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技术方案

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，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。

Gating system and design method for DISA production of Grey Cast Iron Hub Castings

Riser system DISA production line of gray cast iron wheel castings and its design method, including the riser and gating system, the gating system including the sprue, runner and runner, the runner midperpendicular symmetrically on both sides with two straight runner, each type of eight castings, castings by cast in each the corresponding way and the sprue is communicated, which is characterized in that eight castings in accordance with the three layer arrangement, and points to the runner \axis is divided into left and right sides, the left upper and middle of the layout of a lower layer arrangement of two castings, castings, the arrangement of two right upper middle castings. And the lower layer are arranged in a casting sprue, each are polygonal, set the buffer area at the end of the sprue and ingate section is rectangular in shape, the cross-sectional area of each layer of the sprue is located in the layer and the layer below the ingate total The sectional area of the cross runner is 1.5 times of the total cross sectional area of the inner runner, and the shape of the sprue and the transverse runner are isosceles trapezoid, and the shape of the sprue is 1.2 times.

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术属于灰铸铁铸件工艺
，具体涉及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。该浇冒口系统及设计方法能够大幅提高灰铸铁轮毂铸件的工艺出品率，并能消除当前生产现场铸造工艺所频繁出现的铸件缺陷。
技术介绍
用铸造方法生产金属构件是最为常用的工业方法之一，其中铸铁铸件占铸件总产量的一半以上。现代铸造业普遍采用自动化生产线生产铸件，其中DISA生产线是用于大批量生产小型铸铁件的常用设备。DISA生产线采用压缩空气挤压造型，砂型紧实度好，生产效率高，适于生产结构中等复杂，精确度要求高的球铁和灰铁铸件。但是DISA线设备限定铸造工艺只能垂直分型，且只有一个分型面，浇口位置固定在一个小范围内。DISA线设备的特点决定了其铸造工艺的特殊性。DISA线铸造工艺的特点是铸件分层排布，为了保证铸件质量的均一性和稳定性，要求充型时各层铸件同时充满；为了提高生产效率，要求浇注系统和冒口系统紧凑排列，所以铸造厂往往把冒口与浇注系统融合在一起设计。当前采用DISA线的铸造企业一般是按照DISA公司给出的设计方法进行浇注系统设计，采用类似铸钢冒口设计经验方法(铸钢件的模数法)设计冒口，忽略石墨化膨胀，且占用浇注系统部分作为侧冒口,设计非常粗糙，补缩效果差，缺乏严格的科学性，因此生产出的铸件常常出现缩松缺陷；且现有工艺的浇注系统采用节流技术设计浇注系统，浇注系统尺寸偏大；工艺出品率很低，存在缩松缺陷。本专利技术所研究的轮毂类铸件是工业上大量使用的一种灰铸铁铸件，该灰铸铁轮毂铸件属于家电内部的小型零件，为提高生产效率以及保证各批次规格均一，该灰铸铁轮毂铸件采用DISA生产线生产。在通过现有的DISA线浇冒口系统进行生产时会存在工艺出品率偏低(51.8％)，且容易出现缩松缺陷，废品率高达15.5％的缺点。
技术实现思路
