1、精密鑄造鑄件工藝及澆冒口系統設計第六章鑄件工藝設計第一節概述為了生產優質而價廉的包模鑄件，做好工藝設計是十分重要的。在做工藝設計之前，首先要考慮選用包模鑄造工藝生產時，在質量、工藝和經濟方面的幾個問題。1 .鑄件質量的可靠性對于鑄件質量上的要求，一般是包括兩個方面，一是保證技術要求的尺寸精度、幾何精度和表面光潔度，二是保證機械性能和其它工作性能等內在質量方面的要求。包模鑄造具有少切削、無切削的突出優點。近年來，由于冶金技術、制模、制殼材料和工藝以及檢測技術等方面的發展，包模鑄件的外部和內在質量不斷提高，所以它的應用范圍愈來愈廣。不少鍛件、焊接件、沖壓件和切削加工件，都可以用熔模鑄造方法生產。這

2、對于節約機械加工工時和費用，節約金屬材料，提高勞動生產率和降低成本都具有很大意義。但是，熔模鑄造生產的鑄件，由于冶金質量、熱型澆注引起的晶粒粗大、表面脫碳以及內部縮松等方面的原因，鑄件的機械性能（尤其是塑性），還存在一些缺陷。對于某些受力大和氣密性要求高的鑄件，采用包模鑄造時，應充分考慮零件在產品上的作用和性能要求，以確保其使用可靠。有些結構件改用包模鑄造生產時，必須考慮原用合金的鑄造性能是否能滿足零件的質量要求，否則就需要更改材質。2 .生產工藝上的可能性和簡易性熔模鑄造雖然可以鑄造形狀十分復雜的、加工量甚少甚至不加工的零件，但零件的材質、結構形狀、尺寸大小和重量等，必須符合熔模鑄造本身的工

3、藝要求。如鑄件最小壁厚、最大重量、最大平面面積、最小孔槽以及精度和光潔度要求等，都要考慮到工藝上的可能性和簡易性。3 .經濟上的合理性采用包模鑄造在經濟上是否合理，要從多方面考慮。按每公斤的價格來說，包模鑄件與同類型鍛件相近甚至還高些，但是由于大幅度減少了加工量，因而零件最終成本還是低的。但也有些零件，可以利用機械化程度較高的方法生產，例如用自動機床高速加工、精密鍛造、冷擠壓、壓力鑄造等等，這時，用包模鑄造法生產在經濟上的優越性就不一定顯著，甚至成本還可能高一些，所以在這種情況下，就不一定選用這種方法了。總之，選擇包模鑄造法生產時，耍從其工藝特點出發，以零件質量為中心，并兼顧生產技術和經濟上的

4、要求。在確定用包模鑄造方法生產之后，工藝設計的任務就是要確定合理的工藝方案，采取必要的工藝措施以滿足零件質量的要求。工藝設計是理論和實踐相結合的產物，是技術理論和生產經驗的總結性技術資料。還要力求使設計符合實踐性、科學性。做好工藝設計要搞好兩個方面的調查研究。首先必須對生產任務、產品零件圖、材質和技術要求等方面進行深入分析：其次，要對生產條件如原材料、設備、工藝裝備加工和制造能力、工人的操作技術水平等方面進行深入的了解。只有做好這兩個方面的調查研究，才能使設計符合生產實際情況。工藝設計的好壞也要從質量、工藝和經濟這三方面去衡量。一項良好的工藝設計應當能在正常的生產條件下，穩定鑄件質量，簡化生產

5、工藝，效率高而成本低。熔模鑄造工藝設計通常包括下列幾項內容(1).分析鑄件結構工藝性，(2)確定工藝方案和工藝參數，(3)設計澆冒口系統，(4)繪制工藝圖或鑄件圖。第二節鑄件結構工藝性分析鑄件結構工藝性對于零件質量，生產工藝的可能性和簡易性以及生產成本等影響很大。結構工藝性不好的鑄件，往往孕育著產生缺陷和廢品的可能性，也會增加制造成本。所以，做工藝設計時，首先要審查零件圖，審查的目的有二：一是審查零件結構設計是否符合包模鑄造的生產特點，對于那些設計不合理的部分進行修改。第二個目的是根據已定的零件結構和技術要求，采取相應措施以保證質量。根據熔模鑄造生產特點，零件結構工藝性要考慮以下要求。其板模推

6、拔飛7t i4 r _-管狀篇件射糊空1)經濟性在精密鑄造的生產中，蠟型是。在包模鑄造上，金屬模的目的是在在射蠟機中，利用壓力將液態、糊態或半固態的蠟？擠射入金屬模內，生產蠟型或塑料型，這些型是用來生產陶瓷模的，不論是實體模或型殼模。所有的模型都是可逝性的。在制模的關鍵性問題上，是如何將蠟型或塑料型從模具中取出，以及如何將芯子從模型中取出等。至于其它的制模問題，用于砂模鑄造的原理同樣適用于包模鑄造芯子4(0)原前回角芯子日尖角兇向Y改良;殳引一(o)原段 (b)芯子B；-(b)改良毀附圖1鑄件內角的重設計(1)圖2鑄件內角的重設計(2)在圖1中，一個包模鑄件因為內部有一圓角，而且需要用兩個抽芯

