“永冠杯”第二届中国大学生铸造工艺设计大赛
B ) 倒放 图2.2浇注位置
正放：优点1）铸件大部分位于下箱，温度分布较合理，冒口位置设计较灵活，利于补缩。
2）减重沉孔由砂胎形成，避免吊砂； 3）凸台加工面在下，其质量较好
缺点 1）质量要求较高的凸耳位于型腔上部，其质量可能受影响。
倒放：优点 1）重要部位凸耳在下部，其质量可能较好。
缺点 1）型腔大部分在上箱，上砂箱偏高，易产生跑火等缺陷。 2）减重孔处需吊砂，砂型受到烘烤易产生落砂等缺陷。
3）冒口如设在最高面需冒口砂胎工艺，如设在分型面有效体积较小，出品率低。
在未知铸件质量的条件下，很难对两种浇注位置取舍。故将正放命名为A方案，倒放命名为B方案，分别对其进行设计分析。
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3铸造主要参数
加工余量：根据零件加工部位的基本尺寸及精度要求，两端φ115孔间距、孔径尺寸、表面粗糙度要求高，按图纸所给加工余量为7.5mm，另外凸耳上的φ70圆有装配公差要求，留5mm加工余量。其它为5mm 加工余量。
不铸出孔：该铸件中心部位?42沉头孔与?28通孔加加工余量后，直径过小，下芯困难，且难保证中心度精确，故不铸出。凸耳上? 16螺纹孔、侧面凸台? 5.3过小不铸出。
收缩率：铸造收缩率取1%。
拔模斜度：为分型方便，减重孔处拔模斜度取0.8，其它地方取0.6。
铸件质量：用UG造型，在封闭不铸出孔，增加拔模斜度后计算得铸件体积41.677×10 cm3,质量310 kg。
3
oo
4 浇注系统设计计算
铁液经球化,孕育处理后，温度下降，易氧化。因此要求浇注系统能大流量输送铁液，又有一定的挡渣能力。故我们选择球墨铸铁常用的半封闭式浇注方式，它充型速度较快，又有挡渣能力，充型平稳。
用奥赞公式如公式4.1可计算阻流截面积：
GL?Ag?0.31utHpGL为浇注重量，铸件质量Gc?310kg，
【1】
4.1
出品率??60~75% ， 估算GL?Gc/??520kg。
u浇注系统流量损耗因素，查表得干型中小铸型阻力u?0.5；
t浇注时间 t?SGL?1.3*520?29.64s，取t?30s 。
Hp为平均静压力头高度。
因为有两种方案，故分别对其最小截面计算。
正放方案浇注，凸耳处高度较小，可近似认为是顶注式Hp?H0取280mm 试中H0为上箱高度+浇口杯高度。
倒放方案可近似认为是底注式，Hp?H0?C/2。
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式中C为零件高度C≈170cm，H0取365mm得Hp=280mm。 两种方案计算的的平均静压头Hp=280mm =28cm 故两方案的最小面积相等：
?Ag?5200.31?0.5?30?28?21.13cm2
内浇道个数n=2, Ag=21.13/2=10.5cm2 ； 取半封闭式浇注系统比例设计为：
?A:?A:?Asrug?1.4:2:1
取内浇道截面为梯形尺寸为58mm/63mm×18mm,即Ag=10.8cm2。 横浇道截面尺寸为梯形38mm/50mm×50mm ，Aru==22 cm ，
2
直浇道截面尺寸为圆形直径为φ64mm ，As=32.2 cm。
2
5 冒口设计
球墨铸铁凝固时具有糊状凝固的特性，按传统冒口设计方式，应在铸件的热节处放置冒口，将缺陷引入冒口内，减小缩松缩孔；由于球墨铸铁凝固过程中有石墨化膨胀，可以利用球铁的共晶膨胀补偿铸件缩松缺陷。这种补缩方式不仅提高工艺出品率，而且比传统冒口有更好的效果。故采用冒口对铸件进行液相收缩进行补充，利用凝固过程中的共晶膨胀实现自补缩的思想设计冒口。
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5.1模数与补缩分析
通过对铸件模数划分，分析补缩位置，进行冒口设计。铸件模数计算具体见表5.1。
分区 1 2 3 4 体积 9756.876 7775.994 3166.077 4417.55 体积份额 38.85% 30.96% 12.61% 17.59% 表面积 2558.4 2752.672 2089.713 1503.191 质量 72.201 57.542 23.428 32.689 模数cm 3.81 2.82 1.51 2.93 图 5.1 模数与热节
图 5.2 模数体积份额图
表 5.1 模数表
分析如下：
如图4.1红色圈表示热节，这些位置较厚，容易产生缩松缩孔缺陷。 将铸件所示部分分为4个分区，凝固顺序是1、2、4、3。
3分区模数最小，换热面较大，冷却速度快，较其他分区先进行液态收缩与共晶膨胀，在3分区设置浇道和冒口，为其提供液态补缩，让它的膨胀压补充2、4区。冒口内浇道靠近热节但不在热节上，避免了接触过热，较合理。
由于该铸件模数大，树脂砂砂型强度高，完全可以设置压力冒口对铸件液态补缩。因此，我们选择补缩效率高、冒口颈短薄宽的压边冒口。当球铁铸件液态收缩终止时，冒口颈适时凝结。利用铸件膨胀压力补偿二次收缩，消除缩松。
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5.2冒口尺寸设计
冒口补缩体积 V0?V??；
V0为补缩区内铸件液态收缩体积；?金属的液态体收缩率，一般球铁取为4%；
用UG造型得铸件体积V=41.677×10 cm；
压边冒口液态补缩体积：V0=41.677×10×4% =1.66×10 cm；
3
3
3
3
3
液态补缩量G0??V0=7.4×1.66=12.3 kg；每个冒口液态补缩量G=6.15 kg 冒口颈模数计算
MN?tp?1150tp?1150?LCMc 【1】
tp为浇注温度，取为1350℃；L为铸铁结晶潜热取220?103J/kg；
C为铁液比热容取835J/kg.K 。
冒口颈模数
MN=
1350?1150?Mc?0.431?Mc 3220?101350?1150?835冒口置于3分区时，冒口颈模数为MN?0.431?1.51?0.65cm 。
因要求液态补缩终止时冒口颈即凝结，压边截面积不能过大，查表取压边宽度10mm,长度100mm。
根据冒口液态补缩量，冒口颈模数，查表取冒口尺寸为100×100×150。 即所设计冒口体积VR?1.655?10cm，质量GR?11.4kg。
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