1、鑄造工藝學(xué)鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)冒口設(shè)計(jì) 學(xué)院 機(jī)械系主講人：柴知章2第第8章章 冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì)冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì)合金從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固，鑄件的凝固規(guī)律是鑄造工藝的基本理論。研究凝固的控制，對防止鑄造缺陷，改善鑄件組織及力學(xué)性能，獲得優(yōu)質(zhì)健全鑄件都有重要意義。 ab1 1 鑄件的凝固方式鑄件的凝固方式 逐層凝固逐層凝固 糊狀凝固糊狀凝固 中間凝固中間凝固 2 2 影響鑄件凝影響鑄件凝固方式的主要固方式的主要因素因素（1）合金的結(jié)晶溫度范圍 合金的結(jié)晶溫度范圍愈小，凝固區(qū)域愈窄，愈傾向于逐層凝固 。固相線液相線液c表層中心t鑄件成分溫度表層中心t鑄件液固表層中心St鑄件溫度液相線固凝固區(qū) 鑄件的

2、凝固鑄件的凝固2） 鑄件的溫度梯度 在合金結(jié)晶溫度范圍已定的前提下，凝固區(qū)域的寬窄取決與鑄件內(nèi)外層之間的溫度差。若鑄件內(nèi)外層之間的溫度差由小變大，則其對應(yīng)的凝固區(qū)由寬變窄 。表層中心St鑄件溫度成分溫度S1T1T21 1 收縮的概念收縮的概念T澆T液T固T室合金的收縮經(jīng)歷如下三個(gè)階段：（1）液態(tài)收縮 從澆注溫度到凝固開始溫度之間的收縮。T澆 T液鑄件的收縮鑄件的收縮體收縮率是鑄件產(chǎn)生縮孔或縮松的根本原因。 %100 鑄件鑄件鑄件鑄件鑄型鑄型VVVV %100 鑄鑄件件鑄鑄件件鑄鑄型型LLLL 體收縮率：線收縮率：線收縮率是鑄件產(chǎn)生應(yīng)力、變形、裂紋的根本原因。 （3）固態(tài)收縮 從凝固終止溫度到室

3、溫間的收縮。 T固 T室（2）凝固收縮 從凝固開始到凝固終止溫度間的收縮。 T液 T固2 2 縮孔與縮松縮孔與縮松液態(tài)合金在冷凝過程中，若其液態(tài)收縮和凝固收縮所縮減的容積得不到補(bǔ)充，則在鑄件最后凝固的部位形成一些孔洞。大而集中的稱為縮孔，細(xì)小而分散的稱為縮松。1)縮孔和縮松的形成冒口 儲(chǔ)存補(bǔ)縮用金屬液的空腔。順序凝固 鑄件按照一定的次序逐漸凝固。暗冒口冷鐵熱節(jié)2)縮孔和縮松的防止 防止縮孔和縮松常用的工藝措施就是控制鑄件的凝固次序，使鑄件實(shí)現(xiàn)“順序凝固”。 3 3 尋找熱節(jié)的方法尋找熱節(jié)的方法等溫線法內(nèi)切圓法冷鐵同時(shí)凝固同時(shí)凝固 整個(gè)鑄件幾乎同時(shí)凝固。整個(gè)鑄件幾乎同時(shí)凝固。冒口是鑄型內(nèi)用以儲(chǔ)存

4、金屬液的空腔，在金屬冷卻和凝固過程中，補(bǔ)給金屬液，從而防止縮孔、縮松的形成，同時(shí)還有集渣和排氣的作用。習(xí)慣上 ，把冒口所鑄成的金屬實(shí)體也稱為冒口。8.18.1 冒口的種類及補(bǔ)縮原理冒口的種類及補(bǔ)縮原理 頂冒口 依位置分 側(cè)(邊)冒口 普通冒口 明冒口 依頂部覆蓋 暗冒口 通用冒口 大氣壓力冒口 依加壓方式 壓縮空氣 發(fā)氣冒口 保溫冒口 發(fā)熱冒口 特種冒口 依加熱方式 加氧冒口冒口 電弧、煤氣加熱冒口 易割冒口 直接實(shí)用冒口（澆注系統(tǒng)當(dāng)冒口） 鑄鐵件實(shí)用冒口（均衡凝固） 控制壓力冒口 冒口無補(bǔ)縮1 1 按工藝冒口分為按工藝冒口分為 108.1.18.1.1 冒口的種類和形狀冒口的種類和形狀 2

5、2 按形狀冒口分為按形狀冒口分為圓柱形、球頂圓柱形、長（腰）圓柱形、球形、扁球形等。 11121）冒口的凝固時(shí)間必須大于鑄件被補(bǔ)縮部分的凝固時(shí)間。2）冒口應(yīng)具有足夠大的體積，以保證有足夠的金屬液補(bǔ)充鑄件內(nèi)部的體收縮。3）在鑄件凝固時(shí)冒口與被補(bǔ)縮部位之間應(yīng)有通暢的補(bǔ)縮通道。4）為增加鑄件局部冷卻速度，在鑄型局部區(qū)域設(shè)置激冷能力強(qiáng)的材料（如鑄鐵、石墨或鑄鋼等）作為冷鐵。8.1.28.1.2 冒口的補(bǔ)縮原理冒口的補(bǔ)縮原理1 1 冒口的補(bǔ)縮原理冒口的補(bǔ)縮原理2 2 冒口位置的選擇原則冒口位置的選擇原則 在熱節(jié)的上方或側(cè)旁； 盡量在鑄件最高、最厚部位，低處熱結(jié)設(shè)補(bǔ)貼或冷鐵；不應(yīng)設(shè)在鑄件最重要、受力大的部

