1、鑄造工藝學鑄造工藝學冒口設計冒口設計 學院 機械系主講人：柴知章2第第8章章 冒口系統設計冒口系統設計合金從液態轉變為固態的過程稱為凝固，鑄件的凝固規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性能，獲得優質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）合金的結晶溫度范圍 合金的結晶溫度范圍愈小，凝固區域愈窄，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 鑄件的

2、凝固鑄件的凝固2） 鑄件的溫度梯度 在合金結晶溫度范圍已定的前提下，凝固區域的寬窄取決與鑄件內外層之間的溫度差。若鑄件內外層之間的溫度差由小變大，則其對應的凝固區由寬變窄 。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室合金的收縮經歷如下三個階段：（1）液態收縮 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：線收縮率是鑄件產生應力、變形、裂紋的根本原因。 （3）固態收縮 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合金在冷凝過程中，若其液態收縮和凝固收縮所縮減的容積得不到補充，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，細小而分散的稱為縮松。1)縮孔和縮松的形成冒口 儲存補縮用金屬液的空腔。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，使鑄件實現“順序凝固”。 3 3 尋找熱節的方法尋找熱節的方法等溫線法內切圓法冷鐵同時凝固同時凝固 整個鑄件幾乎同時凝固。整個鑄件幾乎同時凝固。冒口是鑄型內用以儲存

4、金屬液的空腔，在金屬冷卻和凝固過程中，補給金屬液，從而防止縮孔、縮松的形成，同時還有集渣和排氣的作用。習慣上 ，把冒口所鑄成的金屬實體也稱為冒口。8.18.1 冒口的種類及補縮原理冒口的種類及補縮原理 頂冒口 依位置分 側(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 發氣冒口 保溫冒口 發熱冒口 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 直接實用冒口（澆注系統當冒口） 鑄鐵件實用冒口（均衡凝固） 控制壓力冒口 冒口無補縮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）冒口的凝固時間必須大于鑄件被補縮部分的凝固時間。2）冒口應具有足夠大的體積，以保證有足夠的金屬液補充鑄件內部的體收縮。3）在鑄件凝固時冒口與被補縮部位之間應有通暢的補縮通道。4）為增加鑄件局部冷卻速度，在鑄型局部區域設置激冷能力強的材料（如鑄鐵、石墨或鑄鋼等）作為冷鐵。8.1.28.1.2 冒口的補縮原理冒口的補縮原理1 1 冒口的補縮原理冒口的補縮原理2 2 冒口位置的選擇原則冒口位置的選擇原則 在熱節的上方或側旁； 盡量在鑄件最高、最厚部位，低處熱結設補貼或冷鐵；不應設在鑄件最重要、受力大的部

6、位； 不要選在鑄造應力集中處，應減輕對鑄件的收縮阻礙，避免裂紋； 盡量用一個冒口同時補縮幾個熱節或鑄件； 冒口布置在加工面上，可節約鑄件精整工時，外觀好； 不同高度的冒口，用冷鐵使各個冒口的補縮范圍隔開。 1314153 3 冒口有效補縮距離的確定冒口有效補縮距離的確定16有效補縮距離：冒口作用區與末端區長度之和。是確定冒口數目的依據。1）鑄鋼件冒口的補縮距離）鑄鋼件冒口的補縮距離 碳鋼件如下圖：冒口區和末端區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：薄壁件比厚件更難以消除軸線縮松；桿件比板件補縮難度更大；階梯形鑄鋼件補縮距離比板件大；垂直補縮距離至少等于水平補縮距離。18

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

8、補縮距離。 端部放冷鐵延長末端區。實現冒口補縮的基本條件之一：鑄件凝固時始終保持向著冒口的補縮通道擴張角。壁厚均勻的板形件往往難以達到這個要求。補貼：在靠近冒口的鑄件壁上補加的傾斜的金屬塊。補貼可從結構上造成向著冒口的補縮通道擴張角，有效延長補縮距離。228.1.3 8.1.3 補貼的應用補貼的應用補貼種類：金屬補貼加熱（耐火隔片）補貼發熱（保溫）補貼補貼的位置：水平補貼：最大長度為冒口模數的4.7倍，其它尺寸如圖。 垂直補貼：試驗條件和關系曲線如圖，生產條件變化時補貼厚度乘以補償系數。 2324局部熱節的補貼尺寸：采用AHeuvers氏滾圓法。重要部位的熱節可用擴大滾圓法。 8.1.4選擇冒

