鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案

鑄造工藝學(xué)

冒口設(shè)計(jì)

學(xué)院機(jī)械系主講人：柴知章鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第1頁(yè)2第8章冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì)合金從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)過程稱為凝固，鑄件凝固規(guī)律是鑄造工藝基本理論。研究凝固控制，對(duì)預(yù)防鑄造缺點(diǎn)，改進(jìn)鑄件組織及力學(xué)性能，取得優(yōu)質(zhì)健全鑄件都有主要意義。

鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第2頁(yè)1鑄件凝固方式

①逐層凝固

②糊狀凝固

③中間凝固

2影響鑄件凝固方式主要原因（1）合金結(jié)晶溫度范圍

合金結(jié)晶溫度范圍愈小，凝固區(qū)域愈窄，愈傾向于逐層凝固。固相線液相線液表層中心t鑄件成份溫度表層中心t鑄件液固表層中心St鑄件溫度液相線固凝固區(qū)

鑄件凝固鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第3頁(yè)2）鑄件溫度梯度

在合金結(jié)晶溫度范圍已定前提下，凝固區(qū)域?qū)捳Q與鑄件內(nèi)外層之間溫度差。若鑄件內(nèi)外層之間溫度差由小變大，則其對(duì)應(yīng)凝固區(qū)由寬變窄。表層中心St鑄件溫度成份溫度S1T1T21收縮概念T澆T液T固T室合金收縮經(jīng)歷以下三個(gè)階段：（1）液態(tài)收縮從澆注溫度到凝固開始溫度之間收縮。T澆

—T液鑄件收縮鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第4頁(yè)體收縮率是鑄件產(chǎn)生縮孔或縮松根本原因。

體收縮率：線收縮率：線收縮率是鑄件產(chǎn)生應(yīng)力、變形、裂紋根本原因。（3）固態(tài)收縮從凝固終止溫度到室溫間收縮。

T固

—T室（2）凝固收縮從凝固開始到凝固終止溫度間收縮。T液

—T固鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第5頁(yè)2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容積得不到補(bǔ)充，則在鑄件最終凝固部位形成一些孔洞。大而集中稱為縮孔，細(xì)小而分散稱為縮松。1)縮孔和縮松形成鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第6頁(yè)冒口—儲(chǔ)存補(bǔ)縮用金屬液空腔。次序凝固—鑄件按照一定次序逐步凝固。暗冒口冷鐵熱節(jié)2)縮孔和縮松預(yù)防

預(yù)防縮孔和縮松慣用工藝辦法就是控制鑄件凝固次序，使鑄件實(shí)現(xiàn)“次序凝固”。

鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第7頁(yè)3尋找熱節(jié)方法等溫線法內(nèi)切圓法冷鐵同時(shí)凝固—整個(gè)鑄件幾乎同時(shí)凝固。鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第8頁(yè)冒口是鑄型內(nèi)用以儲(chǔ)存金屬液空腔，在金屬冷卻和凝固過程中，補(bǔ)給金屬液，從而預(yù)防縮孔、縮松形成，同時(shí)還有集渣和排氣作用。習(xí)慣上，把冒口所鑄成金屬實(shí)體也稱為冒口。8.1冒口種類及補(bǔ)縮原理鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第9頁(yè)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)燒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按工藝冒口分為

108.1.1冒口種類和形狀鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第10頁(yè)

2按形狀冒口分為圓柱形、球頂圓柱形、長(zhǎng)（腰）圓柱形、球形、扁球形等。

11鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第11頁(yè)121）冒口凝固時(shí)間必須大于鑄件被補(bǔ)縮部分凝固時(shí)間。2）冒口應(yīng)含有足夠大體積，以確保有足夠金屬液補(bǔ)充鑄件內(nèi)部體收縮。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)材料（如鑄鐵、石墨或鑄鋼等）作為冷鐵。8.1.2冒口補(bǔ)縮原理1冒口補(bǔ)縮原理鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第12頁(yè)2冒口位置選擇標(biāo)準(zhǔn)①

