铸件冒口的尺寸计算
边冒口
冒口的正确选择与设计是铸型工艺设计中的一项重要内容。
目前铸铁件主要指球铁、蠕铁、灰铁件的生产实际中常采用的冒口主要是顶冒口、边冒口、压边冒口及无冒口。
前三种又有明、暗冒口及冷、热冒口之分。
四种冒口中无冒口铸造是最先进的铸造工艺,是冒口设计中首推选用的冒口方案。
但是,无冒口铸造对铁水冶金质量及铸型条件结构、材料、刚度等都有一定的特殊要求,因此在应用上受到一定的限制。
顶冒口特别是内浇道不经过冒口的冷顶冒口,因其补缩效率低、冒口颈大、冒口颐处易产生缩松等,一般在冒口设计时尽盘避免选用。
热压边冒口因补缩效率高、挡渣性能好、易清除等优点,受到铸造工作者的青睐。
但因其对铸型结构有较严格要求,需要铸件有部分直的或弯曲外棱角,因此其应用也受到很大制约。
边冒口与顶冒口一样在铸铁件应用较早,因其对铁水冶金质量、铸型条件适应性好、补缩效率较高、易于清理、使用可靠性好,得到广泛应用。
边冒口在诸种铸铁件冒口中仍具有较强生命力。
边冒口设计通常采用热节圆比例法、模数法和体积法。
边冒口的热节圆比例法在小铸件冒口设计应用较多较可靠。
对于大铸件,因其比例系数变化范围大,设计可靠性差犷需要有丰富的设计经验予以补偿。
边冒口的模数法设计,就笔者所能收集的资料看,除卡赛先生模数法外,大都没有考虑铸铁的凝固特性,因此其应用有一定局限性。
体积法是在冒口体积与铸件或铸件需要补缩部分以下简称铸件需补体积之间建立数学关系本文推荐的办法属体积法的一种,在冒口尺寸与铸件需补重量之间建立数学关系,从而确定冒口尺寸。
而铸件重量是铸型工艺设计中必不可缺的工艺参数,因此,利用本方法,并不增加额外设计工作量。
暗边冒口的冒口顶尽量采用平顶或下图肠心关系图要刷上涂料,以使其发挥大气压力冒口通气芯的作用。
边冒口的冒口底,一般采用半球形和倒圆台形,以倒圆台形为好。
除制模样容易外,还可提高冒口底部金属热拥挤位置,利于加热冒口额,提高补缩效率。
另外,采用球形底,底部消耗过大,降低补缩效率。
铸造模数计算
的体积和模数来进行计算 ,就会发生误差 。
如图 1 所示 ,若整个铸件的体积为 V , 每个冒口
所补缩的铸件体积为 V B (这里 , V B = 0. 5 V) , 而设
置冒口部位的体积 、表面积及模数分别为 V c , A c 和
M c ,则式 (1) 可写成如下形式 :
图 1 铸件上设置冒口的部位及受冒口补缩的部位 Fig. 1 Location anol feeding zone of riser on t he castings 铸件受冒口补缩的部位 铸件上设置冒口的部位
K1
δ( 1
=
+
mβ) αr M
vr
r
,
K2
=
βV B
vr
, 则可按方程
式 (3) 进行求解 。
v r 和αr 的值取决于所选择的冒口形状[2 ] , 列出
了六种不同形状冒口的 v r 和αr 值 。生产中使用的冒
口有多种形状 ,所以 ,在编制实用的计算机程序时 ,应
针对不同的冒口形状 ,各自导出其 v r 和αr 的表达式 ,
V r = v rd3 A r = αrd2
当冒口尺寸的比例确定后 , 即可将隐式方程化
为显式方程 ,得
几种类型的冒口设计
几种类型的冒口设计1.1.冒口类型的选择1.2.普通冒口设计方法以下摘自《西班牙汽车铸铁件浇冒口系统的设计及其特点》 1.2.1.缩管法1.2.2.缩管法冒口设计程序1.2.2.1.考虑铸件材质和重量1.2.2.2.找出关键几何热节，按下表计算热节处模数W（有文献标为“Ms”，称为有效模数，不散热面不能计入。
）Mr = km x Ms Ms 是铸件的关键模数, Mr 是补缩冒口的模数，km 是常数，灰铸铁与球铁不一样。
• 亚共晶灰铸铁为0.6-1.0；• 球墨铸铁为0.8-1.1；• 可锻铸铁为1.2-1.4；• 钢为1.2-1.4；• 铜合金为1.2-1.4；• 铝合金为0.8-1.1。
1.2.2.3.通过W值计算出冒口补缩距离Ld=0.32W2(mm)，又有补缩距离最大为10Mn(冒口颈模数)1.2.2.4.冒口的计算z Dp的计算和Hp的预定，Dp=85（Cw/Hp）1/2(mm)。
一般Hp/ Dp=2~2.5 Cw—需冒口补缩的铸件重量之和（Kg），假想缩管重量Q=0.04 Cw（Kg）。
z冒口顶端直径1.1Dp≥直浇道下端直径z冒口颈高宽比 0.75W:1.25W=1:1.67z冒口颈长度 18mm，并愈短愈好。
以下摘自《DUCTILE IRON-The essentials of gating-中文版》，适用于球铁。