9、口位置的原則選擇冒口位置的原則 a 在熱結的上方或側旁在熱結的上方或側旁 b 盡量在鑄件最高、最厚部位。低處熱結設補貼或冷鐵。盡量在鑄件最高、最厚部位。低處熱結設補貼或冷鐵。 c 不應設在鑄件最重要、受力大的部位。不應設在鑄件最重要、受力大的部位。 d 不要選在鑄造應力集中處，應減輕對鑄件的收縮阻礙，不要選在鑄造應力集中處，應減輕對鑄件的收縮阻礙，避免裂紋。避免裂紋。 e 盡量用一個冒口同時補縮幾個熱節或鑄件盡量用一個冒口同時補縮幾個熱節或鑄件 f 冒口布置在加工面上，可節約鑄件精整工時，外觀好。冒口布置在加工面上，可節約鑄件精整工時，外觀好。 g 不同高度的冒口，應用冷鐵使各個冒口的補縮范圍

10、隔開。不同高度的冒口，應用冷鐵使各個冒口的補縮范圍隔開。 2627冒口的凝固時間應大于等于鑄件被補縮部位的凝固時間。冒口與被補縮部位間應能形成補縮通道的擴張角。實驗表明，薄壁件遵循Chvorinov公式22()()CccMMrrKKr8.28.2鑄鋼件冒口的設計與計算鑄鋼件冒口的設計與計算8.2.1 8.2.1 什么是模數什么是模數式中 Mr、Mc 分別為冒口模數和鑄件模數; Kr、Kc 分別為冒口、鑄件的凝固系數，一般Kr=Kc。因此，可以用模數來表示鑄件凝固的先后。模數：又稱為鑄模數：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、體模數的計算模數的計算模數的計算模數的計算302 2 相交節點的模數計算相交節點的模數計算 a）測量法）測量法 測量出熱節中心處的凝固時間和平壁中心處的凝固時間 ，用下式計算2jTMTj式中， 平板壁厚； 熱節中心處凝固時間； 平壁中心處凝固時間。b）一倍厚度法）一倍厚度法以相交的地方為基準，分別向外移動一倍的板寬的長度，得圖中陰影部分；然后用陰影部分的模數，作為熱節的模數。c）熱節圓當量法）熱節圓當量法對于普通冒口，由于 Kr=Kc, Mr=f*Mc f 冒口安全系數，又稱冒口擴大系數。 碳鋼、低合金鋼鑄件， 冒口r、冒口頸n、鑄件c模數間的關系如下。（通常用下面的關系來設計冒口和冒口頸尺寸

12、）:1:1.1:1.2cnrM MM 側冒口 ，:1:(1 1.03):1.2cnrMMM 內澆道通過冒口時，(1.2 1)rCMM頂冒口，用模數法設計冒口用模數法設計冒口 1 1 計算冒口的模數，設計冒口的形狀和尺寸計算冒口的模數，設計冒口的形狀和尺寸 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， 冒口的冒口的補縮效率。補縮效率。=（補縮體積（補縮體積/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 檢驗冒口提供足夠的金屬液夠不夠檢驗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，還需要有冒口到補縮處的通暢的補縮通道。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)輪緣冒口計算 把輪緣看作長方形斷面的桿,當不采用冷鐵時,大致需要設置三個冒口.冒口之間設置冷鐵時,可以只設置兩個冒口.由圖看到,補縮節點的熱節圓直徑dy為56mm.考慮補貼尺寸及尖砂對散熱的影響,將熱節圓直徑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.當收縮率為5%Mr=2.42cm,每個冒口能補縮最大鑄件體積為4.8L(質量37kg)時,冒口尺寸a=100mm,b=200mm,h=150mm(h=1.5a).模數法模數法 計算舉例計算舉例 (2)輪轂冒口計算 把輪轂看作長方形斷面的桿,用類似的方法計算.該補縮節點的熱節圓直徑為50mm.于是50mm1.1=55mm,計算得, Mc=5.512.7/2(5.5+12.7)=1.92cm Mr=1.2Mc=2.30cm 查標準圓柱形冒口表,當Mr=2.38cm收縮率5%每個冒口能補縮最大鑄件體積為4.2L(質量32kg)時,冒口尺寸120mm180

