门控系统设计|铸造 |制造科学
以下文章将指导您如何设计用于金属铸造的浇注系统。
门控系统设计：
浇注系统的设计取决于金属和模具成分。例如，需要精心设计的浇口设计来避免铝等易氧化的低熔点金属中的渣滓（例如，氧化物）。
然而，对于铸铁，液态金属的路径选择较短，以避免浇注温度过高。陶瓷模具的浇口设计与通常用于渗透砂模具的浇口设计完全不同。 广义上，浇口设计可分为三类，即- (i) 垂直浇口、(ii) 底部浇口和 (iii) 水平浇口。
在垂直浇注中，液态金属被垂直浇注以在模具底部充满大气压力。 另一方面，在底部浇注中，液态金属从下到上填充在模具中，从而避免了与垂直浇注相关的飞溅和氧化。图 2.6 显示了一个简单的垂直浇口和底部浇口设计。在水平浇注系统中，引入了额外的水平部分，以便以最小的湍流更好地分布液态金属。
基于流体流动原理的简单计算可以估算填充模具所需的时间。我们将在图 2.6 中说明这两种设计。将使用基于每单位质量流量的综合能量平衡方程，通常称为伯努利方程。例如，在图 2.6a 中，假设点 1 和点 3 的压力相等（即 p1 =p3）并且水平 1 保持恒定。因此，站的速度 1 (v1) 为零。此外，摩擦损失被忽略。那么，点 1 和点 3 之间的能量平衡方程给出——
等式 (2.7) 给出了相对于静压头 h 喷射的射流速度，使有效压头为 (ht –h)。现在，对于所示的瞬间，让模具中的金属水平面在时间间隔 dt 内向上移动高度 dh，Am 和 Ag 分别是模具和浇口的横截面面积。然后，
抱负效果：
对于由可渗透材料（例如沙子）制成的模具，应注意确保液态金属流中任何地方的压力都不会低于大气压力。否则，模具中有机化合物的烘烤产生的气体将进入熔融金属流，从而产生多孔铸件。这被称为吸入效应。
参考图 2.6a，在点 2 和 3 之间应用伯努利方程，我们得到——
另一种吸入效果的情况与流动方向的突然变化有关。如图 2.9a 所示，由于动量效应，液态金属流围绕尖角收缩。在垂直门控中，这与重力加速度无关。
图 2.9a 中第 2 站所示的收缩区域被称为收缩静脉。为了避免在站 2 周围产生真空，制作模具以适应静脉收缩，如图 2.9b 所示。换言之，避免了流动方向的急剧变化。如果流道直径为 d，入口处的直径为 d’，那么通常情况下，d’/d 保持在大约等于 1.3 的值。这意味着 r ≈ 0.15d。
浇口设计中用于防止铸件中出现杂质的常见项目如下 如下（另请参见图 2.10）：
(i) 浇盆：
这降低了直接来自熔炉的液态金属流的侵蚀力。使用浇注盆也可以保持恒定的浇注头。
(ii) 过滤器：
浇口中的陶瓷过滤器可去除浮渣。
(iii) 飞溅核心：
放置在浇口末端的陶瓷飞溅芯也降低了液态金属流的侵蚀力。
(iv) 脱脂鲍勃：
是放置在水平闸门内的陷阱，防止较重和较轻的杂质进入模具。
摩擦和速度分布的影响：
浇口和浇口中液态金属的速度在横截面上是均匀的。事实上，与任何固体表面接触的流体的速度为零，并且在管道轴处最大。
管道内的速度分布取决于管道的形状和流动的性质（即湍流或层流）。此外，在我们迄今为止的讨论中，我们还假设没有摩擦损失。
在实际流体中，摩擦损失总是存在的，尤其是当流动横截面突然收缩或扩大时。在接下来的讨论中，我们将根据这两个因素，即速度分布和摩擦，修改我们已经建立的方程。
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