[精彩]第三章 浇注系统的设计与计算

1、湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Engineering 第一节 浇注系统 一、浇注系统的组元 浇口杯： 接纳、引入金属 直浇道：引入金属，形成压头 横浇道：引入金属，阻撇熔渣 内浇道：引入金属，调控温度场 浇注系统设计正确与否关系到铸件的成败， 是铸造生产中的关键技术 第三章 浇注系统的设计与计算 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Mate

2、rials Engineering 二、对浇注系统的要求二、对浇注系统的要求 u 足够的浇注速度，流动平稳，满足一定时间足够的浇注速度，流动平稳，满足一定时间 内充满型腔；内充满型腔； 防止冲砂，避免铸件出现夹砂防止冲砂，避免铸件出现夹砂 、冷隔等缺陷；、冷隔等缺陷； u 防止旋涡，避免吸气或金属过度氧化；防止旋涡，避免吸气或金属过度氧化； u 内浇道的位置和数量符合铸件所需凝固或补内浇道的位置和数量符合铸件所需凝固或补 缩原则；缩原则； u 结构合理，造型简单；结构合理，造型简单； u 浇注系统本身消耗金属少。浇注系统本身消耗金属少。 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 D

3、epartment of Materials EngineeringDepartment of Materials Engineering 三三 、浇注系统的类型、浇注系统的类型 1. 顶注式顶注式 a) 普通式普通式 b) 楔形式楔形式 c) 压边式压边式 d) 雨淋式雨淋式 e) 搭边式搭边式 （一）按内浇道在铸件上的位置分 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Engineering 压头大，流动阻力小，压头大，流动阻力小， 能够减少浇不足、冷隔缺陷；能够

4、减少浇不足、冷隔缺陷； 温度分布上高下低，铸件补温度分布上高下低，铸件补 缩效果好缩效果好 对型腔底部冲击力大，对型腔底部冲击力大， 易激溅、氧化、卷入空气，易激溅、氧化、卷入空气， 可造成砂眼、铁豆、气孔、可造成砂眼、铁豆、气孔、 氧化夹渣等缺陷。氧化夹渣等缺陷。 顶注式的优缺点 优点 缺点 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Engineering 优点：优点： 充型平稳。横浇道、内充型平稳。横浇道、内 浇道充满时利于挡渣；能浇道充满时利于挡渣；能 够减少

5、金属氧化。够减少金属氧化。 缺点：缺点： 温度分布下高上低，铸温度分布下高上低，铸 件补缩效果不好；件补缩效果不好； 内浇道附近易于过热，内浇道附近易于过热， 易发生缩松和晶粒粗大等易发生缩松和晶粒粗大等 缺陷；缺陷； 铸件顶部、边远处容易铸件顶部、边远处容易 形成浇不到，冷隔等缺陷。形成浇不到，冷隔等缺陷。 应用：应用： 主要用于结构复杂的各主要用于结构复杂的各 种黑色金属铸件和易氧化种黑色金属铸件和易氧化 的有色合金铸件。的有色合金铸件。 底注式的优缺点 汽缸头汽缸头 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineerin

6、gDepartment of Materials Engineering 中间浇注综中间浇注综 合有顶注式和合有顶注式和 底注式的优缺底注式的优缺 点；点； 内浇道、横内浇道、横 浇道设在分型浇道设在分型 面上，造型方面上，造型方 便。便。 中间浇注应用广泛 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Engineering 1、封闭式浇注系统、封闭式浇注系统 内 内 横 横 横 横 直 直 开放式浇注系统初期各组元不可能全充满，开放式浇注系统初期各组元不可能全充满，

7、 撇渣能力较差，充形流速不高；撇渣能力较差，充形流速不高； 冲刷力小，受氧化的程度轻。冲刷力小，受氧化的程度轻。 用于易氧化的有色合金铸件、球铁铸件。用于易氧化的有色合金铸件、球铁铸件。 对于铝、镁合金，常用开放式浇注系统。各对于铝、镁合金，常用开放式浇注系统。各 组元截面积比可参考应用：组元截面积比可参考应用： 直 直： ：横 横： ：内 内=1： ：2：4 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Engineering 四四 浇注系统组元设计中的创新思维浇注系

