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安徽工程大学毕业设计（论文）
箱盖的铸造工艺设计及模拟
摘要
箱盖是用途一直很广泛的零件，所以箱盖的铸造工艺设计有很重要的现实意义。本文通过对箱盖的结构、材料、技术要求等的分析。在此基础上设计出符合该零件的砂型铸造工艺方案。确定零件机械加工余量、浇注位置、分型面，分模面和铸造收缩率等相关参数。然后选择了合适的铸造工艺参数，设计铸件的的补缩系统，浇注系统。绘制出铸造工艺图。合理的设置冒口、冷铁，可以保证铸件的顺序凝固和金属液的有效补缩，获得结构完整，没有缺陷的铸件。
铸造工艺的设计不是一次性就能设计成功的，想要得到最优化的设计结果，我们需要多次的修正。通过华铸CAE对箱盖灰铸铁件进行凝固过程的数值模拟，揭示了产生缩松、缩孔的部位。从而优化铸造工艺。
关键词结构分析；铸造工艺；浇注系统；模拟分析。
-I-
肖凤华：箱盖的铸造工艺设计及模拟
Casting Process Design and Simulation of The Box Cover
Absract
The box cover is very useful in our life，so the casting process design of Box cover is as important as the box cover。This article through to the structure of the box cover ,the material,the technical requirements for analysis,based on this design meets the components of the resin sand and casting process scheme. According to the casting process manual and related materil,i determined the machining allowance,pouring posion parting surface and casting shrinkage and related parameters. Then .I select the appropriate technical parameters,design.feeding system and pouing system of the casting,map out the casting process plans. Simulation results show that the reasonable setting riser,cold iron casting,can guarantee the molten metal solidification and effective shrinkage,complete structure and no defects casting.
Casting process design cannot be perfectly,we should modify it again and again. Use of cast iron casting Iowa box cover of CAE solidification process numerical simulation and reveals the shrinkage,shrinkage of produce and for mantion,thus of casting process optimization.
Keywords:structure analysis；casting process；gating system；simulation analysis.
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目录
引言 (1)
第1章绪论 (2)
1.1概述 (2)
1.2中国铸造业现状及发展趋势 (2)
1.3国外铸造行业现状及发展趋势 (2)
1.4本课题的研究内容 (3)
第2章铸造工艺方案的确定 (4)
2.1 零件基本信息 (4)
