1、铸造工艺学铸造工艺学冒口设计冒口设计 学院 机械系主讲人：柴知章2第第8章章 冒口系统设计冒口系统设计合金从液态转变为固态的过程称为凝固，铸件的凝固规律是铸造工艺的基本理论。研究凝固的控制，对防止铸造缺陷，改善铸件组织及力学性能，获得优质健全铸件都有重要意义。 ab1 1 铸件的凝固方式铸件的凝固方式 逐层凝固逐层凝固 糊状凝固糊状凝固 中间凝固中间凝固 2 2 影响铸件凝影响铸件凝固方式的主要固方式的主要因素因素（1）合金的结晶温度范围 合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固 。固相线液相线液c表层中心t铸件成分温度表层中心t铸件液固表层中心St铸件温度液相线固凝固区 铸件的
2、凝固铸件的凝固2） 铸件的温度梯度 在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区域的宽窄取决与铸件内外层之间的温度差。若铸件内外层之间的温度差由小变大，则其对应的凝固区由宽变窄 。表层中心St铸件温度成分温度S1T1T21 1 收缩的概念收缩的概念T浇T液T固T室合金的收缩经历如下三个阶段：（1）液态收缩 从浇注温度到凝固开始温度之间的收缩。T浇 T液铸件的收缩铸件的收缩体收缩率是铸件产生缩孔或缩松的根本原因。 %100 铸件铸件铸件铸件铸型铸型VVVV %100 铸铸件件铸铸件件铸铸型型LLLL 体收缩率：线收缩率：线收缩率是铸件产生应力、变形、裂纹的根本原因。 （3）固态收缩 从凝固终止温度到室
3、温间的收缩。 T固 T室（2）凝固收缩 从凝固开始到凝固终止温度间的收缩。 T液 T固2 2 缩孔与缩松缩孔与缩松液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松。1)缩孔和缩松的形成冒口 储存补缩用金属液的空腔。顺序凝固 铸件按照一定的次序逐渐凝固。暗冒口冷铁热节2)缩孔和缩松的防止 防止缩孔和缩松常用的工艺措施就是控制铸件的凝固次序，使铸件实现“顺序凝固”。 3 3 寻找热节的方法寻找热节的方法等温线法内切圆法冷铁同时凝固同时凝固 整个铸件几乎同时凝固。整个铸件几乎同时凝固。冒口是铸型内用以储存
4、金属液的空腔，在金属冷却和凝固过程中，补给金属液，从而防止缩孔、缩松的形成，同时还有集渣和排气的作用。习惯上 ，把冒口所铸成的金属实体也称为冒口。8.18.1 冒口的种类及补缩原理冒口的种类及补缩原理 顶冒口 依位置分 侧(边)冒口 普通冒口 明冒口 依顶部覆盖 暗冒口 通用冒口 大气压力冒口 依加压方式 压缩空气 发气冒口 保温冒口 发热冒口 特种冒口 依加热方式 加氧冒口冒口 电弧、煤气加热冒口 易割冒口 直接实用冒口（浇注系统当冒口） 铸铁件实用冒口（均衡凝固） 控制压力冒口 冒口无补缩1 1 按工艺冒口分为按工艺冒口分为 108.1.18.1.1 冒口的种类和形状冒口的种类和形状 2
5、2 按形状冒口分为按形状冒口分为圆柱形、球顶圆柱形、长（腰）圆柱形、球形、扁球形等。 11121）冒口的凝固时间必须大于铸件被补缩部分的凝固时间。2）冒口应具有足够大的体积，以保证有足够的金属液补充铸件内部的体收缩。3）在铸件凝固时冒口与被补缩部位之间应有通畅的补缩通道。4）为增加铸件局部冷却速度，在铸型局部区域设置激冷能力强的材料（如铸铁、石墨或铸钢等）作为冷铁。8.1.28.1.2 冒口的补缩原理冒口的补缩原理1 1 冒口的补缩原理冒口的补缩原理2 2 冒口位置的选择原则冒口位置的选择原则 在热节的上方或侧旁； 尽量在铸件最高、最厚部位，低处热结设补贴或冷铁；不应设在铸件最重要、受力大的部
