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内浇口设计经验公式浇口系统 内浇口的截面积是压铸浇口系统计算的主要组成部分。内浇口的尺寸对铸件的流体动力学规范和热工规范有影响，所以这两个规范也影响到铸件的质量。内浇口横截面积可用下式确定： f= ( ) 铸件重量（千克） r合金比重（千克/ ） w导入速度，即金属流在内浇口的速度（米/秒） t填充型腔的时间（秒） 在设计模具和浇口系统时，铸件重量G 和合金比重 r为已知 导入速度的确定： = Re雷诺准数 V动力粘滞系数（ ） 水力半径（米） = （F湿润表面，湿润面周边长度） 产生湍流的最好条件是金属流对型壁撞击后所流过的距离达到最大值即： 最大导入速度值： （米/秒） 型腔填充时间的确定： L铸件长度 H当内浇口的宽度等于铸件宽度时的铸件厚度 h液流厚度 导入速度 液金属的比热（千卡/公斤.摄氏度） 液金属的导热系数(千卡/米2.小时.摄氏度) 2模具金属的热传导系数(千卡/米2.小时.摄氏度) C2模具金属的比热（千卡/公斤.摄氏度） r2模具金属的比重（千克/ ） t 模具金属的温度（摄氏度） t2液金属从内浇口出口处的温度 t浇口套浇口套温度 taa压室内浇注金属的温度（等于合金在保温炉内的温度） cm涂料的热传导系数(千卡/米2.小时.摄氏度) Xcm涂料层的厚度（米） tcm压室温度（摄氏度） Fcm热传导面积（米2） Go压室内金属重量（公斤） 液金属的比热（千卡/公斤.摄氏度） 金属在压室内停留的时间（秒） l直浇口长度 R直浇口半径 C/液金属的比热 r/液金属比重 传热系数(千卡/米2.小时.摄氏度) =1.5 液金属的热传导系数(千卡/米2.小时.摄氏度) t离浇口最远的型腔的温度 压铸模浇口计算 由模具和机器提供的性能： 系统的投影面积S（厘米2） 铸件的质量M（铸件+溢流槽等）（公斤） 机器的锁模力Ft(吨) 工作压力Pe(达因/厘米2)（1达因/厘米2约为1公斤/厘米2） 压射活塞直径D（毫米） 内浇口截面积Sa(厘米2) 胀型力F0（吨） 压射冲头直径d（毫米） 填充时间t（秒） 内浇口处填充速度Va（米/秒） 压射比压Pi(达因/厘米2) 内浇口处体积速率Q（厘米3/秒） 冲头速度V(米/秒) 基本关系式： M= (m合金的比重；铝合金为2.6) Q=100VaSa M= Sa= F0= d= 冷却时间与填充时间： 金属模具内铸件的冷却时间主要与三个因素有关： 金属传给模具单位体积的热量W 模具材料的热扩散系数b 压铸时金属和模具的温差 W= 横浇道标准： （1） 为了减少重熔的费用，横浇道的横截面限制在1.251.6倍的内浇口面积。为了减少金属填充型腔时的冷却，浇口控制流动保持了高的金属速度 （2） 横浇道的横截面积等于分枝横浇道面积的总和 （3） 横浇道的宽深比例为1。61。8时冷却相当快，而在型腔填充阶段没有太大的热损耗，横浇道的名义宽度是以它的深度一半的位置来度量 （4） 脱模斜度一般采用10度，横浇道底角半径在宽12。7mm以下时为1。58mm，宽12。7mm以上时为2。38mm （5） 为了快速凝固，水冷却通道要布置在横浇道下面 （6） 横浇道要有相当程度的表面光洁度 下面是铝合金压铸件的实用公式： f= f内浇口面积（厘米2） S平均壁厚（厘米） V铸件金属的体积（厘米3） a常数=0.1 压铸模设计与制造中应注意的问题来源：山东乳山精工塑料包装有限公司作者：张志鹏 张志刚【摘 要】详细介绍了从压铸产品设计到压铸模制造全过程中应注意的问题。【关键词】压铸模；成本；影响因素；注意问题1 压铸产品及模具成本压铸产品的发展趋势是：更大的零件；更薄的壁厚；更复杂的形状；更精确的尺寸。考虑以上因素，使用高压铸造比使用低压铸造的重力铸造法更有利。影响单一零件和顾客最后产品的成本的因素有很多。这些因素的90是在设计阶段决定的，而不是在选定的制造过程中提高效率可以奏效的。有些因素比较容易辨别，例如原材料和加工成本，但这些很难大幅度降低。其它因素虽然不太明显，却能对降低成本具有很多的影响。结合几个零件来降低装配成本，因为现有几个零件的装配已被一个压铸件代替了。改变另一个制程需要重新设计，如此才能从压铸制程得到最经济的解决办法。重新设计零件，考虑压铸制程、模具制造，影响模具寿命的特点的设计，以及修整和结合要求，经常是有益的。重量减轻降低了原材料直接成本，而且还提高了生产效率。重量节省降低了总材料用量，经常透过消除潜在的收缩孔隙区域改进零件的设计和品质。应小心避免可能会导致模具过早失效或大量维修的较小的构件。采用均匀一致的壁厚，因为不同的厚度会由于金属在充填时变化的速度和产生的湍流对压铸件产生负面影响。在较大的结构零件中考虑肋条的设计能减少总材料用量，同时保持零件结构的完整性。避免倒钩。倒钩会使零件和相关模具加工成本相对地增加。