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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/A M：模数，cm V：铸件体积，cm3 A：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，只要掌握简单几何
2、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=a2bnA=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，环形体变为杆，则,板上凸起：,特
3、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主为模数最大的一根杆的模数，当两杆模数相
4、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=（11.111）M主,十字形杆接头,当b=
5、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：,在拟订工艺之前，要进行浇注试验测定其凝固时
6、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/3c.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/3c.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：,管与法兰相交,a.用1:1比例绘出相交节点的
7、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/3c.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Drd.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，一般将筒形体看作实心圆柱体来计算模数,五、举例
8、：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-板连接的L型接头，考虑砂尖的影响，杆的截面尺寸
9、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=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-板连接，考虑砂尖热影响2.4X1.25=3cm，杆截面长(20-12
10、.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
11、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=4.5cm,将视作板接头，作圆r=40mm，则M=2cmm,将视为50mm板，M=2
12、.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。,
