大的压头损失),但最重要的影响是水力半径变得非常小因为过滤器增加了金属液的有效润湿。由于过滤器是由夹杂物附着的材料制成的,它们能够有效地捕获夹杂物,使夹杂物远离铸腔。

在大气状态下浇注铸件时,不应将过滤器放置在浇口杯中,因为金属液浇入其中,形成液滴,液滴下来,与浇道中空气中的氧气发生反应,形成夹杂物。当然,在真空状态下中,型腔中的氧气很少,在浇注过程中不会引起夹杂物问题,尽管夹杂物可能存在于原始装料中,或与坩埚发生反应的结果,或来自制作不良的型壳。然而,在浇口杯中放置过滤器往往会减慢浇注速度,并可能导致金属液浇不足。

在真空状态下浇注时,浇注系统的设计往往忽略了浇注过程中氧化的可能性,浇注系统的设计是尽可能快地填充铸件,避免金属液浇不足。浇口杯可能比大气状态下大,以接住从浇包中迅速倒出的金属。

实验表明,每种浇注系统设计都有一个最优的浇注速率。如果浇注速度太慢,就会导致浇不足;如果浇注速度太快,会形成再氧化和夹杂物,造成废品。型壳应有适当的透气性,这样当金属进入型壳时,型壳中空气就能逸出。因为熔模铸造型壳的透气性相对较差,所以需要设计排气槽。

熔模铸造厂家经常会遇到薄壁铸件充填问题。提高金属液的浇注温度以及提高型壳的预热温度都能解决薄壁件的充型问题。因为 预热的型壳减慢了熔融金属的液固时间(见下文)。填充薄壁的能力也是合金成分的一种特性,称为“流动性”。一般来说,合金的凝固范围越大,它流动性越小。铸造工人很少有机会选择合金材料。假如可以选择的话,他应该考虑合金的流动性。另外,金属氧化皮以及因与型壳材料或者大气反应导致的金属液不洁净也会导致流动性下降。

浇注系统的主要目标是确保铸件所有型腔能够得到完满填充并且合理的凝固。只有这样,才能对过程进行充分的控制,以确保重复性。有一种方法可以用来确定这个条件是否在一个特定的模组上实现,即记录所有废品和返工铸件在模组上的位置。如果在模组上的一个或多个位置上发生的报废率高于平均合格率,则应该修改浇注系统设计。

内浇口应与直浇道对称,铸件与直浇道保持相同的距离。在多层模组中,顶部和底部的铸件凝固速度比中间的铸件快中间铸件比顶部以及底部的铸件散热相对要慢。

翻译到了后期,难度越来越大。好多东西是凭自己的专业知识以及常识揣测而出,可能会存在比较多的错误,请大家见谅!如果能对你有所帮助,我将不胜荣幸。

以上就是今天的分享,谢谢大家!

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