精密铸造铸件工艺及浇冒口系统设计

第六章 铸件工艺设计 第一节 概 述

为了生产优质而价廉的包模铸件，做好工艺设计是十分重要的。在做工艺设计之前，首先要考虑选用包模铸造工艺生产时，在质量、工艺和经济方面的几个问题。

1.铸件质量的可靠性

对于铸件质量上的要求，一般是包括两个方面，一是保证技术要求的尺寸精度、几何精度和表面光洁度，二是保证机械性能和其它工作性能等内在质量方面的要求。

包模铸造具有少切削、无切削的突出优点。近年来，由于冶金技术、制模、制壳材料和工艺以及检测技术等方面的发展，包模铸件的外部和内在质量不断提高，所以它的应用范围愈来愈广。不少锻件、焊接件、冲压件和切削加工件，都可以用熔模铸造方法生产。

这对于节约机械加工工时和费用，节约金属材料，提高劳动生产率和降低成本都具有很大意义。

但是，熔模铸造生产的铸件，由于冶金质量、热型浇注引起的晶粒粗大、表面脱碳以及内部缩松等方面的原因，铸件的机械性能(尤其是塑性)，还存在一些缺陷。对于某些受力大和气密性要求高的铸件，采用包模铸造时，应充分考虑零件在产品上的作用和性能要求，以确保其使用可靠。有些结构件改用包模铸造生产时，必须考虑原用合金的铸造性能是否能满足零件的质量要求，否则就需要更改材质。

2.生产工艺上的可能性和简易性

熔模铸造虽然可以铸造形状十分复杂的、加工量甚少甚至不加工的零件，但零件的材质、结构形状、尺寸大小和重量等，必须符合熔模铸造本身的工艺要求。如铸件最小壁厚、最大重量、最大平面面积、最小孔槽以及精度和光洁度要求等，都要考虑到工艺上的可能性和简易性。 3.经济上的合理性

采用包模铸造在经济上是否合理，要从多方面考虑。按每公斤的价格来说，包模铸件与同类型锻件相近甚至还高些，但是由于大幅度减少了加工量，因而零件最终成本还是低的。 但也有些零件，可以利用机械化程度较高的方法生产，例如用自动机床高速加工、精密锻造、冷挤压、压力铸造等等，这时，用包模铸造法生产在经济上的优越性就不一定显著，甚至成本还可能高一些，所以在这种情况下，就不一定选用这种方法了。

总之，选择包模铸造法生产时，耍从其工艺特点出发，以零件质量为中心，并兼顾生产技术和经济上的要求。

在确定用包模铸造方法生产之后，工艺设计的任务就是要确定合理的工艺方案，采取必要的工艺措施以满足零件质量的要求。

工艺设计是理论和实践相结合的产物，是技术理论和生产经验的总结性技术资料。还要力求使设计符合实践性、科学性。 做好工艺设计要搞好两个方面的调查研究。首先必须对生产任务、产品零件图、材质和技术要求等方面进行深入分析：其次，要对生产条件如原材料、设备、工艺装备 加工和制造能力、工人的操作技术水平等方面进行深入的了解。只有做好这两个方面的调查研究，才能使设计符合生产实际情况。

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

工艺设计的好坏也要从质量、工艺和经济这三方面去衡量。一项良好的工艺设计应当能在正常的生产条件下，稳定铸件质量，简化生产工艺，效率高而成本低。

熔模铸造工艺设计通常包括下列几项内容,

(1).分析铸件结构工艺性, (2)确定工艺方案和工艺参数,(3)设计浇冒口系统, (4)绘制工艺图或铸件图。

第二节 铸件结构工艺性分析

铸件结构工艺性对于零件质量，生产工艺的可能性和简易性以及生产成本等影响很大。结构工艺性不好的铸件，往往孕育着产生缺陷和废品的可能性，也会增加制造成本。所以，做工艺设计时，首先要审查零件图，审查的目的有二：一是审查零件结构设计是否符合包模铸造的生产特点，对于那些设计不合理的部分进行修改。第二个目的是根据已定的零件结构和技术要求，采取相应措施以保证质量。

根据熔模铸造生产特点，零件结构工艺性要考虑以下要求。

1)经济性 在精密铸造的生产中，其蜡型是。 在包模铸造上，金属模的目的是在在射蜡机中，利用压力将液态、糊态或半固态的蜡‧挤射入金属模内，生产蜡型或塑料型，这些型是用来生产陶瓷模的，不论是实体模或型壳模。所有的模型都是可逝性的。在制模的关键性问题上，是如何将蜡型或塑料型从模具中取出，以及如何将芯子从模型中取出等。至于其它的制模问题，用于砂模铸造的

原理同样适用于包模铸造

图2 铸件内角的重设计(2) 在图1中，一个包模铸件因为内

图1 铸件内角的重设计(1) 部有一圆角，而且需要用两个抽芯，A及B两个芯子进出的方向如图1(a) 所示，要想将有倒钩的芯子抽出而又不伤损工件是根本不可能。于是，重新设计工件，如图1(b)，将内圆角取消，以避开这种芯子有倒钩无法抽出的困绕。倘若要生产原设计有内圆角的工件，惟有舍弃金属抽芯，而用成本较高的水溶性芯子，随同蜡型一起自模中取出，再用酸蚀及水溶法将芯子自蜡型中除去，如此可保持工件的内圆角而又不会损伤蜡型。

图2系一个有弧形通道的工件，同样如图2(a) 的设计也无法用金属抽芯来制模，若改为图2(b) 的设计，将内圆角改为尖角，则

可以用两支抽芯做出弧形通道的内孔。 图3刀具余隙的再设计

为了后继的加工，往往在工件设计时，一般为避免撞机的困绕，预先留有一个让出刀具到位时的间隙，如图3(a) 所示，但无法抽出金属芯子，若改为图3(b)

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

的设计，就可以用金属抽芯直接做出刀具余隙。

另外如图4（a）之原始设计虽然内孔通道很圆滑，但必须要用较昂贵的水溶性芯子或陶瓷芯子，而且，在铸造后，清除孔道中陶瓷材料非常困难，若改为（b）的设计，可直接

由六个金属抽芯来射制蜡型，另在一 图4内孔通道的再设计 个多出的孔洞则可在铸件完成后再设法塞上或焊死。可大幅度提高生产效率及降低成本。

2).现实性 精密铸造与其它的制造方法一样，有其一定的极限，因此，在铸件精度的考虑上，应面对现实，设计可以达得到的标准，否则，良品率太低，就丧失了用精密铸造降低生产成本，提高生产效率的目的了。

当铸件芯子部位因受炽热的金属围绕，内外部份的散热状况不一致，内部陶瓷受高温而膨胀，但外部因有金属包覆又无法自由伸展，陶瓷材料因而有强烈的弯曲变形的应力，此时，外部热的不均匀分布，芯部自然向高温部分扭曲变形，便使铸件的壁厚产生了不均匀的结果。其变化差异如下 内孔的长度 in. 壁厚的公差 in. ±0.005 ＜2 ±0.010 2～4 ±0.012 ＞4 有孔空心包模铸造件根据可能的精度其设计通则：

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

3)铸造性

a) 壁薄的包模铸件

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

包模铸造工艺几乎制造任何金属的复杂铸件，也可以在小零件的设计及生产上，有助于达到轻薄短小的目的，获得最大的强度重量比值。在设计最小壁厚时，金属熔液的流动性是一个非常重要的考虑因素，因为它直接影响到金属液对模穴充填的能力。几乎同等重要的另一要素，是熔液在充填模穴时，金属液的浇注补充距离，以及铸件表面积之大小，金属的凝固状况，固、液相线的差异度，都归纳于铸造性中，尤其对薄壁铸件特别重要。