避免尖角。因为它对模具寿命有害并会使零件成本增加。不必要过紧的公差会相对地增加压铸件的成本。要获得压铸件适用公差决定于整个制程，而不只是模腔。必须避免使用零件不必要的几何公差。应当着重在完全分析后，再对功能性的特征加注几何公差，以确保不使用过紧的公差。拔模斜度是压铸件的一个重要要求，它能确保零件从模具中取出而不会受损。压铸件中不垂直于分模线的地方经常会导致成本相对地增加，因为需要使用侧面滑块或进行另外的机械加工。避免机械加工可消除产生废品率增加外表缺陷的可能性。允许的浇口残迹和分模线，以及它们的位置，会影响到成本。要求越高，修整加工作业和费用的程度也越高。使用自攻螺丝或螺纹成形螺钉能消除所需的攻牙作业以及固定的必要性，从而相对地降低修整加工零件的成本。适用于自攻螺丝或螺纹成形螺钉的型芯孔能被铸造出来，因此减少了钻孔作业的必要性。压铸合金的成本会有变动，无法完整地说明修整加工零件的相关成本。压铸制程的经济性在重大程度上是生产效率的一个因子，是由诸如材料、机器规模、零件重量、周期时间、模腔数、模具寿命和废品率这些独立的因素决定的。在确定产品功能之后，必须制定出一个与压铸制程相配的构造，并选定合金。选择合金主要根据所需的机械、物理和化学性能。在可以选择一种以上的压铸合金时，相对经济性一般都会比较好。经过最佳化处理的压铸制程的零件设计将以促成一个完好铸件的方式完全用金属进行填充。这既是零件设计的一个机能，也是模具使用的浇口、料道和溢流系统，以及在压铸制程中使用的机器参数的设计。凝固迅速，而且没有缺陷。这也是设计和上述制程参数的一个函数。能容易从模具中取出而不会损坏压铸件。应用以下6个原则设计压铸件，能获得较好结果。（1）使用一致的壁厚。（2）在诸如侧壁、肋条、凸起物部等交合部分采用较大的圆角。如此能增强零件的强度，改善金属流动性，减少模具的维护保养并延长模具寿命。（3）必须确定拔模斜度。在有些情况下，为了排除修整加工，以最小或甚至零拔模斜度进行压铸是可行的。然而，这需要仔细考虑。（4）尖锐的外角应用倒圆或倒角来消除，以减少模具失效的可能性及减少维修。应当记住，零件上的一个外角是模具中的一个内角，如果没有倒圆角，会产生一个很高的应力梯度，这个应力梯度会由于在制程和热循环中使用的高压力下而失效。（5）应尽可能避免倒钩，因为它们会要求对零件进行加工，或者需要在模具中使用往复性的模芯滑块。（6）让主要尺寸与压铸模构件有关，而不要越过分模线。由于零件在顶出模和固定模的两处构件不对称，要使得压铸模分界线两边达到同样精度是不太可能的。2 压铸模设计应注意的问题压铸模的设计主要根据压铸件的形状而定。但是模具设计和尺寸会对模具寿命产生影响。（1）型腔。高强度钢材对死角和缺口相当敏感。因此，在设计时模腔壁厚及肋的变化要均匀和缓，尽可能采用较大的内圆角半径。为了降低金属侵蚀及热疲劳发生于浇口附近的可能性，腔壁、型芯或镶件应尽量远离浇口。（2）冷却水道。冷却水道应处于使整个模腔表面温度尽可能均匀的位置。从冷却和力学角度看，管道表面需光滑。（3）流道、浇口及溢流。要得到最佳的压铸效果，冷却系统必须和“热区”（流道、浇口、溢流和型腔）有一定的热平衡。因此，流道、浇口和溢流设计相当重要。在型腔内很难填满的部位，应设溢流，以使压铸金属流到这些部位。在具有相同尺寸的一模多腔模具中，所有的流道必须具有相同的流道长度和横截面积，浇口和溢流也必须完全相同。浇口的位置和流道的厚度及宽度对金属注入速度相当关键。流道的设计应使金属流畅地进入型腔各个部分，而不是喷射状地注入。流注金属过快流动会引起模具侵蚀。（4）尺寸决定参考。以下是铝合金压铸模尺寸决定的参考：a.型腔到外表面距离大于50mm。b.型腔深度和模具厚度之比例13。c.型腔与冷水道距离大于25mm，冷却水道及型腔、角部的距离大于50mm。d.内圆角半径，锌大于R0.5mm、铝大于R1mm、黄铜大于R1.5mm。e.浇口与型腔壁距离大于50mm。3 模具制造应注意的问题以下因素对压铸模制造有一定影响：（1）机械加工性。马氏体系的热作工具钢的机械加工性主要受像硫化锰等非金属夹杂物及钢材硬度的影响。因为压铸模的性能可以通过降低钢材中杂质含量而得到改善如硫和氧。切削加工的最佳组织是球化退火的铁素体基体上均匀分布着球化状的良好碳化物，这样使钢材具有较低的硬度。均质化处理使金属具有均匀的机械加工性。（2）电火花加工。近年来，制造压铸模已普遍采用电火花加工（EDM）。电火花加工的发展一方面扩展了这种方法的通用性，同时也显著地提高了操作技术、生产力和加工精度。电火花加工继续发展成为大多数制模公司的一个主要的加工方法，可同样容易地加工经淬硬或退火的钢材。电火花加工的基本原理是在石墨或铜电极（阳极）和钢材（阴极）之间的不导电介质中放电。模具的侵蚀通过放电来控制。操作过程中，负电极进入钢材中获得所需形状。电火花加工中钢材的表面温度非常高，从而使其熔化和蒸发。