铸钢件冒口的设计规范.

铸钢件冒口的设计规范

钢水从液态冷却到常温的过程中，体积发生收缩。在液态和凝固状态下，钢水的体积收缩可导致铸件产生缩孔、缩松。冒口的作用就是补缩铸件，消除缩孔、缩松缺陷。另外，冒口还具有出气和集渣的作用。

1、冒口设计的原则和位置

1.1冒口设计的原则

1.1.1、冒口的凝固时间要大于或等于铸件（或铸件被补缩部分）的凝固时间。

1.1.2、冒口所提供的补缩液量应大于铸件（或铸件被补缩部分）的液态收缩、凝固收缩和型腔扩大量之和。

1.1.3、冒口和铸件需要补缩部分在整个补缩的过程中应存在通道。

1.1.4、冒口体内要有足够的补缩压力，使补缩金属液能够定向流动到补缩对象区域，以克服流动阻力，保证铸件在凝固的过程中一直处于正压状态，既补缩过程终止时，冒口中还有一定的残余金属液高度。

1.1.5、在放置冒口时，尽量不要增大铸件的接触热节。

1.2、冒口位置的设置

1.2.1、冒口一般应设置在铸件的最厚、最高部位。

1.2.2、冒口不可设置在阻碍收缩以及铸造应力集中的地方。

1.2.3、要尽量把冒口设置在铸件的加工面或容易清除的部位。

1.2.4、对于厚大件一般采用大冒口集中补缩，对于薄壁件一般采用小冒口分散补缩。

1.2.5、应根据铸件的技术要求、结构和使用情况，合理的设置冒口。

1.2.6、对于清理冒口困难的钢种，如高锰钢、耐热钢铸件的冒口，要少放或不放，非放不可的，也尽量采用易割冒口或缩脖型冒口。

2、设置冒口的步骤与方法

冒口的大小、位置及数量对于铸钢件的质量至关重要。对于大型铸钢件来说，必须把握技术标准及使用情况，充分了解设计意图，分清主次部位，集中解决关键部位的补缩。以模数法为例，冒口设计的步骤如下：2.1、对于大、中型铸钢件，分型面确定之后，首先要根据铸件的结构划分补缩范围，并计算铸件的模数（或铸件被补缩部分的模数）M铸。

2.2、根据铸件（或铸件被补缩部分）的模数M铸，确定冒口模数M冒。

2.3、计算铸件的体收缩ε。

2.4、确定冒口的具体形状和尺寸。

2.5、根据冒口的补缩距离，校核冒口的数量。

2.6、根据铸件结构，为了提高补缩距离，减少冒口的数量，或者使冒口的补缩通道畅通，综合设置内外冷铁及冒口增肉。

2.7、校核冒口的补缩能力，要求ε（V冒+V件）≤V冒η。

3、设计冒口尺寸的方法

3.1、模数法

在铸件的材料、铸型的性质和浇注条件确定之后，铸件的凝固时间决定于铸件的模数。

模数M=V/A（厘米），V—体积（厘米3）；A—散热面积（厘米2）。

随着办公条件的改善，计算机的普及，模数可以用计算机进行计算。方法是：用SolidWorks软件画出铸件（或铸件被补缩部分）的立体图，计

算出铸件的体积和散热面积，然后用公式M=V/A计算模数。

冒口的凝固时间大于铸件的凝固时间，冒口的模数一般是铸件模数的1.1～1.2倍，M冒=1.1～1.2M铸

对于厚实铸件，如：圆柱体、块状铸件，用模数法确定的冒口往往偏大，故必须采取一些方法加快铸件的凝固，同时延长冒口的凝固时间。通常采用以下方法：1、加放内、外冷铁；2、补浇冒口；3、采用保温冒口。采用以上措施后，M冒=KM铸，K按下表进行选择。

注：对于要求比较高的铸件、探伤件，尽量不放内冷铁。

3.2、热节圆法

根据铸件壁厚部位热节圆的大小来确定冒口尺寸的一种方法。热节圆法主要适用于轮形铸件，一般冒口与热节不连通，需要用滚热节圆的方法确定冒口增肉，然后确定冒口尺寸。

可以用绘图软件画出铸件热节的形状，然后画出热节的内切圆，即为热节圆。

4、钢的体收缩率

碳钢的体收缩率εC的大小与碳钢的含碳量和浇注温度有关。如下图：

元素及其含量有关。合金元素对铸钢体收缩率的影响如下：

合金钢的体收缩率ε=εC+∑KiXi Xi为合金元素的含量

注：以上修正系数只适用于低于1600℃时的体收缩。

5、冒口的有效补缩距离

冒口区与末端区之和称为冒口补缩距离，超出该距离，在铸件中间区

产生轴线缩松。

5.1、板件和杆件的补缩距离

通常把断面的宽厚比为5：1以上的称为板型件；断面的宽厚比为5：1

以下的称为杆型件。下图为碳钢（C=0.20～0.30%），板型件的厚度≤175mm、

杆型件的厚度≤200mm的冒口有效补缩距离。

在铸件的末端区和冒口之间放外冷铁，冒口有效补缩距离如下：

从以上可以看出：（1）冒口对板型件的有效补缩距离大于杆型件的有效补缩距离。（2）杆型件的末端区长度远大于冒口区长度。（3）使用外冷铁，可以有效的提高冒口的有效补缩距离。

