自熔煉爐中取出合金液、再將其澆注到鑄型中，是鑄件生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵工序，這一工序經(jīng)歷的時(shí)間雖然很短，但合金液在傳送過程中的運(yùn)動(dòng)非常激烈，液面的氧化膜不斷遭受破壞，不斷地產(chǎn)生新的氧化膜，又不斷地將‘氧化膜夾層’卷入合金液中，因而，大多數(shù)廢品都是在在這一階段造成的。從卷入‘氧化膜夾層’的角度分析，澆注過程的控制比熔煉過程的控制重要得多。

鋁合金液流動(dòng)時(shí)，如果流速較低，合金液的表面張力可以約束液流，使其不至于分散、飛濺；如果流速高，液流即不可避免地會(huì)分散、飛濺。

許多研究工作表明，對(duì)于多種液態(tài)鑄造合金，液流不產(chǎn)生分散、飛濺的臨界流速是0.5m/s。

目前，應(yīng)用很廣的澆注方式，仍然是傳統(tǒng)的重力澆注，也會(huì)是利用合金液本身的重力，將其自鑄型的上方注入鑄型。實(shí)際上，對(duì)鋁合金而言，這是很不可取的澆注方式，因?yàn)?，液流自直澆口下落到其底部時(shí)，流速都遠(yuǎn)高于0.5m/s，液流散亂和飛濺是不可避免的。此外，一些大家視為常規(guī)的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，也有不少問題，液流在澆注系統(tǒng)中往往會(huì)發(fā)生紊流、飛濺，會(huì)使大量的‘氧化膜夾層’和氣泡卷入合金液中，造成多種鑄造缺陷。

采用差壓鑄造或低壓鑄造工藝，液流自鑄型的下方進(jìn)入鑄型，如果控制得當(dāng)，合金液可以平穩(wěn)、緩慢地充型，鑄件的缺陷很少，材質(zhì)的力學(xué)性能當(dāng)然大幅度提高。從文獻(xiàn)得知，美國(guó)航空、航天用較大型的鋁合金、鎂合金鑄件，不少都是用差壓鑄造工藝制造的。

還有一種平穩(wěn)充型的澆注工藝值得注意，那會(huì)是使液流水平轉(zhuǎn)移的“傾轉(zhuǎn)澆注（tiltcasting或tiltfilling）”，澆注的方式是：將鑄型和澆包（或其他盛合金液的容器）安置在一可傾轉(zhuǎn)的裝置中，使鑄型的澆口和澆包的流出口對(duì)齊，然后，使裝置緩慢地傾轉(zhuǎn)，使合金液平穩(wěn)地從澆包轉(zhuǎn)移到鑄型中。目前，已有將此種工藝用于生產(chǎn)鋁合金鑄件和鈦合金鑄件的報(bào)道，主要是一些特別重要的鑄件。

盡管后兩種澆注工藝效果很好，更適應(yīng)于生產(chǎn)鋁合金鑄件，但是，重力澆注畢竟是應(yīng)用了幾千年的傳統(tǒng)工藝，而且還有生產(chǎn)條件方面的制約，在鋁合金鑄件用量不斷增長(zhǎng)的今，絕大部分鑄件仍然是用重力澆注的方式生產(chǎn)的。為了進(jìn)一步提高鑄件的質(zhì)量，在鑄造生產(chǎn)方面更充分地利用鋁合金在力學(xué)性能方面的潛力，改進(jìn)澆注系統(tǒng)是當(dāng)前必須認(rèn)真面對(duì)的課題。

近年來，采用視頻射線攝影技術(shù)和計(jì)算機(jī)模擬，可以更好地了解合金液的充型過程，但是，由于受到目前可供引用的參數(shù)的制約，至今，對(duì)充型過程的認(rèn)識(shí)仍有不少不甚確切之處。

適用于鋁合金的工藝方法很多，以下僅會(huì)水平分型的砂型鑄造工藝，提出的一些改進(jìn)澆注系統(tǒng)的意見，是依據(jù)J.Compbell和其他人士的研究結(jié)果歸納得到的，還不能認(rèn)為是非常成熟的，只能作為我們更新觀念的起點(diǎn)，行之有效的具體工藝方案，仍有待我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中不斷地分析、研究和探求。

1、什么樣的澆注系統(tǒng)適用于鋁合金

按照澆注系統(tǒng)各組元截面積的比，可以有多種不同的模式，我們?cè)谶@里只提到其中的三種。

1）封閉式澆注系統(tǒng)特點(diǎn)是：直澆口末端的截面積＞橫澆道的截面積＞內(nèi)澆口的截面積，是制造鑄鐵件很常用的澆注系統(tǒng)，很小的阻流截面在內(nèi)澆口處。