6、位； 不要選在鑄造應(yīng)力集中處，應(yīng)減輕對鑄件的收縮阻礙，避免裂紋； 盡量用一個(gè)冒口同時(shí)補(bǔ)縮幾個(gè)熱節(jié)或鑄件； 冒口布置在加工面上，可節(jié)約鑄件精整工時(shí)，外觀好； 不同高度的冒口，用冷鐵使各個(gè)冒口的補(bǔ)縮范圍隔開。 1314153 3 冒口有效補(bǔ)縮距離的確定冒口有效補(bǔ)縮距離的確定16有效補(bǔ)縮距離：冒口作用區(qū)與末端區(qū)長度之和。是確定冒口數(shù)目的依據(jù)。1）鑄鋼件冒口的補(bǔ)縮距離）鑄鋼件冒口的補(bǔ)縮距離 碳鋼件如下圖：冒口區(qū)和末端區(qū)長度都隨鑄件厚度增大而增加，且隨截面的寬厚比減小而減小。總結(jié)：薄壁件比厚件更難以消除軸線縮松；桿件比板件補(bǔ)縮難度更大；階梯形鑄鋼件補(bǔ)縮距離比板件大；垂直補(bǔ)縮距離至少等于水平補(bǔ)縮距離。18

7、2）鑄鐵件通用冒口的補(bǔ)縮距離）鑄鐵件通用冒口的補(bǔ)縮距離灰鐵件如下圖：共晶度低，結(jié)晶溫度范圍寬，共晶前析出奧氏體阻礙補(bǔ)縮，故補(bǔ)縮距離短。球墨鑄鐵：糊狀凝固，只有濕型和殼型鑄造厚大鑄件，鑄型剛度較差時(shí)才用通用冒口補(bǔ)縮。見表。 可鍛鑄鐵：補(bǔ)縮距離為4-4.5T。3）有色合金的冒口補(bǔ)縮距離）有色合金的冒口補(bǔ)縮距離銅合金見表。錫青銅、磷青銅：糊狀凝固，有效補(bǔ)縮距離短，易出現(xiàn)分散縮松。無錫青銅和黃銅：凝固范圍窄，補(bǔ)縮距離大。黃銅5-9T。鋁、錳青銅5-8T。共晶型鋁合金：4.5T。非共晶型的鋁合金：2T。 4）外冷鐵對補(bǔ)縮距）外冷鐵對補(bǔ)縮距離的影響離的影響 在兩個(gè)冒口間放冷鐵，形成兩個(gè)末端區(qū)，顯著增加有效

8、補(bǔ)縮距離。 端部放冷鐵延長末端區(qū)。實(shí)現(xiàn)冒口補(bǔ)縮的基本條件之一：鑄件凝固時(shí)始終保持向著冒口的補(bǔ)縮通道擴(kuò)張角。壁厚均勻的板形件往往難以達(dá)到這個(gè)要求。補(bǔ)貼：在靠近冒口的鑄件壁上補(bǔ)加的傾斜的金屬塊。補(bǔ)貼可從結(jié)構(gòu)上造成向著冒口的補(bǔ)縮通道擴(kuò)張角，有效延長補(bǔ)縮距離。228.1.3 8.1.3 補(bǔ)貼的應(yīng)用補(bǔ)貼的應(yīng)用補(bǔ)貼種類：金屬補(bǔ)貼加熱（耐火隔片）補(bǔ)貼發(fā)熱（保溫）補(bǔ)貼補(bǔ)貼的位置：水平補(bǔ)貼：最大長度為冒口模數(shù)的4.7倍，其它尺寸如圖。 垂直補(bǔ)貼：試驗(yàn)條件和關(guān)系曲線如圖，生產(chǎn)條件變化時(shí)補(bǔ)貼厚度乘以補(bǔ)償系數(shù)。 2324局部熱節(jié)的補(bǔ)貼尺寸：采用AHeuvers氏滾圓法。重要部位的熱節(jié)可用擴(kuò)大滾圓法。 8.1.4選擇冒

9、口位置的原則選擇冒口位置的原則 a 在熱結(jié)的上方或側(cè)旁在熱結(jié)的上方或側(cè)旁 b 盡量在鑄件最高、最厚部位。低處熱結(jié)設(shè)補(bǔ)貼或冷鐵。盡量在鑄件最高、最厚部位。低處熱結(jié)設(shè)補(bǔ)貼或冷鐵。 c 不應(yīng)設(shè)在鑄件最重要、受力大的部位。不應(yīng)設(shè)在鑄件最重要、受力大的部位。 d 不要選在鑄造應(yīng)力集中處，應(yīng)減輕對鑄件的收縮阻礙，不要選在鑄造應(yīng)力集中處，應(yīng)減輕對鑄件的收縮阻礙，避免裂紋。避免裂紋。 e 盡量用一個(gè)冒口同時(shí)補(bǔ)縮幾個(gè)熱節(jié)或鑄件盡量用一個(gè)冒口同時(shí)補(bǔ)縮幾個(gè)熱節(jié)或鑄件 f 冒口布置在加工面上，可節(jié)約鑄件精整工時(shí)，外觀好。冒口布置在加工面上，可節(jié)約鑄件精整工時(shí)，外觀好。 g 不同高度的冒口，應(yīng)用冷鐵使各個(gè)冒口的補(bǔ)縮范圍