2.2 箱盖结构的铸造工艺性 (5)
2.3造型，造芯方法的选择 (5)
2. 4浇注位置的确定 (5)
2. 5分型面的确定 (6)
2.6 一型中的铸件数量的确定及其安排 (7)
第3章铸造工艺参数及砂芯设计 (9)
3.1 工艺设计参数的确定 (9)
3. 2砂芯设计 (10)
第4章浇注系统及冒口、冷铁、出气孔等设计 (12)
4.1浇注系统的设计 (12)
4.2冒口的设计 (15)
4.3冷铁的设计 (16)
4.4出气孔的设计 (16)
4.5铸件工艺出品率的校核 (16)
第5章箱盖的铸造工艺模拟及优化 (17)
5.1 计算机技术在铸造生产中的应用 (17)
5.2 华铸CAE的概述 (17)
5.3 华铸CAE对箱盖铸造过程温度场的模拟 (18)
5.4 箱盖铸造工艺优化 (21)
第6章铸造工艺装备设计 (23)
6.1模样的设计 (23)
6.2模板的设计 (23)
6.3 芯盒的设计 (23)
6-4砂箱的设计 (23)
结论与展望 (24)
致谢 (25)
附录A主要参考文献摘要 (28)
附录B英文原文及翻译 (30)
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肖凤华：箱盖的铸造工艺设计及模拟
插图清单图2-1 箱盖零件图 (4)
图2-2 箱盖外形示意图 (5)
图2-3 箱盖的浇注位置 (6)
图2-4 分型面方案一 (6)
图2-5 分型面方案二 (7)
图2-6砂箱中铸件排列示意图 (8)
图4-1 内浇道位置示意图 (12)
图4-2 内浇道截面示意图 (14)
图4-3 橫浇道截面示意图 (14)
图4-4 直浇道截面示意图 (15)
图4-5 浇口杯截面示意图 (15)
图5-1 温度场计算分析流程图 (19)
图5-2网格剖分 (19)
图5-3 原始工艺的凝固过程照片 (21)
图5-4 工艺优化后的凝固过程照片 (22)
图6-1 砂箱零件图 (24)
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表格清单
表2-1 合金成分 (4)
表2-2 吃砂量的最小值 (8)
表3-1 铸件的最小铸出孔 (10)
表4-1 灰铸铁件工艺出品率 (12)
表4-2 普通漏斗形浇口杯尺寸 (15)
表5-1 温度场初始化物性参数 (19)
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引言
铸造是人类掌握比较早的金属热加工工艺，差不多有6000年的历史。进入20世纪铸造发展速度很快，其重要原因之一是产品技术的进步，要求铸件的机械物理性能更好，同时具有良好的机械加工性能。另一个原因是机械本身和其他技术的发展，为铸造技术快速发展提供很好的支持。近几年来，我国的铸件产量已达1000万吨/年左右，为各个行业提供各种铸件。说明我国铸造技术正在接近国际先进水平。
本课题毕业设计是材料成型及控制工程专业的必须要经历的一个重要的实践环节。通过本次毕业设计的锻炼一方面可以把以前所学的知识融会贯通，从而达到温故而知新的目的和提高解决实际工程课题的能力；另一方面，可以把理论知识与实际结合，学会应用。
本课题有利于培养我在实际的工业生产中综合运用多学科知识和技能独立工作的能力，而且让我拓展了知识面，学会了如何分析和解决问题。
针对该课题我的研究思路是首先对零件图做出详尽的分析，接着对零件的工艺进行设计，然后对该工艺进行铸造CAE模拟，最后设计零件的工装。
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肖凤华：箱盖的铸造工艺设计及模拟
第1章绪论
1.1概述
铸造生产就是用液态合金形成产品的方法将液态合金注入铸型中使之冷却、凝固，这种制造金属制品的过程称为铸造生产，简称铸造，所铸出的金属制品称为铸件。铸造是人类掌握很早的金属热加工工艺，我国铸造技术已有6000年的悠久历史，是世界上比较早掌握铸造技术的文明古国，2500多年前（公元前513年）就铸出270kg的铸铁刑鼎[1]。
1.2中国铸造业现状及发展趋势