可铸出的最小壁厚与合金种类、浇注工艺方法、以及铸件的轮廓尺寸等因素有关。表 2 列举的是11in.长管件对各种金属包模铸件之

2最小壁厚。其实这些数值并不是真正的最小壁厚，诚如前述，金属液的浇注过热温度、浇注速率、壳模预热温度、铸件的形状及薄壁部分的表面积等都会影响最小壁厚的尺寸，这个表中之建议值为工业生产上的经验值。在这个标

表2 11in.长管件对各种金属准下生产，良品率最好，亦即浇不足及微缩孔

2的现象最少。 之最小壁厚 在Fig. 7 的上图表显示一个在最小厚度与

最大长度的相互关系，而下图表则显示在铸件有通孔或盲孔时，孔径与孔深的关系。因为铸造过程尚有许多参数会影响其最大值与最小值，但此数值仍有其参考价值。

虽然熔融金属液是浇注入已预热的型壳，但是它仍然可能如同其它的铸造工艺一样，在金属充满薄壁部分之前，先行凝固。当有高的面积与厚度比值时，会促使金属液快速冷却及凝固，不论如何，金属液在充满模穴的过程中，所需行进的距离必须要特别注意，虽然在同样的面积与厚度比值，且厚度相同时，若要完全注满1/2in. 宽、2in. 长的模穴，自然比注满2in. 宽、1/2in. 长的模穴要难得多。

浇注温度在某一特定厚度

铸件及金属上，往往选择可能状

况下以较低的温度，以期避免诸如气孔，夹渣、模壁反应及其它因温度过高而产生的铸疵。不过在浇注薄件时，为求延长金属液在注满模穴的过程中开始凝固的时间，往往还是以提高模温及金属液温来达到目的。

通常, 较低的模温因为可以加速金属液的凝固，可以减少模壁反应，而有较好的表面光洁度，在薄壁铸件生产时，则为了能使金属液充分浇满型壳，祇有牺牲表面质量，而提高模温。

在生产高尔夫球之不锈钢金属木杆头（metal-wood）时因表面积很大且厚度绝大部分仅有0.030 in.，许多厂家在没有改变浇道系统的设计情况下，为了避免

金属 碳钢 300系不锈钢 400系不锈钢 铝合金 镁合金 铝青铜(10%Al) 铍铜 钴-铬合金 最小壁厚 in. 0.060 0.050 0.065 0.050 0.050 0.060 0.040 0.050 最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

浇不足，而一味的提高钢水温度（超出熔点约300℃）及型壳的预热温度（约1400℃），结果，浇不足的情况有明显的改善，但微缩孔一堆及因型壳超温软化变形而铸件厚度大于蜡件厚度的情况层出不穷，笔者在改正浇道系统，增大浇注速率，缩短浇注补充距离后，钢水温度降低了100℃，型壳预热温度保持在1150℃

（低于硅氧胶的软化点），同样可铸满，而又不会有微缩孔及变形增加厚度的缺陷。

b)壁的连接

当两壁相接便会产生图中所示的热截圆的变化，d大于a，b，c，换言之，就是d处热储量最大，凝固最慢，

因此，在d处自然在没有冒口补充的情况下，非常容易产生缩孔。

在实际生产时，我们常常为了减弱两壁相接处的热点效应，任意加大该处内

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

圆角(Fillet)的r，热点问题是解决了，但相对的增大热截图的直径，使缩孔移向铸件的内部，严重时甚至于会产生表面凹陷的现象。

如今将在生产上常会碰到的两壁相交的情况列举于图中，并提出改正的设计建议。

铸件壁厚设计要力求均匀,减少热节。图6-1所示为重7.5公斤的壳体铸件，原设计如a图所示，在A、B、C、D、E、F五处壁过厚，易形成各种铸造缺陷。后改成b图所示，即将上述五处壁厚减薄，形'成6～7mm壁厚的箱形结构。ψ9D及ψ17Do两孔铸出以消除该处热节。F孔不铸，浇口设在此处。修改后铸件壁厚

均匀，重量减轻至2.3kg。 壁的交接处要做出圆角，不同壁厚间要均匀过渡，这是防止熔模和铸件产生变形和裂纹的重要条件。图6-2所示为铸件壁的几种常用连接形式及其相关尺寸。 二、平面

熔模铸件要尽可能避免大的平面，因为大平，干面上极易产生夹砂、凹陷、桔皮、蠕虫状铁刺等表面缺陷，所以铸件上的平面一般应小于200×200mm有大平面的铸件最好设计成曲面或阶梯形平面,或在平面上开设工艺槽、工艺筋、工艺孔等，以防止涂料堆积和型壳的分层、鼓胀。

图6-3所示零件在A、B、C处均有大平面,C处有盲孔。在制壳流水在线生产时，几个平面均易产生缺陷，而且肓孔处在上涂料、撒砂和硬化时均感不便,铸件废品率较高.。后将平面A改成凸面作为熔模预变形(2毫米)，并增设圆环形工艺筋2，B平面做出工艺槽1，C平面做出二个工艺孔3，变盲孔为通孔，在工艺条件相同的情况下，铸件废品率由20～50％降至5%以下，并能稳定地进行生产。 三、孔 和 糟

熔模铸造可铸出比其它任何精密铸造法都复杂的孔型和内腔，从而可以大大节约加工工时和金属，并可减轻零件重量。

对于铸钢件，可铸出直径1.0～1.5mm的小孔。但是，孔和内腔的存在,往往使工艺复杂化，增加生产成本。故从工艺性角度考虑，孔腔形状不宜过于复杂，数量要少。有内腔的铸件，要有两个或更多的通孔，以便于上涂料和撒砂，并使内外型壳能牢固地连接在一起保证焙烧和浇注时内部型壳(即型芯)位置稳定，也便于内腔的清砂。,

零件上要力求避免盲孔。有铸槽的零件，铸槽的宽度和深度要有一定。过窄过深的铸槽涂料层过薄，强度不够，清砂也比较困难。表6-2和'图6-4所示

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

为黑色金腐熔模铸件铸槽深度的尺寸。

四、锻件冲压件和切削加工件改为熔模铸件时的结构要求

由锻件和切削加工件改为熔模铸件时，在满足零件结构强度和刚度前提下，要力求减薄壁厚，并使之均匀，减少热节，如图6-5所示。

冲压件和焊接件壁薄而平面大，结构刚度小，改为熔模铸件时要适当增加壁厚，合理布置加强筋和工艺孔，减少平面面积，提高结构刚度。从简化生产考虑，有时将几个零件合并成整体件，以节约原来的加工和装配工时。例如 图6-6所示的车床手柄原由三个机械加工件组成，改为整体熔模铸件后，加工工时由原来88分钟减少到18.5分钟，且节约了许多金属材料。整体铸件也可以是不同合金材料制成的零件，此种结构称做镶合铸件。图6-7所示为铸铝壳体零件局部镶有黄铜套，改为整铸件时，可将加工好的铜芯(即镶件2)放入压型

c)实例

实例1 在图中可见到，当浇口前有一孔，金属进入模穴后，首先冲击该孔洞的陶壳，水流分成二股，减缓了流速，当金属液流到最远程仅有0.13厚度的地方，液流温度己降到无法将两股液流融合一起的地步，而产生了浇不足的废品，倘若，将浇口前的孔舍弃不做出来，待铸造后再加工，则浇不足的缺点完全克服了，不再有浇不足的缺陷。