7、，圖3刀具余隙的再設計A及B兩個芯子進出的方向如圖1(a)所示，要想將有倒鉤的芯子抽出而又不傷損工件是根本不可能。于是，重新設計工件，如圖1(b),將內圓角取消，以避開這種芯子有倒鉤無法抽出的困繞。倘若要生產原設計有內圓角的工件，惟有舍棄金屬抽芯，而用成本較高的水溶性芯子，隨同蠟型一起自模中取出，再用酸蝕及水溶法將芯子自蠟型中除去，如此可保持工件的內圓角而又不會損傷蠟型。圖2系一個有弧形通道的工件，同樣如圖2(a)的設計也無法用金屬抽芯來制模，若改為圖2(b)的設計，將內圓角改為尖角，則可以用兩支抽芯做出弧形通道的內孔。為了后繼的加工，往往在工件設計時，一般為避免撞機的困繞，預先留有一個讓出刀

8、具到位時的間隙，如圖3(a)所示，但無法抽出金屬芯子，若改為圖3(b)的設計，就可以用金屬抽芯直接做出刀具余隙。另外如圖4(a)之原始設計雖然內孔通道很圓滑，但必須要用較昂貴的水溶性芯子或陶瓷芯子，而且，在鑄造后，清除孔道中陶瓷材料非常困難，若改為(b)的設計，可直接由六個金屬抽芯來射制蠟型，另在一圖4內孔通道的再設計個多出的孔洞則可在鑄件完成后再設法塞上或焊死。可大幅度提高生產效率及降低成本。2).現實性精密鑄造與其它的制造方法一樣，有其一定的極限，因止匕，在鑄件精度的考慮上，應面對現實，設計可以達得到的標準，否則，良品率太低，就喪失了用精密鑄造降低生產成本，提高生產效率的目的了。內孔的長度

9、in.壁厚的公差in.<2如.00524如.0104功.012有孔空心包模鑄造件根據可能的精度其設計通則:當鑄件芯子部位因受熾熱的金屬圍繞，內外部份的散熱狀況不一致，內部陶瓷受高溫而膨脹，但外部因有金屬包覆又無法自由伸展，陶瓷材料因而有強烈的彎曲變形的應力，此時，外部熱的不均勻分布，芯部自然向高溫部分扭曲變形，便使鑄件的壁厚產生了不均勻的結果。其變化差異如下:ft度X,直彳型Y,最小壁以Zin.in.in.一般的包模件0.2500.1250.0300.5000.2500.0400.7500.3750.0501.0000.5000.0601.2500.7500.0601.5001.0000

10、.0602.0001.5000.0602.5001.7500.0600.092to0.2500.0120.251to0.5000.0160.501toL0000.020超出1.000,另加0.020inJin內彳坐胚真IB度A,in.(TIR),in.胚A內B外彳第同心度in.in.(TIR),in0.25005500.00805001.0000.0100.75015000.0161.0002.0000.0200.25001880.18800.5000.2500,500*0.7500.5000.312o1.0000.6250.3750,12500,7500.4380*ISL5000.75G0.

11、500o*ir2.0001.0000朋20T5'2.5001.0000.6250.15'冗l最小孔彳堂Yf/：鼠煞1非蟹金拔模推拔T(in.X,m+in*Y,in.bin.R,in0.1250.250士0.0040.125±0.0031/640.2500.500士0.0050.250±0.0041/320.1250.750±0.0050.500士0.0051/160.2501.000士0.0050.750士0.0051/160.5000.500士0.0080.250±0.0051/16LOGO0.500士0.0100.250士0.0081

12、/162.0002.500士0.0151.500±0.0101/8Ytin.X4a'min0.25015”±r0.50030.士r1.00G45°±i°1匕墟，褊陷1E空線£l“approxXdiam,in.Y,in.%。a，0.2500.50015°±0"30'0.5000.75030°±0,30'0,250050060°±0°30*0.5000.75090*±0°45'0,7501.500120&qu

13、ot;±0°60F及更陽二此墟新陷上A,in.Bfin.Ctin.d,m.E.in.ain.0.5001.0000.2500.7500.375±0.0040.7501.5000.5001,0000.500士0.006LOGO2.0000.7501.5000.750±0.0081.2502.5001.0002.000rooo±0.010,Bdiomj-*|AdiamL3）鑄造性a）壁薄的包模鑄件包模鑄造工藝幾乎制造任何金屬的復雜鑄件，也可以在小零件的設計及生產上，有助于達到輕薄短小的目的，獲得最大的強度重量比值。在設計最小壁厚時，金屬熔液的流動性

14、是一個非常重要的考慮因素，因為它直接影響到金屬液對模穴充填的能力。幾乎同等重要的另一要素，是熔液在充填模穴時，金屬液的澆注補充距離，以及鑄件表面積之大小，金屬的凝固狀況，固、液相線的差異度，都歸納于鑄造性中，尤其對薄壁鑄件特別重要。金屬最小壁厚in.碳鋼0.060300系不銹鋼0.050400系不銹鋼0.065鋁合金0.050鎂合金0.050鋁青銅(10%Al)0.060鍍銅0.040鉆-絡合金0.050表2112in.長管件對各種金屬之最小壁厚可鑄出的最小壁厚與合金種類、澆注工藝方法、以及鑄件的輪廓尺寸等因素有關。表2列舉的是112in.長管件對各種金屬包模鑄件之最小壁厚。其實這些數值并不是