8、统组元设计中的创新思维 1、浇口杯中加过滤网，浇口盆中采用挡渣措施。、浇口杯中加过滤网，浇口盆中采用挡渣措施。 2、直浇道底部开设半球形或圆台形窝坑，称 为直浇道窝。对铸钢，要用耐火砖。 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Engineering 3、提升横浇道的撇渣效果、提升横浇道的撇渣效果 前过滤阻流式缓流式离心集渣式 轻合金浇注系统中安装过滤网 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engi

9、neeringDepartment of Materials Engineering 4、内浇道的设计、内浇道的设计 1） 内浇道的作用： 控制液态金属充型速度和流动方向、温度分布和凝固顺序。 2） 形状：扁平梯形、月牙形和三角形。 3） 位置的选择： 依据铸件所需凝固方式和流动特性考虑。 同时凝固： 对于壁厚均匀的铸件，拟采用多个内浇道分散引入； 对于不均匀的铸件，则从薄壁处引入。 顺序凝固： 从厚壁处引入金属液。 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Eng

10、ineering 5、确定内浇道位置的几个具体问题、确定内浇道位置的几个具体问题 u结构复杂的铸件，壁厚差别大的补缩区域则按顺结构复杂的铸件，壁厚差别大的补缩区域则按顺 序凝固从厚处引入；整个铸件按同时凝固方式采序凝固从厚处引入；整个铸件按同时凝固方式采 用多个内浇道充型。用多个内浇道充型。 u要求各内浇道的流量分布合理要求各内浇道的流量分布合理。 u液流顺壁流入，不冲刷液流顺壁流入，不冲刷 型壁、型芯和铸型凸出部分。型壁、型芯和铸型凸出部分。 u避开铸件重要部位，避开铸件重要部位， 防止晶粒粗大。防止晶粒粗大。 u造型、清理操作方便，造型、清理操作方便， 不阻碍铸件收缩。不阻碍铸件收缩。 湖

11、北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Engineering 第二节第二节 浇注系统的浇注系统的 计算计算 1、 奥赞(Osann)公式 阻流（最小）截面积的计算 。 阻流（最小）组元指浇注系统中最小截 面积的浇道，一般为内浇道，即 pgH m 2 A阻 阻= C P HH P2 2 0 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Eng

12、ineering 1）金属充填型腔时平均静压头）金属充填型腔时平均静压头 Hp 的计算的计算 根据水力学相关公式推导得知根据水力学相关公式推导得知 ， 对于从分型面注入：对于从分型面注入： Hp = Ho P 2 / 2C 式中式中 Ho 阻流面以上的金属液静压头，阻流面以上的金属液静压头，mm ; P 阻流面以上的型腔高度，阻流面以上的型腔高度，mm ; C铸件高度，铸件高度， mm ; 对于对于 顶注式顶注式 ： P=O , Hp = Ho 底注式底注式 ： Hp = Ho - C/ 2 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials

13、EngineeringDepartment of Materials Engineering 2）浇注时）浇注时 间的确定间的确定 浇注快慢对铸件质量有重大影响。 浇注时间主要根据合金性质靠生产 经验选择。 球墨铸铁件的浇注时间参照图示曲线查 询。 一般采用快浇。 对于收缩大的合金件，采用慢浇有 利于补缩。 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Engineering 3）流量系数）流量系数的确定的确定 铸铁件流量系数铸铁件流量系数 铸钢件流量系数铸钢件流量系数

14、 球墨铸铁件流量系数球墨铸铁件流量系数 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Engineering 计算步骤：计算步骤： p gH m S 2 内 以内浇道为阻流（最小）截面，用奥赞(Osann)公式 计算每个内浇道截面积。 式中Hp可用浇口杯中液面到内浇道中心的距离Ho计算。 配套措施： 1）浇口杯应足够大； 2）严格控制浇注时间。 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringD

15、epartment of Materials Engineering 复习题复习题 1浇注系统由哪些部分组成？分别说明各个组元的浇注系统由哪些部分组成？分别说明各个组元的 作用？作用？ 2比较顶注式和底注式浇注系统的优缺点。比较顶注式和底注式浇注系统的优缺点。 3比较封闭式和开放式浇注系统的优缺点。比较封闭式和开放式浇注系统的优缺点。 4 . 如何提高横浇道的撇渣效果？如何提高横浇道的撇渣效果？ 5. 内浇道在铸件浇铸中能够起到哪些重要作用？内浇道在铸件浇铸中能够起到哪些重要作用？ 6确定内浇道位置要注意哪些具体问题？确定内浇道位置要注意哪些具体问题？ 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学