实例2 在实际生产的情况下，往往是铸件壁厚的区域，被薄壁分割，会造成浇满及凝固补缩的困绕。图6描述如何对铸件用一点简单的小修正来克服上述的问题。图中为8630中碳镍铬钼低合金钢之包模铸件，此铸件系由薄壁部分连结两端的厚壁部分，这种状况经常造成浇不足及补缩不良的疵病。

这个铸件系由三个凸出部分当浇口，当其中两个浇口处加宽，使其能直接与桁架支柱A连接，使钢水直接流入厚壁部分以消除冷接现象，加大凸出部分体积，同时也加大凸出部分传给型壳的热，因此可以延长钢水在薄壁处的凝固时间，还使原先被阻隔开的厚壁处有较长时间的补缩，亦因而消除了这部分的缩孔问题。至于第三个凸出部分虽然同样加大，但因没有与桁架柱支 A连接，不产生质量改良的效果，仅是为了三个凸出部分一

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

致而已。

实例3 图是一个两端及中间部份都是厚而却被厚度仅0.093的薄壁部份连接的8620低合金钢铸件，在原设计的条件下，虽然用了6个浇口及两条小的连接肋，但铸件的结果并不理想。经过检讨，将原设计仅0.050高，0.125宽的连接肋，改为0.091高，0.400宽后，使连接肋变成补缩肋，仅用2个浇口便可铸出良好的铸件。

实例4 热裂(Hot tearing)及冷裂( cold cracking)也可能在精密包模的薄壁件上发生，热裂可能在铸件壁厚无法承受金属在型壳中凝固冷缩而造成的应力，而冷裂与扭曲变形

则可能肇因于铸件厚薄不匀，产生应力增大及集中，使薄壁处在持续冷却过程中，超过负荷而发生 ，虽然很少有机会设计完全均匀厚度的铸件，但是厚度的急变却应尽量避免。

如图所示，为一由17–22AS不锈钢制造的支撑圈，其直径为28吋，内及外砝蓝均为0.25吋厚，铸造后再用车床加工至0.16吋厚，而中间连接的腹板(web)仅有0.16吋厚，在生产时，浇不足及热裂(hot tearing)

的现象非常严重，甚至在热处理时，经常有发丝状裂纹(hairline crack)出现，虽然将中间腹板的厚度增加到0.25吋，就可解法这种疵病，但受重量的而不可行，最后，铸造工桯师用了56个冒口才解决这个问题。

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

包模铸造的浇冒口系统设计

包模铸造是一种复杂的多因素交互作用的生产过程。在这个过程中,浇冒口系统不仅起着充填金属的作用,而且影响着铸件的凝固、收缩和冷却时的温度梯度。许多铸造缺陷如缩孔、疏松、气孔、夹渣、热裂和变形等,都与浇冒口系统有密切关系,所以它对铸件质量的影响很大。

设计浇冒口要考虑多方面的因素，如铸件质量的要求(致密度、结晶粒度等)，铸件结构特点(尺寸、重量、壁厚和形状复杂程度等)、合金种类，制壳工艺特点等等；此外，各厂各地不同的习惯、传统和生产经验也要充分重视，所以浇冒口设计也是一项综合性的技术间题。

一.浇注系统的作用和要求如下: (l)把液体金属引入型腔 因此对于易氧化的合金应尽量要求充填平稳，不产生喷射、飞溅和涡流以及因之而引起的卷入气体、夹杂物和合

金二次氧化等缺陷。对于薄壁铸件应

尽量保证充填良好，不产生冷接(cold 图l 金属液在模穴中其自由表面的形状 shut)、浇不足(misrun)现象。

金属液在模穴中其自由表面的形状(如图l.)，与一般液体在容器的形状完全一样，表面水平部分系与浇注系统金属液重力平衡有关，而模壁部分则随金属液的表面张力，以及金属液与陶瓷模壁的润湿性有关。形成半径Rm的凸出面和与陶瓷模壁产生θ的接触角,在厚件中

act＞2RmCOS180 式中 act———铸件肉厚 Rm———自由表面与模壁之间的圆弧半径

θ———金属液与陶瓷模壁的接触角，对钢液而言，模壁的润湿性约为θ~180。

金属液在模穴中的充填工作，仅需考虑自由表面随金属液重力平衡的上升速度,因此，比较容易浇足模穴。

在薄件中

act≦2RmCOS180

金属液在模穴中的充填工作，其重力必须突破金属液的表面张力，才能顺利充填模穴。因此，薄件比厚件难以浇

满。对钢液而言，3mm以上为厚件，3mm以下为薄件考虑。

金属液在模穴中的充填工作，共分为四个阶段，图2.为石蜡熔液模拟金属穴中流动状况。第一阶段金属液流入模穴，因表面张力而形成的凸缘弧线，随着液面的上升而增加，当金属液的压力超出表面张力之阻抗，就进入第二阶段,快速充填模穴，在连续充填的过程中，进入第三阶段，先进入模穴之金属液随着

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

温度降低，开始在金属液的前端形成凝固膜，使金属液的流速降低，甚至在完全兖满前，因凝固膜加厚而阻止金属液继续流动，第四阶段是金属液的压力超出前端凝固膜之阻抗，突破凝固膜之阻抗，产生二次金属液流继续充填工作，再度经历前四阶段过程。假如金属液有足够的超温,可能在第二阶段以前,便完全充满模穴。

金属液的静压力对是否能完全充满模穴，有密切的关系，一般以压头高Hp示之

2COS HP

aCTg上式中 σ———表面张力，熔融中碳钢约为1500dyn/cm aCT———铸件肉厚，cm

γ———金属液的表面张力，gm/cm3 g———重力加速度，cm/sec2 从上式中加以计算，在1.5mm宽的模穴中，其压头高要3cm，而0.5宽的模穴中，其压头高要9cm才足够。当金属液的温度提高，表面张力值随之而降，其压头高度之需求亦随之而降。

高度约280mm的浇道，浇注80mrn长的薄片，以测试在不同厚度的情况下，金属液的充填性。当厚度为2.3mm时，薄片的尾端均可浇到。当厚度减为1.3mm时,薄片的尾端就难以浇到。当厚

度减为0.7mm时，仅可浇到数mm长。一般而言，利用包模铸造法生产钢铸件时，当铸件肉厚为1~1.2mm以下时，往往会有大量浇不足的现象，这就要依赖制程工程师调整型壳的焙烧温度及钢液的超温来解决。自然伴随着凝固延缓而致结晶粗大的缺点。

在直浇道系统中，充填性最佳的是在中间偏下部位，上面部位可能压头高度不够，亦即静压不足，而最大部位可能是金属液的稳流状态不佳及初入之金属液温度较低之故。如图3所示，黑色部分表示浇不足的区域，第一层到第三层，其浇到的部分仅达60%，其总压头高为80mm,扣除浇口杯未浇满的高度,其实际高度恐怕不足80rnrn,第四层的浇满率达90%，第五层及第六层为100%，第七层为85%。倘若组树方案略微升高金属液的温度，则第四层以下部位者均可浇满，这个测试可以显示，若要减少浇不足的缺点，焊蜡组树时，虽然根据理论计算最少要有70mm的压头，但实际作业时，为了确保良品率，一般在最上层的一件都保有100mm的压头高度。为求下层能够浇满，往往在组树时，要提高30~40mm焊工件，使冷金属及乱流都存在于浇道的底部。