10、隔開。不同高度的冒口，應(yīng)用冷鐵使各個(gè)冒口的補(bǔ)縮范圍隔開。 2627冒口的凝固時(shí)間應(yīng)大于等于鑄件被補(bǔ)縮部位的凝固時(shí)間。冒口與被補(bǔ)縮部位間應(yīng)能形成補(bǔ)縮通道的擴(kuò)張角。實(shí)驗(yàn)表明，薄壁件遵循Chvorinov公式22()()CccMMrrKKr8.28.2鑄鋼件冒口的設(shè)計(jì)與計(jì)算鑄鋼件冒口的設(shè)計(jì)與計(jì)算8.2.1 8.2.1 什么是模數(shù)什么是模數(shù)式中 Mr、Mc 分別為冒口模數(shù)和鑄件模數(shù); Kr、Kc 分別為冒口、鑄件的凝固系數(shù)，一般Kr=Kc。因此，可以用模數(shù)來表示鑄件凝固的先后。模數(shù)：又稱為鑄模數(shù)：又稱為鑄件折算厚度件折算厚度. M=V/A =體積體積/散熱面積散熱面積 29 1 1 簡單幾何體簡單幾何

11、體模數(shù)的計(jì)算模數(shù)的計(jì)算模數(shù)的計(jì)算模數(shù)的計(jì)算302 2 相交節(jié)點(diǎn)的模數(shù)計(jì)算相交節(jié)點(diǎn)的模數(shù)計(jì)算 a）測量法）測量法 測量出熱節(jié)中心處的凝固時(shí)間和平壁中心處的凝固時(shí)間 ，用下式計(jì)算2jTMTj式中， 平板壁厚； 熱節(jié)中心處凝固時(shí)間； 平壁中心處凝固時(shí)間。b）一倍厚度法）一倍厚度法以相交的地方為基準(zhǔn)，分別向外移動(dòng)一倍的板寬的長度，得圖中陰影部分；然后用陰影部分的模數(shù)，作為熱節(jié)的模數(shù)。c）熱節(jié)圓當(dāng)量法）熱節(jié)圓當(dāng)量法對于普通冒口，由于 Kr=Kc, Mr=f*Mc f 冒口安全系數(shù)，又稱冒口擴(kuò)大系數(shù)。 碳鋼、低合金鋼鑄件， 冒口r、冒口頸n、鑄件c模數(shù)間的關(guān)系如下。（通常用下面的關(guān)系來設(shè)計(jì)冒口和冒口頸尺寸

12、）:1:1.1:1.2cnrM MM 側(cè)冒口 ，:1:(1 1.03):1.2cnrMMM 內(nèi)澆道通過冒口時(shí)，(1.2 1)rCMM頂冒口，用模數(shù)法設(shè)計(jì)冒口用模數(shù)法設(shè)計(jì)冒口 1 1 計(jì)算冒口的模數(shù)，設(shè)計(jì)冒口的形狀和尺寸計(jì)算冒口的模數(shù)，設(shè)計(jì)冒口的形狀和尺寸 式中式中 金屬從澆注完到凝固完畢的體收縮率，金屬從澆注完到凝固完畢的體收縮率， 冒口的冒口的補(bǔ)縮效率。補(bǔ)縮效率。=（補(bǔ)縮體積（補(bǔ)縮體積/冒口體積）。冒口體積）。通常用上式來校核冒口的尺寸夠不夠。通常用上式來校核冒口的尺寸夠不夠。rercVVVV)( 2 2 檢驗(yàn)冒口提供足夠的金屬液夠不夠檢驗(yàn)冒口提供足夠的金屬液夠不夠36、對冒口體積的影響 越

13、大，所需的冒口體積越大；越大，所需的冒口體積越小。 冒口除了要求體積夠大，能夠提供所需的金屬液和后凝固的要求外，還需要有冒口到補(bǔ)縮處的通暢的補(bǔ)縮通道。鑄鋼齒輪如圖鑄鋼齒輪如圖8-9,材料為材料為ZG310-570,收縮率為收縮率為5%.38(1)輪緣冒口計(jì)算 把輪緣看作長方形斷面的桿,當(dāng)不采用冷鐵時(shí),大致需要設(shè)置三個(gè)冒口.冒口之間設(shè)置冷鐵時(shí),可以只設(shè)置兩個(gè)冒口.由圖看到,補(bǔ)縮節(jié)點(diǎn)的熱節(jié)圓直徑dy為56mm.考慮補(bǔ)貼尺寸及尖砂對散熱的影響,將熱節(jié)圓直徑dy為56mm1.1=62mm,于是Mc= dy10.6/2(dy+10.6)=6.210.6/2(6.2+10.6)=1.96cm為了保證冒口比

14、鑄件晚凝固,取Mr=1.2Mc=2.35cm.當(dāng)收縮率為5%Mr=2.42cm,每個(gè)冒口能補(bǔ)縮最大鑄件體積為4.8L(質(zhì)量37kg)時(shí),冒口尺寸a=100mm,b=200mm,h=150mm(h=1.5a).模數(shù)法模數(shù)法 計(jì)算舉例計(jì)算舉例 (2)輪轂冒口計(jì)算 把輪轂看作長方形斷面的桿,用類似的方法計(jì)算.該補(bǔ)縮節(jié)點(diǎn)的熱節(jié)圓直徑為50mm.于是50mm1.1=55mm,計(jì)算得, Mc=5.512.7/2(5.5+12.7)=1.92cm Mr=1.2Mc=2.30cm 查標(biāo)準(zhǔn)圓柱形冒口表,當(dāng)Mr=2.38cm收縮率5%每個(gè)冒口能補(bǔ)縮最大鑄件體積為4.2L(質(zhì)量32kg)時(shí),冒口尺寸120mm180