1.3.控制压力冒口当铸型强度不够且铸件的模数远大于0.16 英寸（4mm）时，运用控制压力冒口。
大部分的湿型砂和覆膜砂选用该种方法。
1.3.1.控制压力冒口设计步骤：1.3.1.1.标准冒口形状见下图671.3.1.2.确定铸件特征（关键）模数Ms（上文为“W”）1.3.1.3.确定冒口颈模数MN1.3.1.4.确定冒口模数MR1.3.1.5.控压冒口系统中的Ms 和M N 和M R 的关系见速查图.dwg图5 。
M N和Ms的关联系数f 见速查图.dwg图4。
1.3.1.6.补缩距离最大为10M N，（又有Lp=0.32W2 公式）1.3.1.7.C ard5为有效冒口高度1.3.1.8.圆形或方形的冒口颈直径或边长=4M N1.3.1.9.长方形冒口颈 短/长边宽=3M N/6M N（又有公式=0.9 Ms/1.5 Ms）1.4.瓶状冒口1.4.1.柱状冒口公式1.4.2.冒口直径=4Ms+冒口顶部直径1.4.3.铸件补缩金属=4%浇注重量1.4.4.冒口高度=H/D 之比×冒口顶部直径1.5.无冒口设计1.5.1.当铸型的强度较高并且铸件的模数大于1.0（25mm），选用无冒口。
冒口系统设计
冒口系统设计一﹑冒口设计1. 冒口设计的基本原则1）冒口的凝固时间应大于或等于铸件(被补缩部分)的凝固时间。
2）冒口应有足够大的体积，以保证有足够的金属液补充铸件的液态收缩和凝固收缩，补缩浇注后型腔扩大的体积。
3）在铸件整个凝固的过程中，冒口与被补缩部位之间的补缩通道应该畅通，即使扩张角始终向着冒口。
对于结晶温度间隔较宽、易于产生分散性缩松的合金铸件，还需要注意将冒口与浇注系统、冷铁、工艺补贴等配合使用，使铸件在较大的温度梯度下，自远离冒口的末端区逐渐向着冒口方向实现明显的顺序凝固2. 冒口设计的基本内容1）冒口的种类和形状（1)冒口的种类⎧⎧⎧⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎩⎪⎪⎪⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩⎩⎪⎧⎧⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎩⎪⎪⎪⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎩顶冒口依位置分侧冒口贴边冒口普通冒口明冒口依顶部覆盖分暗冒口大气压力冒口依加压方式分压缩空气冒口通用冒口（传统）发气压力冒口保温冒口发热冒口特种冒口依加热方式分加氧冒口电弧加热冒口，煤气加热冒口易割冒口直接实用冒口（浇注系统当铸铁件的实用冒口（均衡凝固）⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎩⎩冒口）控制压力冒口冒口无补缩 图1 冒口分类（2）冒口的形状常用的冒口有球形、圆柱形、长方体形、腰圆柱形等。
对于具体铸件，冒口形状的选择主要应考虑以下几方面:a）球形 b)球顶圆柱形 c）圆柱形 d）腰圆柱形（明） e）腰圆柱形（暗）图2 常用的冒口形状①冒口的补缩效果: 冒口的形状不同，补缩效果也不同，常用冒口模数（M）的大小来评定冒口的补缩效果(M=冒口体积/冒口散热面积)，在冒口体积相同的情况下，球形冒口的散热面积最小，模数最大，凝固时间最长，补缩效果最好，其它形状冒口的补缩效果，依次为圆柱形，长方体形等。
②铸件被补缩部位的结构情祝: 冒口形状的选泽还要考虑铸件被补缩部位的结构形状和造型工艺是否方便。
冒口套基础知识
A+E+X
E 在边,角和末端冷却速度快 A 靠近冒口处铸件冷却缓慢 X1 添加冷铁在冒口之间的效果 X 添加冷铁在末端的效果
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冒口套计算
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将铸件分为几个部分,分别计算铸件模数MC • 计算冒口模数MF =1.2 x MC • 选择大于冒口模数的冒口套型号 计算每个部分所需补缩量 • 注意：铸件材质决定了体收缩率: 白口铁5%, 碳钢6%, 合金钢9%,高合金钢10% • 检查冒口的补给量是否足够 • 可利用的补缩率％＝f(冒口位置)
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冒口数量和补缩距离的估算