在熱節(jié)上方或側(cè)旁；②

盡可能在鑄件最高、最厚部位，低處熱結(jié)設(shè)補(bǔ)助或冷鐵；③不應(yīng)設(shè)在鑄件最主要、受力大部位；④

不要選在鑄造應(yīng)力集中處，應(yīng)減輕對(duì)鑄件收縮妨礙，防止裂紋；⑤

盡可能用一個(gè)冒口同時(shí)補(bǔ)縮幾個(gè)熱節(jié)或鑄件；⑥

冒口布置在加工面上，可節(jié)約鑄件精整工時(shí)，外觀好；⑦

不一樣高度冒口，用冷鐵使各個(gè)冒口補(bǔ)縮范圍隔開。13鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第13頁(yè)14鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第14頁(yè)15鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第15頁(yè)3冒口有效補(bǔ)縮距離確定16鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第16頁(yè)有效補(bǔ)縮距離：冒口作用區(qū)與末端區(qū)長(zhǎng)度之和。是確定冒口數(shù)目標(biāo)依據(jù)。1）鑄鋼件冒口補(bǔ)縮距離碳鋼件以下列圖：冒口區(qū)和末端區(qū)長(zhǎng)度都隨鑄件厚度增大而增加，且隨截面寬厚比減小而減小。17鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第17頁(yè)總結(jié)：①薄壁件比厚件更難以消除軸線縮松；②桿件比板件補(bǔ)縮難度更大；③階梯形鑄鋼件補(bǔ)縮距離比板件大；④垂直補(bǔ)縮距離最少等于水平補(bǔ)縮距離。18鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第18頁(yè)2）鑄鐵件通用冒口補(bǔ)縮距離灰鐵件以下列圖：共晶度低，結(jié)晶溫度范圍寬，共晶前析出奧氏體妨礙補(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?？慑戣T鐵：補(bǔ)縮距離為4-4.5T。鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第19頁(yè)3）有色合金冒口補(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。非共晶型鋁合金：2T。鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第20頁(yè)

4）外冷鐵對(duì)補(bǔ)縮距離影響在兩個(gè)冒口間放冷鐵，形成兩個(gè)末端區(qū)，顯著增加有效補(bǔ)縮距離。端部放冷鐵延長(zhǎng)末端區(qū)。鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第21頁(yè)實(shí)現(xiàn)冒口補(bǔ)縮基本條件之一：鑄件凝固時(shí)一直保持向著冒口補(bǔ)縮通道擴(kuò)張角。壁厚均勻板形件往往難以到達(dá)這個(gè)要求。補(bǔ)助：在靠近冒口鑄件壁上補(bǔ)加傾斜金屬塊。補(bǔ)助可從結(jié)構(gòu)上造成向著冒口補(bǔ)縮通道擴(kuò)張角，有效延長(zhǎng)補(bǔ)縮距離。228.1.3補(bǔ)助應(yīng)用鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第22頁(yè)補(bǔ)助種類：金屬補(bǔ)助加熱（耐火隔片）補(bǔ)助發(fā)燒（保溫）補(bǔ)助補(bǔ)助位置：水平補(bǔ)助：最大長(zhǎng)度為冒口模數(shù)4.7倍，其它尺寸如圖。垂直補(bǔ)助：試驗(yàn)條件和關(guān)系曲線如圖，生產(chǎn)條件改變時(shí)補(bǔ)助厚度乘以賠償系數(shù)。

23鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第23頁(yè)24鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第24頁(yè)局部熱節(jié)補(bǔ)助尺寸：采取A·Heuvers氏滾圓法。主要部位熱節(jié)可用擴(kuò)大滾圓法。25鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第25頁(yè)8.1.4選擇冒口位置標(biāo)準(zhǔn)

