教学材料《熔模铸造》-第九章

第9章铸件工艺设计9.1概述9.2铸件结构工艺性分析9.3工艺方案和工艺参数的确定9.4浇、冒口系统设计9.5典型铸件浇、冒口系统实例分析上一页返回9.1概述为了生产优质而价廉的熔模铸件，做好工艺设计是十分重要的。在进行工艺设计之前，首先要考虑选用熔模铸造工艺生产时，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、几何精度和表面粗糙度；二是保证力学性能和其他工作性能等内在质量方面的要求。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。下一页返回9.1概述如铸件最小壁厚、最大重量、最大平面面积、最小孔槽以及精度和表面粗糙度要求等，都要考虑到工艺上的可能性和简易性。在确定用熔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。所以做工艺设计要坚持理论和实践相结合的观点，还要力求采用先进的生产工艺。做好工艺设计，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，要对车间的生产条件如原材料、设备、工艺装备的加工和制造能力、工人的操作技术水平等方面进行深入了解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。上一页下一页返回9.1概述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。上一页返回9.2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。所以进行工艺设计时，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熔模铸造的生产特点，对于那些设计不合理的部分进行修改；二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。9.2.1壁厚和壁的连接1.最小壁厚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。下一页返回9.2铸件结构工艺性分析表9-1所示为大气中重力浇注时，碳钢、铜和铝合金铸件可铸出的最小壁厚。2.壁厚均匀性和壁的连接铸件壁厚设计要力求均匀，减少热节。图9-1所示为质量为7.5kg的壳体铸件，原设计如图（a）所示，在A、B、C、D、E

五处壁过厚，易形成各种铸造缺陷。后改成图（b）所示，即将上述五处壁厚减薄，形成6～7mm壁厚的箱形结构。其中

9及

17两孔铸出以消除该处热节。F孔不铸，内浇口设在此处。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9-2所示为铸件壁的几种常用连接形式及其相关尺寸。上一页下一页返回9.2铸件结构工艺性分析9.2.2平面熔模铸件要尽可能避免大的平面，因为大平面上极易产生夹砂、凹陷、橘皮、蠕虫状铁刺等表面缺陷，所以铸件上的平面一般应小于200mm×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9-3所示零件在

A、B、C处均有大平面，C处有盲孔。在制壳流水线上生产时，几个平面均易产生缺陷，而且盲孔处在上涂料、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（2mm），并增设圆环形工艺筋2；B平面做出工艺槽1，C平面做出两个工艺孔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，能稳定地进行生产。上一页下一页返回9.2铸件结构工艺性分析9.2.3孔和槽熔模铸造可铸出比其他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限制。过窄过深的铸槽涂料层过薄，强度不够，清砂也比较困难表9-2和图9-4所示为黑色金属熔模铸件铸槽深度的尺寸。上一页返回9.3工艺方案和工艺参数的确定9.3.1铸孔零件上的孔是否铸出，要从质量、工艺和经济三方面考虑。铸孔可以使铸件壁厚均匀，消除热节并减少加工量和节约金属。图9-5所示零件有两个通孔（

8、

6），考虑到铸件的顺序凝固，

6孔不铸出，内浇口开在此处以加强补缩，而将

8孔铸出以消除该处热节，整个铸件的顺序凝固条件是比较好的。细而长的孔，内部不易上涂料和撒砂，此外，细长孔也难以清砂。所以一般

d＜（2.5～3.0）mm，h/d

＞

5的通孔不予铸出。对于盲孔，孔长应更小些（h/d

＞（2.5～3.0）时不予铸出）。表9-3给出铸孔深度与直径数据。下一页返回9.3工艺方案和工艺参数的确定由表9-3可见，对于通孔，孔深：孔径=（2～3）∶1；对于盲孔，孔深：孔径=（1～1.6）∶1。尺寸小（小于5mm）而精度和粗糙度要求高的孔，有时直接加工出来更为有利。直径大而精度要求高的孔应子铸出，但须留出加工余量。铸件上有些盲孔，若组焊熔模时与直浇口垂直，则型芯将呈悬臂状态，型壳熔烧和浇注时容易变形而降低孔的精度，这样的盲孔也不宜铸出。熔模铸件上的孔和内腔多数情况下是在上涂料时自成型芯而铸出的。有些小而复杂的孔和内腔，可用陶瓷或石英玻璃管型芯形成，各种空心涡轮叶片中形状复杂的冷却通道多用此法生产。铸孔尺寸也与生产批量和操作方式（手工或机械化制壳）有关。在大批量机械化生产时，铸孔的尺寸应大些铸件上不予铸出的孔，要用与加工余量相同的符号标注于铸件图中。上一页下一页返回9.3工艺方案和工艺参数的确定9.3.2基准面选择熔模铸造可获得精度和粗糙度要求较高的铸件，有些尺寸虽然要由机械加工来保证，但一般加工余量不大，所以基准面选择比较重要。特别是利用数控机床加工时，对基准面的要求较为严格。因此在铸造工艺上要保证这个面的几何形状和尺寸精度。铸件上的外圆、平面、内孔和端面等都可以作为基准面。从零件的精度要求出发，最适宜的定位基准一般由设计、加工和铸造三方面共同商定。在确定基准面时，要考虑下述各点：熔模铸件的基准面主要用作检测铸件尺寸的测量基准和机械加工的定位基准，并作为压型设计的参照面。由于熔模铸件加工余量较小，有时不经过粗加工便直接进行精加工或光整加工，因此基准面的选择比较重要。应从铸造工艺上保证这些面的几何形状、尺寸精度和表面粗糙度要求。上一页下一页返回9.3工艺方案和工艺参数的确定选择基准时应考虑以下几个原则。①铸件基准应尽可能与设计基准和机械加工工艺基准一致。②应使待加工的各表面（尤其是重要表面）分配到足够且又尽可能均匀的加工余量。一般应选择加工精度和表面粗糙度要求高和加工余量较少的重要表面为基准面。③当加工面和非加工面之间的相互位置精度要求较高时，应以此非加工面为基准面。如果工件有多个非加工面，则以其中离加工面近，其间相互位置又要求较严的非加工面为基准面。④为了保证机械加工时定位稳定、夹紧可靠、夹具结构简单，应选择大而平整、光洁、尺寸稳定的表面为基准面，其上不允许有铸造飞边、毛刺、冷豆、斜度以及浇、冒口余痕和分型面余痕相应基准面的压型部位尽可能不设置顶杆和活块。上一页下一页返回9.3工艺方案和工艺参数的确定⑤基准面的数目应能约束六个自由度，故一般均选择三个基面（回转体零件则选择两个基面），并力求划线基面与加工基面为同一基面，使工件在夹具中占有某个确定的加工位置。对于回转体零件用三爪或四瓜卡盘定位时，基准面一般选外圆和某一端面。图9-6所示为前支架零件的毛坯图。基准面

