1、铸造模数计算,一、模数的概念,1. 模数的定义 铸件的凝固时间，取决于其体积与表面积的比，这一比值称为“凝固模数”，简称“模数”。 用公式表示： M=V/AM：模数，cmV：铸件体积， cm3A：铸件散热面积， cm2,2. 模数的意义,各种形状、重量、用途不同的铸件，不论铸件的形状如何，只要模数相等，其凝固时间就相等或相近。 模数小的铸件凝固时间短，模数大的铸件凝固时间长。 铸件中缩孔缩松的位置在铸件最后凝固的部位，铸件各个部位的凝固时间取决于该处的模数。,二、模数的计算,1. 简单立体的模数计算,平板：,长杆：,铸件结构有的简单，有的复杂。复杂铸件总是有简单的几何体与其交节点构成。所以，只
2、要掌握简单几何体和其交节点的模数计算方法，对任何复杂铸件均可应用模数法计算出冒口尺寸。,V=1cm2X，A=2cm2,V=aXbX1cm3，A=2(aX1+bX1)cm2,立方体及其内切圆柱体，或内切球体：,长方体：,圆柱体：,当h2.5b时，就成为圆杆：,环形体和空心圆柱体：,当b5a时，将其视为展开的长杆体：,当b5a时，将其视为展开的板：,2. 接头部分的模数计算,杆（环形体）板（大法兰）连接：,设Dm=na，则 V=Dmab=a2bn A=2a2n+a (n+1)(b-c)+a(n-1)b=a (2an-2bn-cn-c),杆板连接的L形接头：,杆板连接的L形接头：,当Dm ，环形体变
3、为杆，则,板上凸起：,特殊情况：n=1,杆板连接：,特殊情况：,T形、十字形及L形板接头：,T形板接头,十字形板接头,L形板接头,当a=b时，则有Mr,T形、十字形及L形板接头模数求解方法,用“一倍厚度法”求热节模数。如图所示，温度测定试验表明，离热节处一倍壁厚以外的温度，基本与壁体的温度相同。,板件相交，可按照长杆计算模数：,断面积,散热面周长,当a=b时，则有Mr,T形板接头,十字形板接头,断面积,散热面周长,当a=b时，则有Mr,L形板接头,十字形、 T形及L形杆的复合体：,十字形杆接头,T字形杆接头,L字形杆接头,这三种杆接头的模数均为： M=（11.125）M主,式中：M主为模数最大
4、的一根杆的模数， 当两杆模数相等，且宽度等于厚度2倍的杆状复合体的模数最大，它等于杆状体模数的1.125倍。,a5b，a15b1,十字形、 T形及L形杆的复合体模数计算方法：,十字形杆复合体,可按照长杆计算模数：,断面积,散热面周长,当a=a1，b=b1，a=2b时，,一根杆的模数为：,T形杆复合体,断面积,散热面周长,L形杆复合体,T形、十字形及L形杆接头：,T形杆接头,当b=b1=a时，则M=1.066M杆,当b=b1，a=2b时，则M=1.091M杆,当b=b1，a=3b时，则M=1.103M杆,当b=b1，a=4b时，则M=1.111M杆,当0.5b1b1.236b1，则M=（11.1
5、11）M主,十字形杆接头,当b=b1=a时，则M=1.111M杆,当b=b1，a=2b时，则M=1.154M杆,当b=b1，a=3b时，则M=1.176M杆,当b=b1，a=4b时，则M=1.191M杆,当0.5b1b2b1，则M=（11.191）M主,L形杆接头,T形、十字形及L形杆接头模数计算方法,用一倍厚度法，求体积和散热面积,杆接头体积,杆接头散热面积,T形杆接头,十字形杆接头,杆接头体积,杆接头散热面积,三、各种热节点的模数计算方法：1）测定热节点中心和平板中心的凝固时间设铸件平板厚度为T，凝固时间为，热节点中心处凝固时间为j，则热节点模数可依Chvorinov公式算出：,在拟订工艺
6、之前，要进行浇注试验测定其凝固时间，故应用较少。,2）热节园当量板（或杆）法,板件相交,a.用1:1比例绘出相交节点的图形。 b.板壁相交处圆角半径取壁厚的1/3已足够，即r=a/3或r=b/3 c.考虑砂尖角对凝固时间的影响时，作图时让热节圆的圆周线通过r的中心，量出热节圆半径R,把热节部位看作热节园直径为厚度的板或杆。,热节点模数：,杆件相交,a.用1:1比例绘出相交节点的图形。 b.板壁相交处圆角半径取壁厚的1/3已足够，即r=a/3或r=b/3 c.考虑砂尖角对凝固时间的影响时，作图时让热节圆的圆周线通过r的中心，量出热节圆半径Dr d.将热节处看作厚度为Dr的杆件,热节点模数：,管与