16、院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Engineering 7如何应用奥赞如何应用奥赞(Osann)公式计算阻流截面积？公式计算阻流截面积？ 如何确定或计算式中各个工艺参数？如何确定或计算式中各个工艺参数？ 8一铸铁件重一铸铁件重 5 吨，平均壁厚为吨，平均壁厚为30毫米，试求浇注毫米，试求浇注 时间？若为铸钢件，其浇注时间时间？若为铸钢件，其浇注时间 应为多少？应为多少？ 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringD

17、epartment of Materials Engineering 第三节第三节 冒口、冷铁与铸肋冒口、冷铁与铸肋 、冒口的作用：补缩、冒口的作用：补缩 、排气、集渣、排气、集渣 冒口种类冒口种类 普通冒口普通冒口 顶冒口、暗冒口顶冒口、暗冒口 侧冒口侧冒口 特种冒口特种冒口 大气压力冒口大气压力冒口 发热冒口发热冒口 保温冒口保温冒口 铸铁件的铸铁件的 实用冒口实用冒口 浇注系统当冒口浇注系统当冒口 控制压力冒口控制压力冒口 、冒口种类 一 概述 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment

18、 of Materials Engineering 球形球形 圆柱形（带斜度）圆柱形（带斜度） 球顶圆柱形球顶圆柱形 腰圆柱形腰圆柱形 暗腰圆柱形暗腰圆柱形 、冒口形式 a）铸钢件 明边冒口 b）铸铁件 暗边冒口 、冒口形状 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Engineering 、冒口位置、冒口位置 1、铸件热节上方或侧旁；、铸件热节上方或侧旁； 2、铸件最高最厚部位；、铸件最高最厚部位； 3、一个冒口同时补缩几、一个冒口同时补缩几 个铸件；个铸件； 4

19、、不选应力集中部位，、不选应力集中部位， 希望放在加工面上；希望放在加工面上； 5、 用冷铁隔开冒口的用冷铁隔开冒口的 补缩范围。补缩范围。 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Engineering 二二 铸钢件冒口的设计与计算铸钢件冒口的设计与计算 冒口必须提供足够冒口必须提供足够 的金属液，补偿铸件的金属液，补偿铸件 凝固的体收缩凝固的体收缩,条件应条件应 有：有： 即即 Vr =Vc/(-) 式中：式中： Vr 冒口体冒口体 积；积； Vc铸件体铸件体

20、 积；积； Ve型壁移型壁移 动所扩大动所扩大 的体积；的体积； 体收缩率；体收缩率； 冒口补缩冒口补缩 效率。效率。 erc VVV)( r V 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Engineering 常用合金的体收缩率 冒口种类或冒口种类或 工艺措施工艺措施 （%） 圆柱或腰园柱形冒口圆柱或腰园柱形冒口 球形冒口球形冒口 补浇冒口时补浇冒口时 浇口通过冒口时浇口通过冒口时 发热保温冒口发热保温冒口 大气压力冒口大气压力冒口 1215 1520 1520

21、 3035 3050 1520 冒口的补缩效率 铸件材质铸件材质（%） 中碳钢中碳钢 wc=1%钢钢 灰铸铁灰铸铁 白口铸铁白口铸铁 纯铝纯铝 纯铜纯铜 2.53.0 4.0 1.9膨胀膨胀 4.05.5 6.6 4.92 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Engineering （一）应用 模数法计算冒口尺寸 1、模数概念 冷凝物体的模数是它的体积V 和散热面积A 之比。 即 M=V/A 计算原理是基于冒口 的凝固时间r 大于铸件补缩部位的凝固时间c ，

22、即 r c 2 r r K M 2 c c K M 而而 c= ； r = 2 r r K M 2 c c K M 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Engineering 式中式中 Mr 、 Mc 冒口与被补缩铸件部位冒口与被补缩铸件部位 的模数；的模数； Kr、 Kc 冒口与被补缩铸件的凝冒口与被补缩铸件的凝 固系数。固系数。 对于普通冒口，对于普通冒口， Kr =Kc， Mr = f Mc f 冒口安全系数，冒口安全系数， 一般取一般取f =1.2 。

