应用十字形水口优化浇注系统.pdf

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造
2010
·324
FOUNDRY
Vol.59 No. 3
应用十字形水口优化浇注系统
赵立礼,李波
(福士科铸造材料(中国)有限公司,中国上海200050)
摘要:塞棒和水口组成了类似阀门的系统,通过优化水口的几何形状,可更好地控制金属液流。采用十字形几何结构
的水ロ,能明显提高铸件质量并降低生产成本。
关键词:浇注系统;塞棒;水口;几何结构
中图分类号:TG250.3文献标识码:B文章编号:1001-4977(2010)03-0324-02
To Optimize Gating System by Applying Cross-like Nozzle
ZHAO Li-li. L Bo
(Foseco Foundry China)Co, Ltd, Shanghai 200050, China
Abstract: The gating system that consists of stopper and nozzle resembles the valve system. Metal
melt flow can be well controlled by optimizing the geometry of the nozzle. Applying the cross-like
nozzle can obviously improve the quality of the casting and decrease the production cost
Key words: gating system; stopper, nozzle; geometry
底注式浇包是一种将熔融金属液体转移到嫆锛模瓷产品(图1),在铸造工业中也因其性能和成本方面
具或其他浇包的基本控制系统。作为其中的重要组成的优势而表现突出。这些黑色材料被应用在生产整体
部分,塞棒和水口配合进行控流的浇注系统被广泛应式塞棒及水口的工艺当中。实践证明,在耐火材料中
用于铸钢和铸铁工艺中,系统表现出的快捷、安全和加入石墨材料能够极大地提高材料的抗氧化性能和抗
经济等优点基于以下原因:①熔渣会被保留在浇包中;嫆渣侵蚀能力,并且相对于单一材质的耐火粘土产品
②塞棒和水口的尺寸型号是可选的;③通过配合塞棒石墨质的耐火材料貝有更高的抗热震性能。
和水口之间的尺寸可以达到精确控流;④钢包浇注时
整体式塞棒可以被重复使用;③石墨质的耐火材料表
现出的致密性和非润湿性。
为了调节从浇包或熔炼炉屮倾出的金属液的流量,
塞棒和水口组成一个类似网门的系统。通过调节塞棒
和水口接触部分的几何形状和孔径尺寸,可以达到塞
棒和水口之间的精确配合,也可以防止塞棒和水口之
(a)塞棒
(b)水口
间由于过紧接触而产生的粘结或者破裂现象,以及由
图1铸铁和铸钢使用的整体塞棒和水口
此导致的浇包失控泄漏问题。浇注时应防止金属液的
Fig. I Monoblock stoppers and nozzles for cast iron and steel
温度损失,金属液冷却过快将会不适宜于浇注,并将
在石墨氧化铝产品中使用高质量的氧化铝原料可
导致铸件产生质量缺陷。为了保证金属液在浇注过程以大幅度提高材料的耐高温能力,同时通过优化材料
中的连续性和可控性,水口的孔径在金属液流经时不内部的粒度分布结构,也可提高材料的延展性能。和
应过于扩张,否则将导致浇注过程中金属液的浪费和普通的耐火粘土产品相比,基于该材质水口的控流能
模具填充过程中金属液的溢出。
力明显改善,浇注过程也可以精确进行。同时由于塞
1塞棒和水口
棒和水口是碳结合材质的,所以金属氧化物和耐火材
料之间的反应将会被碳元素所减弱,这可提高石墨质
1.1材料的选择
塞棒和水口抵抗金属液侵独的能力。
大量的研发实践证明,石墨质的塞棒和水口的耐1.2塞棒和水口之间的配合
火性能表现最好?。这些被称为黑色材料的碳结合陶
对于底部浇注系统来说,塞棒和水口之间的配合
收稿日期:2009~-10-21收到初稿,2009-12-10收到修订稿
作者简介:赵立礼(1981-),男,甘肃陇西人,主要从事质量管理工作。E-mai:Joey.zhao@foseco.com
铸造
赵立礼等:应用十字形水口优化浇注系统
很关键,但所谓好的和差的配合状态是很难界定和衡
量的,所以在确保塞棒和水口不会粘结的情况下可以
使用所谓软硬材质结合的方式来达到两者的紧密配合。
例如:在浇注中可以使用一个硬材质的水口来配合
个含石墨成分较高的软材质的塞棒。
软硬材质结合的配合设计就确保了在浇注过程中
(a)截面图
(b)俯视图
塞棒和水口接触表面的四凸部分可以得到相互补偿
附4十字形水口截面与俯视图
在塞棒和水口难以确定其配合状态时应该咨询专业人
Fig, 4 Cross-sectional and top view of crisscross nozzle
员,因为这不仅仪是关系到浇注过程的工艺控制,也国铸钢和铸铁工厂,结果证明,相对于传统的圆柱形
涉及到操作的安全问题。
内孔水口产生的呈现分又和圆锥形的液流,十字形几
何结构的水口将会产生平滑和圆柱形的液流(图3b)。
2改善水口的内孔几何形状
对整个浇注过程来说,十字形内孔水口相比圆柱
2.1常规水口与十字水口对比
形内孔水口的明显改善有:①浇注金属液出现的飞溅
水口内孔的几何结构对于减少铸造过程中铸件缺和湍流现象减轻;②模具的填充过程更加快捷方便,
陷的产生很重要,一般水口内孔的几何结构是圆柱形易于控制;可以更加精确地将液流注入浇口;①避
的,其和塞棒连接的部分是喇叭状的,见图2,这也是免溢流现象和由此引发的杂质进人浇口的问题;⑤提
进行配合时的密封面
高铸件的表面光洁度,降低铸件的单位缺陷率约30%;
⑥减小员工操作的风险,提高铸造过程的可控性。
2.2十字形水口使用情况
整体式塞棒配合使用圆柱形或十字形水口重复使
用可以达到8次。十字形水口在德国的铸钢工厂使用得
相当普遍。实践证明,使用十字形水口可以降低维护
换模时间约25%,减少耐火材料及浇注材料使用量约
图2常规水口几何形状(截面图)
5%,从而降低整个浇注过程的生产成本。
Fig 2 Conventional nozzle geometry (cross-sectional view)
十字形的水口产生的液流有相对较小的横截面积,
使用具有圆柱形内孔的水口,浇注时金属液通常由此液流也获得了较高的抗流变能力,较高的抗流变
会产生湍流现象。当液体从水口内孔中喷射出的时候,能力对丁浇注过程是有利的。通过将液体分流到四个
液体呈现锥体形状,这也意味着进人浇口液体的横截凹槽中,十字形水口保证了浇注液流的稳定。实验证
面积增加(图3)。湍流现象将导致浇注金属液体中混明,即使浇注液流没有完全填满整个水口内孔时,浇
人空气、空气将引发金属液体产生氧化,如果氧化程注液流也会呈现出比较稳定的状态。
度严重的话,将导致铸件产生缺陷。
3结束语
使用内孔呈现不同几何结构的水口来浇注相同的
铸件,使用十字形几何结构的水口会明显改善铸件的
表观质量,显著降低生产过程中的返工操作和材料使