15、mm（h=1.5d）。可見設(shè)置一個(gè)冒口已足夠。39如果考慮砂芯的影響，按表8-3k=1.5，則501.5=75mm，計(jì)算得Mc=7.512.7/2（7.5+12.7）=2.36 Mr=1.2Mc=2.83cm查標(biāo)準(zhǔn)圓柱形冒口表,當(dāng)Mr=2.85cm收縮率5%每個(gè)冒口能補(bǔ)縮最大鑄件體積為7L(質(zhì)量54kg)時(shí),冒口尺寸150mm225mm（h=1.5d）。這個(gè)冒口可能偏大，要通過試澆來選定。 408 8。2 22 2 三次方程法三次方程法假設(shè) 鑄件凝固層增長速度與冒口凝固層增長速度相等； 假設(shè)冒口內(nèi)供補(bǔ)縮用的金屬液體積為直徑d0的球。由于鑄件中最大凝固層厚度為壁厚T的一半，因此冒口直徑Dr與冒口

16、中縮孔球直徑關(guān)系為：d0=Dr-T。縮孔球的體積應(yīng)該大于鑄件和冒口本身體收縮的容積。418.2.3 8.2.3 補(bǔ)縮液量法補(bǔ)縮液量法求出需要補(bǔ)縮的體積求出需要補(bǔ)縮的體積V V補(bǔ)補(bǔ)，再，再折合成縮孔球的直徑折合成縮孔球的直徑d d0 0，用公式，用公式 Dr=dDr=d0 0+T+T求出冒口直徑，冒口高求出冒口直徑，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 比例法比例法現(xiàn)以常見輪形鑄鋼件為例,介紹比例法確定冒口尺寸的方法步驟圖8-11(1)熱節(jié)圓直徑dy的確定量出熱節(jié)圓直徑dy(2)按比

17、例確定輪緣冒口尺寸1)冒口補(bǔ)貼按下列經(jīng)驗(yàn)比例關(guān)系確定: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關(guān)系計(jì)算:暗冒口寬:B=(2.2-2.5)dy明冒口寬:B=(1.8-2.0)dy冒口長:A=(1.5-1.8) B3）計(jì)算冒口補(bǔ)縮距離，L=4dy。當(dāng)兩冒口距離超過此值時(shí)，應(yīng)放置冷鐵或設(shè)水平補(bǔ)貼。43（3)輪轂冒口尺寸1）輪轂補(bǔ)貼按下列關(guān)系確定D1=（1.1-1.3）dy2）當(dāng)輪轂較小時(shí)用一個(gè)冒口，冒口尺寸為：冒口直徑：D=2-（15-20）mm，2是輪轂直徑冒口高度：H=（2-2.5）d1+r r的值待d1確定后

18、按圖作出。當(dāng)輪轂較大時(shí)用兩個(gè)冒口和多個(gè)，冒口尺寸按輪緣冒口的確定方法計(jì)算。8.2.5 8.2.5 鑄件工藝出品率鑄件工藝出品率100%+鑄件質(zhì)量工藝出品率鑄件質(zhì)量 冐口質(zhì)量 澆注系統(tǒng)質(zhì)量 把鑄件劃分為幾個(gè)補(bǔ)縮區(qū)，計(jì)算各區(qū)的鑄件模數(shù)； 按比例計(jì)算冒口及冒口頸的模數(shù)； 確定冒口的形狀及尺寸； 檢查順序凝固條件（補(bǔ)縮距離是否足夠、補(bǔ)縮通道是否暢通）； 校核冒口的補(bǔ)縮能力。458.2.6 8.2.6 通用冒口設(shè)計(jì)步驟通用冒口設(shè)計(jì)步驟 典型鑄鋼件冒口設(shè)計(jì)實(shí)例圖典型鑄鋼件冒口設(shè)計(jì)實(shí)例圖8-12，質(zhì)量為，質(zhì)量為370kg，采用，采用圓柱形明冒口，圓柱形明冒口，=5%時(shí)的最大補(bǔ)縮量時(shí)的最大補(bǔ)縮量m補(bǔ)為補(bǔ)為54

19、8kg，冒口區(qū)長度冒口區(qū)長度L1為為250mm，末端區(qū)的長度，末端區(qū)的長度L3為為350mm，冒口高度為長度的冒口高度為長度的1.5倍，倍，H冒冒=1.5D冒。試計(jì)算冒口數(shù)量和尺寸。冒。試計(jì)算冒口數(shù)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補(bǔ)補(bǔ)=548kg1）計(jì)算模數(shù)）計(jì)算模數(shù)M件鑄件體積件鑄件體積46V=（63-33）43/（42）=48607.2cm鑄件的表面積=兩個(gè)平面+兩個(gè)側(cè)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）計(jì)算冒口模數(shù) M冒冒1.2M件件 M冒冒=1.2M件件=1.25=6cm(3)確定確定 =5%（4）確定冒口尺寸）確定冒口尺寸 ， 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）據(jù)）據(jù)L冒校核冒口數(shù)目冒校核冒口數(shù)目 半圓周長半圓周長47L= 63/2=98.91 100cm冒口補(bǔ)縮距離L冒=L1+L3=250+350mm=60cm故冒口放在中間正好補(bǔ)縮，且只用一個(gè)冒口即可。（6）校核冒口最大補(bǔ)縮能力 m件件=370kg， m補(bǔ)補(bǔ)=548kg m補(bǔ)補(bǔ) m件，故所設(shè)計(jì)的冒口合