在表面产生了一层熔化后再凝固的较脆层，紧接着这层的是再淬硬层和回火层。电火花加工对模具表面性能产生了不利的影响，破坏了钢材的加工性能。由于这个原因，作为一种预防措施，推荐以下几步加工方式：a.淬火和回火后钢材的电火花加工。传统的机械加工 淬火和回火 粗放电加工，避免“电弧”和太快的除去率，“幼电火花加工”即低能流高频率 研磨和抛光电火花层 比原来回火温度低15回火。b.钢材退火后的电火花加工。传统的机械加工 粗放电加工，避免“电弧”和太快的除去率 研磨和抛光电火花层。这减少了加热和淬火时间开裂的危险，多次分级预热到淬火温度。（3）热处理。热作工具钢通常是以软性退火状态供货。在机械加工后，为了得到最佳的高温屈服强度、抗回火性、韧性和延展性，必须进行热处理。钢材的性能受淬火温度和时间、冷却速度和回火温度控制。高奥氏体化温度对模具的热屈服强度和抗软化性有利的影响，可以降低热疲劳性的产生。另一方面，由于晶粒变粗和淬火时晶界碳化物析出的增加而降低了韧性和延展性。这能导致严重的破裂，所以这种方法应限于小型模具和型芯的热处理。高硬度对抗热疲劳性具有很大的影响，但是对铝压铸模推荐硬度不宜超过48HRC，铜不超过44HRC。硬度越高，破裂和完全失效的危险越大。缓慢的冷却速度得到好的尺寸稳定性，但使钢材有得到不良显微组织转变的风险。淬火时太慢的冷却速度能降低钢材的破坏韧性。快的冷却速度如盥浴淬火能产生最好组织，因而得到最高的模具寿命。在大多数情况下，优先考虑模具的使用寿命而采取较快的淬火冷却速度。脱碳可以引起早期热疲劳。模具应冷却至5070后回火。要得到满意的组织，第二次回火是必不可少的。第二次回火温度应根据模具所需的最终使用硬度而决定。（4）尺寸稳定性。压铸模在淬火和回火时的情形。压铸模淬火和回火时，通常会出现变形或扭曲。温度越高变形越大。在淬火前通常预留一定加工量以便淬火及回火后通过研磨等工序来调整模具到最后要求的尺寸。变形是由于钢材中的应力引起，这些应力可分为：a.机械加工应力。此类应力产生于机械加工，如车削加工，铣削加工，研磨加工。如果存在内部应力，它会在加热时释放。加热使材料强度下降，从而通过局部变形来释放应力。这能导致模具整体变形。为了减少热处理产生的变形，需要一个消除应力的过程。一般推荐在粗加工后进行应力消除。在淬火前任何变形都能在精加工时加以调整。b.热应力。模具加热时产生了应力。加热越快越不均匀，应力就越大。模具尺寸加热时会增加。不均匀的加热会引起部位尺寸的不一致增加，从而产生应力的变形。为了使整块模具温度均匀通常推荐多段预热。应尽量缓慢加热以使整个模具温度保持一致。以上情况对淬火冷却也适用。淬火时会产生非常大的应力。一般而言，可在接受的变形范围内，冷却应越快越好。淬火介质的均匀非常重要，尤其在使用压缩空气或保护气氛时（如在真空炉内）。否则模具温度的不一致会产生明显的变形。通常也推荐分级淬火。c.组织变形应力。当钢材组织变形时这类应力会产生。这是因为三种显微组织铁素体、奥氏体和马氏体有不同的密度。从奥氏体转变成马氏体的变化最大。这引起了尺寸的增加。过度快速和不均匀的淬火也会导致局部马氏体形成从而引起模具中局部体积增大，而在某些层面上产生应力会导致变形甚至破裂。（5）表面处理。经气体氮化、软氮化和离子氮化等表面处理能使压铸模某些零件产生有力作用如射筒、喷嘴、流道、浇道、推杆和芯棒。不同化学成份的钢材有不同的氮化特性。（6）焊补性。在许多情况下，通过焊补来修理压铸模非常重要。工具钢的焊补总带有破裂的危险，但是如果小心而适当加热的话，也可得到好的效果。a.焊补前准备。被焊的部位必须适当的开U形槽沟，并避免脏物和油脂，以确保金属的顺利渗透和融合。b.退火后焊接。预热到至少350；在此温度开始焊接。使工件温度保持在350475。焊接时保持工件温度恒温的最好方法是用一个热控元件置于绝热箱壁内；焊接后马上退火。c.淬火和回火后的焊接。预热到至少320；开始焊接。使工件温度保持在350475。焊接时保持工件温度恒温的最好方法是用一个热控元件置于绝热箱壁内；焊补后以（2030）/h至（5070）/h的速度缓慢冷却；在低于前回火温度1020的温度作应力回火。d.焊条。QBO90电焊条或QRO90氩弧焊条及有关焊条和焊补的更详细资料可在“工具钢焊补”手册中找到。4 模具寿命压铸模寿命会随压铸模的设计和尺寸、压铸合金类型、模具的维修和保养而发生很大变化。模具可以通过压铸前后适当的处理来延长寿命。（1）适当的预热。模具表面和熔融金属间的温差不能太大。由于这一原因，通常推荐预热。预热温度随压铸合金类型而定，通常在150350。材料预热温度不能太高，否则会在压铸时由于模具温度太高而引起模具再回火，特别是模具较薄的肋部分升温非常快。模具压铸时，推荐预热温度如表1所示。表1 推荐压铸模具预热温度材料预热温度（）锡合金、铅合金100150锌合金150200镁合金、铝合金250300铜合金300500逐步而均匀地预热很重要。