第三章 浇注系统的设计与计算
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 Department of Materials Engineering
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题？ 湖北汽车工业学院材料工程系
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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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
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
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（二）按浇注系统各组元截面积的比例关系分
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： 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。
浇注系统的设计与计算
浇注系统的设计与计算摘要:本文主要讲述了计算机在浇注系统中辅助应用,为铸造工艺设计的科学化、精确化,提供了良好的工具。
关键词:设计原则设计顺序设计方法及计算公式在铸造工艺设计过程中,有许多繁贞的数字计算和大量的查表选择工作,仅凭工艺设计人员的个人经验和手工操作,不但要发费很多时间,而且设计结果往往因人而异,很难保证铸件质量。
60年代以来,特别是进入80年代后,随着电子计算机技术的迅猛发展,计算机辅助设计技术在工业中得到愈来愈广泛的应用,也为铸造工艺设计的科学化、精确化提供了良好的工具,成为铸造技术开发和生产发展的重要内容之一。
浇注系统是在砂型中开设的引导金属液进入型腔和冒口的通道,是铸型充填系统中的一个组成部分,通常由四部分(组元)组成:外浇道(浇口杯、浇口盆)、直浇道、横浇道和内浇道。
如图(1)所示。
设计浇注系统主要是选择浇注系统的结构类型,确定引入位置,计算浇注系统各组元的截面尺寸。
成功的浇注工艺,取决于金属本身的特性、铸型的性质和把金属液引入型腔的浇注系统的结构。
设置浇注系统是铸造技术人员和工人用以控制金属液充型的主要手段。
因此,这是一项重要的技术工作。
1-浇口杯2-直浇道3-横浇道4-内浇道图(1)浇注系统结构示意图一、浇注系统的设计原则所谓浇注系统的设计原则就是确定这些浇注系统的形状、尺寸和浇注条件。
如果浇注系统设计不合理就有可能造成以下铸造缺陷,如气孔、砂眼、渣眼、缩孔、裂纹、浇不足和冷隔等缺陷,因此浇注系统时必须遵守以下原则:(1)液体金属的温度在流动中应不降低太多。
(2)应不卷入空气或铸型与液体金属的界面上发生反应所生成的气体。
(3)应不损坏铸型。
(4)应防止掉砂和熔渣流入型腔。
(5)应防止液体金属过度加热铸型。
(6)应有助于方向性凝固。
(7)应不降低工艺出口率(型腔体积对包括浇注系统在内的整铸型型腔体积之比)。
(8)凝固以后应该容易去除。
二、浇注系统设计顺序不同的铸造方法、工厂、技术人员可能采用不同的浇注系统设计方法。
第三章 浇注系统的设计与计算(2)
２、冒口种类
冒口种类
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
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 明边冒口 b）铸铁件 暗边冒口
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
Hp = Ho - C/ 2
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。
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
计算步骤：
以内浇道为阻流（最小）截面，用奥赞(Osann)公式
S内
m
2gHp
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。
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？
铸钢冒口的理论依据及工作内容。 4. 何谓铸铁件的均衡凝固技术？有何重要意义？ 5. 说明铸铁件实用冒口设计理念和设计计算内容。 6. 说明冷铁和铸肋的作用及应用。
u 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
缩原则； u 结构合理，造型简单； u 浇注系统本身消耗金属少。
浇注系统
一般地，要求主流道进口处的位置应尽量与模具中心重合。 注意：如果受产品排位的限制要求浇口套偏离模具中心，那相 应的顶棍孔也要改成和浇口套同心。
第一节 主浇道的设计方式
主流道的形状一般为圆形
(1).垂直式主浇道及其设计参数:
D -d =0.5~1.0 (mm) R >r α =1~3°
(2)、倾斜式主浇道
PE
PP
PC
PS
PA
POM
ABS PMMA
表2
第五节：冷料井的设计
一. 定义及作用 冷料井是为除去因喷嘴与低温模具接触而在料流前锋产生的冷料进入型腔而设 置。它一般设置在主流道的末端，分流道较长时，分流道的末端也应设冷料井， 如图15。
H=(1~1.5)D ￠D
2
缺点：
特大的水口瑕媲，须要特别小心加工方法去除水口。 浇口尺寸公式计算如下：（公制单位） L=1.3-2MM T=成品壁厚 H1=NT N=塑料常数（表1）
H1
注：浇口面积不能大过流道切面 面积
L
图2
W
D
（4）潜水浇口
热塑性塑胶料分主要结晶体（Crystalline),非结晶体（Amorphous)和半结晶体（Semicrystalline)三大类。因分子结构不同，导致其收缩率因走水方向，及胶料厚薄不同面有不同收缩率。
0.
