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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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
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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。
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，并参照表 10-3 中数值，如差别较大时，则应修正浇注时间或更改工艺 方案。 油杯铸件浇注时，型腔内液面上升速度 41.3mm/s>20mm/s，因此符合要 求。
2.2
计算阻流截面积
浇注系统计算的基本原则是“大流量、低流速”，大流量以保证在最佳的浇 注时间充满型腔，低流速以保证液流平稳。浇口阻流截面积决定流量, 直浇道 有效作用压头决定流速[5]。利用阻流断面设计法，即奥赞公式： ∑ ������阻 = ������ 0.31������������√������均 F 阻—内浇道截面积，cm2； G —流经阻流面积的金属液总重量，kg； μ—流量系数，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； τ—充满型腔的总时间，s； H 均—充填型腔时平均计算静压头，cm。 （1） 流量系数������
类 型 封 闭 式
油杯铸造采用封闭式浇注系统。根据文献[2]表 3-6 如表 9-2 所示。
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表 9-2 浇注系统各单元截面比例及其应用 截面比例
应用
F直
2 1.4 1.15 1.11 1.5 1.1~1.2
F横
1.5 1.2 1.1 1.06 1.1 1.3~ 1.5
F内
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阶梯注入式
充型能力强、充型平稳、金属 液不易氧化、补缩能力强。 结构复杂，消耗的金属液量 多。
结合油杯零件的外形和结构特点，内浇道如果按照同时凝固原则，可以减 少铸件因内应力而引起的翘曲变形，但工艺比较复杂，需在一侧或周围开始多 个内浇道，在小型铸件上也没有必要。采用顺序凝固原则，有利于补缩铸件， 获得致密组织，消除气孔。 油杯零件壁厚比较均匀，高度不太大，属于小型铸件。分型面设在上下半 型的中间，重要加工面为上端面，及其肋上端的吊耳孔。如果采用底注式引入 可以充型平稳，但是开设底注必定影响圆盘座上4 × φ7mm 孔的加工；顶注式 有利于实现顺序凝固原则，但是容易冲刷砂型。肋的上端虽然要加工，但是在 造型的时候不铸出，且内浇口引入可以有意避开后期要钻孔和端铣的部位，也 便于最终清理浇注系统。其余部位壁厚比较均匀，没有明显热节的地方，贯穿 的砂芯也可以起到散热的作用。 综上所述，为了方便放置浇注系统，因此把内浇道开设在分型面上，金属 液在内浇道沿肋的最外面的侧面引入。 设置一个直浇道，两个横浇道，四个内浇道。如图 9-1 所示。
表 10-1 系数 S 与铸件壁厚的关系 铸件壁厚/mm 系数 S 所以这里取 S=2.2。 根据文献[3]查得，铸件质量小于 100kg，单件小批量生产铸铁件浇注系统 占铸件质量的 25%~30%。取 30%，则型内金属液总重量为： G = 0.756 + 0.756 × 30% = 0.9828kg 则浇注时间为： τ = 2.2√0.9828 = 2.18s （2） 核算金属液面上升速度 型内液面上升的速度为： υ= υ—型内液面上升速度，mm/s； C—铸件最低点到最高点的距离，油杯铸件加上加工余量后为 90mm； τ—浇注时间，为 2.18s。 油杯铸件型内液面上升速度为： υ= 90 = 41.3������������/������ 2.18
② 有两个内浇道，阻力增大，μ值-0.05。
μ = 0.5 + 0.05 − 0.05 = 0.5 （2） 确定平均压头 H 均 ������������ = ������0 − ������2 2������
������0 —阻流截面以上的金属压头，cm； P—阻流截面以上型腔高度，cm； C—铸件（型腔）总高度，cm。 由油杯铸件 H0=85mm（上砂箱高度） ，P=45mm，C=90mm，所以： 452 ������������ = 85 − ≈ 7.38������������ 2 × 90 （3） 阻流截面积为 ∑ ������阻 = 0.9828
浇注系统设计计算实例 油杯
浇注系统设计和计算实例 浇注系统设计和计算实例
目
1
1.1 1.2
录
浇注系统位置的选择 .................................................................. 1
选择浇注系统类型 ...................................................................................... 1 确定内浇道在铸件上的位置，浇注系统中各组元的数目 ...................... 2
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2.5~3.5 1.63
3.5~8.0 1.85
