DISA线上生产灰铸铁轮毂类铸件的浇冒口系统及其设计方法与流程

技术特征：

1.一种DISA线上生产灰铸铁轮毂类铸件的浇冒口系统，包括冒口和浇注系统，所述浇注系统包括直浇道、内浇道和横浇道，横浇道中垂线的两侧对称设有两个直浇道，每型八个铸件，每个铸件通过相应的内浇道与直浇道相联通，其特征在于八个铸件按照上、中、下分三层布置，且以横浇道中垂线为轴分为左右两侧，左侧上层和中层各布置一个铸件，下层布置两个铸件，右侧上层布置两个铸件，中层和下层各布置一个铸件，每个直浇道均为折线形状，在直浇道的末端设置缓冲区域，内浇道截面形状为矩形，每层直浇道的截面积是位于该层及该层以下内浇道总截面积的1.2倍，相应侧的横浇道的截面积是该侧内浇道总截面积的1.5倍，直浇道和横浇道的形状都为等腰梯形；所述冒口均单独设置在每个铸件的正顶端。

2.根据权利要求1所述的DISA线上生产灰铸铁轮毂类铸件的浇冒口系统，其特征在于所述冒口为圆柱形有冒口窝的单一冒口。

3.一种权利要求1所述DISA线上生产灰铸铁轮毂类铸件的浇冒口系统的设计方法，其特征在于该方法根据均衡凝固理论设计冒口，并考虑灰铸铁石墨化膨胀影响，设计冒口形状大小和放置位置；再依据“短、薄、宽”的原则以及冒口位置选取冒口颈尺寸；结合实际生产中一型八件的要求，根据等压等流量工艺设计方法，计算浇注系统不同分层的实际压头大小，然后代入奥赞公式中分别得到上、中、下层内浇道的截面积，横浇道与直浇道的截面积由内浇道的截面积按权利要求1中的倍数关系得出，最后经过数值模拟优化得到所述的浇冒口系统。

4.根据权利要求3所述的设计方法，该方法的具体步骤是：

第一步、铸造设备

针对灰铸铁轮毂类铸件自身特点及DISA线生产条件，选择砂型铸造，垂直分型，冒口和浇注系统均设置在分型面上；

第二步、冒口设计

1)对铸件进行分析并划分结构体

根据铸件特征，灰铸铁轮毂铸件划分为轮毂、轮辐、轮缘三个结构分体，分别标记为a、b和c，根据公式(1)分别计算三个结构分体和铸件的模数，

$M=\frac{V}{S}---\left(1\right)$

其中，V为铸件或各分体体积，S为铸件或各分体表面积，M_a、M_b、M_c、M分别为轮毂、轮辐、轮缘和铸件的模数；

2)计算质量周界商、灰铸铁件收缩时间分数、收缩模数因数

根据公式(2)计算铸件质量周界商，

$Q_m=\frac{m}{M^3}---\left(2\right)$

其中m为铸件质量；

根据公式(3)计算灰铸铁收缩时间分数，

$P_c=\frac{6.5}{e^{(0.50M+0.01Q_m)}}---\left(3\right);$

根据公式(4)计算收缩模数因数：

$f_2=\sqrt{P_c}---\left(4\right)$

3)根据公式(5)计算冒口模数M_r，并确定出冒口形状和尺寸

M_r＝f₁·f₂·f₃·M (5)，

其中，f₁为平衡因数，f₁≥1.2；f₃为压力因数，f₃与铸件的质量周界商有关，具体数值根据步骤2)得到的质量周界商Q_m查表获得；

取圆柱形有冒口窝冒口，取冒口的H/D＝1.1，确定出冒口形状和大小；

4)将步骤2)得到的收缩模数因数及步骤1)得到的铸件模数带入公式(6)，计算铸件收缩模数

M_s＝f₂·M (6)；

5)确定冒口位置

该铸件采用DIAS线生产，冒口需放在轮缘上，且位于铸件的上端，将铸件高度h代入公式中，计算得到冒口距离铸件边缘的距离δ，进而确定冒口位置；

6)根据公式(7)计算冒口颈模数M_n，并确定冒口颈形状和尺寸

M_n＝M·f_P·f₂·f₄ (7)

其中，f₄为冒口颈长度因数；f_P是流通效应因数，取值范围为0.45～0.55；

冒口颈厚度为e＝(2～2.5)×M_n，冒口颈宽度为W≥5e，冒口颈长度为l＜＝3e；根据冒口颈“短、薄、宽”的原则，选取长方体冒口颈；

第三步、浇注系统设计

1)浇口杯设计

根据单个铸件和冒口的质量之和及工艺出品率的要求，选取相应的浇口杯，并采用自动造型；

2)浇道设计

采用强封闭式的浇注系统，等压等流量工艺设计方法将整个浇注系统分为三层，根据公式(8)计算每层内浇道的截面积

式中，i＝1,2,3，分别表示上层、中层、下层；m为流经内浇道截面积的金属液质量；μ为流量系数；ρ为铸件材料的密度；τ为金属液流经截面积的时间；g为重力加速度；h_i为实际压头，各层的实际压头根据公式(9)计算得到；

$h_i=\frac{k_i^2}{1+{k_i}^2}\·{\mathrm{\ΔH}}_i---\left(9\right)$

其中，ΔH_i为每一层的高度值；k_i为各层有效截面积比例，根据公式(10)得到；

根据每层直浇道的截面积是位于该层及该层以下内浇道总截面积的1.2倍，相应侧的横浇道的截面积是该侧内浇道总截面积的1.5倍，计算得到直浇道和横浇道的截面积；

经过数值模拟优化确定内浇道截面形状为矩形，横浇道截面形状为等腰梯形，直浇道截面形状为等腰梯形，至此完成浇注系统的设计。