什么是门控系统？有多少种，如何设计？

在砂型铸造中，金属浇注系统极为关键，因为它的布局会影响铸件的质量并减少浇注系统上的金属浪费。在本文中，VIC 将为您详细介绍铸造过程中的浇注系统。

铸造中的浇注系统是什么？

在金属铸造中，浇注系统是一种金属浇注系统，将熔融金属引导到模具型腔中。金属从浇注盆向下流入浇道，经过流道和浇口后进入模腔。

设计浇注系统需要根据技术、材料和铸件仔细考虑。

该系统决定金属流入模腔的流速。

如果流速过快，则存在腐蚀风险，而如果流速过慢，则会导致金属在填充腔体之前冷却，这 直接影响铸件的质量。

铸造时浇注系统的形状和尺寸在制作模具时布置得当。如果浇注系统设计不当，会导致严重的铸件缺陷。

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砂型浇注系统的作用

铸造中的门控系统旨在服务于以下 4 个主要目标 ：

• 在最短的时间内用足够的金属填充模腔，而无需提高金属温度。
• 金属流动顺畅，最大限度地减少在铸造过程中导致空气滞留的湍流。
• 浇注系统设置适当的温度范围，以便在金属冷却过程中，收缩将发生在浇注系统中，而不是在铸件中。
• 结合金属杂质去除系统。

浇注系统的设计要求

一个设计良好的浇注浇注系统应满足以下要求：

• 对金属流动的良好控制。无冲击、无飞溅、流畅稳定的连续性。
• 不要将熔渣、杂质和气体带入模腔。
• 快速填充模腔，不会减少金属的稀释度。
• 控制模腔内的温度以稳定冷却金属。
• 能够添加金属，不会浪费太多金属。
• 铸件凝固后易于拆卸。
• 经济并最大限度地提高铸件产量。

如果浇注系统设计不正确，可能会出现以下错误 :

• 氧化金属。
• 对模具有腐蚀性。
• 造成模具内物体收缩。
• 让金属穿透模具壁。
• 酷炫的不均匀铸造。

浇注系统图

砂型铸造的浇注系统包括：

1。倒盆或倒杯

浇注盆是漏斗形入口，位于系统顶部，金属从钢包倒入模具中 .

浇盆有助于调节液态金属的流速，减少浇道入口处的湍流，并有助于在进入浇道之前将沉积物和熔渣分离出来。

2。浇道

浇道浇注是从浇口到浇道和浇口的垂直通道。沿垂直浇道向下流动的液态金属会因重力作用而失去压力，但会加快速度。

浇道横截面可以是圆形、方形或矩形（最好是圆形 ）。浇道设计为逐渐变细以避免空气吸入 .上方较大一端用于金属拾取，而较小一端连接到流道。

浇道底脚与流道成直角旋转，以防止液态金属自由下落，称为浇道井。

3。跨门或跑步者

浇道在铸造中是一个水平通道，连接浇道井和浇口。液态金属将从浇口流向流道并适当地填充模具型腔。 Runner具有降低液态金属速度的效果 当它在高速浇道中自由落体时。

