浇注系统
浇注系统
概述
1、什么是浇注系统？从注射机的喷嘴开始至型腔为止的通道。
2、浇注系统的分类：普通浇注系统和无流道浇注系统。
下面我们讨论普通浇注系统
（一）组成：主流道、分流道、浇口、冷料井
（二）普通浇注系统的设计
一、主流道（sprue）的设计
主流道的定义：从注射机的喷嘴开始至分流道为止的通道。
1、浇口套（主流道衬套sprue bushing）
①设计浇口套的原因：
材料、机械加工方面、模具结构方面
②结构及要求
要求：
（1）圆弧R m与注射机喷嘴
圆弧Rj相匹配，
R m= Rj + 1~2mm；
（2）主流道小端直径dm
dm= dj + 1~2mm；
（3）主流道锥角：2°~ 4°；
（4）配合尺寸与精度
与型腔板配合，取过渡配合或过盈配合，H7/k6、
H7/m6、H7/n6；
与定位环配合，取间隙配合，H7/f6；
（5）粗糙度要求
流道部分Ra=0.8；
配合部分Ra=1.6；
其余Ra=12.5。
（6）材料T8 、T10 、45 #，HRC=45~50。
2、定位环（locating ring）
①作用：定位（使模具中心与注射机中心一致）；
压紧浇口套；有时还起支撑模具作用。
②要求：
（1）外径与注射机定位孔尺寸一致；
（2）与浇口套相配合；
（3）材料：45#
（4）紧固螺钉：数量2~3；规格：M6、M8。
二、冷料井与拉料杆（sprue puller）的设计
①冷料井的作用：
注射时储存注射料流前端的冷料；开模时拉出主流道的凝料。
②结构：Z形头拉料杆
三、分流道（runner）的设计
分流道：把主流道的熔料引入各个型腔的通道。
1、分流道的形状圆形矩形半圆椭半圆正六边形梯形等
从压力传递的角度：压力损失小，即流道的截面积最大；
从热传导的角度：热量损失小，即流道的截面周长及料道长度短。
判断分流道形状优劣的标准：流道的比表面积。
流道的比表面积= 流道的表面积/ 流道的体积
流道的比面积越小越好。
以流道的断面积相等为条件，圆形流道的比表面积最小，矩形也比较小。因此流道的形状常采用圆形、半圆形、梯形和U形。
2、分流道的尺寸
影响分流道尺寸的因素：
制品的体积与壁厚；主流道到型腔的距离。
圆形浇口直径：D=( Q / γ) ^ 1 / 3 (cm)
矩形浇口深度：h=( 4 Q / γ) ^ 1 / 3 (cm)
Q：流经分流道的熔体的体积流率，cm3/s；
γ:剪切速率，1/s，5x102~103。
W:h = 3:2 ~ 5:4
W为浇口宽度中值尺寸。
常用塑料分流道直径推荐值
塑料名称分流道直径
ABS AS 4.8~9.5
POM （聚甲醛） 3.2~9.5
PE 1.6~9.5
PP 4.8~9.5
PC （丙烷聚碳酸酯） 4.8~9.5
PS（聚苯乙烯） 3.2~9.5
PVC 3.2~9.5
耐冲击丙烯酸8.0~12.7
PPO（聚苯醚） 6.4~9.5
丙烯酸8.0~9.5
3、分流道布置（型腔数目的确定）
平衡式和非平衡式。
（1）型腔数目确定的方法
①以塑件尺寸精度为依据
精密技术级（SJ1372-78的1、2级）塑件，一模一腔
技术级（SJ1372-78的3、4级）塑件，最多一模四腔
一般精度级、低精度级视其体积大小和制件的结构而定。
②经济指标
经济指标包括直接费用和间接费用。
直接费用：
塑料原料费用----材料的利用率，多腔模冷流道的损耗；模具费用；机加工费用。
间接费用：
模具维护、保养费用等。
③确定型腔数目的技术条件
注射机的锁模力；
注射机的塑化能力；
注射机的模板面积；
注射机的充模时间---注射机能提供的最大体积流率。
充模时的流变条件：指温度、压力、速度的可调节范围及应变能力以及有无闭环反馈等。
（2）型腔数目的计算
主要考虑：订货批量、质量要求、交货期、注射机技术条件等。
①由交货期决定型腔数目
n = s N t / 3600m(T1- T2)
其中s 为1+废品率
N 为模具寿命
t为注射成型周期,秒
m为注射机每年的开机时间，小时
T1为合同规定的交货期，月
T2为模具制造时间，月
②由注射机的最大注射量确定
成型注射量一般为注射机最大注射量的80%。
