浇注系统的计算
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。
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。
浇注系统的计算
铸造业常用的浇注系统的计算方法：根据流体力学的百努利方程式可以导出如下的浇注系统的液流式子：v= G/(γ*F*t)= μ*√(2*g*H) ------------------------------------（1）其中：v 流速单位cm/s （计算时可以按最小截面积的流速）G 铸件质量（重量）单位kgF 截面积单位cm2 （计算时可以按最小截面积）t 浇注时间单位sg 重力加速度981cm/s2H 平均压力头单位cm （取值计算见后）γ金属液体的密度单位kg/cm3μ由铸件壁厚和结构以及浇道等因素引起的金属液体流速损耗系数，复杂铸件可取为0.34由（1）式，得F=G/(γ*t*μ*√(2*g*H)) -----------------------------------------(2)设y=γ*μ*√(2*g)则F=G/(y *t*√H) ---------------------------------------------------(3)此公式的各种变形铸造书中常称作迪台尔公式。
系数y，对特定的金属液和特定类型的铸件（如壁厚等）和特定的生产工艺，可视为常数，具体数值可从试验中，通过记录浇注时间反求y的平均值作为今后计算的常数。
如，一拖一铁厂的原二线为0.18—0.22 原三四线为0.13 原一线为0.15—0.16现在的KW线，由于砂型的紧实度特高，y=0.04左右平均压头H的取值：顶注为H=h底注为H=h-c/2从铸件中间浇注为H=h-c/4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。
现将半封闭式浇注系统的各段截面积之比推荐如下：F直：F阻;F横:F内=1.3:1:2:1.5 根据不同情况，比例有较大的取值范围，原则不变的前提下可以灵活运用。
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
第2章浇注系统§2-1 概述§2-2 液态金属在浇注系统中的流动§2-3 浇注系统类型及其应用范围§2-4 铸铁件浇注系统计算方法§2-5 其它合金铸件浇注系统特点§2-1 概述1．浇注系统浇注系统是铸型中使液态金属充填型腔的通道。
浇注系统设置不当，常使铸件产生冲砂、夹砂、缩孔、缩松、裂纹、冷隔，以及气孔等多种缺陷，甚至会使铸件报废。
因此，正确的设计浇注系统，对提高铸件质量及降低生产成本具有重要意义。
2．浇注系统的结构一般情况下，浇注系统的结构由：浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。
对于某些复杂铸件的浇注系统，除上述四个组元外，尚可增加其他组元；而对于某些简单铸的浇注系统可以少于四个组元。
图2-1 浇注系统的基本组元3．浇注系统的设计内容包括浇注系统的结构、开设位置及各组元尺寸等。
4．浇注系统要求良好的浇注系统通常满足以下几点要求:1) 控制金属液流动的速度和方向，并保证充满型腔，保证适当的浇注时间。
2) 金属注入方式及内浇口方向应不致使金属冲毁铸型或砂型，并有利于杂质上浮和型中气体排出。
金属液在型腔中的流动应平稳、均匀以免夹带空气、产生金属氧化物。
3)有利于铸件温度的合理分布。
（铸型充满后，型内金属的温度分布状态尽可能有利于铸件预期的凝固方式。
希望同时凝固的铸件，温度应分布均匀；希望顺序凝固的铸件，温度应朝向冒口递增。
）4)浇注系统应具有除渣功能。
生产无锡青铜、球墨铸铁等铸铁件，要求浇注系统具有较强的挡渣能力，以防止溶渣进入铸型。
5)浇注系统不应阻碍铸件收缩，在生产裂纹敏感性强的大型铸件时，这点尤为重要。
6)在保证铸件质量的前提下，浇注系统力求简单，便于造型，金属消耗量最少，以及有利于铸件清理。