6、位； 不要选在铸造应力集中处，应减轻对铸件的收缩阻碍，避免裂纹； 尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件； 冒口布置在加工面上，可节约铸件精整工时，外观好； 不同高度的冒口，用冷铁使各个冒口的补缩范围隔开。 1314153 3 冒口有效补缩距离的确定冒口有效补缩距离的确定16有效补缩距离：冒口作用区与末端区长度之和。是确定冒口数目的依据。1）铸钢件冒口的补缩距离）铸钢件冒口的补缩距离 碳钢件如下图：冒口区和末端区长度都随铸件厚度增大而增加，且随截面的宽厚比减小而减小。总结：薄壁件比厚件更难以消除轴线缩松；杆件比板件补缩难度更大；阶梯形铸钢件补缩距离比板件大；垂直补缩距离至少等于水平补缩距离。18
7、2）铸铁件通用冒口的补缩距离）铸铁件通用冒口的补缩距离灰铁件如下图：共晶度低，结晶温度范围宽，共晶前析出奥氏体阻碍补缩，故补缩距离短。球墨铸铁：糊状凝固，只有湿型和壳型铸造厚大铸件，铸型刚度较差时才用通用冒口补缩。见表。 可锻铸铁：补缩距离为4-4.5T。3）有色合金的冒口补缩距离）有色合金的冒口补缩距离铜合金见表。锡青铜、磷青铜：糊状凝固，有效补缩距离短，易出现分散缩松。无锡青铜和黄铜：凝固范围窄，补缩距离大。黄铜5-9T。铝、锰青铜5-8T。共晶型铝合金：4.5T。非共晶型的铝合金：2T。 4）外冷铁对补缩距）外冷铁对补缩距离的影响离的影响 在两个冒口间放冷铁，形成两个末端区，显著增加有效
8、补缩距离。 端部放冷铁延长末端区。实现冒口补缩的基本条件之一：铸件凝固时始终保持向着冒口的补缩通道扩张角。壁厚均匀的板形件往往难以达到这个要求。补贴：在靠近冒口的铸件壁上补加的倾斜的金属块。补贴可从结构上造成向着冒口的补缩通道扩张角，有效延长补缩距离。228.1.3 8.1.3 补贴的应用补贴的应用补贴种类：金属补贴加热（耐火隔片）补贴发热（保温）补贴补贴的位置：水平补贴：最大长度为冒口模数的4.7倍，其它尺寸如图。 垂直补贴：试验条件和关系曲线如图，生产条件变化时补贴厚度乘以补偿系数。 2324局部热节的补贴尺寸：采用AHeuvers氏滚圆法。重要部位的热节可用扩大滚圆法。 8.1.4选择冒
9、口位置的原则选择冒口位置的原则 a 在热结的上方或侧旁在热结的上方或侧旁 b 尽量在铸件最高、最厚部位。低处热结设补贴或冷铁。尽量在铸件最高、最厚部位。低处热结设补贴或冷铁。 c 不应设在铸件最重要、受力大的部位。不应设在铸件最重要、受力大的部位。 d 不要选在铸造应力集中处，应减轻对铸件的收缩阻碍，不要选在铸造应力集中处，应减轻对铸件的收缩阻碍，避免裂纹。避免裂纹。 e 尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件 f 冒口布置在加工面上，可节约铸件精整工时，外观好。冒口布置在加工面上，可节约铸件精整工时，外观好。 g 不同高度的冒口，应用冷铁使各个冒口的补缩范围
10、隔开。不同高度的冒口，应用冷铁使各个冒口的补缩范围隔开。 2627冒口的凝固时间应大于等于铸件被补缩部位的凝固时间。冒口与被补缩部位间应能形成补缩通道的扩张角。实验表明，薄壁件遵循Chvorinov公式22()()CccMMrrKKr8.28.2铸钢件冒口的设计与计算铸钢件冒口的设计与计算8.2.1 8.2.1 什么是模数什么是模数式中 Mr、Mc 分别为冒口模数和铸件模数; Kr、Kc 分别为冒口、铸件的凝固系数，一般Kr=Kc。因此，可以用模数来表示铸件凝固的先后。模数：又称为铸模数：又称为铸件折算厚度件折算厚度. M=V/A =体积体积/散热面积散热面积 29 1 1 简单几何体简单几何