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

在决定浇注系统时，往往要先考虑是上注(顶浇)或下注(底浇)，上注法在浇注薄件时，因为热损失最少，流动距离最短，并充分利用重力加速度，对浇注薄壁铸件的充满性，有相当的帮助，若以相同的薄壁铸件，用上注及下注来做充满性比较时，会发现上注可以100%浇满，但下注法可能祇能有50%的充满度。上注法虽然对金属液的充填性有很大的助力，但随之而来的因涡流产生的卷气造成铸件气孔，金属氧化夹杂物等疵病相对增加。图4.显示了几种常用的典型上注及下注浇道系统,typeⅠ中A及B一般用来生产小型铸件，有最直接而短的浇注距离，有最好的充填率，但表面光洁度及内部干净度却不佳。最简单的改变，就是改为typeⅡ的C及D，对缺点有相当的改善。若改为typeⅢ的组树，工件不焊在下浇道上，而是焊在经过横浇道后逆向的直浇道上，这个系统

有一个集渣的横浇道尾缓冲区K，工件如E、F、L的焊在可做冒口补缩作用的

直浇道上，虽然工艺出品率下降了，但铸件的干净度却大大的提高了，若铸件表面有细纹则更相对的提高了良品率。typeⅣ及Ⅴ是大型铸件，上注及下注两种不同的组树法。

包模铸造作业中,产生夹杂物(inclusion)的原因有:

a)模型材料中残留灰分，或者是作业中异物混入模型材料内，

经脱蜡及焙烧仍存于模穴中的不

燃物。

b).陶壳表层剥落。 c.)陶壳表层有裂纹。

d.)浸浆制壳作业时有局部不坚实现象。

e.)焊蜡组树时,结合处有细缝,在浸浆作业时,浆液渗入形成很薄的陶瓷毛边,脱蜡时未流出,金属液浇入时，被冲断夹于铸件中。

f.)浇注时,从浇口杯上缘落硅进入模穴。

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

g.)浇注时,随金属液浇入炉渣及除渣剂。浇注时,卷入空气氧化金属产生二次渣,在浇注铜合金、铝合

金含硅、锰、铝较高的钢铁合金恃别容易发生。

前五种原因皆可藉加强制程管制而解决，但后三种则必须要由浇道系统着手。图6所示为夹杂物在直浇道中的运动状况,图4中C方式的组树法，很显然符合夹杂物的运动方向,达到净化铸 件的目的,据图表中分析,当将2mm的木

屑倾入形状如图7.右的透明模中，发现它的分布如图7左侧图形示，在最上层含量最多中间部分最少，从这又获得另一个信息,在距碓底部30mm以上，距离浇口杯口100mm以下的区域内，夹杂物的含量最少，恰巧与前述测试充填性的结论一致，就是一一组树时，最上面的一个工件要保持100mm的压头高度，最下面的一件，要距离下浇道底部30mm以上。

前面已说明了如何从浇道设计来达到铸件的干净度，但对卷气而产生的二次渣及气孔并无帮助，一般下浇道与横浇道连接的方式有三类:第一类如图8，下浇道与横浇道直接呈“T\"型，这种组合最简单，但产生之卷气最严重，如图片8a及图片8b所示，无论是8a的宽而扁（11吋×1吋横浇道，下浇道：横浇道：

2水口＝1：4：4），还是8b的狭而高（1吋×11吋横浇道，浇道比＝1：4：4）

2组合，当浇注后1秒，观察浇道内液流，均发现有大量的涡流卷气现象，就是在浇注后15秒，在8a中仍发生连续性的气泡析出，在8b中虽然略有改善，但仍展现有局部严重涡流及断续性气泡析出。表一是36种''T\"型下浇道底与双横浇道之不同组合的静止期统计表，发现其静止期(Clean up) 非常长，甚至有无限大的结论。所以这种最被铸造厂喜爱采用的浇道系统，竟然是最容易产生气孔的组合。

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

横浇道 宽高（吋） （吋） 3吋下浇道 8浇道比 静止期（秒） ∞ ∞ — — 10 — — — — — 1吋2下浇道 2浇道比 3吋2下浇道 4静止期（秒） — ∞ ∞ ∞ ∞ — ∞ ∞ — ∞ 11吋2下浇道 8浇道比 静止期（秒） — ∞ ∞ ∞ ∞ — ∞ ∞ ∞ ∞ 341 31：3：3 — 1：4：4 1：9：9 1：16：16 1：3：3 1：4：4 1：6：6 1：8：8 — 1：12：12 静止期浇道比 （秒） 正方形横浇道 — — ∞ 75 1：2.7：2.7 1：6：6 — 1：1.8：1.8 1：4：4 1：7.1：7.1 1：1.3：1.3 — 1：2.7：2.7 1：3.5：3.5 1：4：4 1：5.3：5.3 41 1122 1 1131：5.3：5.3 — 22 — 1：4：4 — — — — — 35 1：10.7：10.7 宽、扁横浇道 ∞ 1：2：2 55.5 91 ∞ — 151 — 1：4：4 15.35.3 — 1：8：8 441111822 2 2 31 1 1111821 333444 1：4：4 — — 1：8：8 — — — ∞ — — ∞ — — — 1：3：3 1：4：4 1：6：6 1：6：6 1：8：8 — 1：12：12 窄、高横浇道 ∞ 1：2：2 57 ∞ ∞ ∞ — ∞ — 1：4：4 1：4：4 1：5.3：5.3 — 1：8：8 ∞ — ∞ ∞ ∞ — ∞ 1：1.3：1.3 — 1：2.7：2.7 1：2.7：2.7 1：3.5：3.5 1：4：4 1：5.3：5.3 3 — ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 1182 1 1 11 22 2 2 111182 表一''T\"型下浇道底与双横浇道之设计对静止期的影响

第二种下浇道底与横浇道的组合方式，是将下浇道底座加大，这种lucite 模的设计构想最主要的着眼点是可以减少涡流卷气的缺点。图9就显示这种浇道，同样也有许多不同

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

图9a 宽扁横浇道 图9b 窄高横浇道 图8a 宽扁横浇道 图8b 窄高横浇道

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

的配比组合，图片9a显示下浇道底加大而横浇道为宽而扁（11吋宽×1吋高，

2浇道比＝1：4：4），在浇注后5秒，观察浇道发现仍有涡流存在，图9b在下浇道底座加大的情况下，配合窄而高的横浇道组合（1吋宽×11吋高，浇道比＝

21：4：4），在浇注后5秒，观察浇道发现已没有涡流存在，明显的卷气性少了很多，表二是这种组合静止期的统计，总结表中资料，倘若下浇道底座加大部分的直径为窄而深横浇道宽度的2.5倍,可获得最短的静止期,而与下浇道的尺寸大小无关。 横浇道 3吋2下浇道 81吋2下浇道 2静止期(秒) 加大处直径(吋) 1 2 3吋2下浇道 4浇口比 11吋2下浇道 8静止期(秒) 加大处直径(吋) 2 — — — — — — — — — — — — — — — — 宽高浇(吋) (吋) 口比 静止期(秒) 浇口加大处直径(吋) 比 1 2.2 — — — 2 9.8 — — — ∞ — — — — — — 1:4:4 — 1:9:9 — 1:16:16 — 1:3:3 ∞ 1:4:4 — 1:6:6 — 1:8:8 — — — 1:12:12 — 静止期(秒) 浇口比 加大处直径(吋) 1 — — — — — — — — — — — — ∞ — — ∞ — — — — — — — — — — — — 2.2 2 — ∞ ∞ ∞ ∞ — ∞ ∞