15、真正的最小壁厚，誠如前述，金屬液的澆注過熱溫度、澆注速率、殼模預熱溫度、鑄件的形狀及薄壁部分的表面積等都會影響最小壁厚的尺寸，這個表中之建議值為工業生產上的經驗值。在這個標準下生產，良品率最好，亦即澆不足及微縮孔的現象最少。在Fig.7的上圖表顯示一個在最小厚度與最大長度的相互關系，而下圖表則顯示在鑄件有通孔或盲孔時，孔徑與孔深的關系。因為鑄造過程尚有許多參數會影響其最大值與最小值，但此數值仍有其參考價值。孔檀in雖然熔融金屬液是澆注入已預熱的型殼，但是它仍然可能如同其它的鑄造工藝一樣，在金屬充滿薄壁部分之前，先行凝固。當有高的面積與厚度比值時，會促使金屬液快速冷卻及凝固，不論如何，金屬液在充

16、滿模穴的過程中，所需行進的距離必須要特別注意，雖然在同樣的面積與厚度比值，且厚度相同時，若要完全注滿1/2in.寬、2in.長的模穴,自然比注滿2in.寬、1/2in.長的模穴要難得多。澆注溫度在某一特定厚度鑄件及金屬上，往往選擇可能狀況下以較低的溫度，以期避免諸如氣孔，夾渣、模壁反應及其它因溫度過高而產生的鑄疵。不過在澆注薄件時，為求延長金屬液在注滿模穴的過程中開始凝周的時間，往往還是以提高模溫及金屬液溫來達到目的。通常，較低的模溫因為可以加速金屬液的凝固，可以減少模壁反應，而有較好的表面光潔度，在薄壁鑄件生產時，則為了能使金屬液充分澆滿型殼，祇有犧牲表面質量，而提高模溫。在生產高爾夫球之不

17、銹鋼金屬木桿頭(metal-wood)時因表面積很大且厚度絕大部分僅有0.030in.,許多廠家在沒有改變澆道系統的設計情況下，為了避免澆不足，而一味的提高鋼水溫度（超出熔點約300C）及型殼的預熱溫度（約1400C）,結果，澆不足的情況有明顯的改善，但微縮孔一堆及因型殼超溫軟化變形而鑄件厚度大于蠟件厚度的情況層出不窮，筆者在改正澆道系統，增大澆注速率，縮短澆注補充距離后，鋼水溫度降低了100C,型殼預熱溫度保持在1150c（低于硅氧膠的軟化點），同樣）7丁；/">7飛J部幾可鑄滿，而又不會有微縮孔及變形增（工一d5力口厚度的缺陷。匚和口b）壁的連接當兩壁相接便會產生圖中所示的

18、OU熱截圓的變化，d大于a,b,c,換言之，就是d處熱儲量最大，凝固最慢，因此，在d處自然在沒有冒口補充的情況下，非常容易產生縮孔。在實際生產時，我們常常為了減弱兩壁相接處的熱點效應，任意加大該處內J)圓角（Fillet）的r,熱點問題是解決了，但相對的增大熱截圖的直徑，使縮孔移向鑄件的內部，嚴重時甚至于會產生表面凹陷的現象。如今將在生產上常會碰到的兩壁相交的情況列舉于圖中，并提出改正的設計建議。鑄件壁厚設計要力求均勻，減少熱節。圖6-1所示為重7.5公斤的殼體鑄件，原設計如a圖所示，在A、B、C、D、E、F五處壁過厚，易形成各種鑄造缺陷。后改成b圖所示，即將上述五處壁厚減薄，形成67mm壁厚

19、的箱形結構。巾9D及巾17Do兩孔鑄出以消除該處熱節。F孔不鑄，澆S）原音"1+H:T（fr）修改接圃儀1皴體鰭件結情十的修改口設在此處。修改后鑄件壁厚均勻，重量減輕至2.3kg。壁的交接處要做出圓角，不同壁厚間要均勻過渡，這是防止熔模和鑄件產生變形和裂紋的重要條件。圖6-2所示為鑄件壁的幾種常用連接形式及其相關尺寸。二、平面熔模鑄件要盡可能避免大的平面，因為大平，干面上極易產生夾砂、凹陷、桔皮、蠕蟲狀鐵刺等表面缺陷，所以鑄件上的平面一般應小于200X200mm有大平面的鑄件最好設計成曲面或階梯形平面，或在平面上開設工藝槽、工藝筋、工藝孔等，以防止涂料堆積和型殼的分層、鼓脹。圖6-3