11、体模数的计算模数的计算模数的计算模数的计算302 2 相交节点的模数计算相交节点的模数计算 a）测量法）测量法 测量出热节中心处的凝固时间和平壁中心处的凝固时间 ，用下式计算2jTMTj式中， 平板壁厚； 热节中心处凝固时间； 平壁中心处凝固时间。b）一倍厚度法）一倍厚度法以相交的地方为基准，分别向外移动一倍的板宽的长度，得图中阴影部分；然后用阴影部分的模数，作为热节的模数。c）热节圆当量法）热节圆当量法对于普通冒口，由于 Kr=Kc, Mr=f*Mc f 冒口安全系数，又称冒口扩大系数。 碳钢、低合金钢铸件， 冒口r、冒口颈n、铸件c模数间的关系如下。（通常用下面的关系来设计冒口和冒口颈尺寸
12、）:1:1.1:1.2cnrM MM 侧冒口 ，:1:(1 1.03):1.2cnrMMM 内浇道通过冒口时，(1.2 1)rCMM顶冒口，用模数法设计冒口用模数法设计冒口 1 1 计算冒口的模数，设计冒口的形状和尺寸计算冒口的模数，设计冒口的形状和尺寸 式中式中 金属从浇注完到凝固完毕的体收缩率，金属从浇注完到凝固完毕的体收缩率， 冒口的冒口的补缩效率。补缩效率。=（补缩体积（补缩体积/冒口体积）。冒口体积）。通常用上式来校核冒口的尺寸够不够。通常用上式来校核冒口的尺寸够不够。rercVVVV)( 2 2 检验冒口提供足够的金属液够不够检验冒口提供足够的金属液够不够36、对冒口体积的影响 越
13、大，所需的冒口体积越大；越大，所需的冒口体积越小。 冒口除了要求体积够大，能够提供所需的金属液和后凝固的要求外，还需要有冒口到补缩处的通畅的补缩通道。铸钢齿轮如图铸钢齿轮如图8-9,材料为材料为ZG310-570,收缩率为收缩率为5%.38(1)轮缘冒口计算 把轮缘看作长方形断面的杆,当不采用冷铁时,大致需要设置三个冒口.冒口之间设置冷铁时,可以只设置两个冒口.由图看到,补缩节点的热节圆直径dy为56mm.考虑补贴尺寸及尖砂对散热的影响,将热节圆直径dy为56mm1.1=62mm,于是Mc= dy10.6/2(dy+10.6)=6.210.6/2(6.2+10.6)=1.96cm为了保证冒口比
14、铸件晚凝固,取Mr=1.2Mc=2.35cm.当收缩率为5%Mr=2.42cm,每个冒口能补缩最大铸件体积为4.8L(质量37kg)时,冒口尺寸a=100mm,b=200mm,h=150mm(h=1.5a).模数法模数法 计算举例计算举例 (2)轮毂冒口计算 把轮毂看作长方形断面的杆,用类似的方法计算.该补缩节点的热节圆直径为50mm.于是50mm1.1=55mm,计算得, Mc=5.512.7/2(5.5+12.7)=1.92cm Mr=1.2Mc=2.30cm 查标准圆柱形冒口表,当Mr=2.38cm收缩率5%每个冒口能补缩最大铸件体积为4.2L(质量32kg)时,冒口尺寸120mm180
15、mm（h=1.5d）。可见设置一个冒口已足够。39如果考虑砂芯的影响，按表8-3k=1.5，则501.5=75mm，计算得Mc=7.512.7/2（7.5+12.7）=2.36 Mr=1.2Mc=2.83cm查标准圆柱形冒口表,当Mr=2.85cm收缩率5%每个冒口能补缩最大铸件体积为7L(质量54kg)时,冒口尺寸150mm225mm（h=1.5d）。这个冒口可能偏大，要通过试浇来选定。 408 8。2 22 2 三次方程法三次方程法假设 铸件凝固层增长速度与冒口凝固层增长速度相等； 假设冒口内供补缩用的金属液体积为直径d0的球。由于铸件中最大凝固层厚度为壁厚T的一半，因此冒口直径Dr与冒口