15、mm（h=1.5d）。可見設置一個冒口已足夠。39如果考慮砂芯的影響，按表8-3k=1.5，則501.5=75mm，計算得Mc=7.512.7/2（7.5+12.7）=2.36 Mr=1.2Mc=2.83cm查標準圓柱形冒口表,當Mr=2.85cm收縮率5%每個冒口能補縮最大鑄件體積為7L(質量54kg)時,冒口尺寸150mm225mm（h=1.5d）。這個冒口可能偏大，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 鑄件凝固層增長速度與冒口凝固層增長速度相等； 假設冒口內供補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、中縮孔球直徑關系為：d0=Dr-T。縮孔球的體積應該大于鑄件和冒口本身體收縮的容積。418.2.3 8.2.3 補縮液量法補縮液量法求出需要補縮的體積求出需要補縮的體積V V補補，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)熱節圓直徑dy的確定量出熱節圓直徑dy(2)按比

17、例確定輪緣冒口尺寸1)冒口補貼按下列經驗比例關系確定: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系計算: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）計算冒口補縮距離，L=4dy。當兩冒口距離超過此值時，應放置冷鐵或設水平補貼。43（3)輪轂冒口尺寸1）輪轂補貼按下列關系確定D1=（1.1-1.3）dy2）當輪轂較小時用一個冒口，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。當輪轂較大時用兩個冒口和多個，冒口尺寸按輪緣冒口的確定方法計算。8.2.5 8.2.5 鑄件工藝出品率鑄件工藝出品率100%+鑄件質量工藝出品率鑄件質量 冐口質量 澆注系統質量 把鑄件劃分為幾個補縮區，計算各區的鑄件模數； 按比例計算冒口及冒口頸的模數； 確定冒口的形狀及尺寸； 檢查順序凝固條件（補縮距離是否足夠、補縮通道是否暢通）； 校核冒口的補縮能力。458.2.6 8.2.6 通用冒口設計步驟通用冒口設計步驟 典型鑄鋼件冒口設計實例圖典型鑄鋼件冒口設計實例圖8-12，質量為，質量為370kg，采用，采用圓柱形明冒口，圓柱形明冒口，=5%時的最大補縮量時的最大補縮量m補為補為54

19、8kg，冒口區長度冒口區長度L1為為250mm，末端區的長度，末端區的長度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。試計算冒口數量和尺寸。冒。試計算冒口數量和尺寸。解：已知解：已知m件件=370kg， H冒冒=1.5D冒，冒， L1=250mm，L3=350mm =5% m補補=548kg1）計算模數）計算模數M件鑄件體積件鑄件體積46V=（63-33）43/（42）=48607.2cm鑄件的表面積=兩個平面+兩個側面+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）計算冒口模數 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）據L冒校核冒口數目冒校核冒口數目 半圓周長半圓周長47L= 63/2=98.91 100cm冒口補縮距離L冒=L1+L3=250+350mm=60cm故冒口放在中間正好補縮，且只用一個冒口即可。（6）校核冒口最大補縮能力 m件件=370kg， m補補=548kg m補補 m件，故所設計的冒口合

21、適。件，故所設計的冒口合適。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，鑄件體積會增大0.890.95%。而實際上鑄鐵體積增大2%，因此認為體積膨脹還與氣體的析出有關。488.38.3 鑄鐵件實用冒口的設計鑄鐵件實用冒口的設計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）冶金質量的影響在其它工藝因素相同的條件下，冶金質量好的鑄件一次收縮、體積膨脹、二次收縮的值都小。

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

23、率最小。51安放冒口的目的是為了補給鑄件的一次（液態）收縮。并使冒口頸先于鑄件凝固，在剛度好的高強度鑄型內，利用石墨化膨脹（共晶膨脹）在鑄件內部建立壓力，迫使液體流向縮孔和縮松形成處，實現自補縮。實用冒口的優勢：出品率高；對縮松防止效果好，成本低。實用冒口的種類如下。528.3.2 8.3.2 實用冒口設計法實用冒口設計法1 1 直接實用冒口（包括澆注系統當冒口）直接實用冒口（包括澆注系統當冒口）1）基本原理當鑄件處于液態收縮期，冒口能夠進行補縮，當液態收縮終止或體積膨脹開始時，讓冒口頸及時凍結，利用鑄鐵的共晶膨脹在高強度鑄型內形成內壓力，迫使液體流向縮孔、縮松處，這樣就可預防鑄件內凝固期出現