流道必须充满熔融金属以防止熔渣 避免进入型腔，确保流量稳定。

4。 Ingate（或门）

内浇口是路径的终点，也是模腔开始的地方。它引领液态金属 从流道流入模腔。根据铸件的特性，有不同的浇口数。

门有两种：大门和小门。小浇口用于缓凝浇注，大浇口用于快速浇注。

浇口不应该有锋利的边缘，因为它们在浇注过程中会破裂，这样砂子就会被熔融金属捕获到模腔中。

铸造中的浇口类型：

门分为3类：

• 顶门 :浇口在上模部分。

顶浇口的缺点是金属流动湍流大，铸造表面差。

• 底门 ：浇口在拖模部分。在底浇口，液态金属充满模腔下部，并逐渐增加进入模壁。

底闸比顶闸具有少乱砂侵蚀的优点。

底浇口的缺点是金属流会因凝固而堵塞 在模具满之前。底栅产生的温度范围难以达标 造成凝固不均匀。

• 分型线侧浇口 :是沿着分型线的浇口。分型线以下的隔间通过顶浇口填充液态金属，而分型线以上的隔间则用底浇口填充。这种闸门类型解决了上述两种类型的缺点。

浇注系统的类型

有两种类型的浇注系统：加压浇注系统 和无压浇注系统 .选择具有正确面积比的正确铸造系统将决定铸件的质量。

1。加压浇注系统

加压浇口系统是一种浇口系统，其横截面积朝向模具型腔逐渐减小（小于最窄的下浇道区域）。浇口内区域被最小化以对系统施加压力。在浇口处，液态金属的流速几乎相等。

浇道总是充满金属，产生背压，从而减少空气吸入。

在这里，总是高速运行的金属变得更加混乱，很容易在栅极中产生涡流，导致腐蚀。

该系统特别重视铸铁材料的注塑成型。

2。无压浇注系统

无压浇注系统是一种浇注系统，其门的总表面积朝向模具型腔逐渐增加（大于最窄的下浇道区域）。浇口处的液态金属流动不同。

浇注比例

浇口比是浇道横截面积与流道总横截面积与内浇口总横截面积之比。

浇注比的公式为 As:Ar:Ag。

对于加压浇注系统，浇注比通常为 1:2:1 或 1:0.75:0.5。这个系统被称为“门控系统 ” 因为 ingates 控制着金属的流动 .

对于无压浇注系统，浇注比通常为 1:2:2 或 1:3:3 或 1:1:3。该系统称为“扼流圈控制系统 ” 因为扼流圈控制着金属的流动 .

各种材料的浇口比表：

材料	门控率
铝	1:2:1 1:1.2:2 1:2:4 1:3:3 1:4:4 1:6:6
铝青铜	1:2.88:4.8
黄铜	1:1:1 1:2:3 1.6:1.3:1
铜	2:8:1 3:9:1
球墨铸铁	1.15:1.1:1 1.25:1.13:1 1.33:2.67:1

浇注系统中使用的液压原理

雷诺数

这是有助于预测具有不同液体流量的流量类型的数字。通过计算雷诺数可以确定浇注系统中流动的性质：

Re = ρuL/µ = uL/v

Re:雷诺数

ρ：流体密度（kg/m3）

u：流速（m/s）

L：特征线性尺寸（m）

µ：流体动力粘度（Pa.s）

v：流体运动粘度（m2/s）

• 如果 Re> 2000，则流量稳定。
• 如果 Re <2000，则流程混乱。

如果流动是湍流，则模具中的砂粒将从模具中射出，浇注系统进入模具型腔 造成铸件污染、模具吸入空气、模具壁腐蚀等问题。

伯努利方程

根据伯努利定理，液态金属在模具中通过不同的通道流动，即总压头在任何截面都保持不变。

h：潜在水头（m）

p：压力（Pa）

V：金属液流速（m/s）

w：液体比重（N/m2）

g =9.8 (m/s)

ρ：流体密度（kg/m3）

浇注系统的设计必须使液态金属始终充满。所有横截面和方向变化都应避免尖角 并利用圆角 .

如何设计门控系统

要设计浇注系统，设计师必须遵守设计要求 如上所述。以下是设计合适浇注系统的计算公式。

点击这里查看详细信息。

1。计算浇注时间

浇注时间是金属填充模腔的时间。浇注时间越长，浇注温度越高，不能保证模具的充填。浇注时间越短，模具内金属流动越混乱，导致模具冲蚀，收缩过大。

应根据以下因素优化浇注时间：

• 铸造材料
• 选角的复杂性
• 铸件尺寸
• 截面厚度

最佳浇注时间计算公式：

• 采用灰口铸铁材料，重量小于 450 公斤：

t=K(1.41+T/14.59)√W

K =铁的流动性（英寸）/40

K：流动性因子

T：平均截面厚度（mm）

W：铸件质量（kg）

• 使用重量大于 450 公斤的灰口铸铁材料：

t=K(1.236+T/16.65)∛W

• 采用铸钢件：

t=(2.4335-0.3953logW)√W

• 使用球墨铸铁：

t=K₁√W

对于较薄的部分，K₁=2.08。

对于 10 至 25mm 厚的截面，K₁=2.67。

K₁=2.97（重型截面）。

• 采用铜合金铸件：

t=K₂∛W

• 薄壁和复杂形状的铸件重达 450 公斤：

t=K₃∛W'