8.0~15.0 2.2
������ ������
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由文献[2]表 3-3 如表 10-3 所示。 表 10-3 型腔内铁液液面允许的最小上升速度 铸件壁厚δ/mm 最小上升速度值 v/（mm/s） 10~40 10~20 4~10 20~30 <4 31~100
中注式
内浇道开设在铸件中部某一 高度上注入，造型比较方便。 兼有顶注式和底注式的优缺 点。适用于壁厚比较均匀，高 度不太大的各类中、小型铸 件。
底注式
内浇道位于铸件底部 , 金属液 从型腔底部注入铸型 , 该浇注 系统的金属液充型平稳 , 不会 产生激溅、铁豆，型腔内的气 体易从顶部排出，金属氧化 少。 不利于顶部冒口的补缩， 金属 液的充型能力相对较差。
附图 A 铸造工艺图 ............................................................................. I 附图 B 浇注系统布置图...................................................................... I 附图 C 工装设计之下芯合箱(一)........................................................ I 附图 D 工装设计之下芯合箱(二) ....................................................... I 附图 E 工装设计之芯盒制芯 .............................................................. I 附图 F 工装设计之下模板 .................................................................. I 附图 G 工装设计之造型 ..................................................................... I 参考文献 .................................................................................................. I
1.2 确定内浇道在铸件上的位置， 浇注系统中各组元 的数目
浇注系统的引入位置影响到浇注系统结构类型的确定，同时对液态金属充 型方式、铸型温度分布、铸件质量影响很大。因此，在浇注系统设计中，对于 内浇道的引入位置，要给予充分考虑。下面从不同角度说明金属液引入位置的 选择原则[5]： （1） 有利于铸件凝固补缩：同时凝固从铸件薄壁处引入，顺序凝固从铸件 厚壁处引入。 （2） 有利于改善铸件铸态组织 （3） 有利于提高铸件外观质量， 内浇口如果开设到非加工面上尽可能开在 容易打磨的地方，有利于铸件的清理； （4） 内浇道尽可能不开设在铸件重要部分。 （5） 有利于金属液平稳地充满铸型 （6） 有利于减少铸件收缩应力和防止裂纹 （7） 其它要求：如内浇道应尽量开设在分型面上，便于造型操作。
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图 9-1 浇注系统的布置
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2 浇注系统的计算
2.1 计算浇注时间并核算金属液面上升速度
（1） 计算浇注时间 对于浇注重量小于 450kg 且形状复杂的薄壁铸铁件,其浇注时间可按以下经 验公式计算: τ = S√������ τ—浇注时间（s） ； G—型内金属液总重量，包括浇冒口系统重量（Kg） ； S—系数， 取决于铸件壁厚， 根据文献[3]表 3-150 查表 10-1。 主要壁厚δ = 12mm，
1 1 1 1 1 1 大型灰铸铁件砂型铸造 中、大型灰铸铁件砂型铸造 中、小型灰铸铁件砂型铸造 薄壁灰铸铁件砂型铸造 可锻铸铁件 表面干燥型中、小型铸铁件
对于中、小型灰铸铁件砂型铸造，选取浇注系统各单元截面比例为： ∑ ������直 ： ∑ ������横 ： ∑ ������内 = 1.15: 1.1: 1
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浇注系统根据其内浇道的设置位置，可以分为顶注式、中注式、底注式、 阶梯注入式。各方案优缺点分析如表 9-2：
类型 顶注式
表 9-2 浇注系统的位置分析 图例 特点及应用 充型能力强， 有利于冒口的补 缩。 浇铸时液流落下造成金属液 翻腾，不利于浮渣排气，与空 气接触面积大 , 易氧化，容易 产生氧化夹渣。
2
2.2 2.3
浇注系统的计算.......................................................................... 6
2.1 计算浇注时间并核算金属液面上升速度................................................... 6 计算阻流截面积 .......................................................................................... 7 计算各组元截面积并确定其形状和尺寸 .................................................. 8