正方形横浇道 1 2 1 2 2 2 1 2 1:3:3 1 — — 2 — 1:4:4 — 1 — 1 — — — 0.0 ∞ — — — 2.9 — — — — — — — — .7 — 2.3 — — — — 0.2 — — — — — — 5.1 4.0 ∞ — — — .5 1:2.7:2.7 2 1:6:6 —1:10.7:10.7 — — 1:2:2 ∞ ∞ — 1:4:4 ∞ 1:5.3:5.3 ∞ — — 1:8:8 1:2:2 — 1:4:4 — — — 1:1.8:1.8 — ∞ 8.3 1:4:4 ∞ 0.0 — 1:7.1:7.1 — — ∞ — — 2.0 — 1:1.3:1.3 ∞ — — 1:2.7:2.7 ∞ 1:3.5:3.5 ∞ — 1:4:4 1:5.3:5.3 — — ∞ — — — — — 3.1 — 3.3 — 宽、扁横浇道 — — — — — 7.0 9.0 — — — — — 1.8 5.5 3.7 ∞ — — 6.0 — 3.5 2.8 4.6 窄、高横浇道 341 1:4:4 ∞ 10.4 2.6 37.5 1:3:3 8.6 1:4:4 — — — — — ∞ — — — — — 1:6:6 ∞ 16.0 1:1.3:1.3 — — 3.0 1:2.7:2.7 14.0 — 1.8 11 212 2 — — — — — 1:6:6 — 11.0 19.0 6.4 1:4:4 — ∞ ∞ 5.5 1:2.7:2.7 — — 4.0 1 18— — — — — — — — — — 1:8:8 — — — — — 9.0 — — — 1:5.3:5.3 — — ∞ ∞ 5.6 1:3.5:3.5 1:4:4 — — — — ∞ ∞ ∞ ∞ 3.8 ∞ 1 2 1— — — — 1:12:12 — — — 2116.1:8:8 — 5 — — 45 — 1:5.3:5.3 — ∞ ∞ 表二 加大下浇道底座对静止期的影响

第三种组合则是在下浇道加一井，称之为有下浇道井之横浇道组合，此组合之目的在有最短的静止期，其结构如图10所示。这种井是一个真正的井，而非一般人常犯的错误，在下浇道底座上挖一个凹槽，甚至仅仅是一个圆球形的凹池，因 为凹池无法防止涡流卷气。同样，亦用宽扁，窄高等横浇道组合加以

比较，图片10a（井深3吋，井径2吋，宽11吋，1吋高的宽扁横浇道，浇道

42

比＝1：4：4）及图片10b（井深1吋，井径21吋，宽1吋，高11吋的窄高

22最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

横浇道，浇道比＝1：4：4）为两种组合浇注后，对涡流卷气加以观察，前者在注入后

图10b 窄、深横浇道

1秒便没有涡流气泡，后者在2秒后仍有

轻微气泡。各种不同组合之结论列于表三，总结有井之结构，下浇道井的截面积应为下浇道的5倍,其深度与直径相同时，其静止期最短。 横浇道 3吋2（ψ18）下浇道 1吋2（ψ20）3吋2（ψ24）下浇道 11吋2（ψ30）下浇道 下浇道 8248宽 深浇道 井井静止期 浇道井井静止浇道比 井井静止浇道比 井井静止期 比 径 深 比 径 深 期 径 深 期 径 深

正方形横浇道 1 1 1 1 1 1:3:3 — — 1:4:4 — — — — 1 1:4:4 — — 1 — — — — 1.5 — — — 1:4:4 2 — — — 1.5 — — — — 1:3:3 — 1:4:4 — 1:6:6 — — — — 1.5 — — 4 3 1:3:— 1 — — — 1.5 — — — — 1:6:6 — — — 2 — — 2 — — — — — — 2.5 — — — — 1:4:4 — — — 1 — — — — — — — — 2.0 — — — 2.0 2.0 — 宽、浅横浇道 2 1 1 2 — — 11.5 2— — — — 2 2 2.0 — 2.0 1:4:4 — — 1:5.3:5.3 — — — — — — 1.5 — 1:3.5:3.5 1:4:4 — — — — — 窄、深横浇道 3434341 113 24— 111 1 221 1.5 — 1182 — — 1:4:2 2.5 — — — — — — — — — — — 1:6:6 1:6:6 11 22 1 2.0 1:4:4 2 1 2.0 — — — — 12 1 2— — — — 1 2.0 1:4:4 2 11 1 22.0 — — — — 1 — — — — — — — — 1:5.3:5.3 1222.0 1:3.5:3.5 — — 1:4:4 1182 — — — — — — — — — — 122122 342 1.5 3.0 (2)补充液体金属凝固时的体积收缩。包模铸造以生产小件为主,多数情况下合金的液态和凝固收缩直接靠浇冒口补缩,浇口和冒口合二为一,因此浇注系统应能保证补缩时通道畅通,并保证能提供给铸件必要的补缩金属液,以避免铸件内产生缩孔疏松(shrink porosity)。

(3)在组焊模块和制壳时,浇注系统起着支撑腊树和型壳的作用,所以要求它有足够的强度,防止制壳过程中腊树折断或腊件脱落。

(4)浇往系统也是脱腊时液体模料流出的信道所以浇注系统应能顺利

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

地排除腊料,不致胀裂型壳。

(5)浇注系统结构应力求能简化射腊模结构,并使制模、组焊、制壳和切割等工序操作方便,生产率高。

(6)在保证铸件质量和工艺操作方便的前提下,要尽可能减小浇注系统的重量,提高工艺出品率,节约金属和减小模块外形尺寸。

二、浇注系统各单元结构设计

包模铸造浇注系统通常由以下几个单元组成:浇口杯、直浇口、横浇口、水口。此外，还附设一些其它的单元如撇渣器、缓冲器、排气口等。

浇道系统的设计主要分为两个阶段，首先根据铸件的补缩状况及其外形，决定浇道系统的构造方式，第二阶段才是根据浇满的需求及补缩的考虑计算尺寸。

l.浇口杯的构造

浇口杯的作用是盛接来自浇包的液态金属，并使整个浇注系统建立一定压力以进行充填和补缩。为了防止悦措和焙烧时砂粒进入型腔，浇口杯的设计也非常

重要。为了固定挂钩及防止浸浆时，浆液进入浇口杯中，在浸浆制壳作业时，浇口杯上通常有一块封口铁片，浇口杯杯口外缘设计有三种形式的边缘。

图l1中斜线部分是陶壳，空白部分是蜡浇棒,(a)是铁片直接与锥形浇口杯接触，当铁片去除后，其破断面直接与杯口相连，砂砾很容 易落入浇道中。(b)示浇口杯在杯口处有一凸缘，陶壳在凸缘外与浇口

杯相连，换言之,其破断面亦在凸缘外，杯口部分是完整无缺，砂砾较不易进入浇道。(c)示浇口杯除凸缘外，尚有凹弧，使破断面完全与杯口隔绝是最好的设

计，不过制模较麻烦，生产速率低，一般均采(b)设计。尚有部分厂商采用预铸型浇口杯，因为预铸类似耐火砖，杯口完全无缺损，浸浆祗浸到浇口杯的一半，亦可防止落砂。

一般浇口杯均设计为光滑的圆锥形，浇铸时，倘未对准下浇道口，金属液会在浇口杯打转，一来影响流速，二来会产生卷气，所以，为避免此缺点，将设计改为图12，(a)浇口杯加飞剌，或如(b)在浇口杯与下浇道达接处加筋条，这二种设计除了达到原先的目的外，尚可 减少浇口杯浸

浆制壳发生干燥龟裂的缺点，至于(b)的设计更加强了浇口杯与下浇道连接处的强度，减少浇口杯的折断率。

2.浇道系统的结构性设计

浇道系统第二项主要结构就是直图12小

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

浇口杯外形有飞刺浇道，直浇这是制壳操作中的支柱，且多数情况下兼有冒口的作用，所以直浇道设计很重要。

包(熔)模铸件尺寸一般都不算大，故不可能每种铸件都设计一种直浇道。特别是产品名目繁多时，为便于组织生产，简化设计，通常根据产品特点,把直浇道做成几种规格,当组焊熔模时,根据零件特点进行选择,对于特殊零件则可单独设计直浇道。