20、所示零件在A、B、C處均有大平面。處有盲孔。在制殼流水在線生產時，幾個平面均易產生缺陷，而且肓孔處在上涂料、撒砂和硬化時均感不便，鑄件廢品率較高-后將平面A改成凸面作為熔模預變形（2毫米），并增設圓環形工藝筋2,B平面做出工藝槽1,C平面做出二個工藝孔3,變盲孔為通孔，在工藝條件相同的情況下，鑄件廢品率由2050%降至5%以下，并能穩定地進行生產。三、孔和糟熔模鑄造可鑄出比其它任何精密鑄造法都復雜的孔型和內腔，從而可以大大節約加工工時和金屬，并可減輕零件重量。對于鑄鋼件，可鑄出直徑1.01.5mm的小孔。但是，孔和內腔的存在，往往使工藝復雜化，增加生產成本。故從工藝性角度考慮，孔腔形狀不宜過于

21、復雜，數量要少。有內腔的鑄件，要有兩個或更多的通孔，以便于上涂料和撒砂，并使內外型殼能牢固地連接在一起保證焙燒和澆注時內部型殼（即型芯）位置穩定，也便于內腔的清砂。，零件上要力求避免盲孔。有鑄槽的零件，鑄槽的寬度和深度要有一定限制。過窄過深的鑄槽涂料層過薄，強度不夠，清砂也比較困難.表6-2和'圖6-4所示為黑色金腐熔模鑄件鑄槽深度的尺寸。四、鍛件沖壓件和切削加工件改為熔模鑄件時的結構要求由鍛件和切削加工件改為熔模鑄件時，在滿足零件結構強度和剛度前提下，要力求減薄壁厚，并使之均勻，減少熱節，如圖6-5所示。沖壓件和焊接件壁薄而平面大，結構剛度小，改為熔模鑄件時要適當增加壁厚，合理布置加

22、強筋和工藝孔，減少平面面積，提高結構剛度。從簡化生產考慮，有時將幾個零件合并成整體件，以節約原來的加工和裝配工時。例如圖6-6所示的車床手柄原由三個機械加工件組成，改為整體熔模鑄件后，加工工時由原來88分鐘減少到18.5分鐘，且節約了許多金屬材料。整體鑄件也可以是不同合金材料制成的零件，此種結構稱做鑲合鑄件。圖6-7所示為鑄鋁殼體零件局部鑲有黃銅套，改為整鑄件時，可將加工好的銅芯（即鑲件2）放入壓型c）實例實例1在圖中可見到，當澆口前有一孔，金屬進入模穴后,首先沖擊該孔洞的陶殼，水流分成二股，減緩了流速，當金屬液流到最遠程僅有0.13“厚度的地方，液流溫度己降到無法將兩股液流融合一起的地步，而

23、產生了澆不足的廢品，倘若，將澆口前的孔舍棄不做出來，待鑄造后再加工，則澆不足的缺點完全克服了，不再有澆不足的缺陷。實例2在實際生產的情況下，往往是鑄件壁厚的區域，被薄壁分割，會造成澆滿及凝固補縮的困繞。圖6描述如何對鑄件用一點簡單的小修正來克服上述的問題。圖中為8630中碳鍥銘鋁低合金鋼之包模鑄件，此鑄件系由薄壁部分連結兩端的厚壁部分，這種狀況經常造成澆不足及補縮不良的疵病。這個鑄件系由三個凸出部分當澆口，當其中兩個澆口處加寬，使其能直接與桁架支柱A連接，使鋼水直接流入厚壁部分以消除冷接現象，加大凸出部分體積，同時也加大凸出部分傳給型殼的熱，因此可以延長鋼水在薄壁處的凝固時間，還使原先被阻隔開

24、的厚壁處有較長時間的補縮，亦因而消除了這部分的縮孔問題。至于第三個凸出部分雖然同樣加大，但因沒有與桁架柱支A連接，不產生質量改良的效果，僅是為了三個凸出部分一致而已。0.050俄而A4：翔一新濾dQOI1共纏ITtO.I0B廠截宜E-BI甲段計之截育A實例3圖是一個兩端及中間部份都是厚而卻被厚度僅0.093”的薄壁部份連接的8620低合金鋼鑄件，在原設計的條件下，雖然用了6個澆口及兩條小的連接肋，但鑄件的結果并不理想。經過檢討，將原設計僅0.050高，0.125寬的連接肋，改為0.091高，0.400寬后，使連接肋變成補縮肋，僅用2個澆口便可鑄出良好的鑄件。實例4熱裂(Hottearing)及

25、冷裂(coldcracking也可能在精密包模的薄壁件上發生，熱裂可能在鑄件壁厚無法承受金屬在型殼中凝固冷縮而造成的應力,則可能肇因于鑄件厚薄不勻，產生應力增大及集中，使薄壁處在持續冷卻過程中，超過負荷而發生，雖然很少有機會設計完全均勻厚度的鑄件，但是厚度的急變卻應盡量避免。如圖所示，為一由17-22AS不銹鋼制造的支撐圈，其直徑為28時，內及外整藍均為0.25時厚，鑄造后再用車床加工至0.16時厚，而中間連接的腹板(web)僅有0.16時厚，在生產時，澆不足及熱裂(hottearing)而冷裂與扭曲變形的現象非常嚴重，甚至在熱處理時，經常有發絲狀裂紋(hairlinecrack)出現，雖然將