21、適。件，故所設(shè)計(jì)的冒口合適。1 1 鑄鐵體收縮過程鑄鐵體收縮過程 灰鐵，球鐵、蠕鐵在凝固過程中，由于析出石墨而體積膨脹，稱為石墨化膨脹。凝固過程分三個(gè)階段：一次收縮階段；體積膨脹階段；二次收縮階段（以球鐵為例）。理論上每析出1%的石墨，鑄件體積會(huì)增大0.890.95%。而實(shí)際上鑄鐵體積增大2%，因此認(rèn)為體積膨脹還與氣體的析出有關(guān)。488.38.3 鑄鐵件實(shí)用冒口的設(shè)計(jì)鑄鐵件實(shí)用冒口的設(shè)計(jì)8.3.1 8.3.1 鑄鐵的體收縮鑄鐵的體收縮2 2 影響鑄鐵體收縮、膨脹的因素影響鑄鐵體收縮、膨脹的因素 1）冶金質(zhì)量的影響在其它工藝因素相同的條件下，冶金質(zhì)量好的鑄件一次收縮、體積膨脹、二次收縮的值都小。

22、冶金質(zhì)量的評定：從Y形式樣上取樣做金相檢驗(yàn)，以1mm2面積上的石墨球數(shù)為準(zhǔn)。150 好；廢鋼回爐料爐 型：沖天爐反射爐無芯感應(yīng)爐電弧爐鐵液停留時(shí)間：停留時(shí)間長，溫度高，降低冶金質(zhì)量孕 育：孕育質(zhì)量好，冶金質(zhì)量高。2）冷卻速度的影響：冷卻速度越大，非平衡凝固越嚴(yán)重，亞共晶合金的初生奧氏體數(shù)量越多，造成鑄鐵凝固前的體收縮增加。冷卻速度越大，鑄鐵的液態(tài)收縮、體積膨脹和二次收縮值也越大。鑄件模數(shù)越大，冷卻速度越低。對小模數(shù)（Mc2.5cm）鑄鐵件，可不安放冒口。3）化學(xué)成分的影響高于wc+1/7wSi=3.9線的區(qū)域?yàn)橹旅軈^(qū)。碳量對消除球鐵件的縮松作用比硅的作用強(qiáng)7倍。當(dāng)為wc/wSi1.18時(shí)體收縮

23、率最小。51安放冒口的目的是為了補(bǔ)給鑄件的一次（液態(tài)）收縮。并使冒口頸先于鑄件凝固，在剛度好的高強(qiáng)度鑄型內(nèi)，利用石墨化膨脹（共晶膨脹）在鑄件內(nèi)部建立壓力，迫使液體流向縮孔和縮松形成處，實(shí)現(xiàn)自補(bǔ)縮。實(shí)用冒口的優(yōu)勢：出品率高；對縮松防止效果好，成本低。實(shí)用冒口的種類如下。528.3.2 8.3.2 實(shí)用冒口設(shè)計(jì)法實(shí)用冒口設(shè)計(jì)法1 1 直接實(shí)用冒口（包括澆注系統(tǒng)當(dāng)冒口）直接實(shí)用冒口（包括澆注系統(tǒng)當(dāng)冒口）1）基本原理當(dāng)鑄件處于液態(tài)收縮期，冒口能夠進(jìn)行補(bǔ)縮，當(dāng)液態(tài)收縮終止或體積膨脹開始時(shí)，讓冒口頸及時(shí)凍結(jié)，利用鑄鐵的共晶膨脹在高強(qiáng)度鑄型內(nèi)形成內(nèi)壓力，迫使液體流向縮孔、縮松處，這樣就可預(yù)防鑄件內(nèi)凝固期出現(xiàn)

24、真空度，從而避免出現(xiàn)縮孔、縮松。膨脹壓力的影響因素 鑄件模數(shù)大，膨脹壓力高； 球鐵比灰鑄鐵的膨脹壓力高； 鑄型強(qiáng)度高，膨脹壓力高。 53適用于0.48M0.6MPa)，M1cm的球鐵件可用直接實(shí)用冒口， M1.5cm的灰鐵件可用直接實(shí)用冒口；一般濕型， M0.48cm的球鐵件可用直接實(shí)用冒口， M0.75cm的灰鐵件可用直接實(shí)用冒口。 2） 冒口和冒口頸的設(shè)計(jì)冒口和冒口頸的設(shè)計(jì) a 冒口的體積 鑄鐵液態(tài)收縮率的計(jì)算： （也可查右邊表）551-6=)+3010pEttC液液液（對鑄鐵，（90）=-6EpEp液液(90+30C )(t -1150)=(90+30C )（t -1150) 10 根據(jù)

25、平衡相圖，鑄鐵的碳含量每增大1%，液相線溫度下降90。 冒口有效體積的確定： 冒口的有效體積是高于鑄件最高點(diǎn)水平面的那部分體積，它比須補(bǔ)縮的鐵水量要大些。一般可取鑄件體積的56%。 b 冒口頸的計(jì)算 設(shè)計(jì)原則：鑄件液態(tài)收縮結(jié)束或共晶膨脹開始時(shí)刻，冒口頸應(yīng)及時(shí)凍結(jié)。11501150/ 0.835/ ( .)ppptMnMstL CMnMstLCJg C為冒口徑模數(shù)；為鑄件的關(guān)鍵模數(shù)；為 澆注溫度；為鑄鐵的熔化熱，209J/g;為鐵液比熱容，57關(guān)鍵模數(shù)的確定：它本身的體積膨脹量能補(bǔ)償所有更厚部分的液態(tài)收縮量，直到比它厚的部分開始膨脹為止。關(guān)鍵部分的膨脹和比它厚的部分的液態(tài)收縮只有同時(shí)發(fā)生，且是相