针对DISA生产线上垂直分型的灰铸铁轮毂类铸件现有工艺出品率低，铸件中心有缩松的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种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。该浇冒口系统针对该灰铸铁轮毂类铸件而设计，冒口与浇注系统分离，每个铸件配备单一冒口补缩，各铸件上冒口形状大小相同，便于实际操作，且适合DISA线自动规模生产，能消除当前的缩松缺陷，提高了该轮毂类铸件的铸造质量，铸造工艺出品率提高了18％-22％。该设计方法采用均衡凝固理论设计冒口，根据轮毂铸件形状及大小特征，设计新的型板布局，采用等压等流量技术设计浇注系统，设计方法简单可靠，设计好的浇冒口系统更适于实际应用。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：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。上述DISA线上生产灰铸铁轮毂类铸件的浇冒口系统的设计方法，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。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术突出的实质性特点是：1)采用均衡凝固理论，结合灰铁铸件数值模拟技术进行新的冒口设计，将原有融合侧冒口改变为独立单一冒口；2)针对本申请中在DISA线上生产的轮毂类铸件，仅采用均衡凝固理论无法完全同时兼顾补缩到铸件中的两处热节，本申请通过提高灰铸铁中的石墨化膨胀因素实现自补缩，实现无缩松缺陷的目的；3)根据轮毂铸件形状及大小特征，设计新的型板布局，采用等压等流量技术，在各层内浇道之间的直浇道中设置阻流截面，调节截面比，结合数值模拟流场技术得到优化后的新浇注系统。本专利技术的显著进步是：1)在消除原铸造工艺缩松缺陷的情况下，冒口及浇注系统尺寸大为减少，使得工艺出品率由原来的51.8％提高到70.6％；2)原铸造工艺将冒口和浇注系统合为一体进行设计计算，无法同时兼顾二者的技术要求，设计计算主要依赖经验，虽然经过反复实验调整，仍然无法消除铸件中心的缩松缺陷，工艺出品率也很低；而本专利技术的浇冒口系统的设计计算方法明确、清晰、精确度高，且通过数值模拟技术进行评估和优化，大大提高了设计的科学性和可靠性；3)浇注系统采用等压等流量原理设计，冒口与浇注系统分离，工艺设计较为简单，各冒口形状结构相同，便于实际操作，适合DISA自动规模生产，防止了各个铸件质量差异；4)根据本专利技术设计方法，重新排布了铸件，提高了浇冒口系统中的空间利用率。附图说明图1本专利技术DISA线上生产灰铸铁轮毂类铸件的浇冒口系统的结构示意图；图2本专利技术中DISA线上的工艺型板布局图；图3现有技术中DISA线上的工艺型板布局图；图4本专利技术方法对铸件进行结构分体划分的分体示意图；图5现有技术和本专利技术数值模拟结果示意图；其中图5(a)现有技术的数值模拟下的缩松缺陷图；图5(b)采用本专利技术浇冒口系统的数值模拟下的缩松缺陷图；图中，1铸件，2冒口，3直浇道，4内浇道，5缓冲区域，6横浇道。具体实施方式下面结合实施例及附图进一步叙述本专利技术，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。采用技术方案中的方法对图1中的铸件进行冒口和浇注系统设计，并用数值模拟软件进行模拟。本专利技术DISA线上生产灰铸铁轮毂类铸件(简称铸件)的浇冒口系统(简称浇冒口系统，参见图1)，包括冒口和浇注系统，所述浇注系统包括直浇道3、内浇道4和横浇道6，横浇道中垂线的两侧对称设有两个直浇道，每个铸件通过相应的内浇道与直浇道3相联通，每型八个铸件1，分为上、中、下三层，上层和下层各布置三个铸件，中层布置两个铸件，且以横浇道中垂线为轴左右对称，中垂线位置的上层和下层分别布置一个铸件，每个直浇道3均为折线形状，在直浇道3的末端设置缓冲区域5，内浇道截面积大小采用等压等流量方法进行计算，截面形状为矩形；其中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6的截面积是该侧内浇道总截面积的1.5倍(如本专利技术图1中，左侧上层直浇道截面积即为左侧上、中、下层内浇道截面积之和，其中上层和中层分别有一个内浇道，下层有两个内浇道；左侧横浇道的截面积即为左侧上、中、下层内浇道截面积之和)；直浇道和横浇道的形状都为等腰梯形。在每个铸件的正顶端均设置有一个冒口2，利用均衡凝固理论设计冒口的大小，根据冒本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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，其中，V为铸件或各分体体积，S为铸件或各分体表面积，Ma、Mb、Mc、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，其中m为铸件质量；根据公式(3)计算灰...

【专利技术属性】
技术研发人员：李日，包羽冲，刘林，骈松，张照，张清贞，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12