优点： -水口冷却快，生产周期短 -容易加工，经济
0.5t
t
D
a
PL
5t
（二）潜顶针:
h
0.8~1*L2
h
做脱模斜度
L2
L1
计算潜顶针入水面步骤：
i. 首先用普通潜水公式计算所需的浇口面积。 ii. 用所需的浇口面积计算h的尺寸（h<1/3D) iii. d=1至1.5倍普通潜水之入水面积
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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
m A阻= 2 gHp
H P H0 P
2
2C
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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： 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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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。 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。 湖北汽车工业学院材料工程系
（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；
浇注系统浇口尺寸计算
浇注系统相关尺寸计算
浇口的平衡例题
解：由排列位置知2A2B4A4B相同，3A3B5A5B相同，1A1B相同， 因此只需求1A2A3A尺寸即可。先求2A尺寸，并以此为基准求2A3A 的尺寸。 2 2
d 5.08 1）分流道圆形截面积 AR ：AR R mm 2 20.27 mm 2 2 2
2）基准浇口2A的截面尺寸： 由：AG 2 0.07 AR 1.42 mm2 得：t2 0.69mm, b2 3t2 2.07mm 3）求其他两组浇口的截面尺寸，由BGV相等得：
AG1 AG3 1.42 BGV 0.08 102 102 102 1.27 2 143 1.27 143 1.27 2 2 2
浇注系统相关尺寸计算
④点浇口 又称针点浇口或橄榄形浇口，是一种在塑件中央开设浇口时使 用的圆形限制性浇口，用于成型壳类、盒类的热塑性塑件。
优点： 浇口残留痕迹小，易取 得浇注系统的平衡，也利于 自动化操作。 缺点： 在模具结构上需增加一个 分型面，即双分型面，以便 浇口凝料取出。
浇注系统相关尺寸计算
浇注系统相关尺寸计算
浇口的平衡例题
由上式可得：
AG1 3t1 0.73mm2 , t1 0.49mm, b1 3t1 1.47 mm
2
AG3 3t3 1.87 mm2 , t 3 0.79mm, b3 3t3 2.37mm
2
计算结果：
1A/1B 型腔号、 尺寸
浇注系统相关尺寸计算
浇口的尺寸一般根据经验确定，截面积为分流道断面积的 3%~9%，截面形状常为矩形或圆形，浇口的长度为1～1.5mm。
注意： 在设计浇口时，往往先取较小的尺寸值，以便在试模时 逐步加以修正。
熔模铸造浇注系统计算
熔模铸造浇注系统计算熔模铸造是一种常用的制造复杂和精密铸件的工艺，其浇注系统的设计和计算对于确保铸件质量和生产效率具有重要意义。
本文将介绍熔模铸造浇注系统的计算方法和步骤，并详细阐述其中的关键要点。
1.浇注系统的设计原则1.1浇注系统应保证熔融金属顺利流入模腔，并避免气体和杂质的混入。
1.2浇注系统应能够提供足够的金属流量和压力，以填充模腔和充实铸件。
1.3浇注系统应使金属液的速度和压力逐渐减小，以避免金属的喷溅和侵蚀模具。
1.4浇注系统设计应考虑模具的结构特点和铸件形状，以获得良好的浇注效果。
2.浇注系统的主要计算参数在进行浇注系统的计算前，需要收集和确定以下参数：2.1铸件的形状和尺寸：包括铸件的几何形状、尺寸、壁厚等。
2.2材料的液态性能：包括铸造合金的熔点、密度、表面张力等。
2.3系统的性能：包括浇注管道和浇注头的直径、长度和形状等。
2.4浇注过程的条件：包括金属液的温度、浇注速度和压力等。