附加：对浇注系统的基本要求由以上的叙述大致上可以看出，浇注系统对铸件质量的影响是多方面的，其作用显然是重要的。
对浇注系统的基本要求如下：(1)根据铸件结构和合金凝固特点考虑浇注系统的结构，使金属液能以合理的充填速度或上升速度、尽可能平稳地(紊流程度低)、无喷射、飞溅地充填型腔；金属流股不冲蚀砂型或砂芯，也不在型内相互冲击，防止卷入气体和吸收气体，防止金属氧化。
材料成型浇注系统
浇注系统是为填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道。
常用的浇注系统大多由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道等部分组成。
除导入液态合金这一基本作用外，浇注系统还能实现其它的一些作用，其作用如下：(1)使液态合金平稳充满砂型，不冲击型壁和砂芯，不产生激溅和涡流，不卷入气体，并顺利地让型腔内的空气和其它气体排出型外，以防止金属过渡氧化及生产砂眼、铁豆、气孔等缺陷。
(2)阻挡夹杂物进入型腔，以免在铸件上形成渣孔。
(3)调节砂型及铸件上各部分温差，控制铸件的凝固顺序，不阻碍铸件的收缩，减少铸件变形和开裂等缺陷。
(4)起一定的补缩作用，一般是在内浇道凝固前补给部分液态收缩。
(5)让液态合金以最短的距离，最合宜的时间充满型腔，并有合适的型内液面上升速度，得到轮廓完整清晰的铸件。
(6)充型流股不要对正冷铁和芯撑，防止降低外冷铁的激冷效果及表面熔化，不使芯撑过早软化和熔化，而造成铸件壁厚变化。
(7)在保证铸件质量的前提下，浇注系统要有利于减小冒口体积，结构要简单，在砂型中占据的面积和体积要小，以方便工人操作、清除和浇注系统模样的制造，节约金属液和型砂的消耗量，提高砂型有效面积的利用。
一、浇注系统各组成部分与作用：(1)浇口杯：浇口杯又称外浇口，其作用是承接来自浇包的金属液，减轻金属液对铸型的冲击，阻止熔渣、杂物、气泡等进入直浇道，增加金属液的充型压力等。
常用浇口杯有呈漏斗形和池形（浇口盆），漏斗形浇口杯可单独制造或直接在铸型内形成，成为直浇道顶部的扩大部分；它结构简单，体积小，可节约金属，但阻渣能力较差，它常用于中、小型铸件，在机器造型中广泛采用。
对大、中型铸件，特别是铸铁件，常采用浇口盆，它具有较好的阻渣效果，浇口盆是与直浇道顶端连接，用以承接导入熔融金属的容器。
在浇口盆出口处常放置有浇口塞，当浇口盆充满金属后，塞子升起即开始浇注。
(2)直浇道：浇注系统中的垂直通道，它通常带有一定的锥度。
对黑色金属，直浇道应做成上大下小的锥体，锥度一般为1：20，其底部常比横浇道的底部稍低并呈（它可储存最初进入的金属液，球形。
模铸有关计算公式
模铸有关计算公式
模铸是一种常见的金属铸造工艺，通过将金属熔化后倒入模具中，然后冷却凝固成型，最终得到所需的零件或产品。
在模铸过程中，需要进行各种参数的计算，以确保最终产品的质量和精度。
本文将介绍模铸过程中常见的计算公式，帮助读者更好地理解和应用模铸技术。
1. 铸件重量计算公式。
在模铸过程中，首先需要计算铸件的重量，以确定所需的原材料数量和生产成本。
铸件重量的计算公式如下：
铸件重量（kg）= 铸件体积（cm³）×铸件密度（g/cm³）× 0.001。
其中，铸件体积可以根据模具的设计参数和产品图纸进行计算，铸件密度则根据具体的金属材料来确定。
通过这个公式，可以快速准确地计算出铸件的重量，为生产计划和原材料采购提供参考依据。
2. 浇注系统计算公式。
在模铸过程中，浇注系统的设计对最终产品的质量和成型效果有着重要影响。
浇注系统的计算公式如下：
浇注压力（MPa）= （液态金属重力头压力 + 液态金属浇注冲击压力）/ 浇注面积。
液态金属重力头压力可以根据液态金属的密度和浇注高度来计算，液态金属浇注冲击压力则需要根据具体的浇注工艺和设备参数来确定。
通过计算浇注压力，可以合理设计浇注系统，确保金属能够充分填充模具，并避免产生气孔和缺陷。
