2025

砂型铸造浇注系统作用及设计要点浅析

作者：

丁以刚

浇注系统是铸型中液态金属流人型腔的通道。一般铸铁件浇注系统主要由浇口杯(外浇道)、直浇道、横浇道及内浇道四部分组成。浇注系统与铸件的质量有密切的关系。它的主要功能是: (1)将型腔与浇包连接起来，并平稳地导人液态金属；(2)补充浇注结束时的液态收缩；（3）挡渣；（4）排气；（5）调节铸型和铸件各部分的温度分布以控制铸件的凝固顺序；（6）保证液态金属在最适宜的时间内充满铸型；（7）保证液态金属的平稳流动，尽量消除紊流，从而避免卷入气体导致金属过度氧化；（8）保证金属液面在型腔内有必要的上升速度。

在学校或是教科书上讲解浇注系统内容时，往往以水模型作为教案来模拟铁液在浇注系统中的流动，因此，浇注系统俗称“水口”。有的人认为只要把铁液导人型腔就行了，对浇注系统没有引起足够的重视，导致生产废品率居高不下。究其原因主要有以下几个方面。

1、不懂得铁液在铸型浇注系统中的流动特点，铁液在浇注系统中的流动毕竟不同于一般流体在封闭管道中的流动，它有其自身的特点:①型壁的透气性和金属液的润湿条件;②当金属液在流进浇注系统时与其型壁有强烈的机械作用和物理化学作用，导致其冲蚀铸型、吸收气体并产生金属氧化夹杂物;③一般金属液总含有少量夹杂和气泡，在充型过程中还会析出晶粒及气体，所以金属液充型时属于多相流动。因此，在设计浇注系统时应考虑金属液的挡渣和排气以及尽量减少其紊流程度。

2、没有认识到浇注系统的重要性，不重视浇注系统的设计。有的铸造厂为了赶进度，甚至连铸造工艺都懒得设计，一拿到产品图纸转身就交给模具厂制造模具，还美其名曰：从工艺设计到模具制造一条龙服务。模具厂不知道是不懂还是图省事，往往重视模样的设计制造，而忽视浇注系统的设计制造。很快一套光鲜闪亮却有质量隐患的模具就交付了。经试模，铸件形状和尺寸合格，模具就投入了批产。貌似模具的开发、制造的速度很快，但浇注系统不合理带来的质量隐患却像慢性病一样长期折磨着铸造厂，付出沉重的代价。

3、有的教科书的阐述缺乏一致性，甚至前后互相矛盾。产品结构不同、生产工艺不同、生产设备不同，相应的生产过程控制也不尽相同，很难在书本中找到一套“拿来主义”理论。

在浇注系统设计过程中应注意一下几处：

1、重视浇口杯作用，浇口杯大小除了会影响浇注时铁液的导入外，还会形成一定的压头，影响到补充液态收缩，使铸件产生缩孔缺陷。在生产中，浇口杯需要有一定的体积，储存足够的铁液补充液态收缩，保证凝固结束后，铁液液面下降不多。

2、内浇道开设在横浇道的底部。浇注系统无论是封闭式的还是开放式的，铁液在横浇道中流动时，渣子总会是向上浮的。把内浇道设在横浇道的顶部，容易把上浮在横浇道顶部的渣子吸进型腔，是不合理的。内浇道应在横浇道的底部，并且内浇道和横浇道的底面应在同一平面上，否则浇注之初的夹杂着砂、渣、气体的温度偏低的“脏铁液”就会先流入内浇道进人型腔，而不能越过内浇道口流到它该去的横浇道的末端，容易产生砂眼、渣眼、气孔等缺陷。

3、浇注系统由多个内浇口进水时，第一个内浇道与直浇道不能太近。水平的横浇道用以连接直浇道和内浇道，使铁液平稳流入各个内浇道;同时还起到捕集、保留由浇包经直浇道流入的夹杂物，故又称“捕渣器”或撇渣道，它是浇注系统中最后一道挡渣关口。虽然在直浇道底部放置有过滤网，过滤网能过滤的是在达到过滤网时处于固态或比较粘稠的杂质，有些低熔点的渣在这时还处于熔融状态，还是比较顺利地通过了滤网。铁液从直浇道出来后，需要在横浇道流经一段距离才能比较平稳，需要有足够的距离使杂质上浮到横浇道的顶部，一般把第一个内浇道往后移大于5倍横浇道高度的距离。

4、保证内浇道与横浇道高度比在一定范围。在横浇道中向前流动的铁液，在内浇道附近除有继续向前流动的速度外，还有一个向内浇道流动的速度，因此，内浇道会将铁液“吸”进去，这种现象称为“吸动作用”。吸动作用区范围的大小与内浇道中铁液流速成正比(当横浇道充满时，其流速决定于浇口杯液面到横浇道的整个液柱高度)，还随着内浇道断面的增大及内浇道、横浇道的高度比值的增大而加大。所以，一般是将横浇道的断面做成高梯形内浇道制成扁平梯形，内浇道在横浇道的底部，并使横浇道的高度是内浇道高度的5-6倍，以保证内浇道的吸动作用不会达到横浇道的顶部。

5、直浇道底部设置底窝。铁液从直浇道转入横浇道时方向急剧改变，出现极度的紊流和搅动，容易引起冲砂和卷入气体，不利于铁液进入横浇道后杂质的上浮，因此必须在直浇道的底部设计底窝。底窝的直径一般为横浇道宽度的2倍左右，深度是横浇道高度的一倍左右。直浇道和横浇道的连接处要做成圆角，以减少冲砂的危险。这样，浇注时，底窝先充满，不仅能缓冲铁液流对铸型的冲击，还可以减少铁液流的紊流程度，较平稳地把铁液导入横浇道，有利于杂质的上浮。

6、横浇道末端保留一定形状。如果末端太短，浇注之初夹杂着砂、渣、气体的温度偏低的“脏铁液”就会被内浇道吸进型腔，造成砂眼、渣眼、气孔等铸造缺陷。因此，横浇道末端应该加长一段距离。一方面可以避免最后一个内浇道吸进杂质，另一方面浇注之初到达这里的“脏铁液”就不再返回到横浇道。

7、不同重量的铸件混布时需对浇注系统进行二次设计。为了节约成本，充分利用模具型板，将多种产品混布在一套模具中。有些铸件重量相差较大，充型时间也相差较大，充型慢的型腔被铁水长时间烘烤，型砂强度急剧下降而溃散，造成铸件表面缺陷。因此，在设计浇注系统时不同铸件的内浇道及横浇道截面需进行优化，保证多个型腔充型时间接近。