铸铁件的浇注系统尺寸优化方案

1.灰铸铁件的浇注系统尺寸

（1）公式法

1）内浇道总截面积计算

式中 ∑A_内——内浇道总截面积（cm²）；

G——铸件浇注总重量（包括浇冒口在内的金属液重量）（kg）；

t——浇注时间（s）；

μ——流量系数；

H_p——平均压力头高度（cm）。

确定式中的G、t、μ、H_p值。方法如下：

①确定浇注总重量G值。浇注总重量G=浇冒口重量+铸件重量。铸件重量可根据图样通过计算获得。浇冒口重量可按表3-54的经验数据进行估算。

表3-54 灰铸铁铸件的浇冒口重量占铸件毛坯重量的百分数 （%）

②确定浇注时间t并验算。灰铸铁件的浇注时间经验公式见表3-55。

表3-55 灰铸铁件浇注时间t的经验公式

对大型铸件和结构复杂薄壁铸件，浇注时间确定后，需验算型腔内金属液面的上升速度，以确定t是否合理。型内金属液面的上升速度用下式计算：

式中 h——铸件浇注位置的高度（mm）；

t——浇注时间（s）；

v_升——型内液面的上升速度（mm/s），v_升值应大于表3-56中所列的参考值。

表3-56 灰铸铁件允许的最小液面上升速度

注：如v_升小于表中最小上升速度，则应修正，修正的方法是适当调整浇注时间；或变换铸件浇注位置，使金属液面上升速度达到要求。

③确定流量系数μ。流量系数μ值一般按表3-57选取，并按表3-58修正。

表3-57 铸铁流量系数μ值

表3-58 流量系数μ值的修正值

注：封闭式浇注系统中μ值的最大值为0.75，如计算结果大于此值仍取μ=0.75。

④确定平均压力头高度H_P并校核最小剩余压力头H_M。平均压力头高度计算公式见表3-59。

表3-59 平均压力头高度H_p计算公式

为保证金属液能充满铸件上距直浇道最远、最高的部位，铸件最高点离浇口杯液面必须有一最小H_M（称剩余压力头，H_M=H₀-h_C）。当铸件尺寸较大，壁厚较薄，金属液流程较远时，需用压力角验算H_M是否满足要求。验算公式如下：

H_M≥Ltanα （3-3）

式中 H_M——剩余压力头；

L——铸件最高、最远点至直浇道中心线的水平距离（mm）；

α——压力角（°），见表3-60。

表3-60 压力角α的最小值

（续）

2）确定浇注系统各组元的比例。内浇道总截面积确定后，选择浇注系统各组元截面积的比例关系，灰铸铁件浇注系统各组元比例见表3-61。

表3-61 灰铸铁件浇注系统各组元截面积的比例（经验数据）

3）确定横浇道和直浇道的截面尺寸。根据内浇道总截面积和选定的各组元截面积的比例关系，依次计算出横浇道和直浇道的截面积。

4）灰铸铁件浇注系统各组元的截面形状和几何尺寸。根据灰铸铁件各组元的截面积，即可结合铸件的结构特点，选择各组元的数量、截面形状、截面几何尺寸。灰铸铁件内浇道、横浇道和直浇道、浇口盆、浇口杯的结构尺寸分别见表3-62～表3-65。

表3-62 内浇道的截面尺寸 （单位：mm）

表3-63 横浇道和直浇道的截面尺寸 （单位：mm）

表3-64 浇口盆的尺寸

表3-65 浇口杯的尺寸 （单位：mm）

5）生产验证。计算出来的浇注系统尺寸应注意生产验证。经生产验证若不合理，应进行修正和完善，使其为符合生产实际的浇注系统。

（2）查表法 根据灰铸铁件的重量和壁厚，查表确定内浇道的总截面积ΣA_内。然后，根据直浇道、横浇道、内浇道的比例关系，计算各组元的截面积。

1）中、小型灰铸铁件的内浇道总截面积见表3-66。

表3-66 中、小型灰铸铁件的内浇道总截面积ΣA_内（参考值）

2）机床类铸铁件的内浇道总截面积见表3-67。

表3-67 机床类铸铁件的内浇道总截面积ΣA_内（参考值）

（续）

注：1.机床类铸件，是箱体结构，体壁复杂。

2.常用浇道比例为：ΣA_直∶ΣA_横：ΣA_内=1.2∶1.5∶1。

3）内燃机类铸铁件的内浇道总截面积见表3-68。

表3-68 内燃机类铸铁件的内浇道截面积ΣA_内（参考值）

（续）

注：1.内燃机类铸件的结构基本上是均匀薄壁箱体、套管、罩壳类铸件。(www.xing528.com)