3. 固化时间计算公式。
在模铸过程中，金属液态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态态。
浇注系统
设计浇口时，必须注意塑料是何种塑料，以下是指定潜水设计‘D’形或锥形入水，除客户指
定其设计外，必须遵守。
Round gate
结晶体-圆头潜浇口 Crystalline-Round Gate Nylon,PA PBT PET POM PPS
e. H的高度是能做短就做短。
f. G>H。
应用：适用于外观不允许露出浇口痕迹的胶件。对于一模多腔的胶件，应保证各腔从浇口到型腔 的阻力尽可能相近，避免出现滞流，以获得较好的流动平衡。 手机模上广泛应用。
(5)牛角水口(HOOK GATE)(图5.6)
一般用于成品向外面不能有浇口痕，而亦不能用潜水或潜顶针。
使针点浇口 拉断时不致损伤胶件，R2为(1.5～2.0)mm，
R3为(2.5～3.0)mm，深度h=(0.4～0.8)mm。
应用：其表面浇口痕迹有一定要求的塑件。
R1
δ R2 R3
第四节：浇口的选用
由于不同的塑胶材料有不同的流动性能和充填性能，所以浇口类型的选用与塑胶材 料的种类有直接的关系，进行浇口设计时一定要明确产品材料，并根据产品材料、 产品外观要求、产品结构综合考虑浇口类型和尺寸。表2所列为浇口形式与塑料种 类的适用关系。
α
β
d A
缺点：a.浇口位置容易拖胶粉。 b.入水位置容易产生烘印。 c.需人工剪除胶片。 d.从浇口位置到型腔压力损失较大。
H G
h
参数：a. 浇口直径d为0.3～1.5mm。
b. 进胶方向与垂直方向的夹角α为30°～50°之间。
c.入水嘴的锥度β为15°～25°之间。
浇注重量的计算.
计算浇注重量
• 浇注重量不是零件重量，也不是铸件重量。它是包括浇注系统和冒口部分重量 在内的金属夜重量； • 一个逻辑上的问题是，浇注系统和冒口部分的重量还是未知数！对此需要先按 照经验取值，即一般情况下，浇注系统和冒口占铸件重量的百分比在一个大致的 范围内，数表给出了这一比例； • 计算铸件的重量是绕不过去的。可以采用铸件体积乘以金属密度的方法，也可 以采用计算机辅助的方法。
浇冒口重量占铸件重量的比例
铸件重量/㎏ <100 100~1000 >1000 大量生产 20%~40% 15%~20% — 成批生产 20%~30% 15%~20% 10%~15% 单件、小批生产 25%~3源自% 20%~25% 10%~20%
熔模铸造浇注系统计算
熔模铸造浇注系统计算1 熔模铸造浇注系统计算浇注系统是熔模铸造工艺设计的重要部分。
国内熔模碳钢铸件居多，其浇注系统除应具有引入金属液等作用外，还要能为铸件提供必要的补缩金属液和补缩通道。
目前，很多工厂熔模铸件浇注系统大小是设计人员凭经验定的，直接影响了铸件的成品率和工艺出品率。
因此，有必要开展熔模铸造浇注系统计算方法的探讨。
从结构上看，熔模铸造浇注系统有直浇道-内浇道、横浇道-内浇道和组合式三大类。
其中直浇道-内浇道式又分：单一直浇道、直浇道-补缩环、多道直浇道和特种形状直浇道等形式。
但在实际生产中应用最广泛的是单一直浇道浇注系统，如图1所示。
图1 单一直浇道Fig.1 Single sprue目前用于单一直浇道浇注系统的计算方法有：亨金法、比例系数法、浇口杯补缩容量法、当量热节法、浇注系统确定参考图法等。
其中亨金法较全面地考虑了影响补缩的因素；并可计算出直浇道、内浇口尺寸，以及一个浇注系统铸件组最多允许的铸件数量。
据介绍亨金法更适用于该类浇注系统。
本文就单一直浇道浇注系统计算开展研究。
利用计算机对第一拖拉机股份有限公司(简称洛阳拖拉机厂)、东风汽车公司精密铸造厂(简称第二汽车制造厂)大量工艺已成熟零件的浇注系统与亨金法计算结果相比较，并对亨金法进行修正。
该修正公式可供各工厂技术人员在设计浇注系统时参考。
2 亨金法简介为使铸件获得补缩，内浇口应设在铸件厚处(热节处)，以保证在金属液凝固时，内浇口比铸件厚处晚凝固，而直浇道又比内浇口晚冷，从而利用直浇道中金属液补缩铸件。