最好是恒温的加热控制系统。预热时，为了达到平衡，应逐步打开冷却水。要避免骤然冷却。有镶块的模具必须缓慢加热以便使镶块和模腔保持一致温度逐步膨胀。（2）正确的冷却。模具温度受冷水道和模具表面脱模剂的控制。为了减少热疲劳的危险，冷却水可预热至大约50。也推荐恒温控制的冷却系统，并不推荐使用低于20的冷却水。停机时间超过几分钟时，应调节冷水流量，以便模具不至于冷却的太快。有一点非常重要，即润滑剂（脱模剂）要非常好地附于模具表面以避免压铸金属与模具的接触。例如一个新的或刚修补的模具不应有粗糙的金属表面。因此在试模期有一层氧化薄膜会提供给脱模剂一个良好的附着面亦不失为一个好方法。（3）表面处理。模具表面加热到500左右1h然后空冷就可氧化。在蒸汽气氛中加热到500约30min也可以，形成具有恰当厚度的一层良好的氧化膜。在使用一段时间后，要去除模具上堆积的脱模剂可在模腔表面进行喷沙处理。这种处理也可密闭一些热疲劳的裂纹。喷沙处理会在模腔表层产生压应力，这一定程度上抵消了引起疲劳的拉应力。受摩擦的一些零件如推焊和射筒，可以通过氮化、碳氮渗来提高寿命。（4）消除应力。压铸时，模具表面由于温差而产生热应变，这种反复的应变会导致模具局部表面的残留应力产生。在大多数情况下，这种残留应力是拉应力，因此促使热疲劳的发生。消除应力处理会使模具残留拉应力下降，因此能提高模具寿命。所以我们建议在试模一段时间后进行消除应力处理，然后在压铸10002000模次，500010000模次后分别进行消除应力处理。这种处理可以在以后每隔1000020000模次重复一次，一直到模具出现少量热疲劳。因为表面热疲劳的形成会降低残留应力，因此在较严重热疲劳产生后再去除应力就没有太大的意义。除应力处理的温度最好在模具热处理最高回火温度以下25左右。正常情况下，在此温度保温2h。（5）压铸合金工作温度。压铸合金工作温度对压铸模寿命影响非常大（见表2所示）。对某种特定合金的压铸模，由于压铸件的设计、表面光洁度、生产速度、压铸时过程控制、模具设计、模具材料及其热处理、加工公差范围等也会很大程度上改变模具寿命。表2 压铸合金对压铸模寿命的影响压铸合金压铸温度（）限制模具寿命因素一般寿命 模次次数模具型芯锌430侵蚀0.5至2百万0.5至2百万镁650热龟裂 破裂 侵蚀 凹陷100,000至400,00050,000至200,000铝700热龟裂 破裂 侵蚀 凹陷60,000至200,00040,000至150,000铜、黄铜970热龟裂 破裂 侵蚀 凹陷5,000至50,0001,000至5,0005 模具的经济效益对提高模具经济效益的要求推动了优质钢材的发展。对铝压铸件成品而言，模具材料的成本只占模具总成本的10。因此，由于购买优质钢材而提高了模具的使用寿命所产生的效益是非常显著的。决定模具寿命的最重要因素中，压铸模材料只占模具成本的515，而热处理占大约510。为了确保钢材的质量，近二十年来已开发了许多种类的压铸模具材料。其中的大多数材料都对化学成分、显微纯洁度、显微组织、带状组织晶粒度、硬度、机械性能和内部缺陷有一定要求。目前最先进的规范之一就是由北美压铸协会（NADCA）1990年1月1日颁布的用于压铸模的优质H13钢材标准#20790（以前是018302D）。进一步提高模具的经济效益，必须规范热处理。除通过热处理产生最佳的硬度和韧性的配合外，还应尽量避免过大的尺寸变化和变形。热处理时最关键的因素是淬火温度和冷却速度。像正确的预热、适当的应力消除这类预防措施会更进一步提高模具使用寿命。表面处理是防止模具表面受侵蚀、磨损和热疲劳的方法。新的保养和焊补技术也是提高模具寿命的重要因素。所涉及的每个厂商、钢材生产商、模具制造商、热处理加工商和压铸厂商都知道，这些生产的每一步中，品质都有大的变化。只有在每一个生产过程中追求最佳的质量，才能取得最好的效果。横截面积就是以一个平面在一个立方体上截取一块后的横截面，它的面积就是横截面积你说的求高应该指的是长方体把，而且这里的横截面积只能是平行与=于底面的，否则是无法求出高的，我们知道，长方体的体积为V=a*b*c（设a为长，b为宽，c为高）长方体的底面面积为S=a*b因为横截面积是平行于底面的所以S（横截面积）=S（底面面积）=a*b那么根据上面的公式得C=V/SV=SvTV：体积S：横截面积v：流速T：所需时间 是不是计算电线的截面积啊？如果知道了电线的直径D（mm）截面积A=3.14159*D*D4（平方毫米）电线一般是一个平方带两个千瓦的请问横截面积为50MM平方的铜线在常温下能承受的最大电流？ 估算口诀： 二点五下乘以九，往上减一顺号走。 三十五乘三点五，双双成组减点五。 条件有变加折算，高温九折铜升级。 穿管根数二三四，八七六折满载流。 