7、法兰相交,a.用1:1比例绘出相交节点的图形。 b.板壁相交处圆角半径取壁厚的1/3已足够，即r=a/3或r=b/3 c.考虑砂尖角对凝固时间的影响时，作图时让热节圆的圆周线通过r的中心，量出热节圆半径Dr d.将法兰看作厚度为Dr的角形杆，,用扣除非散热面法计算热节模数：,3）用“一倍厚度法”求热节模数,对齿轮轮缘和辐板间形成的T形热节所进行的分析计算表明：一般情况下，一倍厚度法所得模数值稍大，热节圆当量杆法所得模数次之，用扣除散热面积法所得模数略小，总的来说，用上述不同方法计算出的模数值相近，皆能满足工艺设计的精度要求。,四、圆筒类铸件有效壁厚的修正,当砂芯直径d小于铸件外径D的27%时，
8、一般将筒形体看作实心圆柱体来计算模数,五、举例：求缸体模数,缸底：直径400mm，侧面为非冷面，可视为140mm厚的板件，M=14/2=7cm,帽状部分：看作板件，厚100mm，M=5cm,缸体主壁：看作厚120mm的板，M=6cm,上部平板部分： 看作厚80mm板件，M=4cm,220mm孔的四周部分:看作厚80mm的板件，M=4cm,热节：缸体主壁与斜壁相交处，热节圆180mm，看作180mm厚的当量板，M=18/2=9cm,例二：阀体铸钢件,269mm法兰视作杆-板连接的L型接头，考虑砂尖的影响，杆的截面尺寸取为：7.4X（5X1.2)，非冷却面C=2.6cm，则：,244mm法兰视作杆
9、-板连接的L型接头，考虑砂尖的影响，杆的截面尺寸取为：8.2X（5.2X1.2)，非冷却面C=2cm，则：,14mm壳壁视作板，M=1.4/2=0.7,28视作板连接，考虑砂尖影响M=（2.8X1.25）/2=1.75,27视作板连接，考虑砂尖的影响，M=(2.7X1.25)/2=1.7,壳壁与外肋连接处，画出圆20mm， M=2/2=1,阀座部分视作杆-板连接，,例三：锅炉阀体,324mm法兰，视作杆-板连接：,3阀座视作杆-板连接，考虑砂芯的影响，86/50=1.72，所以，查表取k=1.55，取杆的截面尺寸5X(5X1.55)=5X7.8，看成方杆，非散热面c=2X2，则:,4视作杆-板
10、连接，考虑砂尖热影响2.4X1.25=3cm，杆截面长(20-12.2)/2+2=5.9 非散热面c=2X2cm,364mm法兰杆板连接，考虑砂尖，杆的截面尺寸为：10.7X（6.2X1.2），非散热面C=3.2cm，则：,5视作板接头，考虑砂尖影响，热节圆直径3X1.2=3.6cm，M=3.6/2=1.8,50视作板上凸起，,六、模数的应用,1.非补缩通道,平板的边缘,在X2.5a范围内，模数很小，只有x2.5a时，模数才等于平板的模数。 因此，在平板的边缘X 2.5a范围内，不能作为补缩通道。,方杆和圆杆的端头,圆杆,方杆,在x1.25a范围内，端头具有很小的模数，当X1.9a时端面激冷效
11、应消失，在x1.9a范围不能作为补缩通道,矩形杆端头,横截面2:1的端头,横截面3:1的端头,2. 补缩通道,均匀截面的板或杆在边缘激冷效应消失的部分可以作为补缩通道 边长为E的立方体和H=D的圆柱体轴线部位可作为补缩通道 构成接头的板或杆，比较其模数，最大的板、杆或接头，可以作为补缩通道 板上凸起，凸起处的模数当d2c时，Mc/2，此时，凸起比板凝固时间长，可作为补缩通道当d2c时，Mc/2, 此时，凸起凝固时间比板短，板可作为补缩通道,将视作有梯形截面的杆，,将视作板，则：,3. 应用举例,例一 补缩通道计算,凸视作杆，则：,例二 补缩工艺计算,将视作板接头，作圆r=45mm，则M=4.5
12、cm,将视作板接头，作圆r=40mm，则M=2cmm,将视为50mm板，M=2.5cm,将视作杆，计算得M=2.7,将视作杆，计算得M=2.8,将视作杆，计算得M=1.97,将视作38mm厚的板，则M=1.9cm,将视作36mm的板，则M=1.8cm,措施,比较模数可知，补缩通道在等部位，但都被凝固较早的部分隔开，这些部位易产生缩松或缩孔。,分析,1. 在上部位设置顶冒口，下部位设置冷铁，使其模数缩小到M=0.9X4=3.6,2. 在部位设置侧冒口,4. 在部位设置冷铁，使其模数缩小到M=0.9X2.5=2.25,3. 在部位设置冷铁，使其模数缩小到M=0.9X2.5=2.25,5. 部位无法设置冒口和冷铁，增加的厚度，使其成为补缩通道。将的模数增大到1.1倍的模数，M=1.1M=2.2cm。M=x/2=2.2, 所以X=4.4cm,6. 部位为均匀壁厚，可以作为补缩通道。考虑曲面部位凝固时间较长可在上方设置顶冒口，已保证铸件的致密性。,例三 补缩工艺计算,（4）模数法设计冒口的步骤1）把铸件划分为几个补缩区，计算各区的铸件模数。2）计算冒口和冒口颈的模数；3）确定冒口形状和尺寸（尽量采用标准系列冒口尺寸）。4）检查顺序凝固条件，如补缩距离是否足够，补缩通道是否畅通。5）校核模数的计算。,