26、中間腹板的厚度增加到0.25時，就可解法這種疵病，但受重量的限制而不可行，最后，鑄造工程師用了56個冒口才解決這個問題。包模鑄造的澆冒口系統設計包模鑄造是一種復雜的多因素交互作用的生產過程。在這個過程中，澆冒口系統不僅起著充填金屬的作用，而且影響著鑄件的凝固、收縮和冷卻時的溫度梯度。許多鑄造缺陷如縮孔、疏松、氣孔、夾渣、熱裂和變形等，都與澆冒口系統有密切關系，所以它對鑄件質量的影響很大。如鑄件質量的要求（致密度、結晶粒度等）,。）厚件b）薄件設計澆冒口要考慮多方面的因素，鑄件結構特點（尺寸、重量、壁厚和形狀復雜程度等卜合金種類，制殼工藝特點等等；止匕外，各廠各地不同的習慣、傳統和生產經驗也要充

27、分重視，所以澆冒口設計也是一項綜合性的技術問題。一.澆注系統的作用和要求如下：（l）把液體金屬引入型腔因此圖l金屬液在模穴中其自由表面的形狀（如圖l.）,與一般液體在容器的形狀完全對于易氧化的合金應盡量要求充填平穩，不產生噴射、飛濺和渦流以及因之而引起的卷入氣體、夾雜物和合金二次氧化等缺陷。對于薄壁鑄件應盡量保證充填良好，不產生冷接（coldshut）、澆不足（misrun）現象。金屬液在模穴中其自由表面的形狀一樣，表面水平部分系與澆注系統金屬液重力平衡有關，而模壁部分則隨金屬液的表面張力，以及金屬液與陶瓷模壁的潤濕性有關。形成半徑Rm的凸出面和與陶瓷模壁產生9的接觸角，在厚件中act>

28、2RmCOS（180-8）式中act鑄件肉厚Rm自由表面與模壁之間的圓弧半徑9金屬液與陶瓷模壁的接觸角，對鋼液而言，模壁的潤濕性約為9180。金屬液在模穴中的充填工作，僅需考慮自由表面隨金屬液重力平衡的上升速度，因此，比較容易澆足模穴。在薄件中act2RmCOS180金屬液在模穴中的充填工作，其重力必須突破金屬液的表面張力，才能順質工石W幡慎穴中流勤狀況利充填模穴。因此，薄件比厚件難以澆滿。對鋼液而言，3mm以上為厚件，3mm以下為薄件考慮。金屬液在模穴中的充填工作，共分為四個階段，圖2.為石蠟熔液模擬金屬穴中流動狀況。第一階段金屬液流入模穴，因表面張力而形成的凸緣弧線，隨著液面的上升而增加，

29、當金屬液的壓力超出表面張力之阻抗，就進入第二階段，快速充填模穴，在連續充填的過程中，進入第三階段，先進入模穴之金屬液隨著溫度降低，開始在金屬液的前端形成凝固膜，使金屬液的流速降低，甚至在完全兗滿前，因凝固膜加厚而阻止金屬液繼續流動，第四階段是金屬液的壓力超出前端凝固膜之阻抗，突破凝固膜之阻抗，產生二次金屬液流繼續充填工作，再度經歷前四階段過程。假如金屬液有足夠的超溫，可能在第二階段以前，便完全充滿模穴。金屬液的靜壓力對是否能完全充滿模穴，有密切的關系，一般以壓頭高Hp示之口2cCOS-Hp-aCTg上式中(T表面張力，/§融中碳鋼約為1500dyn/cmaCT鑄件肉厚，cmY金屬液白

30、表面張力，gm/cm3g重力加速度，cm/sec從上式中加以計算，在1.5mm寬的模穴中，其壓頭高要3cm,而0.5寬的模穴中，其壓頭高要9cm才足夠。當金屬液的溫度提高，表面張力值隨之而降，其壓頭高度之需求亦隨之而降。全片焉基型之充虛率%方案1 3.充填率料件在下浸道位置的5S保度減為0.7mm時，僅可澆到數mm長。一般而言，利用包模鑄造法生產鋼鑄件高度約280mm的澆道，澆注80mrn長的薄片，以測試在不同厚度的情況下，金屬液的充填性。當厚度為2.3mm時，薄片的尾端均可澆到。當厚度減為1.3mm時，薄片端尾端就難以澆到。當厚時，當鑄件肉厚為11.2mm以下時，往往會有大量澆不足的現象，這

31、就要依賴制程工程師調整型殼的焙燒溫度及鋼液的超溫來解決。自然伴隨著凝固延緩而致結晶粗大的缺點。在直澆道系統中，充填性最佳的是在中間偏下部位，上面部位可能壓頭高度不夠，亦即靜壓不足，而最大部位可能是金屬液的穩流狀態不佳及初入之金屬液溫度較低之故。如圖3所示，黑色部分表示澆不足的區域，第一層到第三層，具澆到的部分僅達60%,其總壓頭高為80mm,扣除澆口杯未澆滿的高度，其實際高度恐怕不足80rnrn,第四層的澆滿率達90%,第五層及第六層為100%,第七層為85%o倘若組樹方案略微升高金屬液的溫度，則第四層以下部位者均可澆滿，這個測試可以顯示，若要減少澆不足的缺點，焊蠟組樹時，雖然根據理論計算最少