说明： (1)本节口诀对各种绝缘线(橡皮和塑料绝缘线)的载流量(安全电流)不是直接指出，而是“截面乘上一定的倍数”来表示，通过心算而得。由表5 3可以看出：倍数随截面的增大而减小。 “二点五下乘以九，往上减一顺号走”说的是25mm及以下的各种截面铝芯绝缘线，其载流量约为截面数的9倍。如25mm导线，载流量为259225(A)。从4mm及以上导线的载流量和截面数的倍数关系是顺着线号往上排，倍数逐次减l，即48、67、106、165、254。 “三十五乘三点五，双双成组减点五”，说的是35mm”的导线载流量为截面数的35倍，即35351225(A)。从50mm及以上的导线，其载流量与截面数之间的倍数关系变为两个两个线号成一组，倍数依次减05。即50、70mm导线的载流量为截面数的3倍；95、120mm”导线载流量是其截面积数的25倍，依次类推。 “条件有变加折算，高温九折铜升级”。上述口诀是铝芯绝缘线、明敷在环境温度25的条件下而定的。若铝芯绝缘线明敷在环境温度长期高于25的地区，导线载流量可按上述口诀计算方法算出，然后再打九折即可；当使用的不是铝线而是铜芯绝缘线，它的载流量要比同规格铝线略大一些，可按上述口诀方法算出比铝线加大一个线号的载流量。如16mm铜线的载流量，可按25mm2铝线计算。三维铸造工艺工装计算机辅助设计荆涛刘新宇刘祥德摘要：研究开发了基于中端造型平台Solid Edge，针对球铁件的DISA垂直无箱造型工艺的三维铸造工艺工装CAD系统。系统主要功能包括：通用铸造工艺参数设计、实用冒口系统设计、恒压等流量浇注系统设计、模板布置设计等。关键词：三维造型铸造工艺工装计算机辅助设计Three Dimensional Computer-aided Design for Foundry TechnologyJing Tao,Liu Xinyu,Liu XiangdeAbstract Based on a commercial CAD modeling system SolidEdge,the author has developed the 3-D CAD system,which was specially designed for DISA process of the ductile iron casting.The CAD system help the user to create the casting model from the product model by add machining allowances and drafts.Then the mass and volume as well as the modulus of different parts of the casting can be calculated precisely,as a result,suitable rigging system can be set for the casting.Finally,3-D pattern assembly can be obtained by putting the rigging system together with the casting model.Keywords 3D modeling foundry technology CAD0引言铸造工艺工装计算机辅助设计是铸造领域应用计算机技术的重要方面之一。随着三维造型理论和实用化技术的日趋成熟，三维铸造工艺工装CAD系统必将成为铸造工艺工装CAD系统的主流。国外CAD/CAE/CAM技术在模具制造上的应用已相当普遍，在我国，模具CAD/CAE/CAM技术起步较晚，模具CAD/CAE/CAM技术的应用还处于起步阶段。国内一些有实力的模具制造企业已逐渐开始在模具设计制造中应用CAD/CAE/CAM技术，初步取得了较好的经济效益。依赖于CAD/CAE/CAM技术的集成，传统的设计与制造彼此相对分离的任务作为一个整体来规划和开发，实现了信息处理的高度一体化。本文研究开发了一个铸造工艺工装CAD系统EXPERT-CAD。它以中端造型软件Solid Edge作为造型平台，主要针对球铁件的DISA垂直无箱造型工艺设计。Solid Edge是Intergraph公司开发的优秀的特征造型软件，1998年被IT业巨头EDS Unigraphics并购，并购后的Solid Edge造型内核将采用Parasolid造型引擎，功能、性能均可望再上一个台阶。EXPERT-CAD系统主要功能包括：通用铸造工艺参数设计、实用冒口系统设计、恒压等流量浇注系统设计、模板布置设计等。开发的辅助造型模块能将工艺设计计算模块生成的各种数值结果反映到三维铸件模型上。采用了先进的数据库技术存储和管理各工艺设计模块的设计结果和设计所需的各种标准数据。1铸造工艺参数设计铸造工艺参数设计的目的是将三维的产品模型转化为三维铸件模型，包括对机械加工余量、拔模斜度、铸造收缩率、最小铸出孔的设计。