23、 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Engineering 对于碳钢、低合金钢铸件对于碳钢、低合金钢铸件 u侧冒口侧冒口 ：Mc : Mn : Mr = 1 : 1.1 : 1.2 u内浇道通过冒口：内浇道通过冒口： Mc : Mn : Mr = 1:（11.03）: 1.2 u顶冒口：顶冒口： Mr=（1.21）Mc 式中式中 Mn为冒口颈的模数。为冒口颈的模数。 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Mater

24、ials EngineeringDepartment of Materials Engineering 碳钢件冒口的有效补缩距离如图所示。 平板铸件的缩松区板件及杆件铸钢冒口的有效补缩距离 a）宽厚比5 ：1 b）宽厚比5 ：1 关于冒口有效补缩距离的说明 补缩的基本条件： 凝固时间应大于或等于铸件被补缩部分的凝固时间； 有足够的金属液补充铸件（或铸件被补缩部分）的收缩； 铸件上被补缩部位内必须保持有通畅的金属液补缩通道 。 冒口有效补缩距离： 指在铸件壁的某一段长度或高度内具有有效补缩。 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials E

25、ngineeringDepartment of Materials Engineering 板形铸钢件：板形铸钢件： L = 4.5 T 杆形铸钢件：杆形铸钢件： L = 30T 如上图所示，冒口有效补缩距离 L = 冒口区+末端区 L 与铸件的结构、合金成分、冷却条件有关。 灰口铸铁 件： L=（610）Dr 球墨铸铁呈 “糊状凝固” , 冒口的有效补缩距离较灰铸铁小 ，其不同条件下的湿型 试验数据参见下表。 铸件壁厚铸件壁厚 /mm 水水 平平 补补 缩缩 垂垂 直直 补补 缩缩 湿湿 型型湿湿 型型湿湿 型型 壳型壳型 6.35 31.75 12.70 101.6-114.3101.6

26、88.9 88.9 15.86 127.0 25.4 101.6-127.0 114.3 127.0 165.1 38.1 139.7-152.4 228.6 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Engineering 应用铸件边缘多处布置外冷铁增加中间激冷端的方法应用铸件边缘多处布置外冷铁增加中间激冷端的方法 , 能够大大延长冷铁能够大大延长冷铁末端区末端区的的长度长度,从而从而可以显著加大冒口可以显著加大冒口有效有效 补缩距离。补缩距离。 冷铁对冒口有效补

27、缩距离的影响 （5）布置外冷铁加大冒口有效补缩距离 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Engineering （四）铸件工艺出品率的校核（四）铸件工艺出品率的校核 1 10 00 0% % 浇浇注注系系统统质质量量冒冒口口总总质质量量铸铸件件质质量量 铸铸件件质质量量 铸铸件件工工艺艺出出品品率率 铸件工艺出品率是铸造生产中的一项重要经济指标，表示得到一件铸件产品 究竟需要消耗多少金属液。实际上： 浇注系统质量约占铸件质量的 3 6。在铸钢生产中，浇、冒口消

28、耗 钢液较多，铸件工艺出品率一般只有50 70。 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Engineering 四四 冷铁和铸肋冷铁和铸肋 冷铁是用来增加铸件局部冷铁是用来增加铸件局部 冷却速度，减小热节缩孔等缺冷却速度，减小热节缩孔等缺 陷的一项常用工艺措施。陷的一项常用工艺措施。 冷铁分为内冷铁和外冷铁冷铁分为内冷铁和外冷铁 两类。两类。 1、外冷铁、外冷铁 外冷铁又分为直接外冷铁外冷铁又分为直接外冷铁 和间接外冷铁。和间接外冷铁。 直接外冷铁与铸件表面直直接外冷铁与铸件表面直 接接触；接接触； 间接外冷铁同被激冷铸件间接外冷铁同被激冷铸件 间有间有1015 mm 厚的砂层相隔厚的砂层相隔 离，以防铸铁局部产生白口。离，以防铸铁局部产生白口。 湖北汽车工业学院材料工程系湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials EngineeringDepartment of Materials Engineering 序序适用条件适用条件外冷铁厚度外冷铁厚度序序适用条件适用条件外冷铁厚度外冷铁厚度 1 2 3 灰铁件灰铁件 球铁件球铁件 可锻铸铁可锻铸铁 （0.25 0.5