为了便于组焊熔模,直浇道截面形状可为圆形,方形、三角形、多边形等,如图13,一般圆形和方形用的较多。表四可供设计时参考。

公共尺寸 圆形 断面 正方形 三甪形 长方形 六角形 Ｄ２ 50 58 66 73 80 87 94 100 108 Ｄ３ 63 70 78 85 92 98 106 113 120 Ｈ 250 250 300 300 300 320 320 320 320 ｈ 10 10 10 10 12 12 12 12 12 Ｒ 5 5 5 5 5 5 5 5 5 Ｄ 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ｄ１ 18 23 28 33 37 42 47 52 57 ａ — 18 22 25 29 32 36 ｂ — — 27 31 — — — ｃ — 18 22 25 — — — ｅ — 25 30 35 — — — ｄ 20 25 30 35 40 45 — 表四 直浇道和浇口杯结构参考尺寸

现阶段在精铸工厂所常用的浇道系统可以概括的分为三大类。

第一类是下浇道本身直接当冒口供应铸件补缩之所需，而铸件与浇道连接的通路，就同时肩负水口及冒口颈的功能。这种浇注系统包括了上注、侧注及底注法，通常使用在小铸钢件及铜铸件上，如图14所示，就显示出几种常用的第一类浇道系统，铸件有很好的方向性凝固梯度，可获得密度良好的铸件，因此大多数的零件均采用这种系统，但是，亦有相当大的缺点，浇注时炉渣的混入及因涡流产生二次渣使铸件不干净。金属液的流速与浇注 速度关系密切，不过我们可以用茶壶型浇斗过滤炉渣，也可从前

述的浇道组合方式加以改善，使二次渣减到最少，杂质被浇道系统阻拦，不易进入模穴，并可改变水口的尺寸来改变浇注速度，减低对浇注速度的关连。

第二类型的浇道系统,是有局部冒口的浇道系统,如图15所示,这是喷气发动机喷嘴片的铸造方案。用四种不同的组合,其产生的密度与机械性质的差异,如表五

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

方案类别 A顶注 B底注 C侧注 D叶片部侧注 密度gm/cm3 降伏点kg/mm2 抗拉强度kg/mm2 伸长率％ 断面缩减率％ 8.302 8.288 8.310 8.311 20.7 20.2 20.7 19.6 47.5 49.9 52.2 52.2 32 32.3 33.7 34.6 39 35.8 41.7 41.2

第三类型浇道系统如图16所示，有一个与浇口杯连为一体的大型冒口，金属液直接由中间冒口浇入，使其保有最热的金属液以供补缩之用。

综观三类浇道系统，另一重要的结构为横浇道，横浇道的作用是分配液流、补缩和挡渣，可用于顶注法或底注法。用于顶注法时，它是补缩铸件的主要金属来源，故其截面积较大。横浇道一般与直浇道一起，在专用模型中用自由浇注法或射出成型法制造。横浇道道形状可为环形、圆盘形、方块形和条形等。条形横浇道(图17)用得较多，其断面形

状一般为梯形，其截面与长度要能贮存足够的液体金属，但也不宜过长。图17所示的条形横浇口形式可根据铸件形状和大小选择。采用横浇道顶注方案的缺点

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

是流动不够平稳，对于铝及铜等非铁合金铸件易产生飞溅和合金二次氧化引起的

夹渣和气孔等缺陷，铸件表面光洁度也不如底注法好。除了前述的三大类浇道系统，用于一般重力铸造法外，尚有一些产品因纹路细致，或是过于薄小，难以用重力铸造法来生产，需借助离心铸造法。而在钛合金铸造时，为求避免钛合金与型壳耐火材料起模壁反应，尽量降低金属液过热及型壳的预热温度，而又要良好完满的充填模穴，一般均采用离心铸造法，离心铸造法的浇道系统与一般有所不同，图18就是离心铸造法的一种布置图，左侧部分浇口呈辐射状分布，直接对向离心铸造盘的圆心，当离心铸造顺时针方向旋转时，金属液注入，根据相对运动原理，金属液呈反时针方向运动，其最大离心速度系沿反时针切线方向射出，因此，对圆心呈辐射排列分布的水口，往往因乱流及流速不足，而产生浇不足的缺陷。改良的水口布置如右侧2部分，金属液刚好顺着切线方向非常稳定又迅速的注入模穴中。图19是另外一种离心铸造方案，把铸件以十字形分布于浇道之四周，有别于前速辐射状组合之处，在于每个铸件水口之前，另有一个类似浇口杯的梯形浇道槽将每个铸件成为一个体，当金属液注入浇道时，

金属液因离心力的关系，而集中在四个浇道槽中，高速注入每个模穴。

以避免因相对运动而产生乱流减速现象。更可藉由控制浇入量及技巧,使四个浇道槽各自不相连，则浇注完后，很容易将铸件由型壳中取出。至于单向结晶铸件，如铝、镍、钴磁铁，镍基耐热超合金涡轮叶片。其铸造方案因为考虑结晶生长的控制，有如图20的构造。“1”是铜制的水冷板(chill plate)，整个型壳“2”套架在水冷板上，外层有管状“4”石墨感应发热体，在石墨管外有“3”高周波感应圈，当型壳套在水冷板上后，型商就靠石墨管吸收高周

波磁场的电磁能发热，来加热型壳使其能保持在金属熔点以上的温度。如此，则当金属液浇注入模中后，除了与水冷板接触部分凝固外，其余部分均保持为液态。然后，水冷板向下(或者感应炉圈及石墨管向上)使型壳缓慢的离开高温区，铸伴逐步的由水冷板向浇口杯方向凝固，结晶也就一点一点的从水冷板上的初晶向上朝一个固定的方向生长，最后便生产出单向(unidirectional)结晶产品，倘若初晶核仅祗有一个时，随后生长的便是单晶产品。

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

3, 铸件的尺寸精度与铸造方案的关系

铸件的尺寸精度主要与模型材料，型壳材料、型模的结构设计及精度有直接而密切的关系，但是铸造方案对它的影响亦不容忽视。图21显示铸件“l”焊在浇道“2”上，右侧部分的焊接法，所占之空间较小，单位长度浇道上，可焊工件件数较多，换言之，就是钢水利用率较高，

但是因扭曲变形而造成不良率却又高达50%左右,倘若改为左侧的组树方案，虽然钢水利用率较低，但是，铸件良品率却高达100%。综合而言，还是左侧利用工字梁原理组树避免变形的方式较为经济合算。同理图22为一长条形圆棒亦是左侧方案垂直组焊，优于右侧方案之水平组焊。

图23是一个管状铸件，它原始的方案设计，是上下各一个十字型的横浇道，各以四个水口与铸件相连，用四个水口的目的，除了增加进水量，缩短进料及补缩距离外，尚考虑利用十字型中四个水口的平均收缩，来确保圆管的真圆度。但是，因为十字横浇道堵住了管口，造成浸浆沾砂制壳时，物料进入困难，致使内部型壳的强度、密度不足，铸造后易因液体压

力使内部型壳变形，而影响内部的平整。倘改成右侧之组合，将十字横浇道改为

环状，四个水口同样焊在环状浇道上，如此使铸件内孔畅通无阻，型壳在内膛部分，密实坚强，因此产生的铸件如右侧所示,内部平直光滑。

4.水口

水口是直浇道或横浇道与型腔连接的通道，它不仅影响着铸型的充填、凝固、

补缩、铸造应力和由这些原因所引起的缩孔、缩松、热裂和变形等缺陷，而且还影响着铸件的尺寸精度、清理、加工和表面质量。所以，水口设计是熔模铸造浇冒口设计中最主要的环节。