16、中缩孔球直径关系为：d0=Dr-T。缩孔球的体积应该大于铸件和冒口本身体收缩的容积。418.2.3 8.2.3 补缩液量法补缩液量法求出需要补缩的体积求出需要补缩的体积V V补补，再，再折合成缩孔球的直径折合成缩孔球的直径d d0 0，用公式，用公式 Dr=dDr=d0 0+T+T求出冒口直径，冒口高求出冒口直径，冒口高度度HrHr一般取一般取Hr=(1.15-1.8)DrHr=(1.15-1.8)Drdo=do=（6 6Vc/Vc/）428.2.4 8.2.4 比例法比例法现以常见轮形铸钢件为例,介绍比例法确定冒口尺寸的方法步骤图8-11(1)热节圆直径dy的确定量出热节圆直径dy(2)按比
17、例确定轮缘冒口尺寸1)冒口补贴按下列经验比例关系确定:d1=(1.3-1.5)dy;R1=R件+dy+(1-3)mm;R2=(0.5-1)dy;=5-15mm2)冒口尺寸用下述比例关系计算:暗冒口宽:B=(2.2-2.5)dy明冒口宽:B=(1.8-2.0)dy冒口长:A=(1.5-1.8) B3）计算冒口补缩距离，L=4dy。当两冒口距离超过此值时，应放置冷铁或设水平补贴。43（3)轮毂冒口尺寸1）轮毂补贴按下列关系确定D1=（1.1-1.3）dy2）当轮毂较小时用一个冒口，冒口尺寸为：冒口直径：D=2-（15-20）mm，2是轮毂直径冒口高度：H=（2-2.5）d1+r r的值待d1确定后
18、按图作出。当轮毂较大时用两个冒口和多个，冒口尺寸按轮缘冒口的确定方法计算。8.2.5 8.2.5 铸件工艺出品率铸件工艺出品率100%+铸件质量工艺出品率铸件质量 冐口质量 浇注系统质量 把铸件划分为几个补缩区，计算各区的铸件模数； 按比例计算冒口及冒口颈的模数； 确定冒口的形状及尺寸； 检查顺序凝固条件（补缩距离是否足够、补缩通道是否畅通）； 校核冒口的补缩能力。458.2.6 8.2.6 通用冒口设计步骤通用冒口设计步骤 典型铸钢件冒口设计实例图典型铸钢件冒口设计实例图8-12，质量为，质量为370kg，采用，采用圆柱形明冒口，圆柱形明冒口，=5%时的最大补缩量时的最大补缩量m补为补为54
19、8kg，冒口区长度冒口区长度L1为为250mm，末端区的长度，末端区的长度L3为为350mm，冒口高度为长度的冒口高度为长度的1.5倍，倍，H冒冒=1.5D冒。试计算冒口数量和尺寸。冒。试计算冒口数量和尺寸。解：已知解：已知m件件=370kg， H冒冒=1.5D冒，冒， L1=250mm，L3=350mm =5% m补补=548kg1）计算模数）计算模数M件铸件体积件铸件体积46V=（63-33）43/（42）=48607.2cm铸件的表面积=两个平面+两个侧面+上下端面A=(63-33)43+ (63+33)43/2+ （63-33）/4=10031.76M件=V/A=48607.2/100
20、31.76=4.85 5cm（2）计算冒口模数 M冒冒1.2M件件 M冒冒=1.2M件件=1.25=6cm(3)确定确定 =5%（4）确定冒口尺寸）确定冒口尺寸 ， H冒冒=1.5D冒，冒， H冒冒=V冒冒/A冒冒=（ DH/4）/ （ D2/4+DH）=6cm，所以D=32cm，H=48cm。（5）据）据L冒校核冒口数目冒校核冒口数目 半圆周长半圆周长47L= 63/2=98.91 100cm冒口补缩距离L冒=L1+L3=250+350mm=60cm故冒口放在中间正好补缩，且只用一个冒口即可。（6）校核冒口最大补缩能力 m件件=370kg， m补补=548kg m补补 m件，故所设计的冒口合
