(新)熔模铸造亨金公式适用性分析_

熔模铸造亨金公式适用性分析

摘要对工艺成熟的熔模铸件浇注系统数据进行数理统计分析，检验了亨金法及其修正公式在实际直浇道、横浇道浇注系统设计中的适用性，并表明修正公式更符合实际的生产情况。关键词：熔模铸造横浇道数理统计

一．熔模铸造浇注系统设计简介

熔模铸造作为一种复杂的多因素交互作用的生产过程，其工艺设计涉及的内容很多，其中浇注系统的设计和计算是核心部分，它直接影响到铸件的质量和工艺出品率。在铸造过程中，浇注系统不仅起着充填金属的作用，而且影响着铸件的凝固、收缩和冷却时的温度场。

熔模铸造浇注系统设计的主要内容是确定浇注系统结构形式，浇口杯、直浇道、横浇道、内浇口、冒口各单元的安装位置、形状、尺寸，蜡模组装方式及件数等。设计时需要考虑的因素

很多，包括零件的质量的要求(致密度、晶粒度等)，铸件结构特点(尺寸、重量、壁厚和形状复杂程度等)，合金种类等；此外，生产经验也要充分重视，所以浇注系统设计是一项综合性的技术问题，其主要目的就是保证铸件的质量、尽可能高的工艺出品率和制造的便利。

国内浇注系统的设计和计算一直是工艺设计的薄弱环节，还没有一种公认的行之有效的设计方法。虽然总结出一些用于熔模铸造浇注系统设计的方法，但人们对这些方法的设计结果与实际情况的偏差程度缺乏了解，如比例法、当量热节法、亨金法、浇口杯补缩容量法、浇注系统确定参考图法等。现在国内多数工厂熔模铸件浇注系统的尺寸是凭借设计人员的经验确定的，对一般的小铸件都不进行详细计算，而对热节较明显或较大的铸件，也只是根据热节圆的尺寸按照一个粗略的比例来估计内浇道、直浇道及横浇道的截面尺寸，很少根据模数的概念来分析浇注系统，直接影响了铸件的质量和工艺出品率，因此有必要根据实际的生产情况对已总结出来的一些计算方法进行适用性分析，使其能在实际的浇注系统设计中发挥积极的指导作用。

二．亨金公式及其修正

1．亨金公式

前面提到的设计计算方法都是通过数学公式和曲线来量化各种因素之间的相互关系，其中既有理论的推导，也有实际经验的总结，但都做了一定的简化，对于浇注系统的设计具有一定的指导意义。其中亨金法较全面地考虑了影响补缩的因素，可计算出直浇道、横浇道、内浇道的尺寸。

为使铸件获得补缩，内浇口应设在铸件热节处，以保证在金属液凝固时，内浇口比热节处晚凝固，而浇道又比内浇口晚冷，从而利用浇道中的金属液补缩铸件。前苏联学者亨金用不同铸件做试验，分析了内浇口截面的热模数Mg(mm)、与铸件热节处的热模数Mc(mm)、直浇道截面的热模数Ms(mm)、单个铸件重量Q(g)和内浇口长度Lg(mm)的函数关系，最后归纳出亨金公式：

式中Kh－比例系数，中碳钢Kh≈2；硅黄铜Kh≈1.8 ；铝硅合金Kh≈1.6。

这种单一直浇道的铸件组，它最大允许的铸件数量为：

式中：r ── 合金的密度(g / cm 3)；

Fs ── 直浇道截面积(cm2)；

H ──直浇道高度(cm) ；

β── 合金的体收缩系数,中碳钢β≈4%

公式(1)、(2)即为亨金公式。

一般工厂直浇道尺寸已标准化。利用式(1)可计算出铸件内浇口截面热模数，从而得到内浇口具体尺寸。

2．亨金修正公式

由于亨金公式与国内精铸厂的实际生产情况有较大的差异，因此清华大学精铸组曾根据从二汽和洛拖收集的直浇道浇注系统数据将亨金公式修正为：

该修正公式是一个经验公式，适用于一般碳钢精铸件，较适合范围是：

铸件重量10~2000g；

铸件热节处热模数2~6mm；

内浇口截面热模数2.5~7mm；

内浇口长度8~14mm；

直浇道截面热模数7~12mm。

以上都是针对直浇道，对于横浇道浇注系统，一般用以下公式计算横浇道截面横数Mk；

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三. 亨金法及修正公式的适用性分析

本组曾收集了大量实际生产中浇注系统的数据，对比例系数法，当量热节法，参考图法，亨金法进行过分析、修正，其中当量热节法和亨金法还是适用的。但以往收集的数据是针对直浇道浇注系统的，铸件重量较小，使用的材质是碳钢，所用工艺是水玻璃型壳，因此分析出的结果还有一定的局限性。随着我国熔模铸造的发展，许多厂家大量采用了横浇道，使用硅溶胶型壳，材质也不只碳钢，还有不锈钢等其他钢种。因此本文从这类厂家收集了直浇道、横浇道浇注系统的数据，进一步分析亨金公式的适用性。

1．数据收集及计算

石家庄冀台精铸厂是一家以生产出口精铸件为主的企业，有两个分厂，月产约为200~220吨，主要出口到美国、日本、德国；该企业的技术人员力量比较雄厚，具有较丰富的设计经验，且工艺出品率较高。因此从石家庄冀台精铸厂收集了大量熔模铸件及其直、横浇道浇注系统的相关数据，铸件多为耐压件，因此一般无缩孔、缩松等缺陷，其浇注系统工艺已比较成熟。数据基本情况见表1，表2为部分横浇道浇注系统的有关数据。所收集的数据量比较大，也比较有代表性。该厂工艺与大多数硅溶液胶型壳熔模铸造厂相似，因此分析结果具有一定的指导意义。

2．直浇道亨金公式的适用性分析

本组曾对直浇道亨金公式进行过适用性分析，并利用所收集的数据采用多元回归分析修正了亨金公式，但所收集的铸件90%质量都在0.5kg以下,且都是水玻璃型壳.下面用亨金公式(1)和修正公式(3)计算内浇口截面模数,并与实际数值进行比较。将所有铸件热节处的热模数和内浇口截面热模数关系、铸件重量和内浇口截面热模数关系分别拟合成图1所示的曲线。

1-实际值2-修正亨金公式计算值3-亨金公式计算值

图1 内浇口截面模数与铸件重量、热节模数的关系

本次收集的直浇道浇注系统数据较少，仅对亨金修正公式进行一般性验证，确定其在其他情况下是否还具有指导意义。根据以上曲线分析，可以看出内浇口截面模数的实际值与计算值均随着铸件热节模数的递增而递增。三者的趋势是基本一致的。但相比之下修正公式的计算值与实际值更加接近。

3．横浇道亨金公式的适用性分析

(1)内浇道截面模数计算公式的分析

将公式(1)、(3)分别代入公式(4)，推导出两个关于横浇道浇注系统的内浇口截面模数

计算公式：

由亨金公式推导：