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• 补缩距离：板(宽:厚>5) ，杆(宽:厚<5) • 每个冒口的补缩距离是有限的,它受制于3个因素: E 在边,角和末端冷却速度快 A 靠近冒口处铸件冷却缓慢 添加冷铁在冒口之间或者在末端,补缩距离相应增加X1和X
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砂冒口和加套冒口
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砂冒口只有6-14%的 体积补充,
发热/保温冒口套可达 到75%的体积补充。
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冒口套的优点
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• • • • • • •
顶冒口 侧冒口 砂冒口 8-14% 120mm以内 40% 64% 大于120mm 33% 64%
侧冒口颈的补缩比率:MC:MN:MF=1.0:1.1:1.2
v法冒口和浇口的比例
V法冒口与浇口的比例在铸造工艺中，V法是一种常用的铸造方法，它涉及到冒口和浇口的设计。
冒口和浇口的比例在V法铸造中至关重要，它直接影响着铸件的质量和工艺效率。
本文将详细讨论V法冒口与浇口的比例及其对铸造过程的影响。
一、V法铸造的基本原理在讨论冒口与浇口的比例之前，我们首先需要了解V法铸造的基本原理。
V法铸造是一种真空吸铸法，它利用真空泵在模具中创建负压，使熔化的金属液能够顺利填充模具腔体。
这种方法具有充型平稳、铸件精度高、气孔缺陷少等优点。
二、冒口与浇口的作用1.冒口的作用：冒口是铸造过程中用于排气和补缩的通道。
它能够有效地排出型腔中的气体，防止气孔缺陷的产生。
同时，冒口还能在凝固过程中为铸件提供补缩，减少缩孔和缩松等缺陷。
2.浇口的作用：浇口是金属液进入型腔的通道。
它要确保金属液平稳、快速地充满型腔，避免紊流和氧化夹杂物的生成。
合适的浇口设计有助于提高铸件的充型能力和减少铸造缺陷。
三、冒口与浇口的比例冒口与浇口的比例在V法铸造中需要根据具体情况进行优化。
这个比例取决于多个因素，如铸件的结构、尺寸、壁厚以及所需的工艺参数等。
一般而言，冒口的大小应足以排气和补缩，而浇口的大小应确保金属液顺利充满型腔。
如果冒口过大，可能会导致金属液的过早凝固，阻碍补缩和排气的进行。
而冒口过小，则可能无法有效排气，导致气孔缺陷。
同样地，浇口过大可能会导致金属液冲击型腔壁，产生紊流和夹杂物，而浇口过小则可能导致充型不足。
因此，确定合适的冒口与浇口比例是V法铸造中的关键任务。
这通常需要通过实验和模拟来确定最佳比例。
铸造工程师需要综合考虑各种因素，以达到最佳的工艺效果和铸件质量。
四、结论通过对V法铸造中冒口与浇口比例的讨论，我们可以看到这一比例对铸造过程和铸件质量的重要性。
合适的冒口与浇口比例能够确保金属液的平稳充型、有效排气和补缩，从而减少铸造缺陷，提高铸件质量。
在实际应用中，铸造工程师需要根据具体需求和条件，通过实践、实验和模拟来确定最优的冒口与浇口比例。
第三章 浇注系统的设计与计算[1]
![第三章 浇注系统的设计与计算[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/0675f3f14693daef5ef73de4.png)
1）浇口杯应足够大； 2）严格控制浇注时间。
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
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计算实例：
1、绘制模板布置简图
各层铸件内浇道的金属压力头： h1=100mm； h2=250mm； h3=350mm。
2、计算型内金属质量 m /kg
普通冒口
顶冒口、暗冒口 侧冒口
特种冒口
大气压力冒口 发热冒口 保温冒口
铸铁件的 实用冒口
浇注系统当冒口 控制压力冒口
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３、冒口形状
球形
圆柱形（带斜度）
球顶圆柱形
腰圆柱形
暗腰圆柱形
４、冒口形式 a）铸钢件
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（二）按浇注系统各组元截面积的比例关系分
1、封闭式浇注系统
∑Ａ内< ∑Ａ横<Ａ直 一般为 ∑Ａ内：∑Ａ横：Ａ直＝1：1.1：1.15
特点：
挡渣力强，金属消耗少，易清理；