21、适。件，故所设计的冒口合适。1 1 铸铁体收缩过程铸铁体收缩过程 灰铁，球铁、蠕铁在凝固过程中，由于析出石墨而体积膨胀，称为石墨化膨胀。凝固过程分三个阶段：一次收缩阶段；体积膨胀阶段；二次收缩阶段（以球铁为例）。理论上每析出1%的石墨，铸件体积会增大0.890.95%。而实际上铸铁体积增大2%，因此认为体积膨胀还与气体的析出有关。488.38.3 铸铁件实用冒口的设计铸铁件实用冒口的设计8.3.1 8.3.1 铸铁的体收缩铸铁的体收缩2 2 影响铸铁体收缩、膨胀的因素影响铸铁体收缩、膨胀的因素 1）冶金质量的影响在其它工艺因素相同的条件下，冶金质量好的铸件一次收缩、体积膨胀、二次收缩的值都小。
22、冶金质量的评定：从Y形式样上取样做金相检验，以1mm2面积上的石墨球数为准。150 好；废钢回炉料炉 型：冲天炉反射炉无芯感应炉电弧炉铁液停留时间：停留时间长，温度高，降低冶金质量孕 育：孕育质量好，冶金质量高。2）冷却速度的影响：冷却速度越大，非平衡凝固越严重，亚共晶合金的初生奥氏体数量越多，造成铸铁凝固前的体收缩增加。冷却速度越大，铸铁的液态收缩、体积膨胀和二次收缩值也越大。铸件模数越大，冷却速度越低。对小模数（Mc2.5cm）铸铁件，可不安放冒口。3）化学成分的影响高于wc+1/7wSi=3.9线的区域为致密区。碳量对消除球铁件的缩松作用比硅的作用强7倍。当为wc/wSi1.18时体收缩
23、率最小。51安放冒口的目的是为了补给铸件的一次（液态）收缩。并使冒口颈先于铸件凝固，在刚度好的高强度铸型内，利用石墨化膨胀（共晶膨胀）在铸件内部建立压力，迫使液体流向缩孔和缩松形成处，实现自补缩。实用冒口的优势：出品率高；对缩松防止效果好，成本低。实用冒口的种类如下。528.3.2 8.3.2 实用冒口设计法实用冒口设计法1 1 直接实用冒口（包括浇注系统当冒口）直接实用冒口（包括浇注系统当冒口）1）基本原理当铸件处于液态收缩期，冒口能够进行补缩，当液态收缩终止或体积膨胀开始时，让冒口颈及时冻结，利用铸铁的共晶膨胀在高强度铸型内形成内压力，迫使液体流向缩孔、缩松处，这样就可预防铸件内凝固期出现
24、真空度，从而避免出现缩孔、缩松。膨胀压力的影响因素 铸件模数大，膨胀压力高； 球铁比灰铸铁的膨胀压力高； 铸型强度高，膨胀压力高。 53适用于0.48M0.6MPa)，M1cm的球铁件可用直接实用冒口， M1.5cm的灰铁件可用直接实用冒口；一般湿型， M0.48cm的球铁件可用直接实用冒口， M0.75cm的灰铁件可用直接实用冒口。 2） 冒口和冒口颈的设计冒口和冒口颈的设计 a 冒口的体积 铸铁液态收缩率的计算： （也可查右边表）551-6=)+3010pEttC液液液（对铸铁，（90）=-6EpEp液液(90+30C )(t -1150)=(90+30C )（t -1150) 10 根据
25、平衡相图，铸铁的碳含量每增大1%，液相线温度下降90。 冒口有效体积的确定： 冒口的有效体积是高于铸件最高点水平面的那部分体积，它比须补缩的铁水量要大些。一般可取铸件体积的56%。 b 冒口颈的计算 设计原则：铸件液态收缩结束或共晶膨胀开始时刻，冒口颈应及时冻结。11501150/ 0.835/ ( .)ppptMnMstL CMnMstLCJg C为冒口径模数；为铸件的关键模数；为 浇注温度；为铸铁的熔化热，209J/g;为铁液比热容，57关键模数的确定：它本身的体积膨胀量能补偿所有更厚部分的液态收缩量，直到比它厚的部分开始膨胀为止。关键部分的膨胀和比它厚的部分的液态收缩只有同时发生，且是相