3.浇注系统的计算步骤根据以上参数和原则，进行浇注系统的计算，一般可分为以下几个步骤：3.1确定浇注管道和浇注头的几何参数：根据铸件的形状和尺寸，确定浇注管道和浇注头的直径、长度和形状。
通常，浇注管道和浇注头的直径会逐渐减小，以保证金属液的速度和压力逐渐降低。
3.2计算浇注头的流速和压力：根据材料的液态性能和浇注过程的条件，计算金属液在浇注头中的流速和压力。
这一步需要考虑金属液的粘度、密度以及浇注头的形状、长度等参数。
3.3计算浇注管道和浇注头的阻力：根据浇注管道和浇注头的形状和尺寸，计算流动的阻力。
这一步需要考虑流动的雷诺数、曼宁系数和摩擦因数等参数。
3.4确定浇注时间和浇注压力：根据铸件的尺寸和形状，计算金属液的流速和浇注时间，进而确定浇注压力。
通常，浇注时间应保证金属液充分填充模腔，并保持一定的冲刷效果。
4.浇注系统的优化完成上述计算后，可以进行浇注系统的优化，包括以下几个方面：4.1浇注管道的优化：可以通过改变浇注管道的形状和尺寸，减小阻力和压力损失，提高浇注效率。
浇注系统设计
23:29
38
• C)根据标准冒口形状，从圆柱形冒口中 选择与计算值最接近且大于计算值的冒 口。MR=0.84(6#)符合条件：
MR ≥0.79cm
23:29
39
• d) 冒口直径为：DR=45mm • e)冒口径的横截面积计算如下：
冒口径直径： DN>1/3DR=45/3=15mm 冒口径的面积（为圆形）
34
冒口计算范例
• 为更好的说明冒口计算，此处以球铁的 万向节冒口设计为例。很显然圆柱支柱 是铸件最紧实部分，这部分冷却最慢， 凝固最晚，因此在金属收缩时需要金属 补缩。模板的布置图如下：冒口放置在
圆柱的顶部，以便（1）获得顺序凝固
（2）补缩时借助重 力
23:29
35
如图：
冒口计算范例
35mm
80mm
45
铸造常见的几种缺陷
23:29
1.冷隔 2.砂渣眼 3.掉砂 4.粘板 5.押入
6.错模 7.粘砂 8.气孔 9.缩孔 10.打联
46
分析对铸件缺陷产生原因
1.浇注系统
a)因浇道位置引起的铸件缺陷。 b)因浇道形状引起的铸件缺陷。 c)因浇道面积引起的铸件缺陷。
2.因机器参数设置引起的缺陷
23:29
4. 冒口与铸件如何连接（冒口径） 冒口径的形状设计必须能保证冒口与铸
件间通道始终畅通，金属液以最佳的方式 对铸件进行补缩。
23:29
26
冒口有两种类型的收缩
1.表面缩孔。 2.内部缩松。 改善内部的缩松对策：
a.提高CE值 b.增加砂型强度 c.使用冷铁 d.顺序凝固 e.减少孕育用量 f.铁液净化 g.镁残留量趋进0.035
23:29
铸造业浇注系统的计算
S 系数值
1.63
1.85
2.2
此式子适用于重量不超过450kg 的铸件。
②t=S13√(G*δ)
上式子中，t----时间（s）G----重量（kg） S1-----和金属液相关的系数（铸铁取 S1=2）
厚（mm）
③t=S2*√(2*P*G)
δ----铸件主要壁
上式子中，t----时间（s） G----重量（kg） P----常数，取0.62（认为一吨铁水浇注35秒为合适时间导来）
铸件冒口的尺寸计算
2.1.冒口设计的基本原理
铸件冒口主要是在铸钢件上使用。铸铁件只用于个别的厚大件的灰铸铁件和球铁件上。金属液在液态降温和 凝固过程中，体积要收缩。铸件的体收缩大约为线收缩的3倍。因此，铸钢的体收缩通常按3---6%考虑，灰铸铁 按2---3%，不过由于灰铸铁和球墨铸铁凝固时的石墨化膨胀，可以抵消部分体积收缩，所以如果壁厚均匀，铸型 紧实度高，通常不需要设计冒口。铸件的体收缩如果得不到补充，就会在铸件上或者内部形成缩孔、缩陷或者缩 松。严重时常常造成铸件报废。
其中 h 为浇口杯平面到内浇口的高度，c 为铸件的高度。公式推导从略，见有关的书籍。 以上计算出的是浇注系统的最小截面积。在不同类型的浇注系统中，最小截面积的位置是不同的。封闭式浇注系 统的最小截面积是内浇口，开放式浇注系统的最小截面积是直浇口，最常用的半封闭式浇注系统的最小截面积是 阻流段。
奥藏--:迪台尔特公式是既有理论又有实践经验确定的系数值。是个较科学的公式，计算也很有规律。到一个 新的铸造车间，最好通过实测一些铸件的浇注时间，把式子中的参数选定。 根据这个公式可以自己把常用的参数代入，造个表供本单位使用。
2.2冒口尺寸的基本计算方法
