鑄造砂的特點(diǎn)

1、第一章第一章液態(tài)金屬成形過(guò)程及控制液態(tài)金屬成形過(guò)程及控制本章的主要內(nèi)容為：液態(tài)金屬充型過(guò)程的水力學(xué)特性及流動(dòng)情況；澆注系統(tǒng)及設(shè)計(jì)；液態(tài)金屬凝固收縮過(guò)程的工藝分析；冒口和冷鐵和設(shè)計(jì)。即讓學(xué)生了解和掌握液態(tài)金屬鑄造成形的兩個(gè)基本過(guò)程－充型充型和凝固凝固對(duì)鑄件質(zhì)量的影響規(guī)律，并提出其控制方案和措施。本章的重點(diǎn)：(1)、充型過(guò)程及其控制；(2)、凝固過(guò)程及其控制。引言引言鑄造的定義：讓金屬液流入并凝固在預(yù)先制備的鑄型中，獲得特定形狀的毛坯或零件

2、(鑄件)的方法或技術(shù)。鑄造成形的基本過(guò)程是充型和凝固：充型的主要目的：使金屬液充滿(mǎn)鑄型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)型腔形狀、尺寸以及表面的復(fù)制。充型的有效性：是否能夠充滿(mǎn)型腔；充型的平穩(wěn)性：是否卷入氣體或雜質(zhì)；充型的順序性：調(diào)整充填后的溫度分布。凝固的主要目的：使不具備機(jī)械性能的液相轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆涮囟C(jī)械性能的固相。凝固的速度：晶粒大小及形態(tài)；凝固的順序：是否有助于補(bǔ)縮；凝固末期的溫度場(chǎng)：應(yīng)力大小及分布、變形、熱裂的產(chǎn)生與控制第一節(jié)第一節(jié)液態(tài)金屬充型過(guò)程的

3、水力學(xué)特性及流動(dòng)情況液態(tài)金屬充型過(guò)程的水力學(xué)特性及流動(dòng)情況充型過(guò)程對(duì)鑄件質(zhì)量的影響很大可能造成的各種缺陷，如冷隔、澆不足、夾雜、氣孔、夾砂、粘砂等缺陷，都是在液態(tài)金屬充型不利的情況下產(chǎn)生的。正確地設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)使液態(tài)金屬平穩(wěn)而又合理地充滿(mǎn)型腔，對(duì)保證鑄件質(zhì)量起著很重要的作用。一、液態(tài)金屬充型流動(dòng)過(guò)程的水力學(xué)特性一、液態(tài)金屬充型流動(dòng)過(guò)程的水力學(xué)特性目前在實(shí)際鑄造生產(chǎn)中，砂型仍占相當(dāng)大的分量，而液態(tài)金屬在砂型中流動(dòng)時(shí)呈現(xiàn)出如下水力學(xué)特性：1.

4、粘性流體流動(dòng)：液態(tài)金屬是有粘性的流體。液態(tài)金屬的粘性與其成分有關(guān)，在流動(dòng)過(guò)程中又隨液態(tài)金屬溫度的降低而不斷增大，當(dāng)液態(tài)金屬中出現(xiàn)晶體時(shí)，液體的粘度急劇增加，其流速和流態(tài)也會(huì)發(fā)生急劇變化。2.不穩(wěn)定流動(dòng)：在充型過(guò)程中液態(tài)金屬溫度不斷降低而鑄型溫度不斷增高，兩者之間的熱交換呈不穩(wěn)定狀態(tài)。隨著液流溫度下降，粘度增加，流動(dòng)阻力也隨之增加；加之充型過(guò)程中液流的壓頭增加或和減少，液態(tài)金屬的流速和流態(tài)也不斷變化，導(dǎo)致液態(tài)金屬在充填鑄型過(guò)程中的不穩(wěn)定流

5、動(dòng)。3.多孔管中流動(dòng)：由于砂型具有一定的孔隙，可以把砂型中的澆注系統(tǒng)和型腔看作是多孔的管道和容器。液態(tài)金屬在“多孔管”中流動(dòng)時(shí)，往往不能很好地貼附于管壁，此時(shí)可能將外界氣體卷入液流，形成氣孔或引起金屬液的氧化而形成氧化夾渣。4.紊流流動(dòng)：生產(chǎn)實(shí)踐中的測(cè)試和計(jì)算證明，液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)中流動(dòng)時(shí)，其雷諾數(shù)Re大于臨界雷諾數(shù)Re臨，屬于紊流流動(dòng)。例如ZL104合金在670℃澆注時(shí)，液流在直徑為20mm的直澆道中以50cms的速度流動(dòng)時(shí)，其雷諾

6、數(shù)為25000，遠(yuǎn)大于2300的臨界雷諾數(shù)。對(duì)一些水平澆注的薄壁鑄件或厚大鑄件的充型，液流上升速度很慢，也有可能得通過(guò)調(diào)整直澆道的高度，可獲得足夠的壓頭以保證金屬液能克服沿程阻力損失，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)以適當(dāng)?shù)乃俣瘸錆M(mǎn)型腔。直澆道越高，則壓頭越大，金屬液進(jìn)入型腔的速度越快，對(duì)充滿(mǎn)薄壁鑄件有利，但同時(shí)對(duì)鑄型的沖擊也愈大。2)、液態(tài)金屬在直澆道中的流動(dòng)特征：負(fù)壓、離壁，容易吸入空氣；控制方法：增大流動(dòng)阻力、降低流動(dòng)速度、減小直澆道尺寸。過(guò)去不少