2.对于重量小于100kg的铸件，浇道比常采用：ΣA_直∶ΣA_横∶ΣA_内=1∶1.5∶（0.5～0.8）。

3.对于重量大于1000kg的铸件，浇道比常采用：ΣA_直∶ΣA_横∶ΣA_内=1∶2∶（1～3）。

4）纺织机械类铸铁件的内浇道总截面积见表3-69。

表3-69 纺织机械类铸铁件的内浇道截面积ΣA_内（参考值）

（续）

注：1.括号内的数据为特殊复杂件的参考数据。

2.常用浇道比为：ΣA_直∶ΣA_横∶ΣA_内=1.3∶1.15∶1。

5）重型及通用机械类铸铁件的内浇道总截面积见表3-70。

表3-70 重型及通用机械类铸铁件的内浇道截面积ΣA_内（参考值）

（续）

注：此类铸件结构简单，壁较厚。常用浇道比为：ΣA_直∶ΣA_横∶ΣA_内=1.2∶1.4∶1。

2.球墨铸铁件浇注系统的尺寸

（1）球墨铸铁件浇注系统的特点

1）铁液经过球化、孕育处理后温度下降很多，要求大流量输送铁液，快速浇注，所以内浇道的总截面积应比灰铸铁的大30%～100%。

2）球墨铸铁易氧化，为防止产生二次氧化渣，要求充填型腔时要平稳、通畅。多采用半封闭或开放式浇注系统。

3）球墨铸铁收缩大，具有糊状凝固特性，形成缩孔、缩松倾向大，缩孔体积比灰铸铁大两倍以上，所以，按定向凝固原则与冒口配合设置浇注系统。当内浇道通过冒口时，可采用封闭式浇注系统。

（2）球墨铸铁件内浇道的截面面积（cm²）公式

式中 G——浇注总重量（kg），可取铸件重量的1.2～1.4倍；

μ——流量系数，湿型铸造中、小球墨铸铁件取μ=0.35～0.5；

t——浇注时间，可按下式求出：

H_p——平均静压力头高度，计算方法见表3-59。

（3）球墨铸铁件浇注系统各组元的截面积比例

一般球墨铸铁件采用封闭式：

厚壁球墨铸铁件采用开放式：

或

薄壁小型球墨铸铁件采用半封闭式：

或

3.可锻铸铁件浇注系统的尺寸

（1）可锻铸铁件浇注系统的特点及典型形式

1）特点

①可锻铸铁件一般是薄壁、受力较大的中、小件，碳硅含量低，铁液流动性差，故其浇道尺寸比灰铸铁的大。

②铁液收缩大、氧化性强，易产生缩孔、缩松、裂纹等铸造缺陷，故浇冒口按顺序凝固原则设置，浇注系统挡渣能力要强。

2）加强挡渣的浇注系统典型形式，如图3-7所示。

图3-7 可锻铸铁件的浇注系统形式

a）基本形式 b）阶梯式阻渣浇道 c）过滤网式阻渣浇道 d）羊角阻渣式浇道 e）闸门式阻渣浇道

1—浇口杯 2—直浇道 3—横浇道 4—内浇道 5—暗冒口 6—冒口颈 7—铸件

（2）可锻铸铁件浇注系统的各组元尺寸（见表3-71、表3-72）

表3-71 可锻铸铁件内浇道的截面面积ΣA_内（参考值）

（续）

注：1.当1个内浇道同时供给2个或2个以上铸件时，A_内按2个或2个以上铸件总重量查得。

2.内浇道长度如达200～300mm时，则A_内加大1/3左右。

3.直浇道高度如达120～200mm时，则A_内可减少1/3左右。

表3-72 可锻铸铁件直浇道、横浇道、内浇道的参考尺寸 （单位：mm）

注：1.当ΣA_内＞3cm²时，内浇道应不止一个。

2.取A_直∶A_横∶A_内=（2～2.5）∶（1.5～2.5）∶1。

3.一般横浇道置于上箱，内浇道置于下箱，并且内浇道应带有圆角。

4.压边浇口

压边浇口一般浇口截面尺寸较大（φ50～φ100mm），如同冒口。与铸件只有一条窄的缝隙相连。

（1）使用范围 适用于简单而厚实的灰铸铁件、300kg以下的球墨铸铁件、可锻铸铁件、尺寸不大结构简单的小型非铁合金铸件。通常应用于浇注系统作冒口的场合。

（2）压边宽度 压边宽度取决于合金种类、浇注温度、铸件重量和截面厚度等。

1）一般牌号的铸铁件采用封闭式压边浇口（压边处为最小截面），压边宽度为3～7mm。

2）收缩较大的高牌号铸铁件采用开放式压边浇口（横浇道为最小截面），压边宽度为8～15mm。

3）300kg以下的球墨铸铁件压边宽度：小件3～6mm，中件5～10mm。

（3）压边长度

1）圆盘形铸件的压边长度为周长的1/6。

2）方形中、小件的压边长度为边长的1/2。

（4）压边部位 压边部位一般位于铸件顶部的非重要加工面上，缝隙周围的砂型应充分紧实，也可采用砂芯，以保证棱角清晰。

（5）压边缝隙面积的经验公式

式中 A_最小——压边缝隙面积（cm²）；

G——铸件重量（kg）；

m——系数，一般m=0.3～0.5。对于湿型、平面尺寸较大，或尺寸较长的

铸件取中上限值。