设计过程分两步，首先查询标准工艺参数数据库，得到合适的铸造工艺参数值，然后利用Solid Edge的造型功能或开发的辅助造型功能，将铸造工艺参数反映到三维铸件模型上。图1是进行拔模斜度设计的查询用户界面。图1拔模斜度设计用户界面2实用冒口系统设计2.1实用冒口设计原理球铁铸件的冒口系统设计采用的是实用冒口设计方法。球铁在凝固过程中要经历液态收缩、石墨化膨胀、二次收缩三个阶段，二次收缩发生在固相率非常高的时候，用传统冒口难以实现有效的补缩。实用冒口的设计原理是用冒口补偿设置冒口的关键分体的液态收缩，而充分利用关键分体的石墨化膨胀产生的内压力补偿更厚大分体的液态收缩或自身的二次收缩。根据铸型强度和铸件壁厚的不同，实用冒口系统设计方法可分为三大类。图2是实用冒口系统设计方法分类图。DISA工艺采用湿型砂造型，铸型强度较低，只能选用控制压力冒口系统设计方法和直接实用冒口系统设计方法，二者主要是在对石墨化膨胀的利用上有所区别。控制压力冒口适用于中等壁厚件，铸件的膨胀量相对较大，为防止挤坏铸型，通过允许部分金属液回流冒口来释放部分膨胀量，用合适的剩余额膨胀量产生的内压力，补偿自身的二次收缩；直接实用冒口适用于薄壁件，石墨化膨胀量均用于补偿更厚大分体的液态收缩和自身的二次收缩。图2实用冒口设计方法分类2.2分体体积、模数计算关键模数是进行实用冒口系统设计所需的重要参数。分体体积、模数的计算是确定关键分体，进而确定关键模数的基础。EXPERT-CAD系统开发了分体体积、模数计算功能模块，能充分利用分体的三维造型信息准确计算体积、表面积、模数。对非散热面的处理采用方便直观的交互方式。图3是计算轮毂铸件的2#分体体积、模数的用户界面。图4是铸件分块情况及模数计算结果。图5是根据系统、根据计算结果绘制的分体模数体积份额关系条纹图。图3分体模数计算用户界面图4铸件分块及分体模数计算结果图5铸件分体模数体积份额条纹图2.3冒口系统设计程序实现以上述实用冒口的设计原理为理论依据，分别设计了控制压力冒口系统和直接实用冒口系统设计模块。模块将冒口系统尺寸计算功能和冒口三维模型生成功能在三维造型软件Solid Edge中很好地集成起来，尺寸计算所需的关键分体模数来源于Solid Edge中的三维模型，尺寸计算完成后，可自动匹配合适的标准冒口，并添加到铸件模型上。设计结果可通过用户接口存入工艺项目数据库中。工艺项目数据库以零件的一个工艺设计版本为一个工艺项目，对工艺设计结果进行统一管理，它支持多版本设计。DISA工艺推荐的两种标准冒口系列分别是球形和柱形冒口，冒口颈截面形状有圆形、梯形、正方形、矩形、三角形、正六边形共六种。图6是添加了柱形冒口系统后的轮毂铸件模型。图6设计了冒口系统的轮毂铸件模型3浇注系统设计DISA垂直分型浇注系统的设计，依据的是DISA工艺设计规范。为保证平稳浇注和同时充填，采用了恒压等流量的设计方法。对于横浇道、直浇道、浇口杯的选择，均按DISA工艺标准进行。浇注系统设计模块寄生于造型平台Solid Edge，实现了真正意义上的三维设计。系统工作流程如下：首先将作完工艺参数设计和冒口设计的铸件模型沿分型面劈开，生成模样的三维模型。在Solid Edge的装配环境中，将模样的三维模型安装到DISA标准模板上，进行模板布置的设计，进而确定浇注系统布置形式。然后，用Solid Edge提供的辅助工具，测量各个内浇道到浇口杯的距离(即静压高度)。将测量所得的结果作为内浇道设计模块额输入，计算内浇道面积，校核内浇道形状以使紊流系数不超过一定范围。计算直浇道和横浇道的面积，匹配标准浇道系列。最后将浇注系统设计结果的三维模型添加到铸件模型上，并生成三维模板布置模型。3.1平面分型沿分型面将铸件模型分开，目的是为了获得DISA工艺中的模样的三维模型。在浇注系统设计模块中，模样的三维模型用于模板布置的设计。3.2内浇道设计和校核恒压等流量浇注系统内浇道的设计原则是使不同高度上的型腔同时充型和充满。静压高度的不同导致压力、速度的不同，因此不同高度上的内浇道面积是不同的。设计计算公式为：(1)浇注时间T表示通过充满与内浇道相连的型腔所需的时间，而不是整个浇注过程所需的时间。DISA工艺中，为满足连续浇注的需要，浇注时间应根据机器造型速度确定，计算公式为：T=T1-T2-T3(2)式中：T1生产一个铸型所需时间(s)；T2铸型传输时间，一般为2s左右；T3金属液充满浇注系统所需的时间。求得内浇道的面积后，应设计校核内浇道的具体形状，以满足平稳充型的要求，这是因为内浇道的形状对金属液的流动阻力和流动状态都有重要影响。用计算紊流系数来定量评估金属液的流动状态，从而校核内浇道的具体几何尺寸。紊流系数Re的计算公式为：(3)式中：G铸件重量(kg)；T浇注时间(s)；P横截面周长(cm)。经验表明，紊流系数Re13 800时，液体处于完全紊流状态，这在内浇道设计中是应绝对避免的。