冒口计算的公式、图线、表格等有很多。介绍如下。 最常用的方法是，冒口直径 D=d0+h 理由是假定冒口和铸件以相同的速度凝固，凝固过程是从铸件的两个表面向内层进行，当铸件完全凝固终了， 正好冒口凝固了同样的厚度，这时还剩下中间的空心的缩孔，体积正好等于补缩球的体积，这部分金属液在凝固 过程中正好补缩进了铸件。 当铸件存在热节时，可以把 h 换成热节的直径 T 即可。 即 D=do+T。 另外设计冒口，还有个重要的部位，就是冒口颈，所谓冒口颈就是冒口和铸件的连接通道，冒口里的金属液 都是经由冒口颈补缩到铸件里的。所以对冒口颈的截面是有要求的，通常取冒口颈的直径 dj=（0.6~0.8）T。 冒口高度 H=（1.5~2.5）D。 H 的高度还应该考虑要高于需要补缩部位的高度，否则就成了反补缩了，铸件补缩了冒口，这是要避免的。
第三章锌合金压铸浇注系统设计
第三章锌合金压铸浇注系统设计* 浇注系统包括鹅颈、射咀、分流锥、浇道、浇口和排气系统；*常用有扇形浇道和锥形浇道兩種；*设计原则：浇注系统内的金属液能有效的、平稳的流动，并避免气体混入。
3.1澆注系统对填充条件的影响金属液在压铸过程中的充型状态是由压力、速度、时间、温度、排气等因素综合作用形成的，因而水口系统与压力传递、合金流速、填充时间、凝固时间、模具温度、排气条件有着密切的关系。
a.压力传递一方面要保证水口处金属液以高压、高速充填型腔，另一方面又要保证在流道和水口截面内的金属液先不凝固，以保证传递最终压力。
这样就需要最佳的流道和水口设计，最小的压力损失。
b.水口面积过大或过小都会影响填充过程，过大的水口充填速度低，金属过早凝固，甚至充填不足，过小的水口又会使喷射加剧，增加热量损失，产生涡流并卷入过多气体，减短模具寿命。
c.气体的排出主要取决于金属液的流动速度与流动方向，以及排溢系统的开设能否使气体顺畅排出，排气面积是否足够。
排气是否良好，将直接影响铸件的外形和强度。
d.模具温度的控制对铸件的质量产生很大的影响，同时影响生产的速度和效率，水口的合理设计可以对模具的温度分布起调节作用。
e.模具寿命除了取决于良好的钢材外，又与模具的工作状态有关，良好的水口系统设计也是为了使模具各部分热平衡处于最佳状态，而不是恶劣的状态下，这样才能得到压铸生产的最大经济效益。
3.2浇注系统位置的选择1．使金属液充型路径减少曲折，避免过多迂回，避免卷气，散失热量，压力损耗。
2．尽量使金属液流至各部位距离相等，如开中心水口。
3．使温度分布符合工艺要求（模温、铸件温度）、尽量选择最短流程。
4．尽量采用单个水口，避免各水口的射流产生对撞，当需多处水口时，考虑射流相互促进，避免卷气，能量损耗。
5．尽量避免正面冲击型芯或型壁，减少动能损耗、卷气、流向混乱、粘模。
6．减少铸件收缩变形的倾向，使易收缩部位得到补缩、增压。
7．有利于排气。
浇注系统设计方案
流道设计的优化与改进
减少流道阻力
采用大截面、短流程的流道
防止金属液氧化
采用密封式或保护气氛浇注系 统
提高充型能力
采用多浇口、分流道设计
降低能耗
采用热平衡设计，减少热量损 失
04 模具设计
模具材料的选用
01
02
03
耐热性
选择耐热性好的材料，如 钢材、铝合金等，以确保 模具在高温下件结构、生产批量、合金种类、浇注条件
适用场合
直浇道适用于中小型铸件的大批量生产；横浇道适用于大型铸件的 单件、小批量生产；内浇道适用于各种铸件
流道尺寸与形状的确定
流道截面积
满足金属液的流量要求，保证充 型能力
流道长度与宽度
根据铸件大小、浇注温度和速度确 定
流道高度
根据金属液的静压力头和浮力确定
调整工艺参数
调整浇注温度、注射压力和注射速度等工艺 参数，提高浇注质量和效率。
改进模具结构
优化模具冷却、排气和顶出机构，提高模具 使用寿命。
采用先进的浇注技术
如应用热流道技术、顺序阀控制等，提高生 产效率和浇注质量。
浇注系统方案的经济性分析
模具成本
生产成本
评估不同浇注系统方案对模具材料、加工 和装配成本的影响。
排溢系统设计
设计有效的排溢系统，以 排除模具内的气体和溢出 的金属液，防止产品产生 气孔和浇不足等缺陷。
模具冷却系统的设计
冷却水道设计
合理布置冷却水道，以提高模具的冷 却效果，减少冷却时间，提高生产效 率。
冷却介质选择
冷却水道密封
确保冷却水道的密封性，防止冷却液 泄漏，以保证生产安全和产品质量。
根据模具材料和使用条件，选择合适 的冷却介质，如水、油等。
第三章浇注系统设计