因此，内浇口截面的热模数Mg(mm)是铸件热节处的热模数Mc(mm)、直浇道截面的热模数Ms(mm)、单个铸件质量Q(g)和内浇口长度Lg(mm)的函数，即Mg=f(Mc,Q,Lg,Ms) (1)前苏联学者亨金用不同铸件做试验，把公式(1)中各参数关系绘成曲线后发现，它们之间的关系为各种不同方次的抛物线关系，最后归纳得到下列公式：(2)式中Kh——比例系数，中碳钢Kh≈2。
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。
铸件浇注系统 最精准 适用于垂直线 水平线 树脂砂线计算
m）
G件 —铸 件重 量 （不 含浇 冒 口） ，
（Kg
）
参数 G件
δ
s G件 3
s=1/5 δG件
数值 150 12 12.2 7.11 360
t = 19.4 （s）
四、最 小阻力 截面积 计算：
公式4
F阻
G件
2g • t •
G— 铸件 重 量， kg
ρ— 铸件 密 度， kg/c m3；
ω— 材质 指 数，
g— 重力 加速 度， 980c m/s2
δ— 铸件 主要 壁 厚， 常指 最薄 壁 厚， mm
灰铸 铁： 0.00 71， 球 铁： 0.00 73， 铸 钢： 0.00
78
灰铸 铁： 0.24 ，球 铁： 0.23 ，铸 钢： 0.22
t— 铸件 有效 浇注 时 间， s
表4 参数 G件 /Kg ρ /kg/cm3 2g0.5 浇注t /s
尺寸 a b c 单位
数据 40 50.7 20 mm
直浇 道的 直径 为：
Φ=
44.2 mm
方案2 浇道 比 值 取值 实际面积
F直
1
1
11.6
F横 1.3～1.5 1.3
15.1
∑F内 1.1～1.2 1.2
14.0
方案3 浇道 比 值 取值 实际面积
F直
1
1
17.5
F横 1.3～1.5 1.2
一、参 数选
参数
取值
灰铁浇注系统计算
表1 G件 δ
150 12
G件 —铸 件重 量， kg
δ— 铸件 主要 壁 厚， 指最 薄壁 厚， mm
二、浇 注时间 计算：
模具浇注系统体积的估算
模具浇注系统体积的估算一、引言模具浇注系统是模具设计中不可或缺的一部分，其体积大小的估算对于整个模具设计的成败至关重要。
本文将从浇注系统的组成结构、体积估算方法和实际应用等方面详细介绍模具浇注系统体积的估算。
二、浇注系统组成结构1. 浇注口：即熔铸金属进入模腔的通道，可以是直接浇注或间接浇注。
2. 冲压孔：在铸造过程中，通过冲压孔排出气体和液态金属中杂质。
3. 漏斗：漏斗是连接浇口和冲压孔之间的部分，其作用是引导液态金属进入冲压孔。
4. 流道：流道是将熔铸金属从浇口引导到模腔的管道，可以分为主流道和支流道两种。
5. 雾化器：雾化器主要用于铸造高温合金和精密铸造件等特殊情况下。
三、体积估算方法1. 流量法：根据液态金属在流动过程中所需克服的阻力大小来计算流道截面积及长度，从而得出流道体积。
2. 压力法：通过测量液态金属在流动过程中的压力变化，计算出流道的阻力系数，从而得出流道体积。
3. 经验法：根据已有的铸造工艺经验和模具设计经验来估算浇注系统体积。
四、实际应用1. 流量法和压力法是目前比较常用的浇注系统体积估算方法，在实际应用中需要根据具体情况选择合适的方法。
2. 在模具设计中，要充分考虑浇注系统的复杂性和成本因素，尽可能地减少不必要的流道和漏斗等部件。
3. 在模具制造过程中，要严格按照设计要求进行加工和装配，确保浇注系统能够正常运行。
五、结论模具浇注系统体积的估算是模具设计中非常重要的一环，需要根据具体情况选择合适的估算方法，并在实际应用中加以考虑和改进。
只有通过科学合理地设计和制造浇注系统，才能够获得高质量、高效率的铸件。
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。
浇注系统计算