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

水口设计包括确定其位置、数量、形状、长度和截面尺寸等内容。 (l)水口的位置

水口位置的选择是设计水口的中心环节，它需要考虑踌件质量和操作工艺等多方面的因素。从型壳充填方面考虑，水口位置设置要力求避免液流冲击型芯、型壳中的凸起和细薄部分，以防止金属飞溅和喷射引起的涡流、吸气和夹渣，并可避免这些部分被冲坏或产生过热而软化变形。从补缩方面考虑，由于包模铸造

图25圆形蒙纳合金水口与精度关系

的直浇道大多数兼有冒口的作用，这时，水口就是冒口颈。

所以为了实现顺序凝固，水口宜设在铸件最后凝固处。若铸件上单独设置冒口时，水口最好靠近冒口或通过冒口以便更好地发挥冒口的补缩作用。

水口的位置,对铸件尺寸也有密切的关系,图24显示当水口位置变动,则圆孔之真圆度虽然都不佳均为椭圆形，不过长径的位置及长短径之差却有所变化，左图因水口较偏离孔洞，虽长径仍偏向水口方向，但与短径的差异不大。但右图，因水口直接冲向孔洞处，距离很近，所以椭圆的程度较大，也就是长短径之差较大，顺水口方向大于垂直水口方向。从上面二图可以有一个结论，水口距圆孔愈远，对孔径变形的影响愈小。而且一定向水口处伸长。从图25的圆形铜镍蒙纳合金铸件来看，用四个水口的原设计，其尺寸分布远大于改为一个水口从中而浇，原设计大约有一半超出公差，若要合用，则必须增加加工量，经过车床加工，而经改良过的设计，则均在公差范围之内，中孔部分可由冲床加工，二者之生产效率及成本差异，有很大的落差。倘若在制程中，严格控制蜡型精度，

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

型壳焙烧温度，则精度可达到0.003吋。在用精密铸造法生产表壳时，有达到0.001吋的记录。

(2)水(浇)口的形状

水(浇)口的形状随铸件注入部位的结构形状而定，可为矩形、圆形、扇形等(图26) 、矩形水(浇)口(图26a)应用较为普遍，有长方块和圆柱形聚热区的铸件，和注入部位呈板条形、棒形、圆环圆筒形等铸件从外缘注入时，均可使用此种水(浇)口。其优点是易清除，补缩效果也较好。对于薄壁铸件，尚可使注入处热量不致过于集中，有助于防止热裂。圆形水(浇)口(图26b)的凝固模数大，补缩效果很妤。多用于方块形、球形或短圆柱热节以及厚壁等类铸件。

扇形水(浇)口(图26c)是矩形水(浇)口的变形，适用于带法兰盘的铸件，水(浇)口从法兰盘端面注入。当铸件上有较小通孔，而孔边壁较厚，金属从上部端面注入时，水(浇)口的一部分让开型芯而呈新月形(图26（d）。

还有一种垂直缝式水(浇)口(图27)，它与铸件相连处是一条狭长的垂直缝。这种水(浇)口可使液体金属由下而上的顺序充填，先进入的金属位于铸型下部，后进入的金属位于上部，故浇注平稳，补缩条件妤。由于液流连续地自下而上进入型腔，从而可防止单个水(浇)口产生局部过热和因之而引起的缩裂缺陷。图27a所示为壳体零件，单件重1.2公斤，结构比较复杂，厚璧分散。原方案是采用三个水(浇)口从铸件上、中、下三 处引入金属(图27b) 。浇注后发现水(浇)口平面的中段磨削加工后，经磁力探伤发现有热裂和缩

松。经改为垂直缝式水(浇)口(图27c)后，完全消除了这些缺陷。此种水(浇)口常用于铜、铝、镁合金和某些不诱钢铸钢件中，其缺点是切割费工。

对于中碳钢铸件，为便于切除浇口，许多工厂广泛地采用了易割浇口(也称为缩颈浇口)。其结构尺寸如图28所示。这种浇口的突出优点是—铸件清砂后，用铜锤或铝锤很容易将浇口打断，有时甚至用震壳机清砂时铸件即可脱落。倘若设计上能巧妙地利用热点效应，甚至在制造韧性非常高的不锈钢时，亦可故意在水口部位产生缩裂，而有易震敲落下的效果。其次，浇口长度短在铸件上的残留量很小，这就大大减少了铸件浇口表面的打磨工作量，与一般用功割砂轮片切割相比，此种浇口可省去大量的切割砂轮片，切割工时，并可防止因切割作业不当，所引起的铸件割伤及人员受伤事件。倘若是弧形浇口，其利益更为明显。浇口缩颈处截面虽小，但由于浇口短，且该处型壳温度很高形成热点，故当设计合理时，不但不致阻塞补缩通路，更可因为热点效应，使缩颈部分产生热裂或缩松现象，更易于在震壳时断落，

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

而铸件完好无伤。为了提高补缩效果，一般将连接直浇道一端的直径放大30％左右。下表列举两种易割浇口的常用规格。 易割浇直浇口直径mm 易割浇直浇口直径mm ψ38 ψ42 ψ50 口尺寸mm ψ38 ψ42 ψ50 口尺寸mm H1 ＞ψ10 ＞ψ12 ＞ψ12 ＞10 ＞12 ＞12 D1 H2 D2 易割浇口的缺点是，为形成缩颈部分，模具的结构较为复杂些，有时容易在浇口与铸件联接处出现气孔，这是由于缩颈处设计得过深，金属流人该处时形成涡流及喷射现象而卷入气体所致。

在包模铸造中，浇口在多数情况下起着冒口颈的作用。为了使补缩通道通畅，浇口长度应在便于切割的条件下，愈短愈好。采用切割砂轮片切割时，其长度多为8~10mm;采用易割浇口时，多为≧6mm。

5.浇注系统的其它附件 (l)撇渣器

撇渣器的作用是阻挡熔渣和气泡，并具有缓冲作用，以避免金属液的冲击和飞溅。撇渣器在铜合金，铝合金及不锈钢铸件中应用较多，其结构形式如图29所示。

(2)出气孔

出气孔用于浇注时排出型腔内的气体，并兼有脱蜡时排除蜡料之用。出气孔一般设置在型腔最高处并与直浇道相连通。如图27所示

(3)型壳连接桥采用直浇道直接组焊大型铸件以及带有辅助直浇道时，为了加强直浇道与蜡型或过渡直浇道连接强度，可在直浇道上设连接桥(图29)。连接桥断面可为圆形、矩形或片状，它不与铸件连通，在浸浆制壳到前几层时，即可将该处型壳连成一体，可增加型壳的强度，以避免继续浸浆制壳时，因厚度

及重量增加而致蜡模支撑力不够，导致蜡模折断并使型壳随之折断破裂。

6.浇道的参考尺寸

一般在工厂中使用最多的浇道系统是工件直接焊在直浇道的方案，今将常用的多浇道组合参考尺寸列举于表七中以供参考运用。

≦ψ16 ≦ψ18 ≦ψ20 ψ4～14 ψ6～16 ψ10～15 ≦16 3～12 ≦18 5～14 ≦20 8～16

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

7.浇道系统的计算

浇道系统设计除了正确的选择铸件的浇注位置和浇口类型外，还要确定各单元尺寸和它们之间的比例关系。但由于浇注过程发生的现象比较复杂，变化的因素较多，要把合金充填铸型过程中的各种因素的影响都考虑在内是不可能的。故迄今为止，还没有一种合适的理论计算方法。目前主要是用一些简化的公式或经验图表来决定其尺寸，再通过生产条件下的工艺实践。反复修正后方可定型。

