第三章 浇注系统的设计与计算[1]

型内金属质量（即铁水质量数）
为2×12 /0.7=34.3 kg 。 3、浇注时间
生产节拍为12S/型。查表浇注时间为 8S。 约用2S充满浇注系统，则充填单个型腔的净浇注时间为 6S。 每个型腔的浇注速度应为2 kg/6S≈0.33 kg/S。
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∴
Mr = f Mc
f —冒口安全系数，
一般取f =1.2 。
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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：
要求各内浇道的流量分布合理。 液流顺壁流入，不冲刷
型壁、型芯和铸型凸出部分。
避开铸件重要部位， 防止晶粒粗大。
造型、清理操作方便， 不阻碍铸件收缩。
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第二节 浇注系统的计算
1、 奥赞(Osann)公式
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。
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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
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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
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（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
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。
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3）流量系数μ的确定
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（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。
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。
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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。
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
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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。
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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；
明边冒口 b）铸铁件
暗边冒口
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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。
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Kc
r
c
；
τ = Mr 2 r Kr
∴
( ) ( ) Mr 2 ≥ Mc 2
Kr
Kc
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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，
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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；
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。 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：
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
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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
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：
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
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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；
铸铁件流量系数
铸钢件流量系数
球墨铸铁件流量系数
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计算步骤：
以内浇道为阻流（最小）截面，用奥赞(Osann)公式
S内
=
ρτμபைடு நூலகம்
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。
复习题
1．浇注系统由哪些部分组成？分别说明各个组元的 作用？
2．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。
4 . 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？
6．确定内浇道位置要注意哪些具体问湖题北汽？车工业学院材料工程系
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Ａ直：∑Ａ横：∑Ａ内=1：2：4
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四 浇注系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。
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。
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内浇道、横 浇道设在分型 面上，造型方 便。
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1
阶梯式的优缺点
兼有底注式和顶注 式的优点，充型平稳。 但结构复杂，设计和 计算较难。
用于高度大的中、 大型铸件。阶梯式或 缝隙式用于垂直分型 无箱挤压造型或金属 型铸造，
配套措施：
1）浇口杯应足够大； 2）严格控制浇注时间。
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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
3、提升横浇道的撇渣效果
前过滤
缓流式
阻流式
离心集渣式
轻合金浇注系统中安装过滤网
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4、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：
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。
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常用合金的体收缩率ε
铸件材质
ε（%）
中碳钢 wc=1%钢
灰铸铁 白口铸铁
纯铝 纯铜
2.5～3.0
4.0 1.9～膨胀 4.0～5.5
6.6
4.92
冒口的补缩效率η
冒口种类或 工艺措施
圆柱或腰园柱形冒口 球形冒口
补浇冒口时 浇口通过冒口时
发热保温冒口 大气压力冒口
η（%）
12～15 15～20 15～20 30～35 30～50 15～20
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
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—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
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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 ，
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。
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第三章 浇注系统的设计与计算
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
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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。
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