模具浇注系统设计方案1、金属液充型的静压力头：经测量h1=230mm，h2=420mm；2、铸件重量：G=23.7N，铸型中铸件总重量为23.7*6=142.2N；3、每型需要的铁水重量：现有模具的工艺出品率为69%，设改造后的工艺出品率为73%142.2/73%=194.8N≈19.5kg4、浇注重量速度：设定每型浇注时间为8s，每个型腔充型时间为6s每个铸件的浇注重量速度：23.7/6≈3.95N/S整型的浇注重量速度：194.8/8=24.35N/S5、选择浇口杯：查表得浇口杯重量为16N=1.6kg6、确定内浇道面积：h1=230mm，面积f1=26mm2；h2=420mm，面积f2=19.5mm2；灰铸铁的流量系数取μ=0.5，实际内浇道面积为：F1=26/0.5=52mm2 选30*2mm=60mm2F2=19.5/0.5=39mm2 选25*2mm=50mm27、横浇道面积：上排60*1.3=78mm2 选11*7*9mm=81mm2下排50*1.3=65mm2 选10*7*8mm=68mm28、直浇道面积：上段1（81*2+68）*1.2=276mm2选16*13*20mm=290mm2上段2（81 +68*2）*1.2=260.4mm2选16*13*18mm=261mm2下段1 68 *1.2=81.6mm2选12*9*12mm=126mm2下段2 68*2*1.2=163.2mm2选14*10*14mm=168mm2 9、分水横浇道面积290*1.1=319mm2 选16*13*22mm=319mm210、浇注系统总重量：内浇道：（60*20*3+50*20*3）*7.2/1000=47.52g横浇道：〔81*3+38*3〕*140*7.2/1000= 450.58g直浇道：上段（290+261）*220 *7.2/1000=872.78g下段（126+168）*160 *7.2/1000=338.69g 横分水道：319*180*2*7.2/1000=826.85g总重：47.52+450.58+872.78+338.69+826.85+1600=4.14 kg理论工艺出品率：12.84/（12.84+4.14 ）*100%≈75.62% 10、工艺简图如下：。
浇注系统浇口尺寸计算
若不满足上述条件，需要通过调节浇口尺寸使各浇口 的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。
浇注系统相关尺寸计算
分流道的布置 在多型腔模具中分流道的布置中有平衡式和非平衡式两类： 平衡式布置：
③扇形浇口 成型大平面板状及薄壁塑件时，宜采用扇形浇口。在扇形浇口的
整个长度上，沿进料方向截面宽度逐渐变大，为保持断面积处处相 等，浇口的截面厚度逐渐减小。
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
浇注系统相关尺寸计算
浇口的平衡 当采用非平衡式布置的浇注系统或者同模生产不同塑件时，需
对浇口的尺寸加以调整，以达到浇注系统的平衡。
浇口平衡的计算思路： 通过计算各个浇口的BGV值（Balanced Gate Value）来判断和 设计。 浇口平衡时满足下述要求：
①相同塑件多型腔，各浇口BGV值必须相等 ②不同塑件多型腔，各剪口BGV值必须与其塑件的填充量成正比
由上式可得：
AG1 3t12 0.73mm2,t1 0.49mm,b1 3t1 1.47mm AG3 3t32 1.87mm2, t3 0.79mm,b3 3t3 2.37mm
浇注系统相关尺寸计算
3.浇口的设计 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的最短通道。
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。
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。
第三章 浇注系统的设计与计算