24、真空度，從而避免出現縮孔、縮松。膨脹壓力的影響因素 鑄件模數大，膨脹壓力高； 球鐵比灰鑄鐵的膨脹壓力高； 鑄型強度高，膨脹壓力高。 53適用于0.48M0.6MPa)，M1cm的球鐵件可用直接實用冒口， M1.5cm的灰鐵件可用直接實用冒口；一般濕型， M0.48cm的球鐵件可用直接實用冒口， M0.75cm的灰鐵件可用直接實用冒口。 2） 冒口和冒口頸的設計冒口和冒口頸的設計 a 冒口的體積 鑄鐵液態收縮率的計算： （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

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水平面的那部分體積，它比須補縮的鐵水量要大些。一般可取鑄件體積的56%。 b 冒口頸的計算 設計原則：鑄件液態收縮結束或共晶膨脹開始時刻，冒口頸應及時凍結。11501150/ 0.835/ ( .)ppptMnMstL CMnMstLCJg C為冒口徑模數；為鑄件的關鍵模數；為 澆注溫度；為鑄鐵的熔化熱，209J/g;為鐵液比熱容，57關鍵模數的確定：它本身的體積膨脹量能補償所有更厚部分的液態收縮量，直到比它厚的部分開始膨脹為止。關鍵部分的膨脹和比它厚的部分的液態收縮只有同時發生，且是相

26、互關聯的，才可能相互抵償。這也表明，更厚的部分也可以滿足關鍵部分的要求。注意：冒口只須補償關鍵部分共晶之前的液態收縮體積，直接實用冒口的有效補縮距離是無限的。583） 用澆注系統當冒口用澆注系統當冒口 應用：薄壁鑄件，球鐵件 MS 0.48cm，灰鐵件 MS 0.75cm時采用。設計：內澆道做冒口頸，依據鑄件模數確定冒口頸模數，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）直接實用冒口的優缺點 優點： 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，花費少。 缺點： 要求高強度鑄型； 要求嚴格控制澆注溫度范圍 25，以保

27、證冒口頸凍結時間準確； 復雜鑄件關鍵模數不易確定。為驗證冒口頸是否正確需生產試驗。 1）基本原理）基本原理當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，此時只需一個冒口；否則，則應在分體1、3上分別安放冒口。67c c 冒口的位置和數目冒口的位置和數目盡量采用內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;希望采用冶金質量好的鐵液;適用于濕型中鑄造模數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 其它經驗其它經驗a 鐵液的冶金質量好；b 球鐵的平均模數大于2.5cm；c 鑄型的強度、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 采用小的扁薄內澆口，分散引入，每個面積不超過15X60mm，以盡早凝固；g 設置明出氣孔，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 無冒口補縮法的應用條件無冒口補縮法的應用條件例：前蓋板下壓模工藝。 設置了安全冒口，頂暗冒口，質量不超過澆注質量的2%。起彌補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、鐵液態收縮和膨脹的動態疊加，采取工藝措施，使單位時間的收縮與補縮、收縮與膨脹按比例進行的一種凝固原則，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； b 越是薄小件越要強調補縮，厚大件補縮要求低； c 鑄鐵件的冒口不必晚于鑄件凝固，因此，冒口模數可以小于鑄件模數，應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 鑄件的厚壁熱節應放在澆注位置的下部。當厚薄相差較大時，厚壁熱節處安放外冷鐵，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量。 e 采用冷鐵

30、，平衡壁厚差，消除熱節。不僅能防止厚處熱節的縮松，且可使石墨化膨脹提前，減小冒口尺寸，增強自補縮作用。f 優先采用頂注工藝。提高自補縮程度。7273幾種冒口類型幾種冒口類型743 3 冒口設計基礎冒口設計基礎鑄鐵件體積收縮與膨脹的疊加原理。77 P點稱為均衡點，對應著鑄件收縮值等于膨脹值的時間，此時表觀收縮為零，既冒口補縮的終止時間。4 4 幾個參數幾個參數a 收縮時間分數收縮時間分數 鑄鐵件表觀收縮時間與鑄件凝固時間的比值。 Pt=AP/ AC 在生產中可用觀測冒口或澆口杯液面停止下降的時間來判定AP值。b 收縮模數收縮模數MP均衡點P對應的模數，即凝固時間為AP的鑄件的模數。式中 MC -