26、互關(guān)聯(lián)的，才可能相互抵償。這也表明，更厚的部分也可以滿足關(guān)鍵部分的要求。注意：冒口只須補(bǔ)償關(guān)鍵部分共晶之前的液態(tài)收縮體積，直接實(shí)用冒口的有效補(bǔ)縮距離是無限的。583） 用澆注系統(tǒng)當(dāng)冒口用澆注系統(tǒng)當(dāng)冒口 應(yīng)用：薄壁鑄件，球鐵件 MS 0.48cm，灰鐵件 MS 0.75cm時(shí)采用。設(shè)計(jì)：內(nèi)澆道做冒口頸，依據(jù)鑄件模數(shù)確定冒口頸模數(shù)，但要控制澆注溫度。這里的冒口就是：高于鑄件最高水平面的直澆道和澆口杯部分。 例：下圖球鐵件。594）直接實(shí)用冒口的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 鑄件工藝出品率高； 冒口位置便于選擇，冒口頸可很長； 冒口便于去除，花費(fèi)少。 缺點(diǎn)： 要求高強(qiáng)度鑄型； 要求嚴(yán)格控制澆注溫度范圍 25，以保

27、證冒口頸凍結(jié)時(shí)間準(zhǔn)確； 復(fù)雜鑄件關(guān)鍵模數(shù)不易確定。為驗(yàn)證冒口頸是否正確需生產(chǎn)試驗(yàn)。 1）基本原理）基本原理當(dāng)用濕型鑄造球墨鑄鐵件0.48 MS 0.8，則可判定分體1可通過分體2將多余的鐵液輸送到安放在分體3的冒口內(nèi)，此時(shí)只需一個(gè)冒口；否則，則應(yīng)在分體1、3上分別安放冒口。67c c 冒口的位置和數(shù)目冒口的位置和數(shù)目盡量采用內(nèi)澆道通過邊冒口引入的方式;采用大氣壓力暗冒口;采用扁薄內(nèi)澆道，長度至少為厚度的4倍。要求澆注后迅速凝固以在冒口中形成縮孔;要求快澆;宜高溫澆注:1371-1427oC;希望采用冶金質(zhì)量好的鐵液;適用于濕型中鑄造模數(shù)0.48-2.5cm的球鐵件、 0.75-2.0cm的灰鐵

28、件;要求鑄型的硬度大于85。68d d 其它經(jīng)驗(yàn)其它經(jīng)驗(yàn)a 鐵液的冶金質(zhì)量好；b 球鐵的平均模數(shù)大于2.5cm；c 鑄型的強(qiáng)度、剛度足夠，上下箱牢固鎖緊；d 低溫澆注1300-1350；e 快澆，防止鑄型頂部被過分烘烤和減小膨脹損失；f 采用小的扁薄內(nèi)澆口，分散引入，每個(gè)面積不超過15X60mm，以盡早凝固；g 設(shè)置明出氣孔，直徑20mm，相距1m，均勻布置；h 為安全起見，可采用安全冒口。693 3 無冒口補(bǔ)縮法的應(yīng)用條件無冒口補(bǔ)縮法的應(yīng)用條件例：前蓋板下壓模工藝。 設(shè)置了安全冒口，頂暗冒口，質(zhì)量不超過澆注質(zhì)量的2%。起彌補(bǔ)工藝條件的偏差的作用。701 1 均衡凝固的定義均衡凝固的定義利用鑄

29、鐵液態(tài)收縮和膨脹的動(dòng)態(tài)疊加，采取工藝措施，使單位時(shí)間的收縮與補(bǔ)縮、收縮與膨脹按比例進(jìn)行的一種凝固原則，可理解為有限的順序凝固。2 2 均衡凝固的工藝原則均衡凝固的工藝原則 a 鑄鐵件的體收縮率是不確定的，與所有的工藝條件有關(guān)； b 越是薄小件越要強(qiáng)調(diào)補(bǔ)縮，厚大件補(bǔ)縮要求低； c 鑄鐵件的冒口不必晚于鑄件凝固，因此，冒口模數(shù)可以小于鑄件模數(shù)，應(yīng)充分利用石墨化膨脹；718.3.3 8.3.3 鑄鐵的均衡凝固理論鑄鐵的均衡凝固理論d 鑄件的厚壁熱節(jié)應(yīng)放在澆注位置的下部。當(dāng)厚薄相差較大時(shí)，厚壁熱節(jié)處安放外冷鐵，鑄件可不安放冒口。如果鑄件大平面處于上箱，可采用溢流冒口保證大平面的表面質(zhì)量。 e 采用冷鐵