铸造工艺是机械制造工业的基础工艺之一，因此铸造业的发展标志着一个国家的生产实力。据资料介绍[2][10]，中国是当今世界上最大的铸件生产国家，我国铸件总产量到2009 年底已连续10 年居世界首位。最近几年，铸件进出口贸易增长较快，铸件的产量已达到9%左右。“长三角”地区的铸件产量占全国的1/3，该地区主要以民营企业为主，汽车和汽车零部件行业的发展有力地拉动了铸造行业的发展。铸造企业平均规模与经济规模和国外比有较大差距。大多数铸造企业规模偏小。就整个铸造行业而言，其现状仍然是厂点散，从业人员多，效益低下，我国的铸件质量与国外先进水平相比有比较大的差距。铸件尺寸精度普遍低1—2级，表面粗糙度差1—2级，铸件壁厚也厚得多。中国的铸件材料仍以灰铸铁为主，约占铸件总产量的60%多，球墨铸铁占16.7%，比世界平均值低20%，远低于日本(30.8%)、美国(29.6%)。合金钢在铸钢件中的比例，中国25%，国外先进水平为42%-60%。有色金属铸件。中国为7.9%，国外先进水平为11%-20%。此外，材料成分、组织和性能的一致性、稳定性与发达国家相比也有差距[3]。每吨铸件能耗为日本的2.5倍。发展绿色铸，提高产能是我们急需解决的问题[5]。
未来几年我国铸造模具的发展目标和主要任务为贯彻落实科学发展观, 依靠技术创新, 提高企业的装备水平和核心竞争力,突出做强骨干企业, 推动铸造模具产业的持续健康快速发展[4]。
1.3国外铸造行业现状及发展趋势
发达国家总体上铸造技术先进、产品质量好、生产效率高、环境污染少、原辅材料已形成商品系列化供应铸铁熔炼使用大型、高效、除尘、微机控制、外热送风无炉衬水冷连续作业冲天炉，普遍使用铸造焦，冲天炉或电炉与冲天炉双联熔炼，采用氮气连续脱硫或播包脱硫使铁液中硫含量达0.01%以下；熔炼合金钢多用AOD、VOD等设备，使钢液中H 、O、N达到几个或几十个的水平。
在重要铸件生产中，对材质要求高，采用先进的无损检测技术有效控制铸件质量。普遍采用液态金属过滤技术，过滤器可适应高温诸如钴基，镍基合金及不锈钢液的过滤。过滤后的钢铸件射线探伤A级合格率提高13个百分点，铝镁合金经过过滤抗拉强度提高50%、伸长率提高100%以上[6]。在金属铸造过程中，传热对于给定取向和晶粒尺寸的厚金属锭的生产是一个重要的参数[9]。
近十年来铸造技术有重大的发展，世纪之交的各国铸造行业在不同程度上遇到来自行业内部和外部的巨大挑战。积极地将信息技术应用到铸造生产中看来是铸造厂使自己能在21 世纪激烈的竞争中生存和发展的一个关键措施。对于我国铸造行业来讲，这既是一个挑战，又是一个机遇。若能抓住这个机遇，我国铸造行业的技术水平就能跃上一层较高的台阶[8]。
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美国铸造业正处在经济危机( 从2008 年年底至2010 年年初) 后的恢复当中。美国铸造行业从2010 年出现回暖迹象，年增长率为9. 3%。2011 年经济复苏的速度有望加速增长，预计年销售额263 亿美元。美国铸造业将于2012 年恢复到2007 年的水平，有望于2013 年超越。美国铸造行业主要的增长领域是球墨铸铁件、铝铸件与镁铸件，原因在于美国国内汽车行业的复苏带来的汽车配件产量的增长。由于采矿业、建筑业与轨道交通等行业需求量的增加，铸钢件的销售额也将迅速恢复到经济危机前的水平。灰铁件与可锻铸铁件在经济复苏过车中短期将会出现小幅增长，但从长期预测来看，这两种材质铸件的销售额还将持续亏损。如今，美国铸造工厂的数量从5 年前的2 336家下至2 040 家，铸造工厂数量的减少主要归结与经济的衰退、科技的进步、来自其他国家的竞争以及严格的法规[7]。
1.4本课题的研究内容
本次毕业设计的题目是：箱盖的铸造工艺设计及模拟。我查阅了相关资料和书籍后，主要进行了铸造工艺性分析、铸造工艺设计及铸造工艺装备设计。这个过程看似一目了然，但具体工作却十分繁琐，首先，我们要确定这个零件是否适合铸造工艺性的要求；其次，我们还要确定浇注位置，分型面以及造型、造芯的方法；然后，开始铸造工艺参数的选择以及砂芯的设计；再然后，我们要进行浇注系统的设计；当这一切完成后，我们还要在华铸CAE上进行模拟，利用计算机模拟的帮助，修改工艺参数并选择较为合理的方案。最后，要对铸造工艺装备进行选择和设计。
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第2章 铸造工艺方案的确定
2.1 零件基本信息
零件名称 箱盖
零件材质 HT200，合金具体成分含量具体见表2-1
零件结构 零件图如图2-1所示,零件外形示意图如图2-2所示。箱盖的外形轮廓尺寸为130mm×80mm×53mm ，主要壁厚5mm ，最大壁厚10mm 。是一个小型铸件，铸件除了满足几何尺寸精度及材质方面的要求外无其他特殊技术要求。
图2-1 箱盖零件图
表2-1 合金成分
牌号 铸件主要壁厚
（mm ）
C Si Mn P S HT200 <15 3.2~3.6
1.9~
2.2 0.6~0.9 <0.15 ≤0.12
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图2-2 箱盖外形示意图
2.2 箱盖结构的铸造工艺性
对箱盖的铸造工艺性分析如下：箱盖的轮廓尺寸为130mm×80mm×53mm ，整体尺寸不大，为小型铸件。砂型铸造条件下该轮廓尺寸允许的最小壁厚查铸造方面相关书籍[1]表3-2-1得：最小允许壁厚为3～4 mm 。而设计箱盖的最小壁厚为5mm 。符合要求。箱盖的设计壁厚较为均匀，可以有效构成热节，不易产生热烈。
2.3造型，造芯方法的选择
箱盖的轮廓尺寸为130mm×80mm×53mm ，铸件尺寸较小，属于中小型零件且是中批量生产。适宜使用湿型手工造型（砂箱造型），手工造型能适应各种复杂的要求，比较灵活，不要求很多的工艺装备 。而且粘土、膨润土是价格低廉、无污染、可反复回用的粘结剂。对于中小批量生产的铸件一般选择手工制芯，只有大批量生产时才选用机器制芯。
2.4浇注位置的确定
铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置。确定浇注位置是铸造工艺设计中重要的环节，关系到铸件的内在质量，铸件的尺寸精度及造型工艺过程的难易程度。
确定浇注位置应注意以下原则：
1.铸件的重要部分应尽量置于下部
2.重要加工面应朝下或直立状态
3.使铸件的大平面朝下，避免夹砂结疤内缺陷
4.应保证铸件能充满
5.应有利于铸件的补缩
6.避免用吊砂，吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯，合箱及检验
综上所述浇注位置方案如图2-3所示，保证了重要加工面的正确放置，且便于下芯及合箱。
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图2-3 箱盖的浇注位置
2.5分型面的确定
分型面是指两半铸型相互接触的表面。分型面的优劣在很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率。
经过对零件结构的分析，初步对支座进行分型有：方案一如图2-4、方案二如图2-5。
图2-4 分型面方案一
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图2-5 分型面方案二
而选择分型面时应注意一下原则：
1.应使铸件全部或大部分置于同一半型内
2.应尽量减少分型面的数目
3.分型面应尽量选用平面
4.便于下芯、合箱和检测
5.不使砂箱过高
6.受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度
7.注意减轻铸件清理和机械加工量
对以上两个分型面方案综合分析可知，分型面方案一比分型面方案二更合理。首先铸件不可能是没有可能在同一半型内的，两者重要加工面都在垂直面内，但是分型面方案一更便于下芯和取出模样，且不会使砂箱过高。所以方案一更合理一些。
2.6 一型中的铸件数量的确定及其安排
一型中铸件数的一般原则是在保证铸件质量的前提下越多越好。考虑到铸件尺寸大小，浇注系统的布置和必要的吃砂量选择一箱两件。其中铸件的轮廓尺寸为130mm×80mm×53mm，吃砂量经查相关表格[11]可以暂时定为45mm。由此可以将砂箱尺寸暂定为300mm×300mm×100mm。铸件在砂箱中的排列方式简图如图2-6所示
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表2-2 吃砂量的最小值 摸样
高
10 15
25 30 35 40 70 90 120 吃砂
量
18 20 24 26 28 32 40 45 50
图2-6砂箱中铸件排列示意图
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第3章铸造工艺参数及砂芯设计
3.1 工艺设计参数的确定
铸造工艺设计参数通常是指铸型工艺设计时需要确定的某些数据，这些工艺数据一般都与模样及芯盒尺寸有关，及与铸件的精度有密切关系，同时也与造型、制芯、下芯及合箱的工艺过程有关。这些工艺数据主要是指加工余量、起模斜度、铸造收缩率、最小铸出孔、型芯头尺寸、铸造圆角等。工艺参数选取的准确、合适，才能保证铸件尺寸精确，使造型、制芯、下芯及合箱方便，提高生产率，降低成本。
3.1.1 铸件尺寸公差
铸件尺寸公差是指铸件公称尺寸的两个允许的极限尺寸之差。在两个允许极限尺寸之内，铸件可满足机械加工，装配，和使用要求。
单件小批量生产下的粘土手工造型时,铸钢和铸铁件尺寸公差等级能达到CT13 –CT15级。这里取CT13级。箱盖的轮廓尺寸为130mm×80mm×53mm，查国家标准GB/T6414-1999得：箱盖尺寸公差数值为9mm。
3.1.2 机械加工余量
机械加工余量是铸件为了保证其加工面尺寸和零件精度，应有加工余量，即在铸件工艺设计时预先增加的，而后在机械加工时又被切去的金属层厚度。
箱盖为砂型铸造手工造型，单件小批量生产。灰铸铁件的机械加工余量等级为F、G、H级，取H级。箱盖的轮廓尺寸为130mm×80mm×53mm，查国家标准GB/T11350-89得：双面加工箱盖的机械加工余量为5.5mm，实取5mm。箱盖内腔的加工余量为3mm
3.1.3 铸造收缩率
铸造收缩率又称铸件线收缩率，用模样与铸件的长度差除以模样长度的百
分比表示：K=[（L M-L J）/L J] ×100% (3-1)
式中L M--模样（或芯盒）工作表面尺寸
LJ—铸件尺寸。
铸件收缩率受很多因素的影响，例如，合金的种类及成分、铸件的冷却、收缩时受到阻力的大小、冷却条件的差异等，因此，要十分准确的确定铸件的收缩率是很困难的。
箱盖的收缩率查表[1]得：受阻收缩率为0.9%。
3.1.4 起模斜度
为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免损坏砂型或砂芯。这个斜度，称为起模斜度。起模斜度应在铸件上没有结构斜度的，垂直于分型面的表面上应用。
由于该铸件有圆形部分，易于起模，因此可以不设置起模斜度。
3.1.5最小铸出孔及槽
零件上的孔、槽、台阶等，究竟是铸出来好还是靠机械加工出来好，这应该从品质及经济角度等方面考虑。一般来说，较大的孔、槽等应该铸出来，以便节约金属和加工工时，同时还可以避免铸件局部过厚所造成热节，提高铸件质量。较小的孔、槽或则铸件壁很厚则不易铸出孔，直接依靠加工反而方便。
根据箱盖的的轮廓尺寸130mm×80mm×53mm 查阅表格[1]得：最小铸出孔直径约为20mm。因此零件箱盖上部的直径为20mm的孔，加上机械加工余量后
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就铸造不出来了，箱盖边缘的的孔直径更小也铸造不出来。只能由机械加工得来。
表3-1 铸件的最小铸出孔
生产批量最小铸出孔直径d/mm
灰铸铁件铸钢件
大批量生产12~15
成批生产15~30 30~50 单件、小批量生产30~50 50
3.1.6 铸件在砂型内的冷却时间
铸件在砂型内的冷却时间短，容易产生变形，裂纹等缺陷。为使铸件在出型时有足够的强度和韧性，铸件在砂型内应有足够的冷却时间。
3.1.7铸件重量公差
铸件重量公差是以占铸件公称重量的百分比表示的铸件重量变动的允许范围。箱盖的尺寸公差为CT13级，按照规定质量公差应定为MT13级。查阅相关资料[3]得：MT13=24%。
3.1.8工艺补正量
在单件小批量生产中，由于选用的缩尺与铸件的实际收缩率不符，或由于铸件产生了变形等原因，使得加工后的铸件某些部分的壁厚小于图样要求尺寸，严重时会因强度太弱而报废。因此工艺需要在铸件相应的非加工壁厚上增加层厚度称为工艺补正量。工艺补正量可以粗落地按照下述经验公式粗略地计算
e≤0.002L
式中e—工艺补正量
L—加工面到加工基准的距离。
3.1.9分型负数
干砂型、表面烘干型以及尺寸较大的湿砂型，分型面由于烘烤，修整等原因一般都不很平整，上下型接触面很不严。为了防止浇注时炮火，合箱前需要在分型面之间垫以石棉绳、泥条等，这样在分型面处明显增加了铸件的尺寸。为了保证铸件尺寸精确，在拟定工艺时为抵掉铸件增加的尺寸而在模样上减去相应的尺寸称为分型负数。而支座是湿型且是小型铸件故不予考虑分型负数。
3.1.10反变形量
铸造较大的平板类、床身类等铸件时，由于冷却速度的不均匀性，铸件冷却后常出现变形。为了解决挠曲变形问题，在制造模样时，按铸件可能产生变形的相反方向做出反变形模样，使其于变形量抵消，这样在模样上做出的预变形量称为反变形量。而箱盖没有较大平板故基本不会产生挠曲变形，所以不用设置反变形量。
3. 2砂芯设计
砂芯的功用是形成铸件的内腔、孔和铸件外型不能出砂的部分。砂型局部要求特殊性能的部分有时也用砂芯。铸件所用砂芯的数量及其结构主要取决于铸件的结构，砂芯设计时还需要考虑到要使砂芯制造方便，下芯容易。所以砂芯的设计要注意以下几点：
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1 一般尽量减少砂芯数量，减少制造工时和提高铸件尺寸精度。
2 选择合适的砂芯形状。
3砂芯烘干的支撑面最好是平面。
4砂芯芯盒的分盒面应尽量与砂型的分型面一致，以保证砂芯和砂型之间形成的壁厚均匀，同时也有利于砂芯排气。
5 便于制芯下芯及合型，保证铸件精度。
6分段的砂芯每段均要有良好的固定条件，以保证铸件形状准确。
3.2.1箱盖的芯头长度及斜度设计
芯头形状采用水平悬臂芯头，芯头加长。
1芯头长度，根据铸造方面相关书籍[11]芯头长度l取1.25倍的D，D为芯头直径60mm。所以芯头长度l=30×1.25=31.25 mm。取32mm
2 芯头斜度对于水平心头如果不设计芯头斜度就能从芯盒中顺利取出，则可以不留芯头斜度。考虑到箱盖砂芯结构简单，容易从芯盒中取出，所以不设计芯头斜度。
3.2.2压环、防压环和集砂槽芯头结构
在湿型批量生产中，为了加速下芯、合芯及保证铸件质量，在芯头的模样上常常做出压环、防压环和集砂槽。查铸造方面的资料[11]得a=5 b=1 c=15
r=2 。
3.2.3芯骨设计
为了保证砂芯在制芯、搬运、配芯和浇注过程中不开裂、不变形、不被金属液冲击折断，生产中通常在砂芯中埋置芯骨，以提高其刚度和强度。
因为砂芯尺寸较小，而且采用树脂砂，故砂芯强度较好，砂芯内不用放置芯骨。
3.2.4砂芯的排气
砂芯在浇注过程中，其粘结剂及砂芯中的有机物要燃烧（氧化反应）放出气体，砂芯中的残余水分受热蒸发放出气体，如果这些气体排不出型外，则要引起铸件产生气孔。
而箱盖的砂芯采用热芯盒造芯，故不用有意设置排气道、排气孔等排气。
3.2.5砂芯负数
大型粘土砂芯在春砂过程中砂芯向四周涨开，刷涂料以及在烘干过程中发生的变形，使砂芯四周尺寸增大。为了保证铸件尺寸准确，将芯盒的长、宽尺寸减去一定量，这个被减去的量叫做砂芯负数。
因为砂芯负数只用于大型粘土砂芯，本设计中的砂芯为小型砂芯不设计砂芯负数。
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第4章 浇注系统及冒口、冷铁、出气孔等设计
4.1浇注系统的设计
浇注系统是铸型中引导液体金属进入型腔的通道，它由浇口杯，直浇道，横浇道和内浇道组成。
4.1.1选择浇注系统类型
浇注系统分为封闭式浇注系统，开放式浇注系统，半封闭式浇注系统和封闭-开放式浇注系统。因为封闭式浇注系统控流截面积在内浇道，浇注开始后，金属液容易充满浇注系统，呈有压流动状态。挡渣能力强，但充型速度快，冲刷力大，易产生喷溅，金属液易氧化。适用于湿型铸件小件。而箱盖就是采用湿型的铸件小件，所以选择封闭式浇注系统。
4.1.2确定内浇道在铸件上的位置、数目、金属引入方向
箱盖结构较为简单且是单件小批量生产小型件，铸造时采取一箱一件。为了造型方便采用一个内浇道，内浇道开设在分型面上。初步选取砂箱尺寸为250mm×150mm×80mm 。如图4-1所示
图4-1 内浇道位置示意图
4.1.3 浇注系统尺寸设计
计算内浇道总截面积：内浇道是阻流截面按公式
∑A 内=G L /0.31μtH P 0.5 (4-1)
计算式中的G L 、μ、t 、H P 的值。
1 计算通过内浇道的铁液重量G L 经计算知道铸件的毛重=0.84kg ，查表
[12]4-1得工艺出品率为70%。则 G L =铸件毛重×2/工艺出品率 =0.94×2/0.7 =2.68kg 表4-1 灰铸铁件工艺出品率
铸件重量/kg
<100 100~1000 >1000
工艺出品率
（%） 单件小批生产 65~75 75~80 80~90 成批生产 70~80 80~85 85~90 大批量生产 75~80
80~85 -
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2 计算浇注时间t 每一种铸件在确定的铸造工艺条件下，都对应一个适宜的浇注时间范围，超出这个时间范围，铸件就会出现铸造缺陷。
箱盖的重量很小，还不到1kg 。因此其浇注时间公式为
t=sG L 0.5 (4-2)
式中 t ---浇注时间（s ）；
G L ---型内铁液总重量（kg ）；
S ---与铸件主要壁厚有关的参数，查铸造技术相关书籍[12]中表4-58得s=1.85。代入数据计算得：
t=1.85×2.680.5
=3s
3 核算液面上升速度，平均液面上升速度验算公式为：
v=h/t (4-3)
式中 v---型内液面上升速度（mm/s ）
h---铸件的高度（mm ）
t---浇注时间（s ）
代入数据计算v=80/3=26.7（mm/s ）。对照书中[1]表3-4-6，此值符合表中所列数值，是合适的。
4 计算流量系数μ 影响流量系数μ的因素很多，准确确定流量系数μ是有困难的。对于一般灰铸铁件可以根据经验数据确定。查相关书籍[1]表3-4-8得μ=0.42，再按有关书中[1]表3-4-10修正。浇注温度提高约100摄氏度，μ修正值取0.1；有出气口，μ修正值取0.1橫浇道断面积大于内浇道，并且A 横/A 内＞
1.3，μ修正值取0；内浇道设置4个，μ修正值取-0.1。合计则
μ=0.42+0.1+-0.10=0.42
5 计算平均压力头H P 和最小压力头H M 。
（1）中注式平均静力压头高度计算公式为
H P =H 0-h/8 (4-4)
H 0=10cm ，h=8 cm 。
H P =H 0-h/8=9 cm 。
将各值代入∑A 内=G L /0.31μtH P 0.5=2.68/0.31×0.62×3×90.5=2.3cm 2
半封闭式浇注系统各单元的截面积比，取∑A 内：∑A 横：∑A 直=1:12:1.1.4
则 ∑A 横=2.3×1.2=2.76 cm 2
∑A 直=2.3×1.4=3.22 cm 2
（2）核算最小剩余压头HM 砂箱高度100mm ，内浇道以上铸件高度为40mm ，则剩余压头高度为HM=100-40=80mm 。直浇道中心到铸件最远点距离L=53+52=105mm 。
根据公式HM=Ltan α，(4-5)
则α=arctan （HM/L ）=arctan(60/105)=29.6°。
对照有关书中[1] 表3-4-11，α值大于表中的经验值，因此可以得到轮廓清晰的铸件。
6 确定内浇道、橫浇道、直浇道截面尺寸。
（1）内浇道截面尺寸
由于内浇口设计了4个，所以内浇口截面积S 内=∑A 内/4=2.3/4=0.58cm 2，取
内浇道的截面积为0.6cm 2.内浇道形状取梯形断面形状如图4-2所示。
肖凤华：箱盖的铸造工艺设计及模拟
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图4-2 内浇道截面示意图
梯形断面大小由铸造方面相关表格1-25[13]查得a=11mm b=9mm c=6mm 。
（2）橫浇道截面尺寸
横浇道的功用是向内浇道分配洁净的金属液，储留最初浇入的含气和渣污的低温金属液并阻留渣滓，使金属液流平稳和减少产生氧化夹杂物。
由于设计橫浇道只有一个，所以S 横=3.0 cm 2。横浇道形状取梯形断面形状如
图4.3所示。
图4-3 橫浇道截面示意图
梯形断面大小由铸造方面相关表格1-25[13]查得：
A=17mm B=13mm C=20mm 。
（3）直浇道截面尺寸
直浇道的功用是从浇口杯引导金属液向下，进入横浇道、内浇道或直接进入型腔。并提供足够的压力头，使金属液在重力作用下能克服各种流动阻力充型。
由于设计直浇口有一个，因此S 直=3.22cm 2
直浇道形状取圆形截面形状如图4-4