③由注射机的锁模力确定
④由成型件的精度要求确定
根据经验，每增加1个型腔成型件的尺寸精度要降低4%左右。
n <= 2500x / sl -24
x:成型件的尺寸公差，mm；
l:成型件的基本尺寸，（以尺寸公差小的尺寸为准），mm；
s:单腔模具加工时，成型件的尺寸对基本尺寸的百分比。
在单腔模具加工时，聚甲醛的尺寸公差为基本尺寸的0.4%，尼龙为0.6%，聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、AS、ABS等非结晶性塑料为0.1%。
（3）型腔的配置型式
型腔的配置型式粗略分为直线、H形、圆形排列。
从流道长度看：直线排列最短；
圆形排列最长；
从流道平衡看：圆形排列及四腔的H形排
列好。
四、浇口（gate）的设计
（一）、分析
对浇口的要求：减少流动阻力、减少压力损失、充模快。
在一定的剪切速率范围内，剪应力与剪切速率的关系：τ= K (du/dy) ^n
n=1时，牛顿液体，η：称为牛顿粘度；
n 1时，非牛顿液体ηa：称为表观粘度；
在一定的流动长度L内，由τ与du/dy流变学公式：
对圆形流道，流道内的流量Q，Q∝R4/K，Δp ∝L/R4；
对矩形流道，流道内的流量Q，Q ∝wh3/K，（w宽度）
Δp ∝L/wh3。
结论：1、对牛顿液体，流量（流动速率）Q随流道尺寸的增加而增大；
2、对非牛顿液体，Q一方面随流道尺寸的增大而增大，
（二）浇口的类型
大尺寸浇口和小尺寸浇口
1、大浇口：
对属于牛顿液体的塑料熔体；
对高粘度、剪切速率对表观粘度影响小的塑料熔体；
壁厚及大型制品。
2、小浇口：
在一定剪切速率范围内的非牛顿液体的塑料熔体，薄壁制品。
小浇口的优点：
（1）小浇口可以增加物料通过时的流速，同时浇口两端有较大的压力差，这样可以明显降低某些非牛顿塑料熔体的表观粘度，使充模容易。
（2）小浇口处有较大的摩擦阻力，塑料熔体通过时，一部分能量转成摩擦热，使塑料熔体的温度明显升高。温度上升会降低表观粘度，增加流动性。
（3）小浇口可以控制并缩短补料时间，从而降低制品的内应力。
（4）小浇口固化快，降低了模塑周期。
（5）多型腔模中小浇口可以平衡各型腔的进料速度。
（6）便于修整。
（三）浇口型式
1、针点浇口（pin point gate）
（1）结构
（2）特点
相比较而言，浇口的位置不受限制；
对多型腔模具，能取得浇口的平衡；
开模时，能自动切断料把，制品表面光滑；
对投影面积大又易变形的制品，点浇口可以防止变形；
热流道模具大都采用点浇口。
3）计算公式
D=( Q / γ) ^ 1 / 3 (cm)
其中：
D:浇口直径，cm；
Q:流经浇口的熔体的体积流率，cm3/s；γ：熔体在浇口的剪切速率，1/s；
聚烯烃类：105~5x105；尼龙类：4x104；苯乙烯类：5x104 ~5x105。
（4）常用尺寸
d:0.5~2.6mm;
l:1 ±0.2mm。
2、潜伏式浇口
（tunnel gate、jump gate）
（1）结构
（2）特点
不影响制品的美观；
顶出时，能自动切断浇口；
对过于坚韧的塑料，适应性差。
（3）常用尺寸
α：30°~45 °
β：5 °~20 °
3、边缘浇口（侧浇口）（tab gate）
（1）结构
（2）特点
断面形状简单；
浇口尺寸可达到精确加工，尺寸修改容易；适应性强，一般塑料均可采用。
(3)常用尺寸
w:1.5~5;
h:0.5~2(1/3~2/3)t;
l: 1 ±0.2mm 。
4、扇形浇口（fan gate）
（1）结构
（2）特点：
成型宽度较大的制品；
易于型腔气体的排出；
制品内应力小；
浇口去处较困难。
（3）常用尺寸
h1,l1同边缘浇口；
w:制品宽度的1/4左右；
α：0°~10 °；
h2:2/3d;
5、平缝式浇口
（film gate）
（1）结构
（2）特点
基本与扇形浇口一致。
（3）常用尺寸
浇口深度与宽度与侧浇口一致；
宽度：1/4L~L。
6、圆环形浇口
（diaphragm gate）
（1）结构
（2）特点
成型圆环形制品，进料均匀，易排气；
无熔接痕；
浇口去除困难。
（3）常用尺寸