30、，平衡壁厚差，消除熱節(jié)。不僅能防止厚處熱節(jié)的縮松，且可使石墨化膨脹提前，減小冒口尺寸，增強(qiáng)自補(bǔ)縮作用。f 優(yōu)先采用頂注工藝。提高自補(bǔ)縮程度。7273幾種冒口類型幾種冒口類型743 3 冒口設(shè)計(jì)基礎(chǔ)冒口設(shè)計(jì)基礎(chǔ)鑄鐵件體積收縮與膨脹的疊加原理。77 P點(diǎn)稱為均衡點(diǎn)，對應(yīng)著鑄件收縮值等于膨脹值的時(shí)間，此時(shí)表觀收縮為零，既冒口補(bǔ)縮的終止時(shí)間。4 4 幾個(gè)參數(shù)幾個(gè)參數(shù)a 收縮時(shí)間分?jǐn)?shù)收縮時(shí)間分?jǐn)?shù) 鑄鐵件表觀收縮時(shí)間與鑄件凝固時(shí)間的比值。 Pt=AP/ AC 在生產(chǎn)中可用觀測冒口或澆口杯液面停止下降的時(shí)間來判定AP值。b 收縮模數(shù)收縮模數(shù)MP均衡點(diǎn)P對應(yīng)的模數(shù)，即凝固時(shí)間為AP的鑄件的模數(shù)。式中 MC -

31、鑄件的模數(shù)； f2-收縮模數(shù)系數(shù). 78cpMfM2tPACAPf2鑄件從冒口和澆口中得到的補(bǔ)縮液體體積與鑄件、冒口體積之比。 鑄鐵件的補(bǔ)縮率與工藝條件、鑄件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。79100%F 補(bǔ)縮液體體積鑄件體積與冒口體積之和d d 鑄鐵件的補(bǔ)縮鑄鐵件的補(bǔ)縮率率c c 周界商周界商即鑄件形狀系數(shù)q， 在模數(shù)等條件相等的條件下，周界商大的鑄件在單位時(shí)間，單位面積的散熱能力相對較小，鑄件的自補(bǔ)縮能力就較大。MccVq3 a 冒口模數(shù) 式中 Mr、MC 冒口、鑄件的模數(shù)； 冒口平衡系數(shù)，為冒口原始模數(shù)與殘余模數(shù)之比，取 ； 收縮模數(shù)系數(shù)，和鑄件模數(shù)、質(zhì)量、周界商有關(guān) 安全系數(shù)， 。crMfffM3212

32、f1f3f2 . 11f85. 025. 02f5 . 11 . 13f5 5 冒口設(shè)計(jì)的收縮模數(shù)法冒口設(shè)計(jì)的收縮模數(shù)法b 冒口的體積冒口的體積推導(dǎo)：參與補(bǔ)縮的液態(tài)金屬量式中 冒口補(bǔ)縮效率，一般取10%-30%； 鑄件補(bǔ)縮率； 冒口的體積； 鑄件的體積。81cVrVFFFVVcr 理論上應(yīng)等于鑄件的收縮模數(shù)，但考慮到冒口、鑄件對冒口頸的熱影響，鐵液流通熱效應(yīng)，冒口頸的凝固時(shí)間會(huì)延長，約為其幾何模數(shù)的2-4倍，因此，故式中 考慮流通熱效應(yīng)后的冒口頸模數(shù)； 流通效應(yīng)的模數(shù)增大系數(shù)， 82ncpnMfMfMM2cnMffM)/(2nMf24 . 1f C C 冒口頸模數(shù)冒口頸模數(shù) 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 冒口設(shè)計(jì)的分段比例法冒口設(shè)計(jì)的分段比例法848.4.1 8.4.1 大氣壓力冒口大氣壓力冒口 造型時(shí)在暗冒口頂部插一個(gè)砂芯，或在冒口上部作出錐頂砂，伸入到冒口中心區(qū)，稱為大氣壓力冒口。 澆注后冒口雖然結(jié)殼，但外界的大氣壓力仍可通過砂芯的孔隙作用于內(nèi)部金屬液面上。由于鑄件結(jié)殼后鑄型中的金屬液上有大氣壓力作用，這樣就增加了冒口的補(bǔ)縮壓力。8.4 8.4 提高冒口補(bǔ)縮效率的措施和特種冒口提高冒口補(bǔ)縮效率的措施和特種冒口主要措施為提高冒口中金屬液的補(bǔ)縮壓力或保持時(shí)間。85大氣壓力冒口可補(bǔ)縮比冒口高出1480m

34、m的鑄件。實(shí)際上由于枝晶阻力、析出氣體的作用，補(bǔ)縮高度H為200 mm 左右。大氣壓力冒口設(shè)計(jì)大氣壓力冒口設(shè)計(jì)對鑄鐵件：多采用帶錐頂砂的冒口。對鑄鋼件：按普通冒口確定尺寸，冒口高度取允許的最小值。大氣壓力側(cè)冒口可按下式確定。 b=(1.3-1.7)dy Dr=(2.0-2.5)dy 冒口頸截面為橢圓形，長軸為b，短軸為（1.2-1.6）b 。1 1 原理原理 用保溫材料或發(fā)熱材料作冒口套、頂部使用保溫套、發(fā)熱套的冒口叫保溫冒口和發(fā)熱冒口。使用保溫套、發(fā)熱套，能大大延長冒口中金屬液的保持時(shí)間。冒口的補(bǔ)縮效率能達(dá)到30%50%。使鑄件的工藝出品率提高1025%。8.4.2 8.4.2 保溫、發(fā)熱冒

35、口保溫、發(fā)熱冒口2 2 冒口套的組成冒口套的組成a 耐火材料：石英砂、鎂砂、鉻鐵礦砂等。b 保溫材料：主要化學(xué)成分為氧化硅和氧化鋁，且呈多孔狀。（膨脹珍珠巖、蛭石、大孔陶粒、粉煤灰、陶瓷棉等）c 發(fā)熱劑和點(diǎn)火劑：發(fā)熱劑常用鋁粉、硅鐵粉和氧化鐵的混合物，稱為鋁硅發(fā)熱劑。溫度超過1250時(shí)：2AI+Fe2O3AI2O3+2Fe+Q 3Si+Fe2O33SiO2+4Fe+Q用于鑄鋼大型冒口效果較好。但用于小型冒口或有色金屬時(shí)難以達(dá)到反應(yīng)溫度，這時(shí)應(yīng)加入點(diǎn)火劑和氧化劑，如硝酸鈉、硝酸鉀等。87 d 延緩、填充劑： 起延緩放熱反應(yīng)進(jìn)行的作用，常用硅砂、耐火磚粉、剛玉砂。 e 粘結(jié)劑常用膨潤土、礬土水泥、

