熔模铸造浇注系统计算
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。
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.1Single 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。
熔模铸造余量计算公式
熔模铸造余量计算公式熔模铸造是一种常见的金属铸造方法，它采用熔融金属注入熔模中，通过冷却凝固形成所需的铸件。
在熔模铸造过程中，需要考虑余量的计算，以确保最终铸件的尺寸和形状符合设计要求。
余量计算是熔模铸造中非常重要的一环，它直接影响到最终产品的质量和精度。
余量是指在设计铸件模型时，为了弥补熔模收缩和加工后的尺寸偏差而预留的一定尺寸。
余量的计算需要考虑多个因素，包括熔模收缩率、材料特性、工艺参数等。
下面将介绍熔模铸造余量计算的公式及其相关内容。
1. 熔模收缩率。
熔模收缩率是指熔模在凝固冷却过程中所发生的线性收缩率。
不同的金属材料和熔模材料具有不同的收缩率，因此在计算余量时需要考虑具体的收缩率数值。
通常情况下，熔模收缩率可以通过实验测定或查阅相关资料获得。
2. 铸件尺寸。
铸件的尺寸是余量计算的基础，需要根据设计图纸或实际需求确定。
铸件的尺寸包括长度、宽度、厚度等多个方面，每个方面都需要考虑熔模收缩率和余量的影响。
3. 余量计算公式。
余量计算的基本公式为：余量 = 铸件尺寸×熔模收缩率。
在实际应用中，余量计算还需要考虑到熔模的形变、材料的变化等因素，因此公式可能会有所调整。
一般来说，余量计算公式可以根据具体情况进行调整和修正，以确保最终的余量能够满足实际需求。
4. 余量计算的影响因素。
余量计算的准确性直接影响到最终铸件的质量和精度。
在进行余量计算时，需要考虑以下几个影响因素：（1）熔模材料的特性，不同的熔模材料具有不同的热膨胀系数、导热系数等特性，这些特性会影响到熔模的收缩率和形变情况。
（2）铸件的设计要求，不同的铸件在尺寸和形状上有不同的要求，因此在余量计算时需要根据具体的设计要求进行调整。
（3）工艺参数，熔模铸造的工艺参数包括熔化温度、注射压力、冷却速度等，这些参数会直接影响到熔模的收缩和形变情况。
5. 余量计算的实际应用。
余量计算是熔模铸造中非常重要的一环，它直接影响到最终产品的质量和精度。
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Department of Materials Engineering
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
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： 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。
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
（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参考文档
浇注系统相关尺寸计算
2.分流道的设计 分流道是主流道末端与浇口之间的通道。用于一模多腔或单型腔
多浇口（塑件尺寸大）的场合。
浇注系统相关尺寸计算
分流道的截面形状及尺寸 为便于机械加工及凝料脱模，分流道一般设置在分型面上。
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。
料，常用于成型大而深的塑件。
浇注系统相关尺寸计算
②侧浇口 侧浇口又称边缘浇口，一般开设在分型面上，调整其截面的厚
度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速率及浇口固化时间，主要用 于中小型塑件的多型腔模具。
浇注系统相关尺寸计算
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
浇口的平衡
相同塑件多型腔的BGV值
BGV AG LR LG
AG ----浇口的截面积（ mm2） LR ----从主流道中心到浇口的流动通道的长度（ mm2） LG ----浇口的长度（ mm）
浇注系统相关尺寸计算
浇口的平衡
2）不同塑件多型腔的BGV值
Wa BGVa AGa LRb LGb Wb BGVb AGb LRa LGa
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。
浇注系统相关尺寸计算
（2）浇口的类型
①直接浇口 直接浇口又称中心浇口、主流道浇口，这种浇口由主流道直接进
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。
熔模铸造浇注补缩系统讲解
σ=1.5N/m
②浇注温度
过热度=130~160℃
型壳焙烧后的炉外冷却特性
出炉过程和浇注过程 的金属液温度降低
③薄壁部位缓慢冷却
小型静翼叶片
辅助浇道
④不能憋气
⑤浇注中途不能停顿
（2）充填的平稳性
①底注
②流动状态
③倾斜浇注
④夹杂分布 ⑤小直浇道
⑥过滤网
2.保证补缩
产生原因 体收缩率:
(%) 1.9943 7.459WC - 4.73WC2 KiWi KT (Tp TL)
W Ni Mn Cr Si Al Ki -0.53 -0.0354 +0.0585 +0.12 +1.03 +1.07
体收缩率→凝固收缩流动（冷却 慢处流向冷却快处）→冷却慢处流 下孔 洞（缩孔）