同侧浇口。
7、轮辐式浇口
（spoke gate）
（1）结构
（2）特点
圆环形浇口的改进；
浇口去除容易；
制品中有熔接痕，制品强度降低。
（3）常用尺寸同侧浇口。
8、直浇口
（1）结构
（2）特点
流动阻力小，适于大型深制品；
注射压力直接作用在制品上，易产生残余应力；浇口尺寸大，补料时间长；
成型薄而平制品时易变形，浇口去除困难。（3）常用尺寸
L<30 d=?9
L>30 d= ?6
五、浇口的开设对制品性能的影响
1、保证制品的质量
（1）熔料充满型腔；
（2）保证制品质量，避免产生喷射、困气、表面银丝等现象。
避免喷射、表面银丝等现象:
加大浇口的尺寸；
采用冲击性浇口。
2、定向方位对塑料性能的影响
（1）、垂直于流动方向上的强度高于平行于流动方向上的强度；
（2）分子定向可改善制品的性能。制品的变形
3、浇口的开设部位应有利于熔料的流动、型腔气体的排出、补料。
应有利于熔料的流动、补料：浇口应开设在制品壁厚的地方。
4、熔接痕
熔接痕为成型时流动的熔料在汇合处由于没有很好的融合而产生的细线。把熔接痕产生在制品要求不高的地方。
5、流动比
塑料在型腔内流动的长度和制品壁厚的比。
6、浇口的开设应防止成型件变形
设计原则：
1、选择合理的浇注系统，并与注射机匹配；
2、确定型腔数目、布置型式；
3、避免冷料进入型腔；
4、避免填充不足、填充过剩；
5、尽量做到浇口的平衡；
6、浇口的痕迹不超过制品外观质量要求。
模具浇注系统设计
浇注系统设计 9.1 浇注系统设计原则 9.1.1 浇注系统的组成 模具的浇注系统是指模具中从注塑机 喷嘴开始到型腔入口为止的流动动通道， 它可分为普通流道浇注系统和无流道浇注 系统两大类型。普通流道浇注系统包括主 流道、分流道、冷料井和浇口组成。如图 9-1所示。 9.1.2 浇注系统设计时应遵循如下原则： 1 . 结合型腔的排位，应注意以下三点： a .尽可能采用平衡式布置，以便熔融塑料能平衡地充填各型腔； b .型腔的布置和浇口的开设部位尽可能使模具在注塑过程中受力均匀； c .型腔的排列尽可能紧凑，减小模具外形尺寸。 2 . 热量损失和压力损失要小 a .选择恰当的流道截面； b .确定合理的流道尺寸； 在一定范围内，适当采用较大尺寸的流道系统，有助于降低流动阻力。但流道系统 上的压力降较小的情况下，优先采用较小的尺寸，一方面可减小流道系统的用料， 另一方面缩短冷却时间。 c .尽量减少弯折，表面粗糙度要低。 3 . 浇注系统应能捕集温度较低的冷料，防止其进入型腔，影响塑件质量； 4 . 浇注系统应能顺利地引导熔融塑料充满型腔各个角落，使型腔内气体能顺利排出； 5 . 防止制品出现缺陷； 避免出现充填不足、缩痕、飞边、熔接痕位置不理想、残余应力、翘曲变形、收 缩不匀等缺陷。 6 . 浇口的设置力求获得最好的制品外观质量 浇口的设置应避免在制品外观形成烘印、蛇纹、缩孔等缺陷。 7 . 浇口应设置在较隐蔽的位置，且方便去除，确保浇口位置不影响外观及与周围零件 发生干涉。 8 . 考虑在注塑时是否能自动操作 4 6 1 2 3 I I 局部放大 图9-1 浇注系统的组成 1 - 主流道 ； 2 - 一级分流道 ； 3 - 拉料槽兼冷料井 4 - 冷料井 ； 5 - 二级分流道 ； 6 – 浇口 5
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
浇注系统的计算
浇注系统的计算 浇注速度随压头的增长而变化。例如：内浇口的面积为100m㎡,压头为100mm,浇注时速度为1Kg/Sec,而当压头为400mm时，内浇口的面积仍为100m㎡，浇注速度就为2Kg/Sec.这种较高的浇注速度是造成铸造缺陷特别是垂直型腔的下半部的重要原因。 ㈠ V= 2gh V：铁水的流速 g:加速度 H:预定压头 这公式是在理想状态下的结果，没有考虑到在流动过程中由于摩擦造成的能量损失和黏度的变化。 损失因素： 当考虑在浇注系统中的能量损失时，一个影响因素应当介绍一下。损失系数m，用来描述在浇注系统中速度或流速的减少，影响因素主要有两个方面，①在浇注系统和铸型中能量的损失，有时由于气压（在型腔中的）或铁水引入型腔的方式的错误；②铁水的黏度的变化（这种变化主要由于铁水的成分、浇注温度和金属的种类） 浇注系统的形状，主要是内浇口的形状对损失系数的影响见图1，同样的面积内浇口厚度不同流动中的损失也不同，内浇口越厚，损失越小。