36、水玻璃、酚醛樹脂等。 3 3保溫、發(fā)熱冒口的計(jì)算保溫、發(fā)熱冒口的計(jì)算 ME=MrE=1.2McE式中：ME 保溫冒口模數(shù)； Mr普通冒口模數(shù)； Mc鑄件模數(shù)； E 保溫（發(fā)熱）冒口的模數(shù)增大系數(shù)，E可用實(shí)驗(yàn)法測定：用來確定經(jīng)濟(jì)、合理的保溫套厚度。8889市售的保溫冒口套，其E1.31.4。一般保溫冒口的套厚取（11.5）ME在冒口根部放一片耐火陶瓷或耐火材料制成的帶孔隔板，使冒口中金屬液通過孔對鑄件補(bǔ)縮。易于從鑄件上去除冒口，大大降低去除冒口的費(fèi)用。908.4.3 8.4.3 易割冒口易割冒口91隔板的成分和制備工藝見書。隔板的尺寸見下表。為增加鑄件局部冷卻速度，在型腔內(nèi)部或型腔表面安放的金屬

37、塊，稱為冷鐵。（其它蓄熱系數(shù)大的材料也行）冷鐵分為：內(nèi)冷鐵、外冷鐵。放置在型腔內(nèi)與鑄件熔合在一起的金屬激冷塊，稱為內(nèi)冷鐵。內(nèi)冷鐵成為鑄件的一部分，應(yīng)和鑄件的材質(zhì)相同。放置在型腔表面上，使型腔內(nèi)的局部金屬液快速冷卻凝固的金屬激冷塊，稱為外冷鐵。外冷鐵可回收多次使用。外冷鐵的材料有： 鋼、鑄鐵、銅、鋁等金屬材料，激冷能力強(qiáng)； 石墨、碳素砂、鉻砂、鎂砂、鋯砂等。928.5 8.5 冷鐵冷鐵冷鐵的作用:a 冷鐵用在冒口難以補(bǔ)縮的部位，防止縮孔、縮松。b 冷鐵用在壁厚交叉部位及壁厚急劇變化部位，防止裂紋產(chǎn)生。c 冷鐵與冒口配合使用，能加強(qiáng)鑄件的順序凝固條件，擴(kuò)大 冒口補(bǔ)縮距離范圍，減少冒口數(shù)目或體積。d

38、 加劇個(gè)別熱節(jié)的冷卻，促進(jìn)同時(shí)凝固，減小鑄造應(yīng)力，提高鑄造工藝出品率。e 改善局部的組織和金相性能。93948.5.1 8.5.1 外冷鐵外冷鐵 1 1 分類分類 外冷鐵分為：直接外冷鐵、間接外冷鐵。直接外冷鐵：與鑄件表面直接接觸，分有氣隙和無氣隙兩種。 間接外冷鐵：冷鐵同被急冷鑄件之間有10-15mm厚的砂層相隔。2 2 外冷鐵的凝固速度實(shí)驗(yàn)外冷鐵的凝固速度實(shí)驗(yàn)澆注碳素鋼件，鑄件尺寸127x127x203(mm)，冷鐵面積76x76，厚度如圖。 96a 外冷鐵吸熱后急冷作用減弱；b 冷鐵厚度大，急冷作用強(qiáng)，當(dāng)厚度達(dá)到一定值后，凝固速度不再增加；c 外冷鐵處鋼的凝固層厚度約為砂型處的兩倍多。由

39、于凝固層厚度不同，線收縮開始時(shí)間不同，易產(chǎn)生裂紋。所以，外冷鐵側(cè)面作成45度角。以平緩過度。另外，需急冷表面積大時(shí)，易采用多塊小型外冷鐵，交錯(cuò)布置，留有間隙。973 3 使用外冷鐵時(shí)注意使用外冷鐵時(shí)注意 a 不應(yīng)破壞順序凝固和補(bǔ)縮通道； b 外冷鐵不宜過大，塊間留間隙； c 外冷鐵厚度參照表3-5-14； d 外冷鐵盡量放在底部和側(cè)部； e 冷鐵表面干凈，平整、光潔； f 限制外冷鐵的使用次數(shù)。98 1） 工作表面積外冷鐵相當(dāng)于增加了鑄件散熱表面積，從而減小了鑄件模數(shù)。（模數(shù)由 M0M1 ，M0為熱節(jié)處模數(shù)， M1為加冷鐵后的模數(shù)）。對無氣隙外冷鐵，砂型等效散熱面積：AS=A0+2AC1對有氣隙外冷鐵：砂型等效散熱面積 AS=A0+AC1 （ A0鑄件表面積 ； AC1冷鐵工作表面積）。 994 4 外冷鐵的計(jì)算外冷鐵的計(jì)算 鑄件壁下面圓盤厚4cm（ M0 2.0）上下表面面積均為100 cm2。若上下表面均用面積為100 cm2的外冷鐵：AS=200+2*100+100500 cm2 ，帶M1V/A=100*4/500 =0.8cm。 鑄件壁厚