26、互关联的，才可能相互抵偿。这也表明，更厚的部分也可以满足关键部分的要求。注意：冒口只须补偿关键部分共晶之前的液态收缩体积，直接实用冒口的有效补缩距离是无限的。583） 用浇注系统当冒口用浇注系统当冒口 应用：薄壁铸件，球铁件 MS 0.48cm，灰铁件 MS 0.75cm时采用。设计：内浇道做冒口颈，依据铸件模数确定冒口颈模数，但要控制浇注温度。这里的冒口就是：高于铸件最高水平面的直浇道和浇口杯部分。 例：下图球铁件。594）直接实用冒口的优缺点 优点： 铸件工艺出品率高； 冒口位置便于选择，冒口颈可很长； 冒口便于去除，花费少。 缺点： 要求高强度铸型； 要求严格控制浇注温度范围 25，以保
27、证冒口颈冻结时间准确； 复杂铸件关键模数不易确定。为验证冒口颈是否正确需生产试验。 1）基本原理）基本原理当用湿型铸造球墨铸铁件0.48 MS 0.8，则可判定分体1可通过分体2将多余的铁液输送到安放在分体3的冒口内，此时只需一个冒口；否则，则应在分体1、3上分别安放冒口。67c c 冒口的位置和数目冒口的位置和数目尽量采用内浇道通过边冒口引入的方式;采用大气压力暗冒口;采用扁薄内浇道，长度至少为厚度的4倍。要求浇注后迅速凝固以在冒口中形成缩孔;要求快浇;宜高温浇注:1371-1427oC;希望采用冶金质量好的铁液;适用于湿型中铸造模数0.48-2.5cm的球铁件、 0.75-2.0cm的灰铁
28、件;要求铸型的硬度大于85。68d d 其它经验其它经验a 铁液的冶金质量好；b 球铁的平均模数大于2.5cm；c 铸型的强度、刚度足够，上下箱牢固锁紧；d 低温浇注1300-1350；e 快浇，防止铸型顶部被过分烘烤和减小膨胀损失；f 采用小的扁薄内浇口，分散引入，每个面积不超过15X60mm，以尽早凝固；g 设置明出气孔，直径20mm，相距1m，均匀布置；h 为安全起见，可采用安全冒口。693 3 无冒口补缩法的应用条件无冒口补缩法的应用条件例：前盖板下压模工艺。 设置了安全冒口，顶暗冒口，质量不超过浇注质量的2%。起弥补工艺条件的偏差的作用。701 1 均衡凝固的定义均衡凝固的定义利用铸
29、铁液态收缩和膨胀的动态叠加，采取工艺措施，使单位时间的收缩与补缩、收缩与膨胀按比例进行的一种凝固原则，可理解为有限的顺序凝固。2 2 均衡凝固的工艺原则均衡凝固的工艺原则 a 铸铁件的体收缩率是不确定的，与所有的工艺条件有关； b 越是薄小件越要强调补缩，厚大件补缩要求低； c 铸铁件的冒口不必晚于铸件凝固，因此，冒口模数可以小于铸件模数，应充分利用石墨化膨胀；718.3.3 8.3.3 铸铁的均衡凝固理论铸铁的均衡凝固理论d 铸件的厚壁热节应放在浇注位置的下部。当厚薄相差较大时，厚壁热节处安放外冷铁，铸件可不安放冒口。如果铸件大平面处于上箱，可采用溢流冒口保证大平面的表面质量。 e 采用冷铁
30、，平衡壁厚差，消除热节。不仅能防止厚处热节的缩松，且可使石墨化膨胀提前，减小冒口尺寸，增强自补缩作用。f 优先采用顶注工艺。提高自补缩程度。7273几种冒口类型几种冒口类型743 3 冒口设计基础冒口设计基础铸铁件体积收缩与膨胀的叠加原理。77 P点称为均衡点，对应着铸件收缩值等于膨胀值的时间，此时表观收缩为零，既冒口补缩的终止时间。4 4 几个参数几个参数a 收缩时间分数收缩时间分数 铸铁件表观收缩时间与铸件凝固时间的比值。 Pt=AP/ AC 在生产中可用观测冒口或浇口杯液面停止下降的时间来判定AP值。b 收缩模数收缩模数MP均衡点P对应的模数，即凝固时间为AP的铸件的模数。式中 MC -