7、資料認(rèn)為液態(tài)金屬在直澆道中流動(dòng)時(shí)，會(huì)呈負(fù)壓狀態(tài)，出現(xiàn)吸氣現(xiàn)象。對(duì)液態(tài)金屬在直澆道中的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行理論分析和水力模擬試驗(yàn)證明，對(duì)只有澆口杯和直澆道組成的澆注系統(tǒng)、直澆道上口為尖角，澆道截面為等截面時(shí)，會(huì)出現(xiàn)液流離壁現(xiàn)象且有一定的負(fù)壓存在。對(duì)液態(tài)金屬在砂型直澆道中的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行模擬試驗(yàn)和攝影觀察還得出：液態(tài)金屬在直澆道中存在充滿(mǎn)式流動(dòng)和非充滿(mǎn)式流動(dòng)。在等截面的圓柱形和上小下大的倒錐形直澆道中液流呈非充滿(mǎn)狀態(tài)。在非充滿(mǎn)的直澆道中，流股自上而下

8、呈漸縮形，流股表面壓力接近大氣壓力，微呈正壓。流股表面會(huì)帶動(dòng)表層氣體向下運(yùn)動(dòng)，并能沖入型內(nèi)上升的金屬液內(nèi)。而在上大下小的錐形直澆道中液流呈充滿(mǎn)狀態(tài)，無(wú)負(fù)壓和吸氣現(xiàn)象。直澆道入口形狀對(duì)液流流態(tài)影響較大，當(dāng)入口為尖角時(shí)，增加了流動(dòng)阻力和斷面收縮率，常導(dǎo)致非充滿(mǎn)式流動(dòng)。要使直澆道呈充滿(mǎn)狀態(tài)，要求入口處圓角半徑r≥d4（d為直澆道上口直徑）。實(shí)際生產(chǎn)中常用的直澆道結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖1—3。圖中a型直澆道制造方便，應(yīng)用廣泛。對(duì)于極易氧化的鋁、鎂合金鑄件

9、，為了增大阻力降低流速，也可采用b、c、d所示的直澆道。常用直澆道都存在各種局部阻力，只要合理選用澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，就不會(huì)出現(xiàn)離壁和負(fù)壓現(xiàn)象。（圖13砂型鑄造用直澆道形式及常用斷面形狀）3)、澆口窩的作用有：緩沖作用。液流下落的動(dòng)能有相當(dāng)大的一部分被窩內(nèi)液體吸收而轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，再由壓力能轉(zhuǎn)化為水平速度流向橫澆道，從而減輕了對(duì)直流道底部鑄型的沖刷?？s短拐彎處的高度紊流區(qū)。澆口窩可縮短高速紊流區(qū)（過(guò)渡區(qū)），也改善了橫澆道內(nèi)的壓力分布（圖1

10、—4），壓力分布特性說(shuō)明過(guò)渡區(qū)的存在。這對(duì)減輕金屬氧化、阻渣和減少卷入氣體都有利。當(dāng)內(nèi)澆道距直澆道較近時(shí)，應(yīng)采用澆口窩。改善內(nèi)澆道的流量分布。設(shè)置澆口窩，有利于內(nèi)澆道流量分布的均勻化，例如在F直∶F橫∶F內(nèi)=1∶2.5∶5的試驗(yàn)條件下，無(wú)澆口窩時(shí)，兩等斷面的內(nèi)澆道的流量分配為31.5%（近直澆道者）和68.5%（遠(yuǎn)者）；而有直澆道窩時(shí)流量分配為40.5%（近者）和59.5%（遠(yuǎn)者）。減少澆道拐彎處的局部阻力系數(shù)和水頭損失。3液態(tài)金屬在橫

11、澆道中的流動(dòng)情況1）、橫澆道是連接直澆道和內(nèi)澆道的中間通道，它的功用主要有穩(wěn)流、分配液流和擋渣三個(gè)方面。2）、橫澆道的穩(wěn)流作用及其實(shí)現(xiàn)液流從直澆道落下時(shí)，速度大不平穩(wěn)，而經(jīng)過(guò)澆口窩進(jìn)入橫澆道后，液流轉(zhuǎn)向并趨于平穩(wěn)。3）、橫澆道的流量分配作用及其實(shí)現(xiàn)液流充滿(mǎn)橫澆道的同時(shí)，即由橫澆道分配給各個(gè)內(nèi)澆道。同一橫澆道上有多個(gè)等斷面的內(nèi)澆道時(shí)，各內(nèi)澆道的流量不等。一般條件下遠(yuǎn)離直澆道的流量大，近直澆道的流量小。各內(nèi)澆道的流量主要取決于合金液柱的高度