W'：带浇口和冒口的铸件质量（kg）

厚度（mm）	K₃
1.5 – 2.5	1.62
2.5 – 3.5	1.68
3.5 – 8.0	1.85
8.0 – 15.0	2.20

• 铸件重量范围从 450 公斤到 1000 公斤：

t=K₄∛(W'T)

厚度（mm）	K₄
<10	1.00
10 – 20	1.35
20 – 40	1.50
> 40	1.70

2。设计浇道

浇道的理想设计是大的顶端并像抛物线一样向下逐渐变细。但是，为了更方便生产，建议使用锥形圆柱体 .最低等级为5%。

浇道输出圆形截面是根据扼流区面积和浇注比设计的。这有助于 r减少干扰和热量损失 .

浇口计算公式：

A₁/A₂=√h₂/√h₁

h1和h2：上浇道和下浇道的金属静压头。

A1和A2：各自的截面积。

浇道井的设计 ：合理的浇道井设计是使圆柱体的直径为浇道出口直径的两倍，流道深度的两倍。放置在井和流道之间的圆角将帮助金属平稳地垂直转向 .

3。设计扼流圈

扼流圈是放置在浇道井中的控制区域，用于控制流入模具型腔的液态金属的流动 使模具在计算的浇注时间内充满。

扼流区在浇注系统中起着重要作用，因为该区域允许金属以一致且恒定的流量通过。扼流圈在门控系统中具有最小比率 与其他零件相比，横截面积在控制区域中最小。

扼流圈面积计算公式：

A=W/(dtC√(2gH))

A：扼流圈面积（mm）

t：浇注时间（s）

d：熔融金属的质量密度（kg/mm3）

铝：d =2500

铜、铁、镍、钴：d=7000

C：所用浇注系统的效率（=0.8）

W：铸件重量（包括冒口和浇口）（kg）

g =9.8 m/s2

H：浇口高度（mm），H计算公式：

• 带顶门：H =h

• 带底浇口：H =h – c/2

• 带分型线浇口：H =h – P²/2c

4。设计跑步者

流道的总横截面积必须大于浇道出口以降低金属流动速度 从浇道到内浇口。

浇道出口与流道横截面的优先级比为1:2。比例越大，可能导致分流和抽气。

如果有多个内浇口，每次通过内浇口后流道的横截面积必须逐渐减小 面积等于内浇口的面积，以确保流量稳定。

5。设计内门

必须使内浇口大于浇口出口，以使金属速度低于限制。

• 内浇口的横截面必须更小，以便于清理。
• 冷却表面积上的体积比必须小于连接部分的体积比，以避免局部热点。
• 内浇口的横截面面积必须与连接铸件面积的大小成正比。铸造面积越大，所需的流量越大，内浇口就越大。

6。设计立管（或进料器、集管）

冒口是模具中的熔融金属型腔，可随时向模具型腔供应金属，以补偿金属冷却时的收缩。置于铸件最终凝固位置，处于液态的时间最长。冒口也是在铸造过程中释放模具内产生的气体的地方。

优化的立管设计：

• 提升板尺寸 ：冒口的体积/表面积之比必须大于铸件，以保持液态。如果不能满足此条件，则应通过外部加热或在提升管中使用放热材料使金属保持液态。
• 立管位置 :冒口的距离必须根据冒口的金属进料距离适当计算。
• 立管形状 ：推荐的冒口形状是圆柱形的，因为球形应该是最好的，但很难铸造。立管底部应为半球形，以增加体积/表面积比。

如何检查浇口设计的有效性？

通过以下技术对门控系统的设计进行了测试：

• 透明模具中的水 :高速X射线相机记录模具的填充情况，可以观察到缺陷。
• 高速射线照相 :高速X射线相机记录模具的填充情况，可以观察到缺陷。
• 开模 ：模腔上的部分上模被切割，充满模腔的液态金属流被相机旋转回来。
• 接触线传感器 ：线材放置在模具的不同部位，当金属线接触到线材时会被多通道记录仪记录下来。
• 透明模具中的水 ：添加油滴或调色剂，更容易记录不同区域的速度。

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参考资料：

• Ahmed Salad Abou Taleb 博士的铸造和焊接工程
• https://en.wikipedia.org/wiki/Reynolds_number
• https://en.wikipedia.org/wiki/Bernoulli%27s_principle
• http://www.ijrerd.com/

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