31、铸件的模数； f2-收缩模数系数. 78cpMfM2tPACAPf2铸件从冒口和浇口中得到的补缩液体体积与铸件、冒口体积之比。 铸铁件的补缩率与工艺条件、铸件结构密切相关。79100%F 补缩液体体积铸件体积与冒口体积之和d d 铸铁件的补缩铸铁件的补缩率率c c 周界商周界商即铸件形状系数q， 在模数等条件相等的条件下，周界商大的铸件在单位时间，单位面积的散热能力相对较小，铸件的自补缩能力就较大。MccVq3 a 冒口模数 式中 Mr、MC 冒口、铸件的模数； 冒口平衡系数，为冒口原始模数与残余模数之比，取 ； 收缩模数系数，和铸件模数、质量、周界商有关 安全系数， 。crMfffM3212
32、f1f3f2 . 11f85. 025. 02f5 . 11 . 13f5 5 冒口设计的收缩模数法冒口设计的收缩模数法b 冒口的体积冒口的体积推导：参与补缩的液态金属量式中 冒口补缩效率，一般取10%-30%； 铸件补缩率； 冒口的体积； 铸件的体积。81cVrVFFFVVcr 理论上应等于铸件的收缩模数，但考虑到冒口、铸件对冒口颈的热影响，铁液流通热效应，冒口颈的凝固时间会延长，约为其几何模数的2-4倍，因此，故式中 考虑流通热效应后的冒口颈模数； 流通效应的模数增大系数， 82ncpnMfMfMM2cnMffM)/(2nMf24 . 1f C C 冒口颈模数冒口颈模数 小件：D =（1.
33、2-2.0）T 中件：D =（1.0-1.2）T 大件：D =（0.6-1.0）T836 6 冒口设计的分段比例法冒口设计的分段比例法848.4.1 8.4.1 大气压力冒口大气压力冒口 造型时在暗冒口顶部插一个砂芯，或在冒口上部作出锥顶砂，伸入到冒口中心区，称为大气压力冒口。 浇注后冒口虽然结壳，但外界的大气压力仍可通过砂芯的孔隙作用于内部金属液面上。由于铸件结壳后铸型中的金属液上有大气压力作用，这样就增加了冒口的补缩压力。8.4 8.4 提高冒口补缩效率的措施和特种冒口提高冒口补缩效率的措施和特种冒口主要措施为提高冒口中金属液的补缩压力或保持时间。85大气压力冒口可补缩比冒口高出1480m
34、m的铸件。实际上由于枝晶阻力、析出气体的作用，补缩高度H为200 mm 左右。大气压力冒口设计大气压力冒口设计对铸铁件：多采用带锥顶砂的冒口。对铸钢件：按普通冒口确定尺寸，冒口高度取允许的最小值。大气压力侧冒口可按下式确定。 b=(1.3-1.7)dy Dr=(2.0-2.5)dy 冒口颈截面为椭圆形，长轴为b，短轴为（1.2-1.6）b 。1 1 原理原理 用保温材料或发热材料作冒口套、顶部使用保温套、发热套的冒口叫保温冒口和发热冒口。使用保温套、发热套，能大大延长冒口中金属液的保持时间。冒口的补缩效率能达到30%50%。使铸件的工艺出品率提高1025%。8.4.2 8.4.2 保温、发热冒
35、口保温、发热冒口2 2 冒口套的组成冒口套的组成a 耐火材料：石英砂、镁砂、铬铁矿砂等。b 保温材料：主要化学成分为氧化硅和氧化铝，且呈多孔状。（膨胀珍珠岩、蛭石、大孔陶粒、粉煤灰、陶瓷棉等）c 发热剂和点火剂：发热剂常用铝粉、硅铁粉和氧化铁的混合物，称为铝硅发热剂。温度超过1250时：2AI+Fe2O3AI2O3+2Fe+Q 3Si+Fe2O33SiO2+4Fe+Q用于铸钢大型冒口效果较好。但用于小型冒口或有色金属时难以达到反应温度，这时应加入点火剂和氧化剂，如硝酸钠、硝酸钾等。87 d 延缓、填充剂： 起延缓放热反应进行的作用，常用硅砂、耐火砖粉、刚玉砂。 e 粘结剂常用膨润土、矾土水泥、
