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。
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
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
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？ 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。
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
第四章
冒口、冷铁与铸肋
第一节 概述
一 、冒口的作用：补缩 、排气、集渣
二、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Байду номын сангаас
浇注系统当冒口 控制压力冒口
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
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
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； 内浇道、横 浇道设在分型 面上，造型方 便。
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
（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。
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
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。
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
3）核算金属液在型腔中的液面上升速度
型内金属液面在型腔中的上升速度过低可能形成氧化膜 或结壳，易产生冷隔；铸件顶面和侧壁易出现夹砂等缺陷。 核算方法如下：
V上 升 c

型内铸铁液最小上升速度
型内铸钢液最小上升速度
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
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
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
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
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
三、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
轻合金浇注系统中安装过滤网
湖北汽车工业学院材料工程系 Department 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。

Department of Materials Engineering
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
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
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。
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
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。
A内( 底)
1
1
2 h
A阻
有效
4、上层内浇口面积 A内（上） = 1~2 A内(底)
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
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。
上层内浇口面积=1~2 F内底
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
计算步骤：
1、参照奥赞(Osann)公式计算阻流截面积（A-A截面）A阻 ，
即
m A阻 1 2 gH p
；
Hp = H１– P
2
/ 2C
2、分配直浇道截面积
各层 取分配直浇道截面积等 于1~2 倍阻流面积。 3、通过阻流 截面的流量Q1和 通过底层内浇 道的流量Q2 相等。 H
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
3、阶梯式浇注系统的计算
目标是合理实现分层引注。
满足条件： 1） 直接连接内浇道的分配直浇 道呈非充满状态； 2） 分配直浇道中的有效静压头 小于两层内浇道间的距离， 即 h有效＜Ho 否则，会发生自两层内浇道中同 时流出金属液的“混流”现象。
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： Ａ直：∑Ａ横：∑Ａ内=1：2：4
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
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。
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
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
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，
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
计算步骤：
以内浇道为阻流（最小）截面，用奥赞(Osann)公式
m S内 2 gH 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。
配套措施：
1）浇口杯应足够大； 2）严格控制浇注时间。
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
内浇道截面积 S内也可用内浇道计算诺谟图由参 数 m、μ、τ、 Ho 值直接查出。
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
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
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。
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 ， 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
4）流量系数μ的确定
铸铁件流量系数
球墨铸铁件流量系数
铸钢件流量系数
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
2、垂直分型面浇注系统的计算
技术难点是各层铸件充型 压力不一致，底层压力比顶层 压力大好几倍。怎么办呢？
建议采用等流量恒压浇注 系统。 等流量恒压浇注系统的本 意是满足每层铸件的内浇道 （阻流）在充型时具有以下条 件： 1）恒定的压力头； 2）每个内浇道的流量相等；
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
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。
第三章
浇注系统的设计
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
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering