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
度在浇口杯中不变）：
为得到连续的铁水的流动，浇道和内浇口面积的相关计算必须以保证浇道迅速被充满，铁水能够同时进入各型腔。浇道过大造成下部型腔先进铁水，可造成的缺陷有：
a.气孔缺陷：在型腔中产生的气体被紊流带进浇注系统流入型腔。
b.夹砂缺陷：紊流的铁水可以冲掉砂粒并把他们带入型腔。
c.夹渣缺陷：在铁水中产生的渣滓不能上升到铁水的表面（升到浇口
杯中），由于铁水的流管是不连续的。
d.模型的全部浇注时间将会比同时进入型腔的时间长，这将会引起由
于热作用于模型时间过长而造成的铸造缺陷；由于过长的浇注时间
超过了造型的周期时间，生产率将会降低。
ⅱ.当浇道和内浇口面积减小后，浇注系统可以迅速的被充满，从而形成了这些情况：
a.迅速形成预设的静压头 H1、H2、H3，从而使铁液连续的、迅速的、
无阻碍的流动。
b.几乎同时充满型腔，从而是最短的浇注时间。
ⅲ. 由于内浇口过小，虽然可以同时充填型腔，但也会造成浇不足现象而引起铸造缺陷。造成这种现象的原因是通过内浇口的流速太小，换句话说内浇口与浇道截面积和型腔体积的不协调。这种情况可以造成以下缺陷：
a.浇不足。
b.铸件冷隔（浇注工通常使铁水面保持在较低的水平，然后充满浇
口杯。
c.铸件的夹渣、夹砂缺陷（杂质如砂、渣，当连续浇注时上升到上
部，如果突然断流或液面下降，杂质将被压在铸型中）。
3. 充填型腔的次序：
不正确的充型顺序是大多数情况下造成铸造缺陷的原因。不合理的浇冒口设计会造成不同时的充填各个型腔，这样不但会造成浇注时间过长和生产率下降，也会造成废品率的大幅上升。从而可以得出这样的结论，不只是内浇口的截面积对合适的充填系统是重要的，内浇口与浇道面积的合理比例也是一项具有重大意义的因素。换句话说，内浇口的面积与各自的静压头是相匹配的，但充填的方式仍可不正确（当静压头还未形成时），如果浇道还未充满，在内浇口处的静压头与预设的完全不同了。所以应必要的调整浇道的尺寸以尽快充满浇道。调整浇注系统的结果将使实际的浇注顺序更接近于同时充型，浇注系统的充满时间和浇注时间尽可能的短。
4. 观察充型的顺序
5．标准浇注计算图表
迪砂介绍了计算浇注系统的标准图表给出结合公式㈣的相关因素，提供了相对容易的决定内浇口和浇道面积的方法。为了使用图表需要知道的因素有：
a. 各铸件的重量 G (Kg)
b. 充满个别型腔需要的时间 T (Sec)
c. 损失系数 m
d. 铁水静压头 H (mm)
6. 铸件的重量
铸件的重量是一个典型因素在图表中，当要使用冒口时，冒口作为铸
件的一部分，冒口颈的截面积由别的原则决定。有些时候两铸件公用一个冒口，在这种情况下，两铸件和冒口的总重量将用于确定相关铸件之上的截面积，最后对于整个分支的铁水提供的浇道的截面积用整个分支的总重量决定。总而言知浇道的截面积是由浇注过程中流经这个截面的总的金属重量来决定的。
7. 浇注时间：当选择浇注时间时，下列因素应在考虑之中：
a. 整个浇注时间T2是流满各型腔的时间T和充满浇注系统所用的时间
T1的总和。
b. 最大的浇注时间必须小于造型周期（设备周期）t.
c. 设备的工作周期 t2 是造型周期 t 和模型传送带运输时间 t1
在浇注后运输一般为 2—3 Sec
d. T2一般来说越短越好，应比 t 短。
根据浇注系统设计和铸件类型，浇注系统的充满时间一般在1—3 Sec之间，充满型腔的最长时间由机器的类型和所需生产率决定。以上主要表示如下：
T + T1 ＜ 3600/P (Sec) T + T1 ＜ t
8. 压力头
压力头由内浇口中心线到浇口杯中液面高度的距离决定。
冒口技术
一个合理的冒口工艺可提供以下好处：
更好的铸件质量
模型高的利用率
减少熔炼损失
更高的模板利用率
铸件的磨修减少
这是因为一套设计良好的冒口系统配合一套合理的浇注系统，在大多数情况下可明显减少必须的浇口数量和尺寸。
1．缩松的产生
液态金属由浇注时的温度冷却到室温，将会发生三个阶段的收缩过程
a.由浇注温度到早期凝固温度
b.由液态到固态区域
c.由凝固结束到室温
缩松的产生在图（32）中说明
当图（32）中的铸件在 T1的浇注温度下被浇注高度达到 A1时，液态金属开始收缩（液态收缩），当达到凝固温度 T2 时，铸件液面高度已降至 A L 。
下一步金属紧靠型腔收缩（因为热量大部分是在这里散发出的）和铸件向内的凝固，但是因为固态金属比液态金属重，在凝固过程中会有进一步的收缩，最后固态金属在冷却到室温的过程中发生收缩，铸件轻微离开型壁 A S的距离。
如果我们认为在整个凝固过程中没有复加的液体进入型腔，在凝固的早期铸件的表面层与型壁紧密结合，金属的收缩导致了没有足够的铁水去填充模型
空间，从而导致了缩松的产生。
这里有两种缩松的种类：
a.微观缩松：在凝固过程中发生在从熔体中沉淀下来的枝晶的间隙中。
在树枝晶包围下的熔体的不到其余熔体的补充，从而在收缩和凝固过
程中产生了微观缩松，缩松的形状与枝晶形状相对应，这种缩松常发
生在结晶区间大的合金中（T1—T2）。微观缩松是不容易用冒口方式消
除的。
b.宏观缩松：指在铸件上大的孔洞（有时也表现为铸件表面的下陷），
一般发生在最后凝固和冷却最慢的部位，出现在热节部位，宏观缩松
通过铸件的凝固过程和冷却速度的控制来消除，使缩孔发生在铸件以
外的冒口部分。
基本原则
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
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
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 ?
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。
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。