a在熱結(jié)上方或側(cè)旁

b盡可能在鑄件最高、最厚部位。低處熱結(jié)設(shè)補(bǔ)助或冷鐵。

c不應(yīng)設(shè)在鑄件最主要、受力大部位。

d不要選在鑄造應(yīng)力集中處，應(yīng)減輕對(duì)鑄件收縮妨礙，防止裂紋。

e盡可能用一個(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。

g不一樣高度冒口，應(yīng)用冷鐵使各個(gè)冒口補(bǔ)縮范圍隔開。26鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第26頁(yè)27鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第27頁(yè)冒口凝固時(shí)間應(yīng)大于等于鑄件被補(bǔ)縮部位凝固時(shí)間。冒口與被補(bǔ)縮部位間應(yīng)能形成補(bǔ)縮通道擴(kuò)張角。試驗(yàn)表明，薄壁件凝固時(shí)間與壁厚平方成正比，即遵照Chvorinov公式（τ=Kδ2）。冒口凝固時(shí)間和鑄件凝固時(shí)間，分別可寫成以下形式。288.2鑄鋼件冒口設(shè)計(jì)與計(jì)算8.2.1什么是模數(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、鑄件凝固系數(shù)，普通Kr=Kc。所以，能夠用模數(shù)來表示鑄件凝固先后。鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第28頁(yè)模數(shù)：又稱為鑄件折算厚度.M=V/A=體積/散熱面積

29

1簡(jiǎn)單幾何體模數(shù)計(jì)算模數(shù)計(jì)算鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第29頁(yè)302相交節(jié)點(diǎn)模數(shù)計(jì)算

a）測(cè)量法

測(cè)量出熱節(jié)中心處凝固時(shí)間和平壁中心處凝固時(shí)間，用下式計(jì)算鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第30頁(yè)b）一倍厚度法以相交地方為基準(zhǔn)，分別向外移動(dòng)一倍板寬長(zhǎng)度，得圖中陰影部分；然后用陰影部分模數(shù)，作為熱節(jié)模數(shù)。鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第31頁(yè)32c）熱節(jié)圓當(dāng)量法鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第32頁(yè)33鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第33頁(yè)對(duì)于普通冒口，因?yàn)镵r=Kc,Mr=f*Mcf－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)間關(guān)系以下。（通慣用下面關(guān)系來設(shè)計(jì)冒口和冒口頸尺寸）34用模數(shù)法設(shè)計(jì)冒口

1

計(jì)算冒口模數(shù)，設(shè)計(jì)冒口形狀和尺寸鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第34頁(yè)式中ε金屬?gòu)臐沧⑼甑侥掏瓿审w收縮率，η冒口補(bǔ)縮效率。η=（補(bǔ)縮體積/冒口體積）。通慣用上式來校核冒口尺寸夠不夠。

2

檢驗(yàn)冒口提供足夠金屬液夠不夠鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第35頁(yè)36鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第36頁(yè)ε、η對(duì)冒口體積影響

ε越大，所需冒口體積越大；η越大，所需冒口體積越小。

冒口除了要求體積夠大，能夠提供所需金屬液和后凝固要求外，還需要有冒口到補(bǔ)縮處通暢補(bǔ)縮通道。鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第37頁(yè)鑄鋼齒輪如圖8-9,材料為ZG310-570,收縮率為5%.38(1)輪緣冒口計(jì)算把輪緣看作長(zhǎng)方形斷面桿,當(dāng)不采取冷鐵時(shí),大致需要設(shè)置三個(gè)冒口.冒口之間設(shè)置冷鐵時(shí),能夠只設(shè)置兩個(gè)冒口.由圖看到,補(bǔ)縮節(jié)點(diǎn)熱節(jié)圓直徑dy為56mm.考慮補(bǔ)助尺寸及尖砂對(duì)散熱影響,將熱節(jié)圓直徑dy為56mm?1.1=62mm,于是Mc=

dy?10.6/2(dy+10.6)=6.2?10.6/2(6.2+10.6)=1.96cm為了確保冒口比鑄件晚凝固,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

計(jì)算舉例鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第38頁(yè)(2)輪轂冒口計(jì)算把輪轂看作長(zhǎng)方形斷面桿,用類似方法計(jì)算.該補(bǔ)縮節(jié)點(diǎn)熱節(jié)圓直徑為50mm.于是50mm?1.1=55mm,計(jì)算得,

Mc=5.5?12.7/2?(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Φ120mm?180mm（h=1.5d）?？梢娫O(shè)置一個(gè)冒口已足夠。39假如考慮砂芯影響，按表8-3k=1.5，則50?1.5=75mm，計(jì)算得Mc=7.5?12.7/2?（7.5+12.7）=2.36

Mr=1.2?Mc=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Φ150mm?225mm（h=1.5d）。這個(gè)冒口可能偏大，要經(jīng)過試澆來選定。鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第39頁(yè)