32、要有70mm的壓頭，但實際作業時，為了確保良品率，一般在最上層的一件都保有100mm的壓頭高度。為求下層能夠澆滿，往往在組樹時，要提高3040mm焊工件，使冷金屬及亂流都存在于澆道的底部。在決定澆注系統時，往往要先考慮是上注（頂澆）或下注（底澆），上注法在澆注薄件時，因為熱損失最少，流動距離最短，并充分利用重力加速度，對澆注薄壁鑄件的充滿性，有相當的幫助，若以相同的薄壁鑄件，用上注及下注來做充滿性比較時，會發現上注可以100%澆滿，但下注法可能祇能有50%的充滿度。上注法雖然對金屬液的充填性有很大的助力，但隨之而來的因渦流產生的卷氣造成鑄件氣孔，金屬氧化夾雜物等疵病相對增加。圖4.顯示了幾種常

33、用的塞本上注、下注及輔助直道下注法方案典型上注及下注澆道系統,typel中A及B一般用來生產小型鑄件，有最直接而短的澆注距離,有最好的充填率，但表面光潔度及內部干凈度卻不佳。最簡單的改變，就是改為typen的C及D,對缺點有相當的改善。若改為typeIH的組樹，工件不焊在下澆道上，而是焊在經過橫澆道后逆向的直澆道上，這個系統有一個集渣的橫澆道尾緩沖區K,工件如E、F、L的焊在可做a 5.大型件上注,受下注方案-It 卜 *制 狀冒口補縮作用的直澆道上，雖然工藝出品率下降了，但鑄件的干凈度卻大大的提高了，若鑄件表面有細紋則更相對的提高了良品率。typeIV及V是大型鑄件，上注及下注兩種不同的組樹

34、法。包模鑄造作業中，產生夾雜物（inclusionS4因有:a）模型材料中殘留灰分，或者是作業中異物混入模型材料內，經脫蠟及焙燒仍存于模穴中的不燃物。b）.陶殼表層剝落。c.）陶殼表層有裂紋。d.）浸漿制殼作業時有局部不堅實現象。eM旱蠟組樹時，結合處有細縫，在浸漿作業時，漿液滲入形成很薄的陶瓷毛邊，脫蠟時未流出，金屬液澆入時，被沖斷夾于鑄件中。f.）澆注時，從澆口杯上緣落硅進入模穴。統含量透明涮言式模圄7.含量輿件典直浪道位置g.）澆注時，隨金屬液澆入爐渣及除渣劑。澆注時,卷入空氣氧化金屬產生二次渣，在澆注銅合金、鋁合周8型下海道及橫濂道祖合金含硅、鈕、鋁較高的鋼鐵合金恃別容易發生。前五種原

35、因皆可藉加強制程管制而解決，但后三種則必須要由澆道系統著手。圖6所示為夾雜物在直澆道中的運動狀況，圖4中C方式的組樹法，很顯然符合夾雜物的運動方向，達到凈化鑄件的目的，據圖表中分析，當將2mm的木屑傾入形狀如圖7.右的透明模中，發現它的分布如圖7左側圖形示，在最上層含量最多中間部分最少，從這又獲得另一個信息，在距碓底部30mm以上，距離澆口杯口100mm以下的區域內，夾雜物的含量最少，恰巧與前述測試充填性的結論一致，就是一一組樹時，最上面的一個工件要保持100mm的壓頭高度，最下面的一件，要距離下澆道底部30mm以上。前面已說明了如何從澆道設計來達到鑄件的干凈度，但對卷氣而產生的二次渣及氣孔并

36、無幫助，一般下澆道與橫澆道連接的方式有三類：第一類如圖8,下澆道與橫澆道直接呈“T”型，這種組合最簡單，但產生之卷氣最嚴重，如圖片8a及圖片8b所示，無論是8a的寬而扁（1%時x1口寸橫澆道，下澆道：橫澆道：水口=1:4:4）,還是8b的狹而高（1時X1%口寸橫澆道，澆道比=1:4:4）組合，當澆注后1秒，觀察澆道內液流，均發現有大量的渦流卷氣現象，就是在澆注后15秒，在8a中仍發生連續性的氣泡析出，在8b中雖然略有改善,但仍展現有局部嚴重渦流及斷續性氣泡析出。表一是36種"T"型下澆道底與雙橫澆道之不同組合的靜止期統計表，發現其靜止期（Cleanup）非常長，甚至有無限大

37、的結論。所以這種最被鑄造廠喜愛采用的澆道系統，竟然是最容易產生氣孔的組合。橫澆道%口寸下澆道%口寸2下澆道3、口寸2下澆道1%時澆道產下范（時）局（明浣炮叱靜止珈（秒）浣炮叱靜止期（秒）洸道比抑止期（秒）洸道比抑止期（秒）止力形硬院兀%133oo一一一一一一1:5.3:5.3oo144oo1:2.7:2.7oo1:1.8:1.8oo1%1%一一199751:6:6oo1:4:4oo22一一1:16:16351:10.7:10.7oo1:7.1:7.1oo寬、扁橫澆道1%14410133oo1:2:2oo1:1.3:1.3oo1%3f一一14455.5一一一1%i一一166911:4:4oo1:

38、2.7:2.7oo21一一188OO15.35.3oo1:3.5:3.5oo21%一一一一一1:4:4oo21%一一1:12:121511:8:8oo1:5.3:5.3oo窄、高橫澆道%1144oo133oo1:2:2oo1:1.3:1.33%11一一14457一一一一%2一一166oo1:4:4oo1:2.7:2.7oo1%188oo166oo1:4:4oo1:2.7:2.7oo12_一188oo1:5.3:5.3oo1:3.5:3.5oo1142一一一一一1:4:4oo1142一一1:12:12oo1:8:8oo1:5.3:5.3oo表一“T"型下澆道底與雙橫澆道之設計對靜止期的

39、影響第二種下澆道底與橫澆道的組合方式，是將下澆道底座加大，這種lucite模的設計構想最主要的著眼點是可以減少渦流卷氣的缺點。圖9就顯示這種澆道，同樣也有許多不同的配比組合，圖片9a顯示下澆道底加大而橫澆道為寬而扁（1%時寬X1時高，澆道比=1:4:4）,在澆注后5秒，觀察澆道發現仍有渦流存在，圖9b在下澆道底座加大的情況下，配合窄而高的橫澆道組合（1口寸寬X1%時高，澆道比=1：4:4）,在澆注后5秒，觀察澆道發現已沒有渦流存在，明顯的卷氣性少了很多，表二是這種組合靜止期的統計，總結表中資料，倘若下澆道底座加大部分的直徑為窄而深橫澆道寬度的2.5倍，可獲得最短的靜止期，而與下澆道的尺寸大小無

40、關。悚饒追38口寸2下澆道12口寸2下澆道%口寸2下澆道1%時2下澆道（明電（明司饒口比靜止期（杪）澆口比靜止期（杪）澆口比靜止期（杪）澆口比靜止期（杪）加大處直徑（哂加大處直徑（明加大處直徑（明加大處直徑（哂12JL22正方形橫澆道1:3:30.02.29.8一11一一一4:4:4V2.3.51:2.7:2.7一一一4：1.8:1.8一一一一一一4:9:9一一21:6:6一一cS.31:4:4一oo22一一一4:16:16一一一4:10.7:10.7一一401:7.1:7.1一一寬、扁橫澆道11:4:42.981:3:34.27.0$:2:2一一一c1:1.3:1.3一一一一一1:4:4一9

41、.0DO一一一一一一1一一一1:6:6一一8士4:4一一oo4:2.7:2.7一一21一一一1:8:8一一一4:5.3:5.3一一一4:3.5:3.5一一2一p1:4:4一3.12一一一一4:12:12一一6.01:8:8一一201:5.3:5.3一3.3窄、高橫澆道11:4:4810.42.637.51:3:38.65.11.83.51:2:2一一16.01:1.3:1.3一一14.0一-一一-1:4:484.05.52.8一一一一一一一342一-一-一卜j-1:6:6883.74.61:4:4882.23.01:2.7:2.7一一1.811121:6:6一11.019.06.41:4:4一

42、885.51:2.7:2.7一一4.012一-一卜j1:8:8一一'rI901:5.3:5.3一885.61:3.5:3.5883.82118T:4:48882112-一卜n4:12:12一一'I416.51:8:81Y51:5.3:5.3一88oooooooooooo表二加大下澆道底座對靜止期的影響1 10號二沸道片二重合橫.亮方第三種組合則是在下澆道加一井，稱之為有下澆道井之橫澆道組合，此組合之目的在有最短的靜止期，其結構如圖10所示。這種井是一個真正的井，而非一般人常犯的錯誤，在下澆道底座上挖一個凹槽，甚至僅僅是一個圓球形的凹池，因為凹池無法防止渦流卷氣。同樣，亦用寬扁，

43、窄高等橫澆道組合加以比較，圖片10a（井深%口寸，井徑2口寸，寬1%時，1時高的寬扁橫澆道，澆道比=1:4:4）及圖片10b（井深1口寸，井徑2%口寸，寬1口寸，高1%時的窄高橫澆道，澆道比=1:4:4）為兩種組合澆注后，氣泡。各種不同組合之結論列于表三,對渦流卷氣加以觀察，前者在注入后 1秒便沒有渦流氣泡，后者在2秒后仍有輕微 總結有井之結構，下澆道井的截面積應為下澆道的5倍，其深度與直徑相同時，其靜止期最短橫澆道%口寸2（巾18）下澆道12口寸2（巾20）下澆道34口寸2（。24）下澆道118口寸2（。30）下澆道將道比徑井深靜止期澆道比徑井深靜止期澆道比徑井深衰止期澆道比徑井深衰止期正方

44、形橫澆道1:3:31.5一一11一-不一1:4:4211.5一一1一一一一一1:6:6122.51:4:412.0寬、淺楨澆道11:4:411.51:3:321121.5一一一一一一一一一-n一1:4:412.0一一一一一一一1一-不一1:6:622.01:4:42：1.5一一一21一1:5.3:5.31:3.5:3.52.02一1:4:42.0窄、深楨澆道3411:4:4112341.51:3:31121121.5一一一一一一-34118一一一一1:4:4212.5一一一一一一-一342一一一一1:6:6212.01:4:4212.0一一-一1112一一一1:6:6212.01:4:4212