A与

B用工艺符号标注于图中。这样的基准面可使工艺基准与设计基准重合，先加工余量大的面，后加工余量小的面，可保证最后加工面的余量足够，且

A、B面平整、光洁。形状不规则的铸件在加工时需专用夹具，基准面选择要考虑定位装夹工艺。上一页下一页返回9.3工艺方案和工艺参数的确定9.3.3工艺筋在制模、制壳、焙烧、浇注和铸件冷却过程中，熔模、型壳和铸件，尤其是那些不封闭的框形和又形零件，在壁厚不均匀的截面交接处，常‘常产生裂纹，开口部分则易发生变形。为了防止这种缺陷，可在铸件局部设置工艺筋，此筋在铸造和热处理后加工时去除，故不会影响零件的几何形状。工艺筋也称为拉筋。图9-7所示为外形不封闭的零件，为了保证开口处的尺寸精度，安置一条拉筋，其截面可为圆形或矩形，其直径（或厚度）一般为2～8mm，但不宜小于2mm以免浇不足，与铸件连接处应做出圆角。图9-8所示为防止铸件产生热裂的防裂筋。此种筋厚度应取铸件壁厚的20%～

30%，但也不宜小于2mm。上一页下一页返回9.3工艺方案和工艺参数的确定需要指出，在铸件上增设工艺筋会增加压型制造工作量。所以设计工艺筋时，要考虑到压型制作的简易性并便于制模操作工艺筋是铸件上的一个组成部分，故应在铸件图中标明其位置、断面形状和尺寸。9.3.4工艺孔熔模铸件上开设工艺孔有三个作用，一是防止型壳开裂和变形，二是防止涂料堆积，三是消除铸件上的热节。图9-9是机床顶盖零件，该件平面面积较大，容易产生起皮、夹砂缺陷，型壳也易于变形。在大平面上开设了4个

25的工艺孔后，把大平面分割开来，并在型壳中形成4个

25的小型芯以支撑两边的型壳，大大增加了型壳的强度，防止了

A、B平面起夹、跑火和变形等缺陷。上一页下一页返回9.3工艺方案和工艺参数的确定图9-10是一个凸轮铸件的毛坯图，是联合应用工艺筋与工艺孔的例子。2为工艺筋，其作用有二，一是保证

D与

E平面同在一个平面上，防止熔模和铸件冷却过程中发生变形；二是保证

h槽尺寸稳定。

8是工艺孔，其作用是防止

h槽中涂料堆积，并使其两边的型壳用两个

8的型芯连在一起，得以加固。图9-11为拖拉机操纵臂轴。内浇口2开在轴处，在尺寸9的热节处开设一个工艺孔1，可防止这里产生缩孔。铸件上开工艺孔必然会影响零件的几何形状一般而言，在征得设计者同意时，工艺孔可不予封堵工艺孔的位置、形状和尺寸也应在铸件图中予以标明。上一页下一页返回9.3工艺方案和工艺参数的确定9.3.5铸件的精度和表面粗糙度1.铸件的精度铸件的精度有两个方面的含义，一个是铸件尺寸，另一个是几何形状。几何形状不正确，尺寸必然要超差；尺寸不合格，形状正确了也无用。影响铸件尺寸的因素很多，主要是熔模、型壳和铸件三个方面的尺寸变化（收缩和膨胀）。这些变化中，有些因素较为固定，有些则是多变的，这就使得铸件尺寸在一定范围内波动。波动范围愈小，尺寸就愈精确。几何形状的变化是决定熔模铸件尺寸精度的主要因素。几何精度指的是表面平度、两平面的平行度、垂直度、圆度、两圆中心线的平行度、垂直度、相交度、孔或圆对其端面的垂直度等。上一页下一页返回9.3工艺方案和工艺参数的确定这些变化除了受到熔模、型壳和合金的影响之外，还与铸件的清理、切割浇冒口和热处理等工序有关。在实际生产中，铸件变形引起的几何形状误差往往比收缩和膨胀引起的尺寸误差要大得多（一般比尺寸偏差低1～2级）。因此，在工艺设计中，就必须充分考虑到各种因素对铸件变形的影响，并通过生产试验采取有效措施加以克服。熔模铸件尺寸公差、壁厚公差、铸孔参考公差、转接圆弧半径的尺寸公差、形位公差、角度允许偏差见表9-4～表9-9。2.熔模铸件的表面粗糙度熔模铸件的表面粗糙度是指铸件表面高低不平的程度，我国通常用轮廓算术平均偏差

Ra作评定参数。上一页下一页返回9.3工艺方案和工艺参数的确定应当指出，熔模铸件的精度和表面粗糙度标准也不是一成不变的。随着工艺技术水平的不断提高，铸件的精度和表面粗糙度也会逐步改善。熔模铸件表面粗糙度Ra、熔模铸件表面粗糙度与铸件尺寸和重量的关系见表9-10、表9-11。9.3.6加工余量熔模铸件的加工余量与能达到的尺寸精度和表面粗糙度有关，也同铸件尺寸、结构特点、浇注位置和加工方法等因素有关。一般熔模铸件的精度和表面粗糙度比较高，所以加工余量较小，而且仅限于达不到图纸要求的精度和表面粗糙度时才留加工余量。选取加工余量时要考虑以下因素。上一页下一页返回9.3工艺方案和工艺参数的确定①浇注时铸件的上表面可能有气孔和夹渣，故加工余量可大些，侧面可小些。②大铸件以及容易变形和带大平面的铸件，几何精度较低，故加工余量应大些。③铸造中碳钢零件时，总不免有表面脱碳层，铸件壁愈厚，热节愈集中及型壳散热不良的那些部位，脱碳层也愈厚。根据生产经验，壁厚10mm左右的铸件，用高强度型壳浇注时，脱碳层为0.3～0.5mm故铸件加工面不允许有脱碳层时，加工余量应计入脱碳层厚度。④加工余量也同加工方法有关。表9-12列出不同加工方法的单面加工余量。表9-12中数值系指质量小于2kg，轮廓尺寸小于250mm的铸件。质量和尺寸更大时，加工余量应予增大。此外表中数值不包括消除铸造缺陷（如脱碳层、麻点）和打磨余量及浇、冒口残根的余量。上一页下一页返回9.3工艺方案和工艺参数的确定⑤加工余量数值与铸件轮廓尺寸有关。铸件尺寸愈大，余量也相应加大。设有浇、冒口的面上，加工余量应适当加大。熔模铸件的加工余量因生产特点、铸件结构、合金类型等因素而在较大范围内变化，具体选择时应考虑上述各点影响因素。9.3.7铸造斜度熔模铸造当压型设计合理并附有起模机构时，为了保证零件几何形状正确一般外表面可不给斜度。带有孔和槽的铸件，为便于起模和拔芯，应根据孔长和槽深给出斜度。在铸件上选取斜度时，可采用增大壁厚、减小壁厚或者增减壁厚的方法。取减小或增减壁厚的斜度时，应保证铸件壁厚在规定的公差范围内。表9-13为熔模铸造斜度的三种形式和选取规范。上一页下一页返回9.3工艺方案和工艺参数的确定9.3.8铸造圆角铸件壁的连接处应做出圆角。圆角可以防止薄厚断面急剧过渡，防止熔模与铸件形成应力集中和砂尖处过热而产生热裂。圆角也有助于形成良好的液流流线，防止因涡流而卷入空气和夹杂物。圆角设计不宜过大，以免增大热节，但也不可过小一般