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

32、f1f3f2 . 11f85. 025. 02f5 . 11 . 13f5 5 冒口設計的收縮模數法冒口設計的收縮模數法b 冒口的體積冒口的體積推導：參與補縮的液態金屬量式中 冒口補縮效率，一般取10%-30%； 鑄件補縮率； 冒口的體積； 鑄件的體積。81cVrVFFFVVcr 理論上應等于鑄件的收縮模數，但考慮到冒口、鑄件對冒口頸的熱影響，鐵液流通熱效應，冒口頸的凝固時間會延長，約為其幾何模數的2-4倍，因此，故式中 考慮流通熱效應后的冒口頸模數； 流通效應的模數增大系數， 82ncpnMfMfMM2cnMffM)/(2nMf24 . 1f C C 冒口頸模數冒口頸模數 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 冒口設計的分段比例法冒口設計的分段比例法848.4.1 8.4.1 大氣壓力冒口大氣壓力冒口 造型時在暗冒口頂部插一個砂芯，或在冒口上部作出錐頂砂，伸入到冒口中心區，稱為大氣壓力冒口。 澆注后冒口雖然結殼，但外界的大氣壓力仍可通過砂芯的孔隙作用于內部金屬液面上。由于鑄件結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縮壓力。8.4 8.4 提高冒口補縮效率的措施和特種冒口提高冒口補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縮壓力或保持時間。85大氣壓力冒口可補縮比冒口高出1480m

34、m的鑄件。實際上由于枝晶阻力、析出氣體的作用，補縮高度H為200 mm 左右。大氣壓力冒口設計大氣壓力冒口設計對鑄鐵件：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 用保溫材料或發熱材料作冒口套、頂部使用保溫套、發熱套的冒口叫保溫冒口和發熱冒口。使用保溫套、發熱套，能大大延長冒口中金屬液的保持時間。冒口的補縮效率能達到30%50%。使鑄件的工藝出品率提高1025%。8.4.2 8.4.2 保溫、發熱冒

35、口保溫、發熱冒口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 發熱劑和點火劑：發熱劑常用鋁粉、硅鐵粉和氧化鐵的混合物，稱為鋁硅發熱劑。溫度超過1250時：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難以達到反應溫度，這時應加入點火劑和氧化劑，如硝酸鈉、硝酸鉀等。87 d 延緩、填充劑： 起延緩放熱反應進行的作用，常用硅砂、耐火磚粉、剛玉砂。 e 粘結劑常用膨潤土、礬土水泥、

36、水玻璃、酚醛樹脂等。 3 3保溫、發熱冒口的計算保溫、發熱冒口的計算 ME=MrE=1.2McE式中：ME 保溫冒口模數； Mr普通冒口模數； Mc鑄件模數； E 保溫（發熱）冒口的模數增大系數，E可用實驗法測定：用來確定經濟、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縮。易于從鑄件上去除冒口，大大降低去除冒口的費用。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，在型腔內部或型腔表面安放的金屬

37、塊，稱為冷鐵。（其它蓄熱系數大的材料也行）冷鐵分為：內冷鐵、外冷鐵。放置在型腔內與鑄件熔合在一起的金屬激冷塊，稱為內冷鐵。內冷鐵成為鑄件的一部分，應和鑄件的材質相同。放置在型腔表面上，使型腔內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； 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，防止裂紋產生。c 冷鐵與冒口配合使用，能加強鑄件的順序凝固條件，擴大 冒口補縮距離范圍，減少冒口數目或體積。d

38、 加劇個別熱節的冷卻，促進同時凝固，減小鑄造應力，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驗外冷鐵的凝固速度實驗澆注碳素鋼件，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，當厚度達到一定值后，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，線收縮開始時間不同，易產生裂紋。所以，外冷鐵側面作成45度角。以平緩過度。另外，需急冷表面積大時，易采用多塊小型外冷鐵，交錯布置，留有間隙。973 3 使用外冷鐵時注意使用外冷鐵時注意 a 不應破壞順序凝固和補縮通道； 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部； e 冷鐵表面干凈，平整、光潔； f 限制外冷鐵的使用次數。98 1） 工作表面積外冷鐵相當于增加了鑄件散熱表面積，從而減小了鑄件模數。（模數由 M0M1 ，M0為熱節處模數， M1為加冷鐵后的模數）。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 外冷鐵的計算外冷鐵的計算 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