损失系数m是一个典型的经验数据，可以预定一用于浇注系统的计算，预 定的m在以后的流动实验中将被修正。 当考虑到m时公式㈠将被修正为：V=m 2gH ㈡ 流速 W 的概念是指在一段时间内经过浇道的铁水的公斤重量。 ω= G/T ㈢ ω也可以表达为 W= ρ * F * V V 流过浇道的速度 F 浇道的截面积 G/T= ρ * F* V F=------------------------ 对于铁水：ρ=6.89*10 Kg/mm g =9810 mm/Sec F= 1036*G/T*m* H ㈣ 只有对于理想运动状态才没有损失，在任何真实运动中都存在损失系数是 0---1之间的分数，损失系数越大损失越小。在水力系统中，如浇注系统中存在 损失，由损失系数来表示，表 1 给出了不同损失系数的流动损失（在浇注 系统中）： m 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 % 11 25 43 67 100 150 233 400 占无摩擦流动的百分比 1/9 2/8 3/7 4/6 5/5 6/4 7/3 8/2 2．金属液在浇注系统中的流动： 静态的流层、平稳的流动只能在以下条件下实现。 ⅰ、系统被液态所填满，没有气体的充填。静压头高度是固定的（铁水高
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。
塑料型腔分型面与浇注系统方案
型腔分型面及浇注系统（一） 一、分型面： 分开模具能取出塑件的面，称作分型面，其它的面称作分离面或称分模面，注射模只有一个分型面。 分型面的方向尽量采用与注塑机开模是垂直方向，形状有平面，斜面，曲面。选择分型面的位置时， 〈1〉分型面一般不取在装饰外表面或带圆弧的转角处 〈2〉使塑件留在动模一边，利于脱模 〈3〉将同心度要求高的同心部分放于分型面的同一侧，以保征同心度 〈4〉轴芯机构要考虑轴芯距离 〈5〉分型面作为主要排气面时，分型面设于料流的末端。 一般在分型面凹模一侧开设一条深0.025 ~ 0.1mm 宽1.5~6 mm的排气槽。亦可以利用顶杆，型腔，型芯镶块排气 二、浇注系统 浇注系统是指模具中从注射机喷嘴接触处到型腔为止的塑料熔体的流动通道。作用：〈1〉输送流体〈2〉传递压力 〈一〉浇注系统的组成及设计原则 1、组成：由主流道，分流道，浇口，冷料穴等结构组成。 2、浇注系统的设计原则： 〈1〉考虑塑料的流动性，保征流体流动顺利，快，不紊乱。 〈2〉避免熔体正面冲出小直径型芯或脆弱的金属镶件。 〈3〉一模多腔时，防止大小相差悬殊的制件放一模。 〈4〉进料口的位置和形状要结合塑件的形状和技术要求确定。 〈5〉流道的进程要短，以减少成型周期及减少废料。 〈二〉主流道设计 指喷嘴口起折分流道入口处止的一段，与喷嘴在一轴线上，料流方向不改变。 （1）便于流道凝料从主流道衬套中拔出，主流道设计成圆锥形。
7-15 锥角=2°~ 4°粗糙度Ra≤0.63 与喷嘴对接处设计成半球形凹坑，球半径略大于喷嘴头半经。 （2）主流道要求耐高温和摩擦，要求设计成可拆卸的衬套，以便选用优质材料单独加工和热处理。 （3）衬套大端高出定模端面5~10mm ，并与注射机定模板的定位孔成间隙配合，起定位隙作用。 （4）主流道衬套与塑料接触面较大时，由于腔体反压力的作用使衬套易从模具中退出，可设计定住。 （5）直角式注射机中，主流道设计在分型面上，不需沿轴线上拔出凝料可设计成粗的圆柱形。 〈三〉分流道设计 指塑料熔体从主流道进入多腔模各个型腔的通道，对熔体流动起分流转向作用，要求熔体压力和热量在分流道中损失小。 （1）分流道的截面形式： a、图形断面：比表面积小（流道表面积与其体积之比），热损失小，但加工制造难，直径5~10mm b、梯形：加工较方便，其中h/D = 2/3 ~ 4/5 边斜度5~15° c、u形：加工方便，h/R=5/4 d、半圆形：h/R=0.9 （2）分流道的断面尺寸要视塑件的大小，品种注射速度及分流道的长度而定。 