R＞

1mm。适宜的圆角半径可按下式计算：（9-1）式中S，

——铸件连接处壁厚。零件上的凸缘、法兰边外缘以及分型面处，若无特殊要求时，不应做出外圆角，以简化压型结构和减少熔模修饰的工作量。上一页返回9.4浇、冒口系统设计熔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场。许多铸造缺陷如缩孔、缩松、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、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；此外，各厂各地不同的习惯、传统和生产经验也要充分重视，故浇、冒口设计也是一项综合性的技术问题。9.4.1熔模铸造浇注系统的作用和要求对于熔模铸造而言，浇注系统的作用和要求如下。下一页返回9.4浇、冒口系统设计①浇注系统应能平稳地把液体金属引入型腔，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。②熔模铸件以生产小件为主，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所以要求它具有良好的补缩作用，以防止铸件产生缩孔和缩松。③在组焊模组和制壳时，浇注系统起着支撑熔模和型壳的作用，所以要求它有足够的强度，防止制壳过程中熔模脱落。④浇注系统也是熔失熔模时液体模料流出的通道，所以浇口应能顺利地排除模料，不致胀裂型壳。⑤浇注系统结构应力求能简化压型结构，并使制模、组焊、制壳和切割等工序操作方便，生产率高。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计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，节约金属和减小模组外形尺寸。9.4.2浇注系统各单元设计熔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、内浇口。此外，还附设一些其他的单元，如撇渣器、缓冲器、出气口等1.浇口杯浇口杯的作用是棋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。为了防止热水脱蜡和焙烧时砂粒进入型腔，浇口杯外缘要做出边缘。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计图9-12所示为三种形式的边缘。（a）种容易掉砂，（c）种结构好，但铝浇口棒在挂蜡和上涂料时，R处易集存气泡，（b）种结构比较常用。为了防止在浇注时产生涡流及因之而引起的夹渣和裹入气体，可在锥形浇口杯上做出飞刺[图9-13（a）]，或者在直浇口与浇口杯连接处做出筋条[图9-13（b）]。此种形式的浇口杯还可以加固浇口杯与直浇口型壳之间的连接，防止浇口杯根部发生断裂a.直浇口直浇口是制壳操作中的支柱，且多数情况下兼有冒口的作用，所以直浇口设计很重要。熔模铸件尺寸一般都不算大（多数情况下重量为1kg左右，外廓尺寸小于200mm），故不可能每种铸件都设计一种直浇口。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计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，把直浇口做成几种规格，在组焊熔模时，根据零件特点进行选择，对于特殊零件则可单独设计直浇口。直浇口断面要保证有足够的补缩能力，建议直浇口断面积应为内浇口总断面积的1.4倍。考虑到模组和型壳强度以及便于制壳操作，常用直浇口直径为33～52mm，高为250～

320mm。为了保证金属流动时能很好地充填型腔和保持对铸件的补缩压力一般都把熔模焊在浇口杯顶面70～100mm以下的位置（图9-14）。为了减少液态金属的冲击和飞溅，直浇口底至最下层内浇口之间的距离应不小于20～

40mm，这个部分称为缓冲器或浇口窝。为了防止吸气作用，直浇口最好有0.5°的斜度。图9-15和表9-14列出常用浇口杯和直浇口结构尺寸，可供选用时参考。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计为了便于组焊熔模，直浇口截面形状可为圆形、方形、三角形、多边形等，其中以圆形和方形使用的较多。为了节约金属，又要充分发挥直浇口的补缩作用，可在直浇口与铸件相连的部位做出较粗大的冒口节这时，直浇口断面可相应细些。图9-16所示铸件重1.7kg，壁厚22.5mm，为了防止产生缩孔，在直浇口上设两个冒口节，每组四件，补缩效果良好。浇注有色合金铸件时，为了使液流能平稳地进入型腔，防止产生二次氧化和夹渣，可用带过渡直浇口（或称分支直浇口）的浇注系统（图9-17）。此时，熔模组焊在过渡直浇口1上，液流从直的（图9-17（a））或蛇形直浇口（图9-17（b）），通过撇渣器4和缓冲器5平稳地经过渡直浇口1进入型腔蛇形直浇口多用于易氧化的铝合金、镁合金或铝青铜等铸件。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计此种浇注系统也常用于组焊小于100g的小型铸件。小铸件直接在直浇口上组焊时，由于件小而组焊密度大，在内浇口根部难以上涂料、撒砂和硬化，清砂也不方便，而且由于铸件间距小，制壳后连成一个整体，故散热慢而脱碳严重，改用这种直浇口组焊是比较合理的。图9-18所示为组焊小铸件的过渡直浇口的例子。图中零件4先焊在过渡直浇口3上，然后再将组焊好的过渡直浇口3，通过排气口2和横浇口5，组焊在直浇口1上，排气口2还可提高与直浇口1之间的连接强度以防止掉件。这种形式的浇口不仅组焊数量多、方便、生产率高，而且使钢水流动平稳，工艺出品率也高，对制壳操作，由于上涂料、撤砂和硬化空间大，使操作方便，铸件脱碳层大大减少，清砂也容易了。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计在直浇口上组焊的蜡模数量，应考虑有足够的液体金属补缩量，力求减少模组轮廓尺寸，减少掉活率，易于清砂和切除铸件以及提高工艺出品率等。3.横浇口横浇口的作用是分配液流、补缩和挡渣，可用于顶注法或底注法。用于顶注法时，是补缩铸件的主要金属来源，故其截面积较大。横浇口一般与直浇口一起，用自由浇注法，在专用压型中制造。横浇口形状可有环形、圆盘形、方块形和条形等条形横浇口（图9-19）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9-19所示的条形横浇口形式可根据铸件形状和大小选择。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计在横浇口上可以组焊几个大而长的铸件。图9-20所示为单件重2kg的接头零件，材质为ZG230–450，每组四件。内浇口截面为方形。考虑到横浇口不能过长，在组焊时各件方向交错排列（D向视图），这样，可使八处在上2～3层涂料后即连成一体，以增大型壳间连接强度；而在h处则留有较大的上涂料、撒砂和硬化剂浸入的空间，能保证最后几层涂料的涂挂。此种组焊方法既提高了型壳强度，避免了掉件，又可防止该处跑火漏钢。一个铸件开设几个内浇口时，可用横浇口分配液流，图9-21所示壳体铸件尺寸较大（222mm×87mm×73mm）而壁较薄，采用横浇口与六个内浇口分配液流浇注方案，可以防止产生浇不足和冷隔缺陷。采用横浇口顶注方案的缺点是流动不够平稳，对于轻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，铸件表面质量也不如底注法好。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计4.内浇口内浇口是直浇口或横浇口与型腔连接的通道，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清理、加工和表面质量。所以，内浇口设计是熔模铸造浇、冒口设计中最主要的环节。内浇口设计包括确定其位置、数量、形状、长度和截面尺寸等内容。（1）内浇口的位置内浇口位置的选择是设计内浇口的中心环节，它需要考虑铸件质量和操作工艺等多方面的因素。从型壳充填方面考虑，内浇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。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计从补缩方面考虑，由于熔模铸造的直浇口大多数兼有冒口的作用，这时，内浇口就是冒口颈。所以为了实现顺序凝固，内浇口宜设在铸件热节处。若铸件上单独设置冒口时，内浇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。图9-22所示为喷油嘴壳体铸件图，铸件材质为GZ320–640。

9端面粗糙度为

Ra为0.1，硬度为HRC＞

58。内部高压油孔须能经受125kg/cm2

油压而不渗漏，故要求致密度高，不允许有缩孔和缩松缺陷。按照顺序凝固的原则考虑，该铸件内浇口位置可有三种设计方案，一是设在

A端面，二是设在

19端面，三是

18盲孔不铸出，内浇口开在此处。按照前两种方案设计时，B处因产生缩松而渗漏，且

19端面处因开设内浇口而导致该处晶粒粗大，硬度低；按第三种方案时，加工余量过大。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计最后选定内浇口开在

