CN114491853A - 一种浇注系统横浇道截面形状尺寸的优化方法及铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种浇注系统横浇道截面形状尺寸的优化方法及铸造方法，涉及铸造领域，解决了现有计算方法存在的计算结果不准确、计算过程需查表，操作复杂、费时费力的问题。本发明采用黄金分割数0.618来计算横浇道截面形状尺寸，由铸造用浇注系统横浇道截面的面积式∑Aru＝h×w、设定横浇道截面的理论宽度w与横浇道截面的高度h的比值为黄金分割数0.618计算得到通过横浇道截面的上边长c的计算式、横浇道截面的下边长a的计算式以及横浇道截面的实际宽度b的计算式得到a≈0.636h，b≈0.601h。本发明计算过程无需查表，计算简单、计算精确，避免了金属材料的浪费。

Description

一种浇注系统横浇道截面形状尺寸的优化方法及铸造方法

本申请是名为《一种铸造用浇注系统横浇道截面形状尺寸的计算方法》的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2017年12月19日，申请号为201711372515.4。

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，具体涉及一种浇注系统横浇道截面形状尺寸的优化方法及铸造方法。

背景技术

浇注系统是由浇口杯、直浇口、横浇口(横浇道)和内浇口组成，为将液态金属引入铸型型腔而在铸型内开设的通道。浇注系统的作用是控制金属液充填铸型的速度及充满铸型所需的时间，使金属液平稳地进入铸型，避免紊流和对铸型的冲刷；阻止熔渣和其他夹杂物进入型腔，浇注时不卷入气体，并尽可能使铸件冷却时符合顺序凝固的原则。内浇口的总截面积、横浇口的总截面积和直浇口的总截面积是浇注系统的重要参数。其中，对横浇口的总截面积进行精确地计算，能够精准控制金属材料的用量，避免出现横浇道截面的尺寸过大造成的金属材料浪费或者横浇道截面的尺寸较小导致的金属材料不足的问题，因此，为避免金属材料的浪费，实现资源的有效利用，对于横浇道的截面形状及尺寸进行优化是十分有必要的。

目前，铸造用金属材料主要采用球墨铸铁和蠕墨铸铁。球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。所谓“以铁代钢”主要指球墨铸铁。球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。

蠕墨铸铁的化学成分一般为：C％＝3.4～3.6％；Si％＝2.4～3.0％；Mn％＝0.4～0.6％；S％<0.06％；P％<0.07％。通常蠕墨铸铁是铸造以前加蠕化剂(镁或稀土)随后凝固而制得的。迄今为止，国内外研究结果一致认为，稀土是制取蠕墨铸铁的主导元素。蠕墨铸铁的石墨形态介于片状和球状石墨之间。蠕墨铸铁的石墨形态在光学显微镜下看起来像片状，但不同于灰口铸铁的是其片较短而厚、头部较圆(形似蠕虫)。所以可以认为蠕虫状石墨是一种过渡型石墨。

目前，现有《铸造手册》第二版第5卷铸造工艺214页只给出了一种球墨铸铁件铸造用浇注系统横浇道的截面形状及尺寸，而没有给出蠕墨铸铁件铸造用浇注系统横浇道截面形状及尺寸，也就是说，目前，铸造领域中还未见蠕墨铸铁件铸造工艺相关理论的报道。

表1源自1979年出版的《铸铁手册》，一直没有进行过补充和修正，以当时的技术与现代技术相比，存在以下的一些缺陷：

1、当时采用冲天炉进行熔炼，熔炼的铁水纯净度不高，渣子比较多，所以横浇道截面需要设计的高一点、宽一点比较好，但是这种情况下截面积比较大，导致浪费金属材料的后果。

2、当时电脑还没有普及，此表内的数据都是经过圆整的，使用此数据只能是近似值，计算结果不够精确。

3、每次计算时都需要使用此表进行查找，操作复杂、费时费力。

表1

发明内容

为了解决现有横浇道截面形状尺寸的计算方法存在的计算结果不准确、计算过程需查表，操作复杂、费时费力的问题，本发明提供一种浇注系统横浇道截面形状尺寸的优化方法及铸造方法。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明提供了一种铸造用浇注系统横浇道截面形状尺寸的优化方法，采用黄金分割数0.618确定横浇道截面形状尺寸，所述方法包括以下步骤：