一般分流道直经在5~6mm以下时，对流动性影响较大，当直经大于8mm 时，对流动性影响较小。 （3）多腔模中，分流道的排布： a、平衡式和非平衡式： 平衡式：分流道的形状尺寸一致。 非平衡式：a、靠近主流道浇口尺寸设计得大于远离主流道的浇口尺寸。 b、分流道不能太细长，太细长，温度，压加体大会使离主流道较远的型腔难以充满。 c、一般需要多次修复，调理达到平衡。 d、即使达到料流和填充平衡，但材料时间不相同，制品出来的尺寸和性能有差别，对要求高的制品不宜采用。 e、非平衡式分布，分流道长度短。 f、如果分流道较长，可将分流道的尺寸头沿熔体前进方向稍征长作冷料穴，使冷料不致于进入型腔。 g、分流道和型腔布置时，要使用塑件投影面积总重心与注塑机锁模力的作用线重合。 型腔分型面及浇注系统（二） 〈四〉浇口的类型和设计 浇口指流道末端与型腔之间的细小通道。 〈1〉作用： a、使熔体快速进入型腔，按顺序填充。
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。直浇道底部的凹坑和扩大部分亦称为直浇道窝。 对后面的金属液起缓冲作用，并适当引导液流向上，有助于杂质和气泡上浮至横浇道顶部，增强横浇道的撇渣功能。） (3)横浇道：是连接直浇道和内浇道的中间组元。横浇道的作用是分配金属液和挡渣。常开在上型的分型面以上，截面多呈上小下大的梯形。对形状简单的小铸件可以省略横浇道。 (4)内浇道：浇注系统中，引导液态金属直接进入型腔的部分。内浇道的作用是控制金属液流入型腔的速度和方向，调节铸件各部分的温度分布和控制铸件的凝固顺序。在某种情况下，也有一定的补缩作用。内浇道应与横浇道相接而低于横浇道（即内浇道常开在下型的分型面以下），其截面多呈上大下小的扁梯形。内浇道不要开在横浇道的尾端，应与之有15-40mm的距离。内浇道的长度对小件可选20-30mm，截面大时可选长些。 二、浇注系统的类型、特点及应用 （1）浇注系统按各组成元截面积比分类： a、封闭式浇注系统 控流截面在内浇道；浇注开始后，金属液容易充满浇注系统，呈有压流动状态；挡渣能力较强，但充型速度较快，冲刷力大，易产生喷溅，金属液易氧化；适用于湿型铸铁小件及其干型中、大件；树脂砂型大、中、小件均可采用。 b、开放式浇注系统
铸造业浇注系统的计算
铸造业浇注系统的计算 1.浇注系统的计算 1.1.奥藏---迪台尔特公式 根据流体力学的白努利方程式可以导出如下的浇注系统的液流的式子： 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kg F截面积单位cm2 （计算时可以按最小截面积） t浇注时间单位s g重力加速度981cm/s2 H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/cm3 铸铁γ=7.0 铸钢γ=7.3 μ 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，复杂铸铁件可取为0.34 对于铸钢件根据不同的铸型μ=0.25----0.50 湿型取小值，干型取大值，阻力大取小值，阻力小取大值。 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奥藏---迪台尔特公式。是各种铸造书中引用最多的浇注系统的计算公式。 系数y的取值： 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。 奥藏--:迪台尔特公式是既有理论又有实践经验确定的系数值。是个较科学的公式，计算也很有规律。到一个新的铸造车间，最好通过实测一些铸件的浇注时间，把式子中的参数选定。 根据这个公式可以自己把常用的参数代入，造个表供本单位使用。 1.2.浇注时间的取值 浇注时间的取值受如下因素决定：铸件的重量、主要壁厚、复杂程度、铸型种类等。 下边是几个常用的确定浇注时间的公式： ①t=S*√G ?