C处。为增大补缩通道，将盲孔底部加工余量加大至5mm。在内浇口1下部增设局部工艺补贴2，铸件按图不位置浇注，选用

42的直浇口，每组12件，浇出的铸件质量完全合格。此种浇口设计压型结构简单，也便于上涂料和撒砂操作。壁薄而尺寸较大的铸件开内浇口时，要使铸件温度场分布有利于防止铸件发生变形和热裂缺陷。图9-23所示为电视机显像管框架零件，材质为ZG200-400。此件外廓尺寸较大，壁较单薄。最初的设计是在4个角上开4个内浇口，用一个十字形横浇口2相连，用直浇口组焊两件。浇注后发现内浇口根部及4处产生热裂，后改为零件中部上下各开一个内浇口3，但浇注后变形严重；最后仅在顶部开一个内浇口3，铸件完全合格。内浇口位置的选择还必须考虑从工艺操作方面来保证铸件质量，如便于上涂料和撒砂，便于铸件清理和浇口切割等。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计图9-24（a）所示为ZG10的仪表铁芯。原设计内浇口开在

100顶面图（b），每组四件。制壳时，A处产生涂料堆积，撒砂困难，因而浇注时该处易跑火漏钢而形成铁瘤，且清砂困难；后将内浇口位置改在小端图（c），增大了上涂料和撒砂空间，因而克服了上述缺陷。图9-25所示盒形零件内浇口应按左边所示开设，且开口向外。若按右边所示开设时，上涂料和撒砂都不方便。在流水线上硬化时，吊具无旋转动作，盒形铸件因积存空气无处逸出，致使盒内部涂料层不能硬化完全，浇注时此处易跑火漏钢。图9-26所示是碳钢摇臂铸件修改结构的例子。该件重275g，具有三个热节。最初内浇口开在

C和

D处，但

B处产生缩裂。后将

C处内浇口移至

B处，同时将

E–E断面幅板加厚，以增大内浇口1向

C处的补缩通道，组焊时

C处向下，使两个内浇口补缩三个热节，选用

38直浇口，每组8件，浇注后经解剖检查，铸件完全合格。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计（2）内浇口的数量内浇口数量的选择要兼顾浇注、补缩、制壳、制模、脱蜡、切除和防止铸件变形等方面的要求。对于一些形状简单、热节比较集中的小铸件，通常只要一个内浇口就够了。但对于形状复杂而热节分散的铸件，特别是要求致密度高时，往往要开设两个或两个以上的内浇口。图9-27所示为凸轮轴花键套，有两处热节，中间壁又较薄，为保证两处热节都能得到补缩，开设两个内浇口是比较适宜的。图9-28所示铸件较细长，上下两端开内浇口时图（b）左端，因其间距较大，直浇口最后凝固收缩时，将铸件压弯而变形。改用上端一个内浇口时，即可防止铸件变形，但制壳时容易掉件。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计为解决此问题，在组焊时使熔模下端靠近直浇口[图9-28（b）图右端]，在涂挂第三层涂料时，即与之连成一体，这就使型壳加固而避免了掉件，这种组焊形式在生产中是经常采用的。图9-29所示机床工具铸件（单件重1.3kg），原设计在

65端面开两个内浇口（扇形，尺寸为25mm×10mm），每组四件，侧向组焊在直浇口上。在生产中经常因

35内孔处上涂料和撒砂不便而造成漏钢，后改为一个尺寸为34mm×14mm的内浇口，组焊方法同上，因扩大了上涂料和撤砂空间而克服了上述缺陷。图9-30所示是细长的拨杆零件，最初设计上下两个内浇口，同时进入钢水，但由于零件细薄，冷却很快，夹在中部的气泡不易逸出而形成气孔。改用一个顶注内浇口后仍不能克服气孔缺陷。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计最后改成如图（b）所示的一个内浇口底注，铸件上都开设集气包3，以集存熔渣和气体。每组两排，每排8件并与横浇口5在同一压型中压出，组焊也很方便。为了防止掉件，在顶部集气包3处焊上两根拉条2这样的浇口完全克服了铸件中气孔的缺陷。（3）内浇口的形状内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9-31）。矩形内浇口[图9-31（a）]应用较为普遍，有长方块和圆柱形热节的铸件，及注入部位呈板条形、棒形、圆环、圆筒形等铸件从外缘注入时，均可使用此种内浇口。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。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计圆形内浇口（图9-31（b））的凝固模数大，补缩效果很好。多用于方块形、球形或短圆柱热节以及厚壁螺帽等类铸件。扇形内浇口（图9-31（c））是矩形内浇口的变形，适用于带法铸盘的铸件，内浇口从法铸盘端面注入。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，内浇口的一部分让开型芯而呈新月形（图9-31（d））。还有一种垂直缝式内浇口（图9-32），它与铸件相连处是一条狭长的垂直缝。这种内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，补缩条件好；由于液流连续地自下而上进入型腔，从而可防止单个内浇口产生局部过热和因之而引起的缩裂缺陷。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计图9-32（a）所示为GZ50壳体零件，单件重1.2kg，结构比较复杂，热节分散。原方案是采用三个内浇口从铸件上、中、下三处引入金属（图9-32（b））浇注后发现内浇口平面的中段磨削加工后，经磁力探伤有发裂和缩松，经改为垂直缝式内浇口（图9-32（c））后，完全消除了这些缺陷。此种内浇口常用于有色合金和某些铸钢件中，其缺点是切割费工。对于中碳钢铸件，为便于消除浇口，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9-33所示。这种内浇口的突出优点是，铸件清砂后，用铜锤或铝锤即易将浇口打断，有时甚至用振壳机清砂时铸件即可脱落；另外，内浇口长度短，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；与气割相比，此种内浇口可省去氧气，并防止因气割而引起的铸件变形；上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计内浇口缩颈处截面虽小，但由于内浇口短，且该处型壳温度很高，故设计合理时，不致阻塞补缩通道。为了提高补缩效果一般将连接直浇口一端的直径放大30%左右。易割浇口的缺点是，为形成缩颈部分，压型的结构稍复杂些；有时容易在浇口与铸件连接处出现气孔，这是由于缩颈处设计得过深，金属流入该处时形成涡流而卷入气体所致。（4）内浇口长度在熔模铸造中，内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，内浇口长度应在便于切割的条件下，越短越好。采用气割时，其长度多为10～