采用封閉式澆注系統(tǒng)時(shí)，由于系統(tǒng)內(nèi)靜壓頭和液流動(dòng)能的作用，合金液是以噴射的方式進(jìn)入型腔的，產(chǎn)生紊流和卷入液流表面的氧化膜是難以避免的，而且會(huì)沖擊鑄型，這些情況都對(duì)鑄件的質(zhì)量有負(fù)面影響。因此，這種澆注系統(tǒng)原則上不適用于易于氧化、而氧化物熔點(diǎn)又很高的鋁合金和鎂合金，但實(shí)際生產(chǎn)中也有人采用。

2）開放式澆注系統(tǒng)對(duì)于鋁合金鑄件，為了避免紊流和氧化膜卷入，開放式澆注系統(tǒng)的應(yīng)用較廣，有的文獻(xiàn)建議澆注系統(tǒng)各組元截面積之比為：

直澆口流出口截面積∶橫澆道總截面積∶內(nèi)澆口總截面積＝1∶2∶4

也有人提出三者的比宜為1∶4∶4。

近年來，很多研究工作表明，橫澆道截面積增大，并不能避免紊流和散流，而且充滿澆注系統(tǒng)的時(shí)間長(zhǎng)，合金液面易于氧化，并不能確保鑄件的質(zhì)量。再則，澆注系統(tǒng)的尺寸太大，還會(huì)導(dǎo)致工藝出品率降低，這也是不可取的。

3）自然流澆注系統(tǒng)這是比較適用于鋁合金鑄造的模式，采用緊湊的澆注系統(tǒng)約束液流，保持液流穩(wěn)定而不分散。直澆口與橫澆道的連接部位應(yīng)采用平滑過渡的方式，橫澆道須轉(zhuǎn)到另一方向時(shí)，轉(zhuǎn)角處也應(yīng)是平滑的圓弧。這樣的澆注系統(tǒng)，J.Campbell等人稱之為“自然流澆注系統(tǒng)”。

液流轉(zhuǎn)90°彎時(shí)，由于摩擦力的作用，液流的流速約降低20%，因此，自然流澆注系統(tǒng)各組元之間的關(guān)系大致是：直澆口流出口截面積∶橫澆道截面積∶內(nèi)澆口總截面積＝1∶1.2∶1.4，

至于澆注系統(tǒng)各組元的具體尺寸，要根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)和澆注系統(tǒng)的總體安排具體考慮，目前還不可能有普遍適用的數(shù)據(jù)。重要的鑄件、批量生產(chǎn)的鑄件，設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)應(yīng)參考計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果，有條件的話，宜采用視頻射線攝影技術(shù)校核。

2、不宜采用V-形漏斗式澆口杯

目前鑄造行業(yè)廣泛采用的V-形漏斗式澆口杯，對(duì)于鋁合金鑄件而言是不適宜的，因?yàn)樗鼤?huì)帶來很多問題，如：

1）澆注時(shí)，如果液流直接自澆包嘴沖入直澆口，澆注系統(tǒng)中即會(huì)產(chǎn)生紊流和飛濺；

2）澆口杯的容量小，澆注過程中難以保持充滿狀態(tài)，容易卷入空氣、氧化膜和其他夾雜；

3）澆注時(shí)液流可能直接注入直澆口中，也可能沖向澆口杯的某一部位，因而，液流不平穩(wěn)，流速也難以控制，導(dǎo)致澆注系統(tǒng)其他組元的設(shè)計(jì)功能難以體現(xiàn)；

4）澆注時(shí)，如液流偏離直澆口的中心線，即會(huì)產(chǎn)生渦流，極易卷入空氣和氧化膜。

采用流出口偏置的澆口盆，液流注入澆口盆后有緩沖作用，效果當(dāng)然較好，但是，如果澆口盆底是平的，液流流向流出口時(shí)，由于慣性的作用，下降的直流道中，靠液流起點(diǎn)一面相當(dāng)一部分不能充滿，如圖1a中的斜線所示。

圖1流出口偏置的澆口盆

a－不設(shè)堤堰；b－直角形堤堰；c－圓形堤堰

解決問題的方法是在澆口盆中設(shè)置堤堰，但要考慮堤堰形狀的影響。如果設(shè)置直角形堤堰，液流流向流出口時(shí)，有一小段水平流動(dòng)，慣性仍然會(huì)起作用，但影響較小，如圖1b中的斜線所示。如果設(shè)置圓形堤堰，會(huì)更為理想。

3、關(guān)于直澆口的考慮

鑄造行業(yè)通常使用的直澆口，往往都是上、下截面積相同的圓柱形。對(duì)于很容易氧化的鋁合金，這種直澆口是不宜采用的，因?yàn)椋跐沧⑦^程中，這種直澆口內(nèi)存在體積很大的氣隙，在液流表面形成氧化膜。更為重要的是，如果直澆口內(nèi)不存在氣隙，液流與鑄型中直澆口的壁密切接觸，表面的氧化膜大部分會(huì)附著在壁上，不進(jìn)入型腔；如果存在氣隙，這些氧化膜都易于卷入型腔內(nèi)。