系统中内浇道的形状设为广义梯形(矩形也包括)，内浇道的设计校核模块允许用户反复尝试在面积相同的情况下，不同高度和上下底比例条件下，紊流系数的大小，直到获得满意的设计结果为止。设计结果存入工艺项目数据库。3.3直浇道和横浇道设计DISA工艺中的横浇道和直浇道采用的是标准梯形浇道。标准浇道的几何参数已输入铸造工艺数据库中。直浇道和横浇道的面积按下列公式计算。直浇道：FS=1.1(N1F1+N2F2+NKFK)(4)横浇道：FR=1.1NSFS(5)式中：N1、N2NK与直浇道相连的各高度上的内浇道数；F1、F2FK各高度上的内浇道面积；NS与横浇道相连的直浇道数。在求得直浇道、横浇道面积后，程序与铸造工艺数据库中的标准浇道系列的面积比较，并自动匹配合适的标准浇道。4模板布置设计首先在Solid Edge的零件设计环境下，根据计算结果自动生成内浇道、直浇道、横浇道的三维模型。采取的方法是修改事先建立的相应三维标准件造型文件中的变量表，通过尺寸驱动获得合适尺寸的各浇注系统组成三维模型。然后，在Solid Edge的装配环境下将浇注系统和模样装配在一起，生成三维模板装配模型。图7是轮毂件的模板装配三维模型。在Solid Edge的工程绘图环境下，可以很方便的将生成的三维模板装配模型转化为二维工程图纸。通过工艺数据库查询，获得各个工艺的设计尺寸，能自动生成工艺卡。图7轮毂铸件模板布置三维模5结论以Solid Edge作为造型平台，开发了基于三维造型的铸造工艺工装CAD系统EXPERT-CAD，可对球铁件进行DISA垂直分型无箱造型的工艺工装设计。主要功能包括铸造工艺参数设计(加工余量、拔模斜度等)，并将设计结果反映到铸件三维模型，铸件分体模数、重量、体积计算以及分体模数体积份额图绘制，球铁件实用冒口设计，垂直分型的浇注系统设计，模板设计等。设计生成的三维工艺模型可通过Solid Edge的Draft功能快速绘制铸造工艺图。系统采用先进的数据库技术管理和维护工艺设计过程中数据传递和交换。* 国家攀登计划预选项目资助第四节 防止缩孔缩松的途径一、缩孔和缩松的相互转化 对于一定成分的合金，浇注温度一定时合金的收缩体积满足以下关系：总收缩体积液态收缩体积凝固收缩体积缩孔体积缩松体积常数。 但是，缩孔和缩松体积可以相互转化，造成转化的根本原因是凝固方式的改变：即体积凝固还是逐层凝固。表82给出了影响缩孔和缩松体积相互转化的因素。表82 缩孔、缩松互相转换的影响因素影响因素凝固区域凝固倾向缩孔体积缩松体积体积总收缩结晶间隔糊不变干型粘土砂糊不变湿型粘土砂层不变金属型层不变或稍绝热型糊不变或稍浇注温度不变浇注速度不变二、防止缩孔和缩松的途径 防止铸件中产生缩孔和缩松的基本原则是针对该合金的收缩和凝固特点制定正确的铸造工艺，使铸件在凝固过程中建立良好的补缩条件，尽可能地使缩松转化为缩孔，并使缩孔出现在铸件最后凝固的地方。这样，在铸件最后凝固的地方安置一定尺寸的冒口，使缩孔集中于冒口中，或者把浇口开在最后凝固的地方直接补缩，即可获得健全的铸件。 使铸件在凝固过程中建立良好的补缩条件，主要是通过控制铸件的凝固方向使之符合“顺序凝固原则”或“同时凝固原则”。 1、顺序凝固(progressive solidification) 铸件的顺序凝固原则，是采用各种措施保证铸件结构上各部分，按照远离冒口的部分最先凝固，然后是靠近冒口部分，最后才是冒口本身凝固的次序进行，亦即在铸件上远离冒口或浇口的部分到冒口或浇口之间建立一个递增的温度梯度，如图8-8所示。铸件按照顺序凝固原则进行凝固，能保证缩孔集中在冒口中，获得致密的铸件。 逐层凝固是指铸件某一断面上，先在铸件表面形成硬壳，然后它逐渐向铸件中心长厚，铸件中心最后凝固。因此，顺序凝固和逐层凝固是两个不同的概念。 铸件的结构，以及由铸造条件所形成的温度场，是决定铸件凝固方向的主要因素，可用下例说明。 图8-9a是带冒口的板状铸件，厚度为，金属液从冒口浇入，即上注式。右图是铸件纵截面上中心线的温度曲线及随时间变化情况。因为金属液是从冒口浇入的，所以中心线上A、B、C三点的温度依次向冒口方向递增，t液t固是合金的凝固温度范围。图8-9b表示该铸件A、B、C三点的横截面上径向温度分布及随时间变化情况。横坐标为铸件厚度，纵坐标为温度。横截面中心线上各点的温度，就是纵截面中心线上相应各点的温度。由于铸件表面冷却快，横截面上内外有温度差，外表温度低。可以近似地认为各点同一时刻的温度分布曲线是平行的。在时刻I，A1、B1、 C1三点温度都高于液相线温度t液。但在横截面B上，距铸件表面B1处的温度已降至液相线C1温度；横截面C上，C1处的温度降至液相线温度。将B1和C1移植到图8-9c所表示的铸件纵截面上，并联接起来，即可得到时刻 I 的“等液相线”，以此类推，则得到不同时刻的“等液相线”。同样方法可绘出各时刻的“等固相线”。