②冒口大小计算
Ⅰ热节圆法
Ⅱ模数法 M铸:M颈:M冒=1:(1.05~1.3):(1.2~1.５) V冒(k-β)=βV铸 Ｖ冒＝Ｖ铸×β/(k-β)
Ⅲ冒口计算图
D冒=max[dr,dR]
dr__保证冒口比铸件冷却慢所需的冒口直径 d End
横浇道式：单一横浇道、多道横浇道、 圆板、圆环、多层、多层多道
冒口式 组合式
单一直浇道
带补缩节的直浇道
多道直浇道 过渡直浇道
空心直浇道
单一横浇道
多道横浇道
圆板
圆环
多层多道
多层
冒口式
组合式
3、按补缩组元分
Ⅰ.中心直浇道 Ⅱ.横浇道
Ⅲ.竖浇道
Ⅳ.底注竖浇道+侧冒口
Ⅴ.侧冒口
Ⅵ.顶冒口
铸件刚度小，直（横）浇道刚度大 铸件变形大 铸件刚度大，直（横）浇道刚度小 铸件变形小
铸钢件浇注时间计算
铸钢件浇注时间计算
1. 经验公式法：根据铸件的重量、复杂程度和浇注系统等因素，可以使用一些经验公式来估算浇注时间。
例如，常用的经验公式为：浇注时间（秒）= 铸件重量（千克）×系数。
系数的大小根据具体情况而定，一般在 0.1 到 0.5 之间。
2. 模拟分析法：使用计算机模拟软件对浇注过程进行模拟分析，可以得到较为准确的浇注时间。
这种方法需要建立铸件的三维模型，设置浇注参数和边界条件，然后进行模拟计算。
3. 试验法：通过实际浇注试验，记录浇注时间和铸件质量等数据，然后进行分析和统计，得出适合特定铸件的浇注时间范围。
需要注意的是，以上方法都有一定的局限性和不确定性，实际浇注时间可能会受到许多因素的影响，如浇注温度、浇注速度、模具排气等。
因此，在计算浇注时间时，需要综合考虑各种因素，并根据实际情况进行调整和优化。
如果你需要更准确和详细的信息，建议参考相关的铸造手册、技术规范或咨询专业的铸造工程师。
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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-浇道、横浇道-浇道和组合式三大类。
其中直浇道-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、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(简称拖拉机厂)、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，浇口应设在铸件厚处(热节处)，以保证在金属液凝固时，浇口比铸件厚处晚凝固，而直浇道又比浇口晚冷，从而利用直浇道中金属液补缩铸件。
因此，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)和浇口长度Lg(mm)的函数，即Mg=f(Mc,Q,Lg,Ms) (1)
前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。
一般工厂直浇道尺寸已标准化。
利用式(2)可
计算出铸件浇口截面热模数，从而得到浇口具体尺寸。
采用这种单一直浇道形式浇注系统组成的铸
件组，其最大允许铸件的数量nmax为：
(3)
式中γ——合金的密度，g/cm3
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%。
式(2)、(3)就是常称的亨金公式。
亨金在发表该公式的文章中提到，公式还必须考虑生产实际情况，如直浇道最佳直径在20～55 mm之间，浇口长度最好8 mm,用不同切断浇口方法可稍有加长等等。
3 亨金法实用性分析
3.1 熔模铸件选择
在拖拉机厂和第二汽车制造厂共收集210个熔模铸件及其浇注系统系统。
其中拖拉机厂75型、150型和180型拖拉机的130个零件，第二汽车制造厂80个汽车零件。
这些铸件废品率均小于5%，无缩孔、缩松等缺陷，其浇注工艺已成熟。
熔模铸件多为小件，所选210个零件的质量从0.01 kg到3.6 kg,铸件热节处模数从1.2 mm到5.9 mm,这对于熔模铸件来说是具
有代表性的。
钢种多数是ZG45,ZG35,少量是ZG15。
两厂生产工艺相似，均为单一直浇道系统，直浇道直径为38～55 mm,直浇道长度300 mm或350 mm;90%左右采用易割浇口，均不设单独冒口。
使用水玻璃型壳，型壳层数多为六层半。
铸件浇注时钢液浇温1 540～1 580 ℃,型壳温度大于400 ℃。
3.2 亨金公式(2)实用性分析
利用计算机将以上210个熔模铸件实际使用的浇注系统和用亨金公式(2)计算的数据进行比较。
表1和表2为部分铸件浇口截面模数有关数据。
将拖拉机厂和第二汽车制造厂全部零件热节处的模数和浇口截面模数关系、铸件质量和浇口截面模数关系分别拟合成图2、图3曲线，其中曲线1为实际值、曲线2为计算值。
如前所述，所统计铸件质量从0.01 kg到3.6 kg,图3铸件质量只统计到0.6 kg,大于0.6 kg铸件其件重和浇口截面处模数关系趋势是一致的。
表1 拖拉机厂部分铸件有关数据
Table 1 Related data of some castings selected from
The Precise Foundry Flant of the China First Tractor
& Construction Machinery Corporation
表2 第二汽车制造厂部分铸件有关数据
Table 2 Related data of some castings selected from
Precise Foundry Works of DFM。