第三章浇注系统设计3.1概述1概念2组成铸型中引导液态金属进入型腔的通道之总称。
1)浇口杯2)直浇道3)横浇道4)内浇道3对浇注系统的基本要求1)能控制铸件的温度场分布2)保证在规定时间内充满铸型型腔3)保证铸件轮廓、棱角清晰4)控制金属液流动的速度和方向5)具有良好的撇渣功能6)简化生产，降低成本4浇注系统的类型及特点1)按浇注系统各组元截面比例关系分类(1)封闭式浇注系统(2)开放式浇注系统(3)半开放半封闭式浇注系统S直>S 横>S内S直<S横<S内S直>S横，S内>S横2)按内浇道在铸件上的位置分类分类(1)顶注式浇注系统液态金属从铸型型腔(铸件)顶部注入(2)底注式浇注系统内浇道设置在铸件底部的浇注系统(3)中间注入式浇注系统从铸件中间某一高度上开设内浇道的浇注系统(4)阶梯式浇注系统在铸件不同高度上开设两层或两层以上内浇道的浇注系统(5)缝隙式浇注系统沿着整个铸件高度上开设垂直缝隙状内浇道的浇注系统3.2液态金属在浇注系统中流动的水力学特性1在砂型中流动的水力学特点合金液和铸型之间有着激烈的热作用、机械作用和化学作用，属于多相流动，一般呈紊流状态，是不稳定流过程。
2浇口杯中的流动1)浇口杯作用承接来自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢出，便于浇注；减轻液流对型腔的冲击；分离渣滓和气泡，阻止其进入型腔；2)浇口杯分类漏斗形浇口杯(用于中、小型铸件)和盆(池)形浇口杯(用于中、大型铸件3)影响浇口杯内水平漩涡的主要因素是浇口杯内液面的深度，其次是浇注高度、浇注方向和浇口杯的结构等3直浇道中的流动1)直浇道的作用将来自浇口杯的金属液引入横浇道、内浇道或直接导入型腔，并提供充型过程所必需的压力2)直浇道形状通常是上大下小的圆锥形，有时为等截面圆柱形、上小下大的倒圆锥形、蛇形和片状形等形状3)液态金属在直浇道中存在充满式流动或非充满式流动两种流态4直浇道窝1)直浇道窝作用缓冲，缩短直浇道—横浇道拐弯处的高度紊流区；改善内浇道流量分布，减少横浇道—内浇道拐弯处的局部阻力系数和水头损失；浮出金属液中的气体。
铸造工艺学第3章 浇注系统设计
适用于各类灰铸铁件及球铁件。
封
A杯>A直<A横<A内
阻流截面设在直浇道下端，或在横浇道中， 或在集渣包出口处，或在内浇道之前设置
闭 A杯>A直>A集渣包出 的阻流挡渣装置处。
开口
阻流截面之前封闭，其后开放，故既有利 于挡渣，又使充型平稳，兼有封闭式与开
放 A直>A阻<A横后<A 放式的优点。
式内
适用于各类铸铁件，在中小件上应用较多， 特别是在一箱多件时应用广泛。目前铸造
金属液进入横浇道后，起初以较大的速度沿着它 的长度方向往前流动，直到横浇道的末端处，并 冲击该处的型壁，使液流的动能变为位能，在横 浇道末端处附近的金属液面就升高，形成金属浪 并开始返回移动，直到退回的金属浪与从直浇道 流出的液流相遇后，横浇道中的液面将同时上升 到充满为止。
3.1.4 液态金属在横浇道中的流动情况
横浇道起挡 渣作用应 具备的条 件
横浇道必须呈充满状态
液流的流动速度宜低于渣 粒的悬浮速度 液流的紊流搅拌作用要尽 量小
应使夹杂物有足够的时间上浮到金属 液顶面，横浇道的顶面应高出内浇道 吸动区一定距离，末端应加长；
内浇道和横浇道应有正确 的相对位置。
3.1.4 液态金属在横浇道中的流动情况
提向横浇道挡渣能力的主 要途径是改变横浇道的结 构以增加流程中的阻力， 减慢金属液的流速，减少 紊流搅拌作用。常见的方 法有以下几种： 1） 缓流式浇注系统
图3-14 上台面铸件的倾斜浇注
3.3.2 浇注系统的计算
（二）阻流组元（或内浇道）截面积的计算及各组元 之间的比例关系的确定 阻流组元截面（简称阻流截面)的大小实际上反映了浇 注时间的长短。在一定的压头下阻流截面大，浇注时 间就短，所以阻流截面的大小对铸件质量的影响与浇 注时间长短的影响基本一致。生产中有各种确定阻流 截面尺寸的方法和实用的图、表，大多都是以水力学 原理为基础的，此处着重介绍水力学计算法。
浇注系统的设计和计算实例
油杯铸件的流量系数μ按文献[3]表 3-4 取值见表 10-4。
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浇注系统设计和计算实例
铸铁及铸钢的流量系数μ值 种类 湿型 铸铁 铸钢 大 0.35 0.25
