熔模铸造浇注系统计算
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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.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、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。
一般工厂直浇道尺寸已标准化。利用式(2)可计算出铸件内浇口截面热模数，从而得到内浇口具体尺寸。
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，内浇口长度最好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
在洛阳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。其中洛阳拖拉机厂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为部分铸件内浇口截面模数有关数据。将洛阳拖拉机厂和第二汽车制造厂全部零件热节处的模数和内浇口截面模数关系、铸件质量和内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铸件其件重和内浇口截面处模数关系趋势是一致的。
表1 洛阳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
铸件热节
处模数
/mm 铸件质量
kg 直浇道截
面处模数
mm 内浇口长度
mm 内浇口截
面模数
mm 亨金法计
算的内浇
口截面模
数/mm
1.211 3 0.014 0 9.50 11.00 2.74 1.05
1.757 3 0.046 0 9.50 9.00 3.43 1.74
1.875 0 0.056 0 9.50 12.00 3.75 2.11
3.103 4 0.083 0 9.50 10.30 3.75 3.23
2.987 0 0.127 0 9.50 12.00 4.09 3.68
3.125 0 0.147 0 10.50 14.00 3.75 3.76
2.362 0 0.176 0 9.50 12.00 3.50 3.34
3.630 1 0.195 0 9.50 8.00 4.00 4.14
3.571 4 0.250 0 10.50 11.00 4.15 4.38
4.474 6 0.270 0 10.50 12.00 5.22 5.44
3.684 2 0.325 0 9.50 7.00 4.25 4.55
4.220 8 0.350 0 10.50 12.00 4.50 5.55
3.552 6 0.460 0 9.50 12.00 5.22 5.78
4.016 3 0.505 0 10.50 11.00 5.00 5.70
3.565 0 0.580 0 10.50 12.00 5.29 5.55
3.548 4 0.760 0 10.50 13.00 5.33 6.08
4.494 4 1.380 0 12.50 17.00 5.88 7.74
5.927 7 1.785 0 7.22 12.00 4.00 5.66
3.981 4 2.100 0 10.50 15.00 6.83 8.96
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
铸件热节
处模数
/mm 铸件质量
kg 直浇道截
面模数
mm 内浇口长度
mm 内浇口截
面处模数
mm 亨金法计
算的内浇
口截面处
模数/mm
1.456 2 0.011 0 11.00 10.00 3.00 0.95
3.360 7 0.040 0 11.00 12.00 4.00 2.60
2.865 9 0.060 0 11.00 10.00 3.50 2.40
3.104 8 0.090 0 10.55 12.00 4.00 3.13
3.507 7 0.130 0 10.97 12.00 4.50 3.61
4.545 5 0.170 0 10.55 21.00 4.50 4.88
3.837 4 0.190 0 10.55 12.00 4.50 4.42
4.172 5 0.250 0 10.58 12.00 5.00 5.04
3.058 8 0.270 0 9.00 12.00 4.00 4.06
5.242 1 0.290 0 10.55 12.00 6.00 7.27
3.131 0 0.300 0 8.75 10.00 3.23 4.00
4.082 6 0.310 0 8.75 14.00 6.00 6.64
3.678 4 0.400 0 11.08 10.00 4.24 5.85
2.727 3 0.600 0 11.00 12.00 4.00 4.34
3.046 7 0.700 0 11.00 12.00 4.42 4.94
3.743 3 0.900 0 11.08 12.00 6.25 6.14
3.673 5 1.400 0 11.08 18.00 7.50 7.68
4.443 0 1.900 0 11.08 14.00 6.16 8.79
4.820 2 2.100 0 11.08 14.00 7.00 9.58