36、水玻璃、酚醛树脂等。 3 3保温、发热冒口的计算保温、发热冒口的计算 ME=MrE=1.2McE式中：ME 保温冒口模数； Mr普通冒口模数； Mc铸件模数； E 保温（发热）冒口的模数增大系数，E可用实验法测定：用来确定经济、合理的保温套厚度。8889市售的保温冒口套，其E1.31.4。一般保温冒口的套厚取（11.5）ME在冒口根部放一片耐火陶瓷或耐火材料制成的带孔隔板，使冒口中金属液通过孔对铸件补缩。易于从铸件上去除冒口，大大降低去除冒口的费用。908.4.3 8.4.3 易割冒口易割冒口91隔板的成分和制备工艺见书。隔板的尺寸见下表。为增加铸件局部冷却速度，在型腔内部或型腔表面安放的金属
37、块，称为冷铁。（其它蓄热系数大的材料也行）冷铁分为：内冷铁、外冷铁。放置在型腔内与铸件熔合在一起的金属激冷块，称为内冷铁。内冷铁成为铸件的一部分，应和铸件的材质相同。放置在型腔表面上，使型腔内的局部金属液快速冷却凝固的金属激冷块，称为外冷铁。外冷铁可回收多次使用。外冷铁的材料有： 钢、铸铁、铜、铝等金属材料，激冷能力强； 石墨、碳素砂、铬砂、镁砂、锆砂等。928.5 8.5 冷铁冷铁冷铁的作用:a 冷铁用在冒口难以补缩的部位，防止缩孔、缩松。b 冷铁用在壁厚交叉部位及壁厚急剧变化部位，防止裂纹产生。c 冷铁与冒口配合使用，能加强铸件的顺序凝固条件，扩大 冒口补缩距离范围，减少冒口数目或体积。d
38、 加剧个别热节的冷却，促进同时凝固，减小铸造应力，提高铸造工艺出品率。e 改善局部的组织和金相性能。93948.5.1 8.5.1 外冷铁外冷铁 1 1 分类分类 外冷铁分为：直接外冷铁、间接外冷铁。直接外冷铁：与铸件表面直接接触，分有气隙和无气隙两种。 间接外冷铁：冷铁同被急冷铸件之间有10-15mm厚的砂层相隔。2 2 外冷铁的凝固速度实验外冷铁的凝固速度实验浇注碳素钢件，铸件尺寸127x127x203(mm)，冷铁面积76x76，厚度如图。 96a 外冷铁吸热后急冷作用减弱；b 冷铁厚度大，急冷作用强，当厚度达到一定值后，凝固速度不再增加；c 外冷铁处钢的凝固层厚度约为砂型处的两倍多。由
39、于凝固层厚度不同，线收缩开始时间不同，易产生裂纹。所以，外冷铁侧面作成45度角。以平缓过度。另外，需急冷表面积大时，易采用多块小型外冷铁，交错布置，留有间隙。973 3 使用外冷铁时注意使用外冷铁时注意 a 不应破坏顺序凝固和补缩通道； b 外冷铁不宜过大，块间留间隙； c 外冷铁厚度参照表3-5-14； d 外冷铁尽量放在底部和侧部； e 冷铁表面干净，平整、光洁； f 限制外冷铁的使用次数。98 1） 工作表面积外冷铁相当于增加了铸件散热表面积，从而减小了铸件模数。（模数由 M0M1 ，M0为热节处模数， M1为加冷铁后的模数）。对无气隙外冷铁，砂型等效散热面积：AS=A0+2AC1对有气隙外冷铁：砂型等效散热面积 AS=A0+AC1 （ A0铸件表面积 ； AC1冷铁工作表面积）。 994 4 外冷铁的计算外冷铁的计算 铸件壁下面圆盘厚4cm（ M0 2.0）上下表面面积均为100 cm2。若上下表面均用面积为100 cm2的外冷铁：AS=200+2*100+100500 cm2 ，带M1V/A=100*4/500 =0.8cm。 铸件壁厚