408。2．2三次方程法鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第40頁(yè)假設(shè)①鑄件凝固層增加速度與冒口凝固層增加速度相等；②假設(shè)冒口內(nèi)供補(bǔ)縮用金屬液體積為直徑d0球。因?yàn)殍T件中最大凝固層厚度為壁厚T二分之一，所以冒口直徑Dr與冒口中縮孔球直徑關(guān)系為：d0=Dr-T。縮孔球體積應(yīng)該大于鑄件和冒口本身體收縮容積。418.2.3補(bǔ)縮液量法求出需要補(bǔ)縮體積V補(bǔ)，再折合成縮孔球直徑d0，用公式

Dr=d0+T求出冒口直徑，冒口高度Hr普通取Hr=(1.15-1.8)Drdo=（6εVc/π）13鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第41頁(yè)428.2.4百分比法現(xiàn)以常見輪形鑄鋼件為例,介紹百分比法確定冒口尺寸方法\步驟圖8-11(1)熱節(jié)圓直徑dy確實(shí)定量出熱節(jié)圓直徑dy(2)按百分比確定輪緣冒口尺寸1)冒口補(bǔ)助按以下經(jīng)驗(yàn)百分比關(guān)系確定:d1=(1.3-1.5)dy;鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第42頁(yè)R1=R件+dy+(1-3)mm;R2=(0.5-1)dy;δ=5-15mm2)冒口尺寸用下述百分比關(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(zhǎng):A=(1.5-1.8)B3）計(jì)算冒口補(bǔ)縮距離，L=4dy。當(dāng)兩冒口距離超出此值時(shí)，應(yīng)放置冷鐵或設(shè)水平補(bǔ)助。43（3)輪轂冒口尺寸1）輪轂補(bǔ)助按以下關(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=Φ2-（15-20）mm，Φ2是輪轂直徑冒口高度：H=（2-2.5）d1+r

r值待d1確定后按圖作出。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確實(shí)定方法計(jì)算。鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第43頁(yè)8.2.5鑄件工藝出品率鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第44頁(yè)

把鑄件劃分為幾個(gè)補(bǔ)縮區(qū)，計(jì)算各區(qū)鑄件模數(shù)；按百分比計(jì)算冒口及冒口頸模數(shù)；確定冒口形狀及尺寸；檢驗(yàn)次序凝固條件（補(bǔ)縮距離是否足夠、補(bǔ)縮通道是否通暢）；校核冒口補(bǔ)縮能力。458.2.6通用冒口設(shè)計(jì)步驟鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第45頁(yè)

經(jīng)典鑄鋼件冒口設(shè)計(jì)實(shí)例圖8-12，質(zhì)量為370kg，采取圓柱形明冒口，ε=5%時(shí)最大補(bǔ)縮量m補(bǔ)為548kg，冒口區(qū)長(zhǎng)度L1為250mm，末端區(qū)長(zhǎng)度L3為350mm，冒口高度為長(zhǎng)度1.5倍，H冒=1.5D冒。試計(jì)算冒口數(shù)量和尺寸。解：已知m件=370kg，H冒=1.5D冒，L1=250mm，L3=350mmε=5%m補(bǔ)=548kg1）計(jì)算模數(shù)M件鑄件體積46V=[π（632-332）?43/（4?2）]=48607.2cm2鑄件表面積=兩個(gè)平面+兩個(gè)側(cè)面+上下端面A=[(63-33)?43+π(63+33)?43/2+π（632-332）]/4=10031.76M件=V/A=48607.2/10031.76=4.85≈5cm（2）計(jì)算冒口模數(shù)鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第46頁(yè) M冒≥1.2M件M冒=1.2M件=1.2?5=6cm(3)確定

ε=5%（4）確定冒口尺寸，H冒=1.5D冒，H冒=V冒/A冒=（πD2?H/4）/（πD2?2/4+πD?H）=6cm，所以D=32cm，H=48cm。（5）據(jù)L冒校核冒口數(shù)目半圓周長(zhǎng)47L=π?63/2=98.91≈100cm冒口補(bǔ)縮距離L冒=L1+L3=250+350mm=60cm故冒口放在中間恰好補(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=370kg，

m補(bǔ)=548kgm補(bǔ)＞m件，故所設(shè)計(jì)冒口適當(dāng)。鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第47頁(yè)1鑄鐵體收縮過程