15mm；采用易浇口时，多为8～2mm。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计5.浇注系统的其他附件（1）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。撇渣器在有色合金铸件中应用较多，其结构形式如图9-17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口相连通。图9-32所示的壳体零件在上部往往容易堆积涂料，浇注时残留钠盐蒸发，发气量较大，故该处开设出气孔1，对防止铸件中产生气孔和浇不足是十分有效的。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计（3）型壳连接桥采用直浇口直接组焊大型铸件以及带有过渡直浇口时，为了加强直浇口与熔模或过渡直浇口的连接强度，可在直浇口上设连接桥（图9-17中3）。连接桥断面可为圆形、矩形或片状，它不与铸件连通，在涂挂前几层涂料时，即可将该处型壳连成一体，防止涂挂后几层涂料时熔模脱落。上面以一些生产实例分析了熔模铸件浇注系统各单元的设计要点。在实际生产中，正确的设计浇口，还必须同各项工艺参数相配合，才能获得最佳效果。铸件中因浇注系统引起的废品和缺陷是多种因素交互作用的结果，尤其是各项工艺参数，常在较大范围内波动。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计要精确地控制某一参数，在生产中是较难实现的，而手工浇注时，在浇注速度和压力的掌握上就更难统一划定，这就为浇注系统的设计带来更大的复杂性。尽管如此，也绝不可忽视浇注系统各单元的合理结构，这是因为浇口结构和尺寸合理时，对上述工艺与操作因素变化的敏感性小，因而铸件质量就较为稳定，成品率就高；反之，设计不良的浇注系统，工艺参数稍有变动就会产生大量废品，从这个意义上来说，充分重视和正确设计浇口各单元的结构是十分重要的。9.4.3浇注系统各单元尺寸的确定浇注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，变化着的因素较多，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。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计故迄今为止，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确定其尺寸，再通过生产条件下的工艺试验，反复修改后方可定型。浇口杯和直浇口的尺寸，目前工厂中均已标准化了，可根据铸件选用。横浇口起补缩作用时，其断面要比直浇口大一般取为直浇口的1.1～1.3倍；不起补缩作用时，可取为直浇口的0.7～

1.0倍。确定内浇口尺寸一般可用两种方法一种是热节圆比例法，另一种是模数法，它们都以铸件补缩为基点。1.热节圆比例法这种方法的出发点是以铸件上热节圆截面积或直径作为确定内浇口（即冒口颈）的主要依据。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计设铸件热节圆直径为

D节，内浇口直径为d，则有：d=KD节（9-2）式中K—比例系数，可取0.4～0.9。我国某厂根据流水线上大量生产几百种零件的浇注系统进行分析统计，制订出一套浇口设计表。原始生产条件是，采用水玻璃高强度型壳，铸件重量在6～2000g范围内，壁厚（3～5）～（30～40）mm（多数为6～10mm），应用直浇口组焊和缩颈内浇口，直浇口直径用中

38、

42、

50三种规格，内浇口数量1～2个。经多年生产实践证明，在上述生产条件下，表9-16和表9-17所列数据是比较合理的。从表中可以看出，热节圆比例系数为0.4～0.9，即

d=（0.4～0.9）D节。表中尺寸代号意义可参阅图9-34和图9-35。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计比例法的优点是简单而直观，能迅速的确定内浇口尺寸。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。2.当量热节法当量热节法是根据补缩的需要，把铸件热节换算成一个（或几个）圆柱体单元。令此单元与热节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节直径。设计内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，当量热节直径为

D。由图9-35可知，l=ND，则此单元圆柱体的凝固模数

M柱为：上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计化简得设内浇口直径为

d，并且因其少了两个端面散热，故其模数为：为能有效地进行补缩，令M内

=M柱，则得：即上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计式中d—内浇口尺寸，对刊员}截面，即为其直径，对于矩形或椭圆形截面，为内浇口当量热节直径（mm）；

D—铸件热节部位的当量热节直径（mm）；

K—质量系数，K=设单元圆柱体长度等于其直径时的质量为

Q′（即

l=D时的质量，也称为当量热节单重）铸件质量为

Q，则Q=NQ′由Q及Q′求得

N，代入上式可求得

K。生产中为简化计算，可利用按上述原理设计的诺谟图进行计算，计算步骤如下。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计①确定铸件热节部位最小热节截面（一个热节部位往往有几个热节截面，此处是指这些截面中最小的一个），对于形状不规则的截面可简化成一些简单的矩形截面。②由当量热节计算图（图9-36）求当量热节直径

D。图中标线

a和

b表示铸件热节部位最小矩形热节截面的长与宽，D线表示当量热节直径（单位均为mm）。③由图9-37根据铸件重量

Q和当量热节直径

D求出重量系数

K。④将

K、D值代入公式

d=KD，计算出内浇口直径d。如果需要设置矩形或椭圆形内浇口，则可应用图9-36由D（代表

d）反过来求得需要的长和宽的尺寸。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计例

1

制动凸轮（图9-38），材质GZ45，铸件重230g。铸件热节截面定为16mm×30mm，在图9-36中标线

a取30mm，标线

b取16（mm），用直尺连接此二点与

D线交于一点，此点即所求的当量热节直径，即

D=21mm。在图9-37上的标线

D上取21（mm），标线

Q上取230（g），用直尺连此二点并延长与

K线相交，交点即为重量系数

K值，即

K=0.89。根据d=KD，可求得

d=0.89×21=18.8（mm），取为19mm。由于铸件热节处短边为16mm，故内浇口应设计成矩形。短边取为16，则根据图9-36（b）取16，d（D）取19，连此二点延长至

a，得a为23，则所求内浇口尺寸为16mm×23mm。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计例

2

滚轮（图9-39）材质为ZG45，重235g。热节截面取为14mm×15mm，在图9-36中由

a和

b标线上的15（mm）和14（mm）的点连线，交

D标线于14.2（mm）处，再由图9-37上的

D=14.2mm和Q=235g连线延长至

K，K≈1，则

d=14.2mm。由于内浇口为椭圆形，取短边长为10mm，从图中

D（d）=14.2mm与

b=10mm得出a=22mm，即内浇口尺寸为10mm×22mm。直浇口直径可按图9-40选择。由图中查出的直浇口直径再根据本厂标准直浇口棒选择相近的尺寸。当量热节计算法适用于内浇口长度10～

15mm，质量在1kg以内的中碳钢和低合金钢铸件。图9-40求出的直浇口直径，适用于铸件形状比较简单、热节集中、补缩量要求大的情况；对于热节分散，补缩量较小的铸件，所得结果偏大。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计以上两种计算方法都是在一定生产条件下，经过大量生产验证获得的。二者都适用于小型熔模铸钢件。当量热节法是建立在模数法基础上并具有比例法的优点，用诺漠图计算也较为简易。但两种方法都是以补缩需要为出发点的，没有考虑制壳工艺和铸件变形等其他工艺问题。所以计算值有时还需要进行必要的修正，如，为了防止掉件，某些铸件要适当加大内浇口尺寸等9.4.4冒口、补贴和冷铁的应用冒口、补贴和冷铁都是促进顺序凝固，防止铸件产生缩孔和缩松的有效工艺措施。冒口是补缩铸件的金属来源；补贴是铸件的局部加厚部分，其作用是增大补缩通道，提高直浇口或冒口的补缩效果；冷铁的作用是改变型壳的局部蓄热能力，增加铸件的局部冷却速度，增加末端效应以提高冒口的补缩效果。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计熔模铸件的冒口也有顶冒口、侧冒口、明冒口和暗冒口之分。考虑到熔模铸造型壳无分型面，落入的杂物不易清除，故以暗冒口用得较多。至于用顶冒口或侧冒口，则根据铸件被补缩部分的位置和结构形状而定。冒口形状可为圆柱形、椭圆形、球形、花瓶形等。球形冒口的凝固模数最大，具有最好的补缩能力；花瓶冒口是一种球形冒口，补缩效果也较好，可用于单个铸件上或直浇口上。图9-41所示为单件重1.5kg的厚壁轴座，材质为ZG310–570，每组二件，采用带花瓶冒口的直浇口浇注，补缩效果良好。冒口位置应当尽量靠近直浇口，以便于用连接桥或上部内浇口使二者连通，这样可使直浇口中的热金属靠近冒口或者直接引入冒口，以提高补缩效果，并可增加浇冒口之间型壳的连接强度，脱蜡时也便于排除模料，如图9-42所示。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计设在铸件上的冒口最好带冒口颈。否则，由于冒口根部砂尖散热慢而使铸件上形成新的热节，增大了实际热节圆直径（图9-43（a）），这时，缩孔就可能留在铸件内。此外，有冒口颈还可使铸件与冒口的界限分明，便于切割。在应用暗冒口时，其顶部最好做出60°～90°的砂尖（表9-18左图）。由于砂尖处过热，不易过旱凝固成硬皮，故可使补缩时冒口中液体金属始终与大气相遇，这相当于约1.5米金属重量的压力，可大大提高补缩效果。冒口尺寸设计一般采用热节圆比例法，即根据铸件被补缩部位热节圆直径来确定冒口各部分的尺寸，经试铸修改后定型。冒口尺寸各项比例关系可见表9-18。冒口设计时必须保证顺序凝固，即铸件的冷却模数Mc，冒口颈的冷却模数Mn，冒口的冷却模数Mr