另外，冒口的有效补缩距离还受以下因素的影响：

（1）厚实铸件的凝固区域变宽，冒口的有效补缩距离相对较小。

（2）结晶温度范围较宽的铸钢，冒口的有效补缩距离较小；结晶温度范围较窄的铸钢，冒口的有效补缩距离较大。例如，含碳量为0.15%的碳素钢比含碳量为0.30%的碳素钢的结晶温度范围较窄，冒口的有效补缩距离较后者大30%。

（3）使用发热冒口，可以增加冒口的有效补缩距离。

5.2、轮型件冒口的有效补缩距离

轮型件讲究冒口的延续度。冒口的延续度为冒口根部长度（沿轮型周向）之和与轮形周长的比率，称为冒口的延续度。延续度的大小取决于轮缘的厚度与其内在质量的要求程度。如铣齿齿轮、缸体其延续度适当增加，

不重要的且厚壁轮型件可适当减少。

（1）一般小件（φ600mm）不铣齿的轮型件，冒口的延续度取25～35%。（2）中等高度和大小齿轮和齿圈（铣齿深度不超度4/10轮缘厚度），冒口的延续度取36～40%。

（3）轮缘较高的双辐板、三辐板齿轮，冒口的延续度取38～42%。

（4）高压缸类的受压与有探伤要求件，冒口延续度可取100%。

6、冒口补贴

对于致密度要求高的铸件，当冒口的补缩距离达不到时，应在冒口处设置补贴造成向冒口方向的顺序凝固，以增加冒口的补缩距离。

6.1、水平补贴

水平补贴可以按下图进行计算

6.2、垂直补贴

对于壁厚≤100mm碳素钢板状铸件，浇注系统为上注时，铸件的补贴厚度如下图：

根据铸钢件的形状、浇注位置和钢种的不同，补贴厚度=K1K2a，K1 为杆状件补贴的补偿系数，K2 为铸件材质和浇注方式的补偿系数。

杆状件补贴的补偿系数K1

铸件材质和浇注方式的补偿系数K2

厚实铸件的轴线缩松是很难消除的，对于一般铸件，轴线缩松只要不被切削加工所显露，则不影响它的使用性能。

对于压力容器铸件和用于承受疲劳冲击应力的铸件，一般均随其工矿压力、温度、应力状况和铸件壁厚的不同，而分别允许存在射线探伤等级1～3级的轴线缩松。一般铸钢件的轴线缩松允许4～5级。

据厚度为100～150mm介于杆-板之间的铸钢试验件的试验结果，射线探伤质量等级与补贴斜率存在如下关系：

对大型汽轮机缸体、泵体类薄壁型打压、探伤铸件的补缩，根据日本室兰的经验，UT按ASTM标准，RT按ASME标准，对不同补缩斜度的铸件进行无损检测的结果，补缩斜度可按：

补缩斜度8%（1：12.5）可达1级

补缩斜度6%（1：16.6）可达2级

补缩斜度3%（1：33.3）可达3级

7、冒口的补缩效率

不同类型的冒口的补缩效率η为：

另外，冒口覆盖剂也能提高冒口的补缩效率。好的覆盖剂可以提高冒口的补缩效率5%。

8、保温冒口

目前，保温套主要分成：珍珠岩复合型保温套、纤维复合型保温套、空心微珠复合型保温套和陶粒保温套。后两种可以做较大铸钢件的保温套。

保温套的堆密度一般控制在0.6～0.8g/cm3。保温套的厚度一般取保温冒口模数的1～1.5倍，保温效果好的取下限。保温剂的用量约为冒口重量的1.0～1.7%，冒口的上部不见红时，保温效果比较理想。在此条件下，保温冒口的模数约为普通冒口模数的1.3～1.4倍，补缩效率为25～45。

9、冒口的形状与尺寸

按照冒口的保温性能可分为普通冒口和保温冒口；按照冒口的形状可分为圆冒口和矩形冒口；按照冒口是否被砂型所覆盖可分为明冒口和暗冒口。目前，在我厂铸钢件的生产过程中，直径小于（或等于）1600mm圆冒口，一般采用保温冒口，直径大于1600mm圆冒口，一般采用普通冒口。为了提高冒口的补缩距离（或延续度），可采用矩形冒口。在铸件的上部一般采用明冒口，在铸件的下部一般采用暗冒口。

9.1、圆形暗冒口

9.2、矩形明冒口

矩形明冒口的重量和模数：

9.3、圆型明冒口

圆形明冒口的重量、模数表

9.4、保温冒口

保温冒口的重量、模数表

9.5、冒口座、冒口圆角

冒口与铸件的接触部位要做出圆角，保温冒口的下部要做冒口座。