铸造工艺学-冒口设计

Mc : Mn : Mr 1: (11.03) :1.2
顶冒口， M r (1.2 1)MC
2 检验冒口提供足够的金属液够不够
(V V ) V V
c
r
e
r
式中 ε 金属从浇注完到凝固完毕的体收缩率，η 冒口的 补缩效率。η=（补缩体积/冒口体积）。
通常用上式来校核冒口的尺寸够不够。
ε、η对冒口体积的影响
模数的计算
模数：又称为铸 件折算厚度.
M=V/A =体积/散热面积
1 简单几何体 模数的计算
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2 相交节点的模数计算
a）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
T M
பைடு நூலகம்
j
2
式中，T－－平板壁厚；
j－－热节中心处凝固时间；
－－平壁中心处凝固时间。
b）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
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(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50mmˣ1.1=55mm,计算得, Mc=5.5ˣ12.7/2ˣ(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Φ120mmˣ180mm （h=1.5d）。可见设置一个冒口已足够。
的材料（如铸铁、石墨或铸钢等）作为冷铁。 12
2 冒口位置的选择原则
① 在热节的上方或侧旁；
② 尽量在铸件最高、最厚部位， 低处热结设补贴或冷铁；
③不应设在铸件最重要、受力 大的部位；
④ 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；
⑤ 尽量用一个冒口同时补缩几 个热节或铸件；
⑥ 冒口布置在加工面上，可节 约铸件精整工时，外观好；
冒口是铸型内用以储存金属液的空腔，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。
8.1.1 冒口的种类和形状
顶冒口
1 按工艺冒口分为
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
体收缩率： V
V铸型 V铸件 V铸 件
100%
体收缩率是铸件产生缩 孔或缩松的根本原因。
线收缩率： L
L铸型 L铸件 100% L铸 件
线收缩率是铸件产生应 力、变形、裂纹的根本
原因。
2 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)冒口补贴按下列经验 比例关系确定:
d1=(1.3-1.5)dy;
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R1=R件+dy+(1-3)mm;R2=(0.5-1)dy;δ=5-15mm 2)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) B 3）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
⑦ 不同高度的冒口，用冷铁使 各个冒口的补缩范围隔开。
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3 冒口有效补缩距离的确定
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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
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：
①薄壁件比厚件更难以消除轴线缩松；
铁或设水平补贴。
（3)轮毂冒口尺寸
1）轮毂补贴按下列关系确定
D1=（1.1-1.3）dy
2）当轮毂较小时用一个冒口，冒口尺寸为：
冒口直径：D=Φ2-（15-20）mm，Φ2是轮毂直径
冒口高度：H=（2-2.5）d1+r r的值待d1确定后按图作出。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。
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
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2 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。
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8.1.2 冒口的补缩原理
1 冒口的补缩原理
1）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
的模数。
c）热节圆当量法
用模数法设计冒口
1 计算冒口的模数，设计冒口的形状和尺寸
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）
侧冒口， Mc : Mn : Mr 1:1.1:1.2 内浇道通过冒口时，
ε=5% m补=548kg 1）计算模数M件铸件体积
V=[π（63²-33²）ˣ43/（4ˣ2）]=48607.2cm² 铸件的表面积=两个平面+两个侧面+上下端面 A=[(63-33)ˣ43+ π(63+33)ˣ43/2+ π（63²-33²）]/4=10031.76 M件=V/A=48607.2/10031.76=4.85 ≈5cm （2）计算冒口模数
1)缩孔和缩松的形成
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”。
暗冒口
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。
热节
冷铁
3 寻找热节的方法
等温线法 内切圆法
冷铁
同时凝固— 整个铸件几乎同时凝固。
8.1 冒口的种类及补缩原理
如果考虑砂芯的影响，按表8-3k=1.5，则50ˣ1.5=75mm， 计算得
Mc=7.5ˣ12.7/2ˣ（7.5+12.7）=2.36 Mr=1.2ˣMc=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Φ150mmˣ225mm （h=1.5d）。这个冒口可能偏大，要通过试浇来选定。
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局部热节的补贴尺寸：采用A·Heuvers氏滚圆法。重要部 位的热节可用扩大滚圆法。
• 8.1.4选择冒口位置的原则 • • a 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。 • c 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，
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8.2.5 铸件工艺出品率
工艺出品率＝
铸件质量 铸件质量+冐口质量+浇注系统质量
100%
8.2.6 通用冒口设计步骤
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。
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8。2．2 三次方程法
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8.2.3 补缩液量法
假设 ①铸件凝固层增长速度 与冒口凝固层增长速度相等；
②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与冒口中缩孔球直径关系为：
求出需要补缩的体积V补，再
d0=Dr-T。
折合成缩孔球的直径d0，用公式
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56mmˣ1.1=62mm, 于是
Mc= dyˣ10.6/2(dy+10.6)=6.2ˣ10.6/2(6.2+10.6)=1.96cm 为了保证冒口比铸件晚凝固,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).
可锻铸铁：补缩距离为4-4.5T。
3）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 离的影响
在两个冒口间放冷铁， 形成两个末端区，显著 增加有效补缩距离。 端 部放冷铁延长末端区。
③中间凝固
成分
固
液
2 影响铸件凝
表层 中心
固方式的主要
因素 （1）合金的结晶温度范围
液相线
S
液相线 固相线
固表层 中心液 表层 中心 凝固区
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 。
铸件的收缩
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 。