2025

砂型鑄造澆注系統作用及設計要點淺析

作者：

丁以剛

澆注系統是鑄型中液態金屬流人型腔的通道。一般鑄鐵件澆注系統主要由澆口杯(外澆道)、直澆道、橫澆道及內澆道四部分組成。澆注系統與鑄件的質量有密切的關系。它的主要功能是: (1)將型腔與澆包連接起來，并平穩地導人液態金屬；(2)補充澆注結束時的液態收縮；（3）擋渣；（4）排氣；（5）調節鑄型和鑄件各部分的溫度分布以控制鑄件的凝固順序；（6）保證液態金屬在最適宜的時間內充滿鑄型；（7）保證液態金屬的平穩流動，盡量消除紊流，從而避免卷入氣體導致金屬過度氧化；（8）保證金屬液面在型腔內有必要的上升速度。

在學校或是教科書上講解澆注系統內容時，往往以水模型作為教案來模擬鐵液在澆注系統中的流動，因此，澆注系統俗稱“水口”。有的人認為只要把鐵液導人型腔就行了，對澆注系統沒有引起足夠的重視，導致生產廢品率居高不下。究其原因主要有以下幾個方面。

1、不懂得鐵液在鑄型澆注系統中的流動特點，鐵液在澆注系統中的流動畢竟不同于一般流體在封閉管道中的流動，它有其自身的特點:①型壁的透氣性和金屬液的潤濕條件;②當金屬液在流進澆注系統時與其型壁有強烈的機械作用和物理化學作用，導致其沖蝕鑄型、吸收氣體并產生金屬氧化夾雜物;③一般金屬液總含有少量夾雜和氣泡，在充型過程中還會析出晶粒及氣體，所以金屬液充型時屬于多相流動。因此，在設計澆注系統時應考慮金屬液的擋渣和排氣以及盡量減少其紊流程度。

2、沒有認識到澆注系統的重要性，不重視澆注系統的設計。有的鑄造廠為了趕進度，甚至連鑄造工藝都懶得設計，一拿到產品圖紙轉身就交給模具廠制造模具，還美其名曰：從工藝設計到模具制造一條龍服務。模具廠不知道是不懂還是圖省事，往往重視模樣的設計制造，而忽視澆注系統的設計制造。很快一套光鮮閃亮卻有質量隱患的模具就交付了。經試模，鑄件形狀和尺寸合格，模具就投入了批產。貌似模具的開發、制造的速度很快，但澆注系統不合理帶來的質量隱患卻像慢性病一樣長期折磨著鑄造廠，付出沉重的代價。

3、有的教科書的闡述缺乏一致性，甚至前后互相矛盾。產品結構不同、生產工藝不同、生產設備不同，相應的生產過程控制也不盡相同，很難在書本中找到一套“拿來主義”理論。

在澆注系統設計過程中應注意一下幾處：

1、重視澆口杯作用，澆口杯大小除了會影響澆注時鐵液的導入外，還會形成一定的壓頭，影響到補充液態收縮，使鑄件產生縮孔缺陷。在生產中，澆口杯需要有一定的體積，儲存足夠的鐵液補充液態收縮，保證凝固結束后，鐵液液面下降不多。

2、內澆道開設在橫澆道的底部。澆注系統無論是封閉式的還是開放式的，鐵液在橫澆道中流動時，渣子總會是向上浮的。把內澆道設在橫澆道的頂部，容易把上浮在橫澆道頂部的渣子吸進型腔，是不合理的。內澆道應在橫澆道的底部，并且內澆道和橫澆道的底面應在同一平面上，否則澆注之初的夾雜著砂、渣、氣體的溫度偏低的“臟鐵液”就會先流入內澆道進人型腔，而不能越過內澆道口流到它該去的橫澆道的末端，容易產生砂眼、渣眼、氣孔等缺陷。

3、澆注系統由多個內澆口進水時，第一個內澆道與直澆道不能太近。水平的橫澆道用以連接直澆道和內澆道，使鐵液平穩流入各個內澆道;同時還起到捕集、保留由澆包經直澆道流入的夾雜物，故又稱“捕渣器”或撇渣道，它是澆注系統中最后一道擋渣關口。雖然在直澆道底部放置有過濾網，過濾網能過濾的是在達到過濾網時處于固態或比較粘稠的雜質，有些低熔點的渣在這時還處于熔融狀態，還是比較順利地通過了濾網。鐵液從直澆道出來后，需要在橫澆道流經一段距離才能比較平穩，需要有足夠的距離使雜質上浮到橫澆道的頂部，一般把第一個內澆道往后移大于5倍橫澆道高度的距離。

4、保證內澆道與橫澆道高度比在一定范圍。在橫澆道中向前流動的鐵液，在內澆道附近除有繼續向前流動的速度外，還有一個向內澆道流動的速度，因此，內澆道會將鐵液“吸”進去，這種現象稱為“吸動作用”。吸動作用區范圍的大小與內澆道中鐵液流速成正比(當橫澆道充滿時，其流速決定于澆口杯液面到橫澆道的整個液柱高度)，還隨著內澆道斷面的增大及內澆道、橫澆道的高度比值的增大而加大。所以，一般是將橫澆道的斷面做成高梯形內澆道制成扁平梯形，內澆道在橫澆道的底部，并使橫澆道的高度是內澆道高度的5-6倍，以保證內澆道的吸動作用不會達到橫澆道的頂部。

5、直澆道底部設置底窩。鐵液從直澆道轉入橫澆道時方向急劇改變，出現極度的紊流和攪動，容易引起沖砂和卷入氣體，不利于鐵液進入橫澆道后雜質的上浮，因此必須在直澆道的底部設計底窩。底窩的直徑一般為橫澆道寬度的2倍左右，深度是橫澆道高度的一倍左右。直澆道和橫澆道的連接處要做成圓角，以減少沖砂的危險。這樣，澆注時，底窩先充滿，不僅能緩沖鐵液流對鑄型的沖擊，還可以減少鐵液流的紊流程度，較平穩地把鐵液導入橫澆道，有利于雜質的上浮。

6、橫澆道末端保留一定形狀。如果末端太短，澆注之初夾雜著砂、渣、氣體的溫度偏低的“臟鐵液”就會被內澆道吸進型腔，造成砂眼、渣眼、氣孔等鑄造缺陷。因此，橫澆道末端應該加長一段距離。一方面可以避免最后一個內澆道吸進雜質，另一方面澆注之初到達這里的“臟鐵液”就不再返回到橫澆道。

7、不同重量的鑄件混布時需對澆注系統進行二次設計。為了節約成本，充分利用模具型板，將多種產品混布在一套模具中。有些鑄件重量相差較大，充型時間也相差較大，充型慢的型腔被鐵水長時間烘烤，型砂強度急劇下降而潰散，造成鑄件表面缺陷。因此，在設計澆注系統時不同鑄件的內澆道及橫澆道截面需進行優化，保證多個型腔充型時間接近。