铸型阻力 中 0.42 0.32
小 0.5 0.42
流量系数μ值查得μ = 0.5， 按文献[3]表 3-5 进行修正： ① 油杯铸件浇注温度为 1330℃，浇注温度提高 50℃，μ值+0.05；
= 1.07������������2 0.31 × 0.5 × 2.18 × √7.38 油杯铸件采用的是封闭式浇注系统，阻流截面在内浇道上，所以内浇道的 总结面积为 1.07cm2。
1.1 选择浇注系统类型
油杯铸件为铸铁的湿型小件，查文献[2]表 3-1 浇注系统按各单元面积比例 分类，如表 9-1 所示。 表 9-1 浇注系统按各单元面积比例分类 截面比例关系 特点及应用 ������杯 > ������直 > ������横 > ������内 阻流截面在内浇道上。浇注开始后，金属液容易 充满浇注系统； 挡渣能力较强，但充型液流的速度较快，冲刷力 大，易产生喷溅； 一般的说金属液消耗少，且清理方便，应用于铸 铁的湿型小件及干型中、大件
I
浇注系统设计和计算实例
1
浇注系统位置的选择
浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道，主要由浇口杯、直浇道、横 浇道、和内浇道四个部分组成。浇注系统设计的合理与否对铸件质量影响很 大，容易引起各种类型的铸造缺陷，如：浇不足、冷隔、冲砂、夹渣、夹杂、 夹砂等铸造缺陷。设计时应根据铸件的结构特点、合金种类、技术要求合理地 设计浇注系统。设计浇注系统应遵守以下原则： （1）引导金属液平稳、连续地充型，避免卷气、金属氧化物夹杂和冲刷型 芯； （2）充型过程中流动的方向和速度可以控制，保证铸件轮廓清晰、完整； （3）在合适的时间内充满型腔，避免形成夹砂铸件补缩、防止铸件变形、裂纹等 缺陷； （5）具有挡渣、溢渣能力，净化金属液； （6）浇注系统应当简单、可靠，减少金属液消耗，便于清理。
浇注系统的设计
大批大量生产 （2）不是所有塑料都适用
3．对注射塑料的要求
（非热敏性塑料）
（1）成型温度范围广 低温——流动性好 高温——热稳定性好
（2）对压力敏感：不施压不流动，稍微施压即可流动
（3）热变形温度高：可以在较高的温度下脱模
① 融料流动能量损失最小
A、融料流程最短 B、融料变向越少越好 C、浇口设在壁厚处
如果薄壁处先凝固，将影响熔料流动的距离，阻力 大，将造成得不到补缩和凹陷，缩孔等一系列缺陷
融料流程最短
融料变向越少越好
浇口设在壁厚处
② 要有利于型腔内气体的排出
若腔内的气体不能顺利排出，将造成制品的气泡，疏松，充
轮辐式浇口的一种变形: 分流道与浇口不在一个平面内 优点：型芯顶端安装入定模内，避免了弯曲变形，同心度高。 缺点：制模较困难。 适用于：管状制件
分模时靠小孔的固定作用将主流道凝料拉出 顶出时，冷料头先沿小孔的轴线移动，然后被全部 拔出
分流道续设计成S形或类似的带有挠性的形状
定模
无
拉料穴
拉
料
动模
杆
冷
分流道
料
井
5．浇口设计：包括浇口数量，形式和位置
（1）数量的确定：
例：箱体件，PP塑料 L / t ＝240～200 Lmax＝980mm
壁厚t＝3mm
3．分流道设计
（1）作用：过渡，转向
（2）要求： ①融料尽快充满型腔的各个部分，热量，压力损失小 ②一模多腔时应保证进料均衡
（3）断面形状和尺寸
形状
圆形 梯形 半圆形 矩形 抛物线形（U）
第三、四章 浇冒口系统的设计
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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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。 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。 湖北汽车工业学院材料工程系
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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题？ 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．计算阶梯式浇注系统的内容和步骤是什么？ 9．一铸铁件重 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？
