第三章 浇注系统的设计与计算[1]

∴
Mr = f Mc
f —冒口安全系数，
一般取f =1.2 。
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
5
对于碳钢、低合金钢铸件
侧冒口 ：Mc : Mn : Mr = 1 : 1.1 : 1.2 内浇道通过冒口：
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
（二）按浇注系统各组元截面积的比例关系分
1、封闭式浇注系统
∑Ａ内< ∑Ａ横<Ａ直 一般为 ∑Ａ内：∑Ａ横：Ａ直＝1：1.1：1.15
特点：
挡渣力强，金属消耗少，易清理；
充型流速高，易喷射冲砂；
用于不易氧化的金属。
Kc
r
c
；
τ = Mr 2 r Kr
∴
( ) ( ) Mr 2 ≥ Mc 2
Kr
Kc
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
式中
Mr 、 Mc —冒口与被补缩铸件部位
的模数；
Kr、 Kc —冒口与被补缩铸件的
凝
固系数。
对于普通冒口， Kr =Kc，
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 Department of Materials Engineering
2
5、确定内浇道位置的几个具体问题
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 用多个内浇道充型。
二、对浇注系统的要求
足够的浇注速度，流动平稳，满足一定时间 内充满型腔； 防止冲砂，避免铸件出现夹砂 、冷隔等缺陷；
防止旋涡，避免吸气或金属过度氧化； 内浇道的位置和数量符合铸件所需凝固或补
缩原则； 结构合理，造型简单； 浇注系统本身消耗金属少。
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
明边冒口 b）铸铁件
暗边冒口
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
５、冒口位置
1、铸件热节上方或侧旁； 2、铸件最高最厚部位； 3、一个冒口同时补缩几
个铸件； 4、不选应力集中部位，
希望放在加工面上； 5、 用冷铁隔开冒口的
补缩范围。
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
二 铸钢件冒口的设计与计算
冒口必须提供足够的金属 液，补偿铸件凝固的体收缩, 条件应有：
即 Vr =Vcε/(η-ε)
ε (Vc + Vr ) + Ve ≤ Vrη
式中： Vr —冒口体积； Vc—铸件体积； Ve—型壁移动所扩大 的体积；
ε—体收缩率；
η—冒口补缩效率。
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
—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
m A阻= ρτμ 2gHp
2
H =H −P
P
0
2C
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
1）金属充填型腔时平均静压头 Hp 的计算
根据水力学相关公式推导得知 ，
上底宽11mm；下底宽22mm；高22mm 。
实际：S分直=363mm2。 7、 水平横浇道尺寸 S横=1.3×363 mm2=472 mm2。
选上底宽12.5mm；下底宽25mm；高25mm；
实际截面积469mm2。
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
三 、浇注系统的类型
（一）按内浇道在铸件上的位置分
1. 顶注式
图中：
a) 普通式
b) 楔形式
c) 压边式
d) 雨淋式
e) 搭边式
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
顶注式的优缺点
优点
压头大，流动阻力小，能 够减少浇不足、冷隔缺陷；温度 分布上高下低，铸件补缩效果好
湖北汽车工业学院材料工程系 Department 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τr 大于铸件补缩部
位的凝固时间τc ，
即 而
( ) ( ) τc=
τ ≥ τ Mc 2
缺点
对型腔底部冲击力大，易 激溅、氧化、卷入空气，可造成 砂眼、铁豆、气孔、氧化夹渣等 缺陷。
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
优点：
底注式的优缺点
充型平稳。横浇道、内 浇道充满时利于挡渣；能 够减少金属氧化。
缺点：
温度分布下高上低，铸 件补缩效果不好；
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 Department of Materials Engineering
3
计算实例：
1、绘制模板布置简图
各层铸件内浇道的金属压力头： h1=100mm； h2=250mm； h3=350mm。
2、计算型内金属质量 m /kg
7．如何应用奥赞(Osann)公式计算阻流截面积？ 如何确定或计算式中各个工艺参数？
8．一铸铁件重 5 吨，平均壁厚为30毫米，试求浇注 时间？若为铸钢件，其浇注时间 应为多少？
第三节 冒口、冷铁与铸肋
一 概述 １、冒口的作用：补缩 、排气、集渣
２、冒口种类
冒口种类
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
内浇道附近易于过热， 易发生缩松和晶粒粗大等 缺陷；
铸件顶部、边远处容易 形成浇不到，冷隔等缺陷。
应用：
主要用于结构复杂的各 种黑色金属铸件和易氧化 的有色合金铸件。
汽缸头
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
中间浇注应用广泛
中间浇注综 合有顶注式和 底注式的优缺 点；
小结—浇注系统设计步骤
选择浇注系统类型； 确定内浇道在铸件上的位置、数目和金属引入方
向； 决定直浇道高度（一般取决于砂箱高度）； 计算浇注时间并核算金属在型内的上升速度； 计算阻流（最小）截面积； 确定组元截面积比； 于铸造工艺上绘制浇注系统结构及组元截面图。
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
普通冒口
顶冒口、暗冒口 侧冒口
特种冒口
大气压力冒口 发热冒口 保温冒口
铸铁件的 实用冒口
浇注系统当冒口 控制压力冒口
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
4
３、冒口形状
球形
圆柱形（带斜度）
球顶圆柱形
腰圆柱形
暗腰圆柱形
４、冒口形式 a）铸钢件
2）浇注时间的确定
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 Department of Materials Engineering
3）流量系数μ的确定
铸铁件流量系数
铸钢件流量系数
球墨铸铁件流量系数
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
计算步骤：
以内浇道为阻流（最小）截面，用奥赞(Osann)公式
S内
=
ρτμ
m 2gH p
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。
对于从分型面注入：
式中
Hp = Ho – P 2 / 2C
Ho —阻流面以上的金属液静压头，mm ;
P —阻流面以上的型腔高度，mm ;
C—铸件高度， mm ; 对于
顶注式 ： 底注式 ：
P=O , Hp = Ho
Hp = Ho - C/ 2
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
4、 选用浇口杯
根据铸型的浇注速度，使用4号浇口杯，铁液积存5.5 kg； 5、分别计算或由内浇道计算诺谟图查各层内浇道截面积：
（流量系数取 μ=0.5）
S1=70mm2 ； S2=45mm； S3=38mm2。 6、分直浇道截面积
∑S内 =2×（70+45+38）=306mm2, S分直=1.2×S内=306×1.2=367mm2 分直浇道的截面尺寸：
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
２、开放式浇注系统
∑Ａ内> ∑Ａ横>Ａ直
开放式浇注系统初期各组元不可能全充满， 撇渣能力较差，充形流速不高；