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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？ 湖北汽车工业学院材料工程系
轻合 of Materials Engineering
4、内浇道的设计
1） 内浇道的作用： 3） 位置的选择： 依据铸件所需凝固方式和流动特性考虑。
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。
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第二节 浇注系统的计算
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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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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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
1）金属充填型腔时平均静压头 Hp 的计算
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内浇道截面面积的计算
根据截面比设计法，内浇道截面面积计算公式为：
p
L L
gh t G A 2μρ=
内
式中： A 内—内浇道截面积； G L —流经内浇道的金属液总重量；
L ρ—金属液密度； μ—流量损耗系数； t—浇注时间； g—重力加速度；
h p —内浇道单元处的压力高度值；Hp—平均静压头高度；
对于有浇口杯-直浇道-横浇道-内浇道四个单元的浇注系统来说
ℎp =
k 22
1+k 12+k 22
H p
式中： k 1—直浇道截面积与横浇道截面积之比；
k 2—直浇道截面积与内浇道截面积之比； H p 为平均静压头的高度。
浇注时间t 按照经验公式t=AG n (1) t=B δp G n (2)
G 为铸件或浇注金属重量；δ为铸件壁厚。
对于铝合金对于式（1）有：A=2.4; n=0.387 式（2）有：B=1.25; n=0.35; p=0.35.
式中各参数的数值为：根据铸件的合金为铝合金G L 一般为铸件质量
的2~3倍，故而G L=2.5×G =2.5×253.986=634.965kg ；
L ρ =2.685g/cm 3=2.685×103kg/m 3；
一、 取截面比为A 直:A 横:A 内=1:2:1。
μ=0.68；k 1=0.5;
k 2=1；g=9.8m/s 2。
采用底注式根据砂箱高度为700mm
以及浇口杯高度为150mm,H p =85cm ；
按式（1）得t=2.4G L 0.387=2.4×(634.965)0.387=20.46s ； 按式（2）得t=B δp G n =1.25×200.35×253.9860.35=24.77s 两者相差不大由于铝合金要快浇，可以取t=20.46s
ℎp =k 22
1+k
12
+k 2
2H p =12
1+0.52+12
×85=0.378m 将以上参数代入式(5-1)得：
2
23内5.62)(00625.0378
.08.9246.2068.010685.2965
.634cm m A ==⨯⨯⨯
⨯⨯⨯=
浇注系统各截面尺寸和形状的确定
根据已经确定的截面比截面比为A 直:A 横:A 内=1:2:1，可以计算出A 直=62.5cm 2，A 横=125cm 2。
（1）直浇道形状和尺寸的确定
采用圆锥形直浇道，根据计算得出的结果，当采用一个直浇道时，直浇道的半径R =√
A 直π
=44.6mm 所以其直径D=89.2mm 。
直浇道过粗，易产生涡流，从而
使铸件产生气孔。