同一时刻的“等液相线”和“等固相线”之间的区域，是该时刻铸件的凝固区域。“等液相线”之间的夹角称作“补缩通道扩张角”，也随时间变化。向着冒口张开的角范围内金属液都处于液态，形成“楔形”补缩通道，使冒口中的金属液有可能补缩到凝固区域中， 角越大，则补缩通道越宽。因此，顺序凝固的实质是采取各种措施，保证铸件在整个凝固过程中始终存在着和冒口连通的“补缩通道”，使冒口能发挥补缩作用(图89c)。 在铸件中，液固两相区与铸件壁热中心相交的线段为“补缩困难区”。液固两相区越宽，扩张角越小，补缩困难区就越长(见图810)。在液固两相区中，尤其在补缩困难区中，液相与固相之间的附着力往往大于液体本身的重量，而且存在于晶体骨架之间的液体以其附加压力反作用于补缩力，致使合金液在凝固终了以前便失去补缩能力。因此，倾向于逐层凝固的共晶成分合金和结晶温度范围较小的合金，其等液相线和等固相线之间的凝固区域较窄，容易实现补缩。相反，在相同的角条件下，结晶温度范围较宽的合金就不容易补缩。在这种情况下，有时缩松不能完全转化为缩孔而集中到冒口中去。 顺序凝固的优点是，冒口补缩作用好，可以防止缩孔和缩松，铸件致密。因此，对凝固收缩大，结晶温度范围较小的合金，常采用这个原则以保证铸件质量。 顺序凝固的缺点是，由于铸件各部分有温度差，在凝固期间容易产生热裂，凝固后也容易使铸件产生应力和变形。顺序凝固原则需加冒口和补贴，工艺出品率较低，且切割冒口费工。 如果采取底注式浇注系统，由于铸件底部金属液流动时间长，金属液的温度最高，而上升到冒口中去的金属液温度最低。因此，形成的纵向温度分布是远离冒口部分温度最高，冒口温度最低，形成反向的温度差，为“反顺序凝固”，如图8-11所示。 从图中可以看出，“补缩通道扩张角”在底注的情况下，是对着内浇口张开的。所以补缩通道和浇口相通，而冒口和补缩通道之间充塞着凝固区域。在这种情况下，凝固过程中液体可能被分割成两部分或更多部分，在铸件壁的热中心线上产生轴线缩松或区域性缩松。根据以上分析，决定角方向、大小和变化速度的是铸件的纵向温度梯度。据实验，对于板状铸钢件，纵向温度梯度应大于0.20.4cm；对杆状铸钢件应为1.52cm；对于某些宽结晶温度范围的有色合金铸件应为5.53cm，可以消除缩松。 2、同时凝固(simultaneous solidification) 同时凝固原则是采取工艺措施保证铸件结构上各部分之间没有温差或温差尽量小，使各部分同时凝固。在同时凝固条件下，扩张角等于零，没有补缩通道。 同时凝固原则的优点是，凝固时期铸件不容易产生热裂，凝固后也不易引起应力、变形；由于不用冒口或冒口很小，而节省金属，简化工艺、减小劳动量。缺点是铸件中心区域往往出现缩松，铸件不致密。因此，这种原则一般用于以下情况： (1) 碳硅含量高的灰铸铁，其体收缩较小，甚至不收缩，合金本身就不易产生缩孔和缩松。 (2) 结晶温度范围大，容易产生缩松的合金，(如锡青铜)对气密性要求不高时，可采用同时凝固原则，使工艺简化。事实上，这种合金即使加冒口也很难消除缩松。 (3) 壁厚均匀的铸件，尤其是均匀薄壁铸件，倾向同时凝固，消除缩松有困难，应采用同时凝固原则。 (4) 球铁铸件利用石墨化膨胀力实现自身补缩时，则必须采用同时凝固原则。 (5) 从合金性质看适宜采用顺序凝固原则的铸件，当热裂、变形成为主要矛盾时，也可以采用同时凝固原则。 以上介绍了两种凝固原则及其适用范围。对于某一具体铸件，则要根据合金的特点、铸件的结构及其技术要求，以及可能出现的其它缺陷，如应力，变形、裂纹等综合考虑，找出主要矛盾，合理地确定采用哪种凝固准则。 应该指出，两种凝固方式在凝固顺序上虽然是对立的，但是在某个具体铸件上又可以将两者结合起来。铸件结构一般比较复杂，例如，从整体看某个铸件壁厚均匀，但个别部位有热节。所以，不能简单地采用顺序凝固或同时凝固方式，而往往是采用复合的凝固方式，亦即从整体上是同时凝固，为了个别部位的补缩，铸件局部是顺序凝固，或者相反。浇口的 设计浇口对制件的影响及位置的选择 一、浇口位置的要求： 1.外观要求 (浇口痕迹, 熔接线) 2.产品功能要求 3.模具加工要求 4.产品的翘曲变形 5.浇口容不容易去除 二、对生产和功能的影响： 1.流（Flow Length）决定射出压力，锁模力，以及产品填不填的满 流长缩短可降低射出压力及锁模力 2.浇口位置会影响保压压力 保压压力大小 保压压力否平衡 将浇口远离产品未来受力位置（如轴承处）以避免残留应力 浇口位置必须考虑排气，以避免积风发生不要将浇口放在产品较弱处或嵌入处，以避免偏位（Core Shaft） 三、选择浇口位置的技巧 1.将浇口放置于产品最厚处，从最厚处进浇可提供较佳的充填及保压效果。 如果保压不足，较薄的区域会比较厚的区域更快凝固 避免将浇口放在厚度突然变化处，以避免迟滞现象或是短射的发生 2.可能的话，从产品中央