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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第三章 浇注系统设计
m Nnq
m —— 浇注金属质量(kg)；N —— 同时浇注的浇包数； n —— 单个浇包的包孔数。
四、铸造非铁合金的浇注系统
特点：密度小、熔点低、热容量小而热导率大，且极 易氧化和液态吸气性强。 常见铸造缺陷：非金属夹杂、浇不到、冷隔、气孔、 缩孔、缩松及裂纹、变形等。
设计非铁合金浇注系统应注意： 非铁合金降温快，应快浇。 1)浇注温度不高，对 型砂的热作用较轻。
二、计算举例（浇注系统设计方法和步骤） 图3-19为灰铸铁件的垂直分型浇注系统的结构形 式，即模板布置简图。
1．绘制模板布置简图 模板布置来自于工艺设计方案和参照造型机标准模 板尺寸及合理吃砂量(图中A、B、C三个尺寸)等。据此 确定出各层铸件内浇道的金属压力头为： h1 =100mm； h2 =250mm； h3 =350mm。 2．计算型内金属质量m 每个铸件质量 2kg，共布置12件。铸件工艺出品率 （灰铁件）按70％估计，则型内金属质量（即铁液质量 数）为2×12 kg / 0.7 = 34.3 kg。
3．确定浇注时间和浇注速度q 造型机产率为300箱／h，节拍12s／型。据表3-8查出 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2kg/6s≈0.33 kg/s。
4．选用浇口杯 根据铸型的浇注速度，参照表3-7，可查出浇口杯 尺寸。 如用手工浇注，使用4号浇口杯，铁液积存5.5kg； 如用自动浇注，使用2号浇口杯，铁液积存4kg。
A直： A横： A内＝1：2：4
第二节
浇注系统组元中金属液的流动特性及组元设计
一、浇口杯(盆)
1．漏斗形浇口杯
特点：漏斗形浇口杯结构简 单，制作方便，其本身消耗 金属液少。 适用：小型铸件，在机器造 型中广泛使用。 杯底安放滤孔芯，可挡 渣并对金属液起缓冲作用。
注塑模具设计之浇注系统的设计
浇注系统的设计1主流道的设计主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具浇口套接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流经通道。
它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响。
主流道通常设计在模具的浇口套中，为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出，主流道设计成圆锥形，锥角a 取3度，流道的表面粗糙度Ra(1)主流道尺寸1）主流道长度：小型模具的L 主应小于等于60mm ，本次设计中取50mm.2)主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.5~1）mm=(2+1）mm=3mm.（查课本P81表5.1）3)主流道大端直径：D=d+2L 主tana ≈8.24mm4)主流道球面半径：SR=注射机喷嘴球头半径+（1~2）mm=(12+2)=14mm.5)球面配合高度：h=3mm.（2）主流道的凝料体积222233=) 3.14/350 4.12+1.5+4.12 1.5=1329.5 1.333V L R r R r mm cm π++=⨯⨯⨯=主主主主主主（（）（3）主流道当量半径4.12 1.5 2.8122R r Rn mm ++===（4）主流道浇口套形式由于注射机与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，易磨损。
因此，设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。
主流道衬套为标准件可选购。
对材料的要求较严格，因而,尽管小型注射模可以将主流道浇口套与定位圈设计成一个整体，但考虑到上述因素，仍将其分开设计，以便于拆卸更换。
同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。
材料一般采用碳素工具钢（T8A 或T10A),热处理淬火表面硬度为50~55HRC.2分流道的设计分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。
分流道的作用是改变熔体流向，使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。
（1）分流道的布置形式在设计时应考虑尽量减少在流道内的压力损失和避免熔体温度降低，同时还要考虑减小分流道的容积和压力平衡，因此，采用平衡式分流道。
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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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充型流速高，易喷射冲砂；
用于不易氧化的金属。
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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：
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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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
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 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
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
m
A阻= 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
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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（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；
根据水力学相关公式推导得知 ，
对于从分型面注入：
Hp = Ho – P 2 / 2C
式中
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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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。
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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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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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
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
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。
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：
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；
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；