45、2.0一一一-121:5.3:5.32。212.01:3.5:3.522341.511821:4:42223.0（2）補充液體金屬凝固時的體積收縮。包模鑄造以生產小件為主，多數情況下合金的液態和凝固收縮直接靠澆冒口補縮，澆口和冒口合二為一，因此澆注系統應能保證補縮時通道暢通，并保證能提供給鑄件必要的補縮金屬液，以避免鑄件內產生縮孔疏松（shrinkporosity）（3）在組焊模塊和制殼時，澆注系統起著支撐臘樹和型殼的作用，所以要求它有足夠的強度，防止制殼過程中臘樹折斷或臘件脫落。(4)澆往系統也是脫臘時液體模料流出的信道所以澆注系統應能順利地排除臘料，不致脹裂型殼。(5)澆注系統結構應力求能

46、簡化射臘模結構，并使制模、組焊、制殼和切割等工序操作方便，生產率高。(6)在保證鑄件質量和工藝操作方便的前提下，要盡可能減小澆注系統的重量，提高工藝出品率，節約金屬和減小模塊外形尺寸。二、澆注系統各單元結構設計包模鑄造澆注系統通常由以下幾個單元組成：澆口杯、直澆口、橫澆口、水口。止匕外，還附設一些其它的單元如撇渣器、緩沖器、排氣口等。澆道系統的設計主要分為兩個階段，首先根據鑄件的補縮狀況及其外形，決定澆道系統的構造方式，第二階段才是根據澆滿的需求及補縮的考慮計算尺寸。1 .澆口杯的構造冠：L說匚杯杯口形悲圄澆口杯的作用是盛接來自澆包的液態金屬，并使整個澆注系統建立一定壓力以進行充填和補縮。為了

47、防止悅措和焙燒時砂粒進入型腔，澆口杯的設計也非常重要。為了固定掛鉤及防止浸漿時，漿液進入澆口杯中，在浸漿制殼作業時，澆口杯上通常有一塊封口鐵片，澆口杯杯口外緣設計有三種形式的邊緣。U)的®憶澧口杯外畛區殘刺圖11中斜線部分是陶殼，空白部分是蠟澆棒，(a)是鐵片直接與錐形澆口杯接觸，當鐵片去除后，其破斷面直接與杯口相連，砂礫很容易落入澆道中。(b)示澆口杯在杯口處有一凸緣，陶殼在凸緣外與澆口杯相連，換言之，其破斷面亦在凸緣外，杯口部分是完整無缺，砂礫較不易進入澆道。(c)示澆口杯除凸緣外，尚有凹弧，使破斷面完全與杯口隔絕是最好的設計，不過制模較麻煩，生產速率低，一般均采(b)設計。尚有

48、部分廠商采用預鑄型澆口杯，因為預鑄類似耐火磚，杯口完全無缺損，浸漿祗浸到澆口杯的一半，亦可防止落砂。一般澆口杯均設計為光滑的圓錐形，澆鑄時，倘未對準下澆道口，金屬液會在澆口杯打轉，一來影響流速，二來會產生卷氣，所以，為避免此缺點，將設計改為圖12,（a）澆口杯加飛剌，或如（b）在澆口杯與下澆道達接處加筋條，這二種設計除了達到原先的目的外，尚可減少澆口杯浸漿制殼發生干燥龜裂的缺點，至于（b）的設計更加強了澆口杯與下澆道連接處的強度，減少澆口杯的折斷率。2 .澆道系統的結構性設計澆道系統第二項主要結構就是直圖12小澆口杯外形有飛刺澆道，直澆這是制殼操作中的支柱，且多數情況下兼有冒口的作用，所以直澆

49、道設計很重要。包（熔）模鑄件尺寸一般都不算大，故不可能每種鑄件都設計一種直澆道。特別是產品名目繁多時，為便于組織生產，簡化設計，通常根據產品特點，把直澆道做成幾種規格，當組焊熔模時，根據零件特點進行選擇，對于特殊零件則可單獨設計直澆道。為了便于組焊熔模，直澆道截面形狀可為圓形,方形、三角形、多邊形等，如圖13,一般圓形和方形用的較多。表四可供設計時參考。公共尺寸斷面圓形正方形三用形長方形六角形D2D3HhRDD1abCed50632501052018一一一一205870250105252318一1825256678300105302822272230307385300105353325312535358092300125403729一一一408798320125454232一一4594106320125504736一一10011332012555521081203201256057表四直澆道和澆口杯結構參考尺寸現階段在精鑄工廠所常用的澆道系統可以概括的分為三大類A )C)第一類是下澆道本身直接當冒口供應鑄件補縮之所需，而鑄件與澆道連接的通路，就同時肩負水口及冒口頸的功能。這種澆注系統包括了上注、側注及底注法，通常使用在小鑄鋼件及銅鑄件上，如圖14所示，就顯示出幾種常用的第一類澆道系統，鑄件有很好的方向性凝固梯度，可獲得密度良好的鑄件，因此大多數的