必须逐步增大，其比例关系约为：上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计Mc∶Mn∶Mr=1∶（1.05～

1.3）∶（1.2～

1.5）（9-2）致密度要求高的铸件的比例系数取值应适当偏大。对于暗冒口，由于其顶面不暴露在大气中，处于与铸件几乎相同的冷却条件，因此比例系数取值应适当减小，而明冒口则适当增大。浇注时钢液经过冒口充填型腔时，比例系数适当偏小；而当冒口最终充填时比例系数适当偏大。但是冒口并非越大越好，冒口体积过大又过于接近铸件热节时反而使这个热节的凝固延迟，使缩孔贯穿到铸件内部。所以随着冒口的增大必须同时适当提高冒口颈的高度，使冒口疏远铸件热节。冒口设计除满足顺序凝固外，还必须保证足够的体积使冒口具有充分可靠的补缩能力冒口的体积

Vr（m3）可由式（9-3）确定：Vr=Vr/（k

-

）（9-3）式中Vr

—铸件体积（m3）；上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计

—合金体收缩率（%），常见碳钢和低合金结构钢约为6%；

k—冒口有效补缩率（%），明冒口为12%～

14%，暗冒口为13%～

15%。铸件补缩要求越高取值越小。铸件小、型壳温度低、冷却快时取值偏小；反之偏大。2.工艺补贴补贴是利用改变铸件局部结构的方法，来发挥浇冒口补缩作用的工艺措施。图9-6所示铸件在局部增大加工余量，可扩大内浇口与铸件热节的补缩通道，这种补贴在熔模铸造中常用。图9-44所示是一个轮盘铸件，材质为GZ65Mn，热节处产生缩松。在

8孔处向内浇口方向增设补贴后，有效地防止了缺陷。补贴的应用，显然要增加铸件的加工余量，故过多应用补贴，将失去少切削无切削的意义。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计3.冷铁冷铁是提高冒口补缩效果，防止铸件产生缩孔和缩松的有效措施。此外，冷铁还具有平衡铸件冷却速度和细化晶粒的作用，在熔摸铸造中，由于型壳需要焙烧且多为热型浇注，故冷铁应用受到一定限制。在浇注有色合金铸件时，冷铁可用于铸件结构复杂，无法用冒口补缩，或者虽能补缩而熔模的组焊、制壳和清理不便的情况下。熔模铸造以应用内冷铁较多。内冷铁材料通常用不锈钢或铜合金而不用碳钢。内冷铁应当清除锈污，在制模时安放在压型中。内冷铁要有足够的“芯头”长度，以便在制壳时能稳固地支持，防止脱蜡时冷铁脱落。有些镶合铸件的镶件本身就是内冷铁。在一般情况下，由于在型壳中不便支撑，故外冷铁应用较少。上一页下一页返回9.4浇、冒口系统设计还有一种隔砂外冷铁，它是在涂挂两层涂料后将冷铁用铁丝固定在需要快冷的部位。待全部涂料层涂挂完毕后，将冷铁外部的砂壳去掉以改善冷却效果。此种外冷铁材料可用碳钢或铸铁，表面要求不高，也具有较好的冷却效果，但仅适用于手工制壳的情况下。4.浇注补缩系统评价一般说一种熔模铸件的生产可以使用多种不同的浇注补缩系统方案，因此在拟定了几种方案后可对这些方案进行评价比较，从中选出最佳方案。表9-19所示为常用的经济指标。上一页返回9.5典型铸件浇、冒口系统实例分析9.5.1套筒类铸件套筒类铸件是常见的熔模铸件，如轴套、导套等。这类铸件一般加工要求较高，不允许有气孔、夹渣缺陷，薄壁管件又容易发生椭圆变形。中小型套筒通常用直浇口组焊，位置可为斜焊或立焊，用横浇口组焊时多为立焊。内浇口位置可在端面或侧面。图9-45是两种较为常见的套筒类铸件内浇口及熔模组焊形式。图9-45中（a）为衬套，单件重290g，用

38直浇口组焊12件。内浇口开在法铸边上并将法铸切去一角使易割浇口颈易于起模，还可提高补缩效果，磨平内浇口也方便。为了避免气孔和夹渣缺陷，应倾斜组焊于直浇口上。（b）为传动轴套，单件重350g，用

42直浇口组焊12件因该件法铸壁薄，故内浇口设在端面上，这时，铸件处于平浇位置，此种组合形式铸件上表面易产生气孔。下一页返回9.5典型铸件浇、冒口系统实例分析有些薄壁套筒类铸件容易发生椭圆状变形。图9-46（a）为用横浇口组焊的薄壁管件。浇注时，内浇口处过热，下部温度低凝固快，当横浇口凝固收缩时，易使内浇口处的管日变成椭圆。所以这种薄壁管件宜于单个内浇口侧浇并用直浇口组焊，其下部靠近直浇口以使型壳连成一体，防止掉件（图9-46（b））。图9-47所示也是一个薄壁管件，采用直浇口1横向组焊时图（a），因两个内浇口3开在端面上，极易引起铸件椭圆状变形。改成图（b）形式用横浇口2组焊，左端内浇口较细，只起支撑熔模作用，右端内浇口较粗，即可克服变形缺陷。图9-48（a）所示为ZG35CrMnSi导套，采用硅酸乙酯型壳填砂造型。型壳熔烧至790℃

出炉，钢水浇注温度为1590℃。上一页下一页返回9.5典型铸件浇、冒口系统实例分析最初采用浇注系统如图（b）所示，浇注后在下部薄壁部分出现浇不足，在法铸盘热节及管身处产生缩松，后改成如图9-48（c）所示的浇注系统，用两个内浇口3引入，下内浇口与法铸盘连接，上内浇口与冒口4连通，直浇口1与上下横浇口2连成工字形，每组8件（每边4件），浇注后经检查完全克服了上述缺陷。9.5.2圆环类铸件圆环类铸件的特点是壁厚均匀，加工要求高，浇注这类铸件时，主要是防止变形。用直浇口组焊时，小型圆环通‘常为平浇，即内浇口开在外圆上。此种组焊形式工艺出品率高，上涂料和撒砂都比较方便，且可避免立浇时下部内圆处涂料堆积，铸件也不易变形。图9-49所示为球形接头座，单件重52g，用