灰鐵，球鐵、蠕鐵在凝固過程中，因?yàn)槲龀鍪w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%石墨，鑄件體積會(huì)增大0.89－0.95%。而實(shí)際上鑄鐵體積增大2%，所以認(rèn)為體積膨脹還與氣體析出相關(guān)。488.3鑄鐵件實(shí)用冒口設(shè)計(jì)8.3.1鑄鐵體收縮鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第48頁(yè)2影響鑄鐵體收縮、膨脹原因

1）冶金質(zhì)量影響在其它工藝原因相同條件下，冶金質(zhì)量好鑄件一次收縮、體積膨脹、二次收縮值都小。冶金質(zhì)量評(píng)定：從Y形式樣上取樣做金相檢驗(yàn)，以1mm2面積上石墨球數(shù)為準(zhǔn)。>150好；<90差。影響冶金質(zhì)量工藝原因：爐料組成：新生鐵>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(zhǎng)，溫度高，降低冶金質(zhì)量孕育：孕育質(zhì)量好，冶金質(zhì)量高。49鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第49頁(yè)2）冷卻速度影響：冷卻速度越大，非平衡凝固越嚴(yán)重，亞共晶合金初生奧氏體數(shù)量越多，造成鑄鐵凝固前體收縮增加。冷卻速度越大，鑄鐵液態(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(duì)小模數(shù)（Mc<2.5cm）鑄鐵件，應(yīng)安放冒口；對(duì)大模數(shù)（Mc>2.5cm）鑄鐵件，可不安放冒口。50鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第50頁(yè)3）化學(xué)成份影響高于wc+1/7wSi=3.9線區(qū)域?yàn)橹旅軈^(qū)。碳量對(duì)消除球鐵件縮松作用比硅作用強(qiáng)7倍。當(dāng)為wc/wSi＝1.18時(shí)體收縮率最小。51鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第51頁(yè)安放冒口目標(biāo)是為了補(bǔ)給鑄件一次（液態(tài)）收縮。并使冒口頸先于鑄件凝固，在剛度好高強(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)用冒口優(yōu)勢(shì)：出品率高；對(duì)縮松預(yù)防效果好，成本低。實(shí)用冒口種類以下。528.3.2實(shí)用冒口設(shè)計(jì)法鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第52頁(yè)1直接實(shí)用冒口（包含澆注系統(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，這么就可預(yù)防鑄件內(nèi)凝固期出現(xiàn)真空度，從而防止出現(xiàn)縮孔、縮松。膨脹壓力影響原因鑄件模數(shù)大，膨脹壓力高；球鐵比灰鑄鐵膨脹壓力高；鑄型強(qiáng)度高，膨脹壓力高。

53鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第53頁(yè)適合用于0.48<M<2.5cm高強(qiáng)度鑄型。高強(qiáng)度濕型（抗壓強(qiáng)度>0.6MPa)，M<1cm球鐵件可用直接實(shí)用冒口，M<1.5cm灰鐵件可用直接實(shí)用冒口；普通濕型，M<0.48cm球鐵件可用直接實(shí)用冒口，M<0.75cm灰鐵件可用直接實(shí)用冒口。

54鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第54頁(yè)2）冒口和冒口頸設(shè)計(jì)

a冒口體積鑄鐵液態(tài)收縮率計(jì)算：（也可查右邊表）55

依據(jù)平衡相圖，鑄鐵碳含量每增大1%，液相線溫度下降90℃。鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第55頁(yè)