S1：确定铸造用浇注系统横浇道截面的面积采用公式：

∑Aru＝h×w (1)；

S2：根据横浇道截面的理论宽度w与横浇道截面的高度h的比值为黄金分割数0.618，得到公式：w＝h×0.618 (2)；

S3：根据铸造用浇注系统横浇道截面的面积∑Aru、横浇道截面的理论宽度w与横浇道截面的高度h的关系，得出横浇道截面的高度的计算式：

S4：通过铸造用浇注系统横浇道截面形状得到横浇道截面的上边长c的计算式以及横浇道截面的下边长a的计算式：

c＝tg2°×h/2 (4)；

a＝w+2c (5)；

S5：根据所述公式(3)、所述公式(4)和所述公式(5)，得到横浇道截面的下边长a的计算式：

a≈0.636h (6)；

S6：根据铸造用浇注系统横浇道截面形状，得到横浇道截面的实际宽度b的计算式：

b＝w-2c (7)；

S7：根据所述公式(2)、所述公式(4)和所述公式(7)，得到横浇道截面的实际宽度b的计算式：

b≈0.601h (8)；

S8：根据所述公式(3)、所述公式6)和式(8)确定铸造用浇注系统横浇道截面形状尺寸，实现横浇道截面形状尺寸的优化。

本发明还提供了一种铸造方法，所述铸造方法包括：

采用所述的优化方法确定横浇道截面形状和尺寸；

按照横浇道截面形状和尺寸浇注金属材料，实现金属材料的铸造。

本发明的有益效果是：

本发明通过推导得出一种球墨铸铁、蠕墨铸铁件铸造用浇注系统横浇道截面形状尺寸的计算公式。通过对表1中横浇道截面形状尺寸比例的计算，得出其宽/高比(横浇道截面的理论宽度w与横浇道截面的高度h的比值)为：0.713～0.88，而本发明由0.618黄金分割数和相应的关系式所组成的横浇道截面形状尺寸配合小一点的截面比例，就能使金属浪费得到改善，使数据精确，使用方便。

本发明的计算方法具有以下优点：

1、简单3个关系式，一目了然。

2、可以精确的对应任何横浇道截面积数据。

3、利用现代计算工具，数据精确，立见结果。

4、使用了0.618黄金分割数进行计算，既保证了高度，达到浮渣的作用，又节约了金属，确定了宽与高的比例关系。

附图说明

图1为本发明中所涉及的铸造用浇注系统横浇道截面形状的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明的一种浇注系统横浇道截面形状尺寸的优化方法及铸造方法，是以宽/高比为0.618(黄金分割数)所组成的关系式来计算横浇道截面形状尺寸的。

主要包括以下步骤：

步骤一、如图1所示，铸造用浇注系统横浇道截面的面积见公式(1)，

∑Aru＝h×w (1)

步骤二、本发明采用宽/高比为0.618的黄金分割数来进行计算，如公式(2)

所示，w＝h×0.618 (2)

式中，∑Aru表示横浇道截面积，h表示横浇道截面的高度，w表示横浇道截面的理论宽度；

步骤三、得出横浇道截面的高度的计算公式，如公式(3)所示；

步骤四、如图1所示，通过图1可以得到公式(4)和公式(5)；

c＝tg2°×h/2 (4)

a＝w+2c (5)

式中，a表示横浇道截面的下边长，c表示横浇道截面的上边长；

步骤五、通过对公式(3)、(4)、(5)进行计算得到公式(6)；

a＝h×0.618+2(tg2°×h/2)

a＝h×0.618+2h(0.01746×1/2)

a＝h(0.618+0.01746)

a≈0.636h (6)

步骤六、如图1所示，通过图1可以得出公式(7)；

b＝w-2c (7)

式中，b表示横浇道截面的实际宽度；

步骤七、通过对公式(7)进一步推导得出公式(8)；

b≈0.601h (8)

通过本发明的计算方法最终整理出三个实用的关系式：

a≈0.636h (6)

b≈0.601h (8)

上述获得的三个公式(3)、(6)和(8)用于计算一种铸造用浇注系统横浇道截面形状尺寸。

本发明还提供了一种铸造方法，所述铸造方法包括：

采用所述的优化方法确定横浇道截面形状和尺寸；

按照横浇道截面形状和尺寸浇注金属材料，实现金属材料的铸造。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种铸造用浇注系统横浇道截面形状尺寸的优化方法，其特征在于，采用黄金分割数0.618确定横浇道截面形状尺寸，所述方法包括以下步骤：

S1：确定铸造用浇注系统横浇道截面的面积计算式为：

∑Aru＝h×w (1)；

S2：根据横浇道截面的理论宽度w与横浇道截面的高度h的比值为黄金分割数0.618，得到计算式为：w＝h×0.618 (2)；

S3：根据铸造用浇注系统横浇道截面的面积∑Aru、横浇道截面的理论宽度w与横浇道截面的高度h的关系，得出横浇道截面的高度的计算式：

S4：通过铸造用浇注系统横浇道截面形状得到横浇道截面的上边长c的计算式以及横浇道截面的下边长a的计算式：

c＝tg2°×h/2 (4)；

a＝w+2c (5)；

S5：根据所述公式(3)、所述公式(4)和所述公式(5)，得到横浇道截面的下边长a的计算式：

a≈0.636h (6)；

S6：根据铸造用浇注系统横浇道截面形状，得到横浇道截面的实际宽度b的计算式：

b＝w-2c (7)；

S7：根据所述公式(2)、所述公式(4)和所述公式(7)，得到横浇道截面的实际宽度b的计算式：

b≈0.601h (8)；

S8：根据所述公式(3)、所述公式(6)和式(8)确定铸造用浇注系统横浇道截面形状尺寸，实现横浇道截面形状尺寸的优化。

2.一种铸造方法，其特征在于，所述铸造方法包括：

采用权利要求1中所述的优化方法确定横浇道截面形状和尺寸；

按照横浇道截面形状和尺寸浇注金属材料，实现金属材料的铸造。

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