38直浇口组焊40个。上一页下一页返回9.5典型铸件浇、冒口系统实例分析图9-50（a）所示为圆环组焊形式，开两个内浇口时，铸件容易变形（图中点画线所示），故直浇口组焊尺寸不太大的圆环时，最好只开一个内浇口。大尺寸圆环宜于采用中心十字形或Y形横浇口组焊形式（图9-50（b）），可防止产生变形。9.5.3框架板条类铸件框架板条类铸件的特点是壁薄而外形尺寸较大，容易发生变形和热裂等缺陷。图9-51所示为外廓尺寸780mm×66mm×74mm的支架零件，材质为ZG45，壁厚12～

14mm，净重10kg。最初采用横浇口顶注方案图（a），产生三种缺陷：上一页下一页返回9.5典型铸件浇、冒口系统实例分析①十字筋中部有缩孔3，并在内浇口下部筋条转角处有缩裂2，这是由于该热节处金属温度最高，散热又慢，热节上部的内浇口窄小而得不到补缩所致；②由于浇注系统比铸件冷得慢，浇口收缩时将铸件拉弯，拉弯方向如（a）图所示；③铸件表面有夹渣和砂眼等缺陷。改为图9-51（b）所示浇注系统，即在铸件大端设置垂直缝隙式内浇口生，在近小端处上部设置一个排渣冒口5，获得了健全的铸件。方案（a）的缺点是，四个内浇口使本来壁厚比较均匀的铸件形成了四个新的热节，而且横浇口较长，四个孤立的内浇口难以实现补缩。方案（b）的优点是，钢水由大端经隙缝式内浇口由下而上、由远及近地充填型腔，就使这个壁厚均匀的铸件，由小端到大端形成了一个有利于补缩的温度梯度；同时，近小端的冒口可以排气和排渣，能基本上消除上述缺陷，铸件质量良好。上一页下一页返回9.5典型铸件浇、冒口系统实例分析图9-52所示为板条类零件，按A形式组焊时，因直浇口的收缩和型壳的阻碍收缩而产生变形；按B形式组焊时，使铸件抗弯矩较大的方向与收缩应力的方向一致，因而防止了变形。由以上两例可知，薄壁管件的变形缺陷，主要是由于两个内浇口处过热，直浇口或横浇口收缩时将管日压扁。故克服此种缺陷不在于用何种组焊方式，而在于正确选择内浇口位置和数量9.5.4轮盘类铸件属于轮盘类铸件的有涡轮、齿轮、导向器等，其尺寸较大，质量要求较高。一般小型轮类铸件可采用直浇口组焊方式（图9-53（a）），每组可浇注多件。较大的轮子，可用直浇口直接浇注，每组一件，如图9-53（b）所示。上一页下一页返回9.5典型铸件浇、冒口系统实例分析图9-54所示为直径266mm的小型导向器整体铸造的浇注系统。该件尺寸较大，结构复杂，内外环间有36个叶片，叶片较薄，排气边缘仅为0.7mm，材质为钻基合金。型壳用硅酸乙酯刚玉粉制造，填砂造型，合金在真空感应电炉中熔炼和浇注。最初该件采用的浇注系统是中心直浇口，内外环安置三个环形冒口补缩。浇注后发现排气边缘浇不足且冒口切割困难。改为图9-54所示的浇注系统，即中央大截面直浇口1，通过十字形横浇口2，上端均布多个内浇口3，下层安置内浇口4，浇注时采用大流快浇，铸件质量完全合格。图9-55（a）所示为整铸涡轮，材质为20CrMoVB珠光体低合金钢。其外缘有40个叶片，叶片间距公差小于0.5mm，轴向摆差为0.8mm。上一页下一页返回9.5典型铸件浇、冒口系统实例分析叶片在指定截面上用样板检查，采用硅酸乙酯石英粉型壳，填砂离心浇注，转速为250r/min。该件最初采用浇冒口如图9-55（b）所示，顶部设圆柱形冒口1，冒口小端直径为105mm（热节圆直径

D=115mm），大端直径D1

为148mm，冒口高H

为215mm。浇注后在冒口颈处发现缩裂，在远离冒口处的叶盘上有严重缩松并延伸到铸件内部后将冒口小端加大到112mm，大端D1

加大到163mm，高245mm，仍末解决问题，且由于冒口尺寸增大，质量增加，上涂料和撒砂操作均感困难。最后改成花瓶式冒口如图9-55（c）所示，其尺寸如下：D4=1.6D

≈190mm，D2=1.3D

≈150mm，D3=110mm，H′=1.6D

≈190mm，h′=15mm。由于花瓶冒口主体为球形，凝固模数大，补缩能力强，因而消除了上述缺陷。上一页下一页返回9.5典型铸件浇、冒口系统实例分析9.5.5叶片类铸件叶片是熔模铸造的典型零件。燃气轮机以及航空发动机中的导向器叶片和某些涡轮叶片，大多采用熔模铸造法生产。这类零件的材质通常为耐热钢或耐热合金，冶金质量要求高，加工比较困难，铸件尺寸精度和表面粗糙度都要求很高。采用硅酸乙酯或硅溶胶刚玉粉型壳。浇注这类零件时要注意防止变形、缩松、夹渣等缺陷，航空涡轮叶片还要控制其晶粒度。叶片类铸件的结构特点是壁厚相差悬殊，进气边缘厚而排气边缘却很薄，叶身表面积大，铸件易产生变形浇注时通常是组焊成模组形式以增大其刚度，很少单片浇注。上一页下一页返回9.5典型铸件浇、冒口系统实例分析图9-56是材质为lCr13不锈钢的汽轮机大刀气叶。该件尺寸较大，采用单片浇注时，弯曲变形严重，叶身轴线直线度变形多达5mm（技术要求为0.8mm）。用图9-57（a）所示组合式底注方案后，变形仍末消除；后改为图9-57（b）所示组合方案，使变形度控制在规定范围内。（b）种方案的特点是使叶片排气边缘靠近直浇口，利用直浇口的金属热量来平衡铸件各处的温差，延缓了排气边缘的冷却速度，因而大大减轻了零件的变形。对于涡轮叶片一般多采用方块形或矩形横浇口侧注法（图9-58），上面的横浇口可厚些并兼有冒口的作用，每组可组焊6～12片。此种浇注系统的优点是有利于叶片的顺序凝固和补缩，也易于组焊、上涂料和切割，工艺出品率较高，可用于浇注长160mm以内的实心和空心叶片。上一页下一页返回9.5典型铸件浇、冒口系统实例分析由于金属的凝固是从外部开始，浇注后四周首先凝固成外壳。为了发挥上横浇口的补缩作用，桦头处内浇口要位于中部，即距边缘距离要大于5mm，如图9-58右下图所示。叶片的浇注位置也可以使桦头向下，这时下横浇口和内浇口要大些。此种浇注位置与前者相比，晶粒度好些，但缩松度不如前者。对于带较宽叶冠的导向器叶片（图9-59），采用上述浇注系统，即在叶冠窄面开内浇口时，易在叶片转接圆弧处产生缩松，因该处离横浇口较远。较好的方式是单工字型侧注，内浇口4开在叶片较宽的侧面，每组4～6片，如图9-59所示。此种浇注系统具有前一种的优点，适宜浇注长130毫米以内的，锁板厚度大于叶身厚度的空心导向器叶片，但工艺出品率低些。上一页下一页返回9.5典型铸件浇、冒口系统实例分析上述两种浇注系统主要用于真空浇注情况下，因真空条件下无大气压力作用，而此种浇口的尺寸大，有较强补缩能力，容易保证质量。对于无叶冠和锁板的叶片或者锁板窄而薄时，宜于用横浇口和内浇口顶注法，如图9-60的（a）型和（b）型。这类叶片上往往带有一个较大的（高为10～