浇注系统的计算
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 ?p = 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 ?p =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)
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。
消失模铸造浇注系统设计
消失模铸造浇注系统设计 浇注系统和浇注是获得高质量铸件的重要工序，浇注系统很关键，要经过反复试验，浇注系统可以用泡沫塑料板材来制造，但浇注系统最好是发泡成型，如果可能与模型成为一体，只有这样才能减少飞边，因为薄而复杂的浇注系统在操作过程中很容易损坏，所以使浇注系统简化很重要。 浇注系统和浇注操作的目的是减少浇注时产生紊流的倾向，减轻金属液的氧化，防止产生冷隔、皱皮等缺陷，应用成功的浇口设计有很多类型，如顶注、底注、雨淋式浇注，压边浇口、牛浇口等。 金属液的充型速度必频与模型热解的速度相同，浇注速度慢或出现断流的现象，都会引起严重的塌箱，金属液量一定要充分，以保持一定的金属静压头防止金属液前沿与熔融模型之间的空隙处发生他乡。铁或铝和氧的亲和性、铁或铝的吸气性以及模型结构对控制浇注 的成功至关重要。 浇注时泡沫塑料模型要发生一些列的变化，包括熔融、解聚、热解、聚合物裂解等，模型的热解产物会引起很多铸造缺陷，如铝合金中的气孔、缩松，铸件中的碳缺陷，以及铸钢件中的增碳等。 金属液充型过程中，模型在约75℃时开始软化，164℃时溶熔，316℃时开始解聚，在580℃时开始分解，设计浇注系统和浇注过程中，要防止气体、干砂、模型的热解残留物卷入金属液中，减少模型热解残留物取决于浇注系统的设计、浇注速度、模型的几何形状（尤其是模型的表
面和体积之比）、涂料、砂箱的排气、真空的使用、模型的密度及种类等。 浇注系统的主要作用是用金属液充填型腔，同时必须不对铸型和金属两者产生部可接受的损坏，浇注系统能够在型内建立温度梯度、提供补给金属，以促进健全的铸件，浇注过程中，浇注系统内的金属流不仅要支撑铸型，还要通过浇注系统排除模型的热解产物，在涂料和干砂的充填、紧实的过程中，浇注系统还可用以支撑和搬运，浇注系统还要有一定的强度，便于操作并使模型某些部位可能加固，防止变形。 浇注出铸件后，必须去掉浇注系统。浇注系统应该与铸件部重要的部位相连并且面积应尽量减小，一般情况下，面积越小，可增加浇注系统装配模型数量。 消失模铸造工艺中多使用较大的浇口杯防止浇注过程中出现断流，能够快速而稳定地浇注，保持液态金属的静压头，浇口杯多采用合粘结剂的型砂制造。生产铸件时常用过滤网，它有助于防止浇注时直浇道的损坏，金属液的静压头必须超过金属与模型界面的压力，否则就会发生反喷，金属液压头越高，通常导致铸件的质量越好，铝合金铸件中采用中空直浇道和其它组元，有助于铝液的充型。 1、消失模铸造浇注位置的确定 确定浇注位置应考虑以下原则 ①尽量立浇、斜浇，避免大平面向上浇注，以保证金属有一定上1速度。 ②浇注位置应使金属与模型热解速度相同，防止浇注速度慢或出现断流现象，而引起塌箱、对流缺陷。
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.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、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。