充型流速高，易喷射冲砂；
用于不易氧化的金属。
第三章 浇注系统的设计与计算
浇注系统设计正确与否关系到铸件的成败， 是铸造生产中的关键技术
第一节 浇注系统 一、浇注系统的组元
浇口杯： 接纳、引入金属
直浇道：引入金属，形成压头 横浇道：引入金属，阻撇熔渣 内浇道：引入金属，调控温度场
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
铸铁件流量系数
冒口种类和补缩原理
式中，M为模数，V为体积，A为面积。 注意：不论铸件旳形状怎样，只要它们旳模数相等，其
凝固时间就相等或相近。
铸件旳模数和凝固时间τ之间旳关系遵守平方根定律：
τ=(M/k)2
k为凝固系数，与铸件金属、铸型旳热物理性能、铸件形 状、浇注温度等有关。
对碳钢和低合金钢而言，k=(0.9～1.26) ×10-3m/s1/2。
①水平补贴：
最大长度：L=4.7M冒
宽度： B=B冒
接近冒口端旳高度：h1=0.8M冒 远离冒口端旳宽度：h2=0.3M冒
I-I断面处旳补贴模数：
按冒口颈模数计算 M1=ab/[2(a+b-c)]
h1=0.8M冒
h2=0.3M冒
H
T
②垂直补贴 按图3-5-15拟定。
T
T
末端区 冒口区 末端区 缩松区 冒口区 末端区 冒口区
ε0为碳钢旳体收缩率，可由图查出。
εx=ΣKiwi
式中，εx—合金元素对体收缩率旳影响； wi—合金钢中各元素旳含量，wi为w1，w2… Ki—各合金元素对体收缩率旳修正系数，Ki为K1，K2…
Ki可由下表查出
合金元素 修正系数
W
Ni
Mn
-0.53 -0.0354 +0.0585
Cr +0.12
Si +1.03
矩形长杆旳模数： M=ab/2(a+b) 方形长杆旳模数： M=a/4 大平面旳模数： M=T/2 立方体旳模数： M=a/6 空心圆柱体旳模数：M=a/2
多种热节点旳模数计算措施： 1）测定热节点中心和平板中心旳凝固时间。设铸件平 板厚度为T，凝固时间为τ，热节点中心处凝固时间为τj，则 热节点模数：M=T√τj /2 √τ
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铸件冒口的尺寸计算
1．冒口设计的基本原理
铸件冒口主要是在铸钢件上使用。铸铁件只用于个别的厚大件的灰铸铁件和球铁件上。
金属液在液态降温和凝固过程中，体积要收缩。铸件的体收缩大约为线收缩的3倍。因此，
铸钢的体收缩通常按3---6%考虑，灰铸铁按2---3%，不过由于灰铸铁和球墨铸铁凝固时的石
墨化膨胀，可以抵消部分体积收缩，所以如果壁厚均匀，铸型紧实度高，通常不需要设计冒
口。铸件的体收缩如果得不到补充，就会在铸件上或者内部形成缩孔、缩陷或者缩松。严重
时常常造成铸件报废。
冒口尺寸计算原则是，首先计算需要补缩的金属液需要多少。通常把这一部分金属液假设成
球体，并求出直径（设为d0）用于冒口计算。冒口补缩铸件是有一定的范围------叫有效补
缩距离，设为L，对厚度为h的板状零件通常L=3~5h 。对棒状零件L=（25~30）√h
式子中，h------铸件厚度
2．冒口尺寸的基本计算方法
冒口计算的公式、图线、表格等有很多。介绍如下。
最常用的方法是，冒口直径 D=d0+h
理由是假定冒口和铸件以相同的速度凝固，凝固过程是从铸件的两个表面向内层进行，当铸
件完全凝固终了，正好冒口凝固了同样的厚度，这时还剩下中间的空心的缩孔，体积正好等
于补缩球的体积，这部分金属液在凝固过程中正好补缩进了铸件。
当铸件存在热节时，可以把h换成热节的直径T即可。
即D=do+T 。
另外设计冒口，还有个重要的部位，就是冒口颈，所谓冒口颈就是冒口和铸件的连接通道，
冒口里的金属液都是经由冒口颈补缩到铸件里的。所以对冒口颈的截面是有要求的，通常取
冒口颈的直径 dj=（0.6~0.8）T 。
冒口高度 H=（1.5~2.5）D 。
H的高度还应该考虑要高于需要补缩部位的高度，否则就成了反补缩了，铸件补缩了冒口，
这是要避免的。
3．其它计算方法
常用的经验计算方法还有不计算需要估算补缩的金属液，直接将热节园的直径乘个系数得出
冒口直径。例如
简单铸件 D=（1.05~1.15）T 外形简单，热节比较集中。
复杂铸件 D=（1.40~1.80）T 外形复杂，例如有许多筋条和铸件的其余部分连接。
中间类型 D=（1.15~1.40）T 介于以上两种之间。
铸造生产的条件千差万别，因素太多，以至于所有的计算公式都是近似的有条件的。往往一
个公式不一定适用于所有的场合。所以公式中往往有取值范围较大的系数供用户结合本单位
的情况选择。