浇口杯和直浇道的尺寸，目前工厂中均己标准化了，可根据铸件选用。横浇道起补缩作用，其断面要比直浇道大，一般取为直浇道的1.1～1,3倍，不起补缩作甩时，可取为直浇道的0.7～1.0倍。确定水(浇)口尺寸一杀可用两种方法,一种

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

是热截圆比例法，另一种是模数法，它们都以铸件补缩为基点。

l.热截圆比例法

图30中，铸件的厚度为3/4吋(a)中热截圆的直径为7/8吋，铸件在内角90°处有缩裂的疵病，(b)在内角部分加上1/2\"R圆角，虽然减少了因尖角热点而产生的热裂，但是，3/4吋厚度不变的铸件，热截圆的直径却增为l116。

由此可看出当热截圆的直径加大后，其热储量亦加大了，而其凝固速度则反而 减弱了，因此，以补缩为主要考虑的水口，应该在热截圆最大之处，同时它的尺寸是以铸件上热截圆截面积或直径做为确定水(浇)口(即冒口颈)的主要依据来决定。

设铸件热截圆直径为D，水(浇)口直径为d，则有 d＝KD

式中K为比例系数，可取0.4~0.9。 某厂根据生产在线大量生产几百种零件的浇道系统，进行分析统计，制订出一套浇口设计表。原始生产条件是采用高强度型壳，铸件重量在6~2000gm范围内,壁厚3～5mm至30~40mm(多数为6~10mm)应用直浇道组焊和缩颈水(内)浇口，直浇道直径用ψ38、ψ42、ψ 50三种规格，水(浇)口数量1~2个。

经多年生产实践证明，在上述生产条件下，表八和表九所列数据是比较合理的。从表中可以看出，热截圆比例系数为0.4~0.9,即d=(0.4~0.9）D热截面。表中代号可参考图31。

热截圆直径D mm 3～5 ＞5～10 ＞10～20 ＞20～40 b 12～20 15～25 20～30 20～40 d 0.7～0.9D 0.6～0.9D 0.5～0.8D 0.4～0.7D 水(浇)口诸元尺寸mm h 2～3d 1.5～2.5d 1～2d 1～1.5d l 8～12 8～12 10～16 12～20 t 0.5～1.0 0.5～1.0 0.75～1.5 0.75～1.5 α° 15～30 15～30 15～45 15～45 表八 矩形水口尺寸

比例法的优点是简单而直观，能迅速的确定水(浇)口尺寸。但此法的比例系数一般需在生产条件下长期积累经验和分析统计，才能灵活应用。所以这种方法需要有一定的生产和设计经验，计算结果比较粗略，受铸件结构形状和尺寸的影响较大。 热截圆直径D mm ～10 ＞10～20 ＞20～40 d 0.6～0.9D 0.5～0.8D 0.4～0.7D 水(浇)口诸元尺寸mm l D水口 1.5～2.5d 8～12 1.5～2.0d 10～16 1.0～1.8d 12～20 α° t 0.5～1.0 0.75～1.5 0.75～1.5 15～30 15～45 15～45 表九 圆柱形水口尺寸 2.当量热截法

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

当量热截法是根据补缩的需要，把铸件热截换算成一个(或几个)圆柱体单元。令此单元与热截具有相同的凝固模数和重量，此单元圆柱体的直径称为当量热截直径。设计水(浇)口尺寸即以此当量直径为基础。

设换算的单元圆柱体长度为L，直径为D（即当量热截直径），由图可知，L＝ND，因此单元圆柱体的凝固模数M柱为

1D2•ND4 M柱12D2D•ND4化简为

ND M柱

24N若水口直径为d，因为其一端为铸件另一端为直浇道，少了二个散热面，故其模数为M=d/4为能有效地进行补缩，令M水口＝M柱，则得

NDd

24N4d2N即 D2N1 d＝KD

式中 d———水口尺寸，对于圆截面，即为其直径，对于矩形或腰圆形截面，为水口当量热截直径mm。

D———铸件热储量最大部位外的当量热截圆直径mm。

2N K———重量系数，K

2N1若单元圆柱体长度等于其直径时的重量为Q(即L=D时的重量)。铸件重量为Q，则

Q＝NQ

由Q及Q求得N，代入上式可求得K。

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

生产中为简化计算，可利用按上述原理设计的洛谟图计算，计算步骤如下: （1） 确定铸件热截部位最小热截面,对于形状不规则的截面,可简化成一些简单的矩形截面。 确定铸件热截部位最小热截面，

（2）由当量热截圆计算图(图33)求当量热裁直径D。图中标线a和b表示铸件热戴部位最小矩形热截面的长与宽，D线表示当量热截圆直径。

（3）根据铸件重量Q和当量热截圆直径D，由重量系数计算图（图34）求出重量系数K。

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

（4）将K，D值代入公式d=KD，求出水口直径d。如果需要设置矩形或腰圆形水口，则可将d用图33中D(d)线，反向求得水口的a和b。

计算范例;

（1）制动凸轮(图35)，材质1045中碳钢，铸件重量为230gm。铸件热截面

定为16×30，亦即a＝30，b＝16，在图33上,用直尺连接a与b两点，此线与D(d)标线相交于21，就是这一铸件热截面处之当量热截直径。

将求出的D＝21在图34之D标线取点

21，因铸件重量Q＝

230，在Q标在线取点230，再连接D与Q标在线的两点和K标线相交于0.，得出K＝0.，将K及D代入d＝KD式中，求得水口直径d为18.8，取整数19。

但是，铸件热截处短边为16m，此处之水口势必为矩形，因此，反过来在图33中，a标在线取点16，D标在线取19，连此二点并将其延长与b标线相交于23，于是得此铸件之水口为16mm×23mm。

（2）滚轮(图36) ，材质1045中碳钢，铸件重量为235gm。热截面取铸件最厚处为14×15，在图33中，a标线取14，b标线取15，连接a与b两点，与D(d)相交，求得D＝14.2。

在图34中，Q标线取235，D标线取14.2，连接两点然后延长与K相交，求得K＝1，代入d＝KD则求得d=14.2。由于水口为腰圆形，其短边直径为10mm，于是，利用图33，在b标在线取10，在D(d) 标在线取14.2，连接两点与a标线相交行点22，因此，其腰圆形水口尺寸为10mmx22mm。

直浇道的直径可以根据每一截面上组焊件数，及铸件的单件重量，利用图37之曲线求得之。

当量热截计算法适用于水口长度

15mm以内，单件重量在1kg以内的碳钢

及低合金钢铸件，经过实践对不锈钢铸件亦适用，图37求出的直浇道直径，适用于铸件形状比较简单，热裁集中，补缩量要求大的情况。对于热裁比较分散，补缩要求不是很大的情况，所求得之值会有偏大而浪费金属液的问题，亦就是过度的降低了金属液利用率。

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

前述的两种计算方法，都是在一定的生产条件下，经过大量生产验证而获得的结论。二者都适用于小型包模铸钢件，当量热截法是建立在模数法基础上，并具有比例法的优点，用诺谟图计算亦较容易。但是两种方法皆以工件的补缩为主要考虑，并没有考虑到制壳和铸件变形等问题。所以计算值有时要做必要的修正，例如避免铸件掉落就必要加大水口，避免浇不足就得加多及加大水口等等。

最新精品资料整理推荐，更新于二〇二〇年十二月三十一日2020年12月31日星期四07:11:32