采用圆锥形直浇道直径最好不要超过25mm ，显然该直径太大可以采用两个直浇道同时浇注，以减小直浇道直径。
同时采用片状直浇道如下图
取a=35mm b=8mm s=25mm
n=12mm(片状浇道数量)
（2）横浇道形状和尺寸的确定
横浇道的总横截面积为125cm2，由于采用的是两个横浇道，所以每个方向横浇道的面积为62.5cm2。
采用截面积h=a的梯形横浇道，如图5-2所示，横浇道的尺寸为：a=84mm；b=65mm；h=84mm；R=3mm。
图5-2 横浇道的尺寸
（3）内浇道形状和尺寸的确定
内浇道的总横截面积为62.5cm2，本铸件采用4个内浇道的形式，每个内浇道的面积为：62.5÷4=15.6 cm2
取a=85mm; b=75mm; h=20mm; R=3mm
（4）浇口杯的形状和尺寸的确定
本设计选择箱式浇口杯，箱式浇口杯也称浇口箱，由铸铁制成。
浇口箱主要用于浇注大、中型铸件，使用前，应经预热、刷涂料及烘烤。
浇口箱的尺寸为：A=250mm；B=250mm；C=200mm；D=200mm；h=150mm；浇口箱的外形如图5-4所示。
图5-4 浇口箱的外形
二、 取截面比为A 直:A 横:A 内=1:2:3。
ℎp =k 22
1+k 12
+k 22H p k 1=0.5; k 2=0.333； ℎp =k 22
1+k
12
+k 22
H p =0.3332
1+0.52+0.3332H p =0.0693m
2
23内8.145)(01458.00693
.08.9246.2068.010685.2965
.634cm m A ==⨯⨯⨯
⨯⨯⨯=
因此 A 直=48.6 cm 2
A 横=97.2 cm 2
直浇道的尺寸的确定，由于A 直=48.6 cm 2
R =√
A 直π
=39.3mm ，D=78.68mm,由于直浇道尺寸太大易产生涡流，从而使铸
件产生气孔，所以必须减少直浇道直径。
同时，本框架结构件的尺寸较大，所以可以采用两个直浇道同时浇注，以减小直浇道直径。
最终确定采用两个直浇道，每个直浇道的半径R =√24.3π
=27.8mm ，所以每个
直浇道的直径为55.6mm 。
横浇道的尺寸的确定A 横=97.2 cm 2
由于采用两个横浇道故而每个横浇道的尺寸为48.6 cm 2
采用截面积h=a 的梯形横浇道，如图5-2所示，横浇道的尺寸为：a=75mm ；
b=55mm ；h=75mm ；R=3mm 。
图5-2 横浇道的尺寸
内浇道形状和尺寸的确定A 内=145.8 cm 2
内浇道的总横截面积为145.8cm 2，本铸件采用4个内浇道的形式，每个内浇道的面积为：145.8÷4=36.45cm 2
浇注系统设计的校核 型内液面上升速度的校核
对于结构复杂及大型铸件，在浇注时间确定后，需验算型内液面的上升速度，液面的上升速度必须大于参考值，平均液面上升速度为：
t
h v c
L =
(5-2) 式中：l v —型内液面上升速度；c h —铸件在浇注位置时的高度；t—浇注时间。
式中参数的具体数值为：h C =61.9cm ；t=20.46。
将参数带入式5-2得：
025.346
.209
.61==
L v cm s ⁄
查《铸造手册（第二版）第五卷：铸造工艺》得，参考值V=1.0~2.0cm s ⁄。
v t ＞v
所以型内液面上升速度合格。
最小剩余压头高度的计算
为了保证金属液能充满铸件上距直浇道最远最高的部分，获得轮廓清晰、结
构完整的铸件，铸件最高点到浇口杯内液面的高度必须大于或等于最小值h M ，即直浇道应有必要的高度。
h M 的计算公式为：
a L h M tan (5-3)
式中：M h —最小剩余压头高度；L——金属液的流程即铸件最高最远点至直
浇道中心线的水平距离；α——压力角。
核算最小剩余压头高度时，应满足h M ＞Ltanα。
式中参数的具体数值为L=780mm ；α=7°；L×tanα=95.77mm 。
h M =231mm>95.77mm
所以最小剩余压头高度合格。