20mm）的加工夹头，它还可以起到冒口的作用。这种浇注系统的工艺出品率很高，可用于真空或大气下浇注，图9-60中所示的浇口尺寸可用于浇注高100mm，重量小于0.3kg的叶片，每组6～8片。在真空下浇注时，为使补缩良好，横浇口尺寸要大些；大气下浇注时，则可小些。这种形式浇注系统最好是用于翻转浇注法，叶片质量高。空心叶片也有采用隙缝式浇口的，充填平稳、补缩条件好，但切割困难些。上一页下一页返回9.5典型铸件浇、冒口系统实例分析9.5.6壳体类铸件壳体类铸件一般尺寸和质量较大，形状比较复杂，并带有较大的内腔，壁厚较为均匀，加工面多，有的壳体零件还要求较高的气密性。常见的缺陷有缩孔、缩松、热裂等。通常可用直浇口多层内浇口或单独直浇口每组一件的浇注方式。图9-61（a）是材质为GZ10的电机壳体，（b）为浇注系统组焊形式，每组两件。采用底注法，在下安装边上开设4个内浇口（A向视图），在中部轴承座上均布3个内浇口，铸件上部凸台开设一个内浇口，顶部开出气日。采用这种方案浇注后铸件质量良好。但中心3个内浇口切割困难，切割后余头较多，加工量大。把此3个内浇口去掉后，在铸件圆筒直径变化处靠近直浇口一侧发生热裂图（b）。上一页下一页返回9.5典型铸件浇、冒口系统实例分析当中心有3个内浇口时，因其尺寸较大，中央隔板与轴承座处钢水大部分由此3个内浇口进入，而从外壁进入较少，因而对壁转接处冲刷少、温度低些。把中心三个内浇口去掉后，全部钢水均流经转接部位，使该处过热，靠近直浇口处温度更高些，最后凝固而形成热裂。阀体也是一种形状复杂的壳体零件，其重量一般为5～

20kg，高压阀门材质为ZG40Mn，中压阀门为GZ25，形状比较复杂，壁厚相差较大（最薄处仅为7～9mm），热节分散。由于工作条件要求耐压（16～320×105Pa）而不允许渗漏，故浇注系统设计要着重考虑防止缩孔、缩松缺陷。阀体熔模铸造浇注位置一般有两种一种是中法兰向上；另一种是中法兰向下。图9-62所示为前一种方案，该件为PG25/50闸阀阀体，单件重14.8kg。上一页下一页返回9.5典型铸件浇、冒口系统实例分析最初是在中法兰端面开两个55mm×48mm×20mm的内浇口（图9-62（a））。浇注后发现口杯1处有严重缩松，这是因为颈部凝固快而阻塞了补缩通道。第二次将阀体日环处减薄（图9-62（b）），试图减小该处热节，但浇注后发现缩松外移。第三次在中法兰内孔两侧加10mm×30mm×35mm的补缩筋2（图9-62（c）））缩松情况好转，但因补缩筋过薄，补缩通道窄，缩松上移，浇注试压后，仍有30%左右铸件渗漏。最后将补缩筋加厚加宽并与口环台阶齐平（图9-62（d）），铸件质量合格，渗漏件仅为3.9%。上述工艺的优点是两边法协尺寸精度较高，但对两侧法协的补缩条件较差。上一页下一页返回9.5典型铸件浇、冒口系统实例分析第二种方案是中法向下。图9-63是闸阀阀体（重26kg）的浇注工艺。最初采用图（a）所示方案，内浇口1开在顶部，在2处设补缩筋。浇注后发现左右法铸与颈部连接处产生热裂和缩松，这是由于此处壁厚相差悬殊，法铸处得不到补缩所致。以后在左右法铸处各增设横向补缩筋3（图（a）），为的是增大向两侧法铸的补缩通道，浇注后缩松和热裂情况大为好转，但左右二法兰间尺寸变形大，法兰端面平行度相差2～3mm（浇注位置的上面大些，下面小些）。最后将横向补缩筋改成羊角形（图（b）之4），这样，既可使二连接法兰处得到补缩，也可使颈部冷却均匀而减少了变形。浇注后，二法兰平行度误差为1.0～1.9mm，达到了技术条件的要求。同第一种方案比较，此工艺对两侧法铸补缩较好，底部中法铸可用补缩筋2补缩，但两侧法铸变形量大些。上一页下一页返回9.5典型铸件浇、冒口系统实例分析图9-64所示为GZ50承力底座铸件（带浇冒口），毛重10kg（包括两端拉筋）。铸件尺寸较大，热节分散，形状复杂，工作时承受震动负荷，质量要求较高。生产中采用高强度水玻璃型壳氯化氨硬化工艺，每组一件，单壳熔烧，填砂浇注。主要缺陷是缩松，热裂和变形。经对浇冒口作多次改进，按图9-64所示工艺方案，已能比较稳定地进行生产。底座铸件可有两种浇注位置一种如图9-65所示，采用这种浇注位置时，铸件变形、缩松严重；另一种如图9-66所示，目前生产中多用后一种工艺。按照第二种浇注位置浇注时，原设计（图9-66）在小端热节处设扇形拉筋4，大端热节处设圆柱形拉筋5。此二拉筋一方面可防止铸件发生变形，保证两端的开口尺寸；另一方面利用拉筋的厚大截面，兼起冒口的作用，以实现对两端热节的补缩。上一页下一页返回9.5典型铸件浇、冒口系统实例分析两个过渡直浇口3开在两端的拉筋4和5上，并与顶部横浇口2和直浇口1相连以分配液流。为了防止制壳时熔模脱落，在中部焊上连接桥（图9-66中

B–B切面），以加固浇口与熔模的联结强度。应用上述工艺，浇注后发现在

a、b二处产生缩松。为了消除缩松，在。处设置1个冒口R1，b处分别在两侧各置1个冒口R2、R3，3个冒口均与横浇口连通，经浇注后发现

a处仍有缩松，而

b处壁的交接处产生热裂，铸件产生严重变形。a处产生缩松是由于设置冒口R1

后，增大了铸件在该处的热节，造成同时凝固的条件，后将冒口改成楔形（图9-64

R1），减小了该处热节，因而消除了缩松。b处产生热裂和铸件变形是由于2个冒口R2、R3

增大了转接处的热节，但大部分钢水流经此处造成转接圆弧处过热，大端温度高、小端温度较低而形成扭曲变形。上一页下一页返回9.5典型铸件浇、冒口系统实例分析后将这两个冒口R2、R3

根部上移离开转接圆弧且不与横浇口2连通（图9-64），这时由于R2、R3

靠近横浇口，温度仍较高，钢水由下部引入，减弱了对转接圆弧