冒口有效體積確實(shí)定：冒口有效體積是高于鑄件最高點(diǎn)水平面那部分體積，它比須補(bǔ)縮鐵水量要大些。普通可取鑄件體積5－6%。

b冒口頸計(jì)算設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：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)。56鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第56頁(yè)57鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第57頁(yè)關(guān)鍵模數(shù)確實(shí)定：它本身體積膨脹量能賠償全部更厚部分液態(tài)收縮量，直到比它厚部分開始膨脹為止。關(guān)鍵部分膨脹和比它厚部分液態(tài)收縮只有同時(shí)發(fā)生，且是相互關(guān)聯(lián)，才可能相互抵償。這也表明，更厚部分也能夠滿足關(guān)鍵部分要求。注意：冒口只須賠償關(guān)鍵部分共晶之前液態(tài)收縮體積，直接實(shí)用冒口有效補(bǔ)縮距離是無限。58鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第58頁(yè)3）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)采取。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。這里冒口就是：高于鑄件最高水平面直澆道和澆口杯部分。例：下列圖球鐵件。59鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第59頁(yè)4）直接實(shí)用冒口優(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(zhǎng)；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℃，以確保冒口頸凍結(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)。60鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第60頁(yè)1）基本原理當(dāng)用濕型鑄造球墨鑄鐵件0.48<MS<2.5cm時(shí)，安放冒口補(bǔ)給鑄件液態(tài)收縮，在共晶膨脹早期冒口頸通暢，可使鑄件內(nèi)鐵液回填冒口以釋放部分壓力。

612控制壓力冒口（釋壓冒口）經(jīng)過控制回填程度在鑄件內(nèi)建立適中內(nèi)壓來克服二次收縮缺點(diǎn)—縮松。從而到達(dá)既無縮松又防止鑄件脹大變形缺點(diǎn)。鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第61頁(yè)控制壓力機(jī)理：如圖，以D曲線為例。二次收縮：CS體積膨脹量控制范圍：（CS+0~Z），其中值為CS+Z/2。T0以上不足以賠償二次收縮膨脹。

T2以下，會(huì)使鑄件脹型。鑄型所能容納膨脹：T1以上。62鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第62頁(yè)三種控制方法：a冒口頸適時(shí)凍結(jié)用冒口頸尺寸控制。澆注溫度、冶金質(zhì)量變動(dòng)可能造成控制失敗，不可靠。b用暗冒口容積實(shí)現(xiàn)控制暗冒口被回填滿后建立內(nèi)壓，澆注溫度不能超出T0對(duì)應(yīng)溫度。不然回填不滿。c采取冒口頸尺寸和暗冒口容積雙重控制。控制澆注溫度和冶金質(zhì)量。冶金質(zhì)量好鐵液（圖中B），二次收縮小，擴(kuò)大了Z區(qū)，而且不會(huì)使鑄件脹大變形。，輕易實(shí)現(xiàn)壓力控制。63鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第63頁(yè)2）設(shè)計(jì)方法a冒口和冒口頸冒口模數(shù)Mr主要取決于鑄件厚大部分模數(shù)Ms和冶金質(zhì)量。按右圖確定,以冒口模數(shù)確定冒口尺寸。64冒口位置靠近鑄件厚大部位，暗冒口。冒口頸采取短冒口頸，模數(shù)按下式：Mn=0.67Mr冒口頸形狀可選圓形、正方形和矩形。鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第64頁(yè)65以有效體積大于鑄件所需補(bǔ)縮體積校核。

冒口校核鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第65頁(yè)b冒口補(bǔ)縮距離概念：由凝固部位向冒口回填鐵液距離。影響原因：模數(shù)、冶金質(zhì)量，如右圖。冶金質(zhì)量好、模數(shù)大，則輸送距離大。輸送距離達(dá)不到部位，鑄件內(nèi)膨脹力過大，可能使鑄件脹大、變形及產(chǎn)生縮松?；诣F補(bǔ)縮距離比球鐵大。66鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第66頁(yè)冒口應(yīng)安放到模數(shù)大位置。對(duì)復(fù)雜鑄件，依據(jù)“鐵液輸送距離和模數(shù)—體積份額圖”，決定冒口位置及數(shù)目。若M2/M1>0.8，則可判定分體1可經(jīng)過分體2將多出鐵液輸送到安放在分體3冒口內(nèi)，此時(shí)只需一個(gè)冒口；不然，則應(yīng)在分體1、3上分別安放冒口。67c冒口位置和數(shù)目鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第67頁(yè)盡可能采取內(nèi)澆道經(jīng)過邊冒口引入方式;采取大氣壓力暗冒口;采取扁薄內(nèi)澆道，長(zhǎng)度最少為厚度4倍。要求澆注后快速凝固以在冒口中形成縮孔;要求快澆;宜高溫澆注:1371-1427oC;希望采取冶金質(zhì)量好鐵液;適合用于濕型中鑄造模數(shù)0.48-2.5cm球鐵件、0.75-2.0cm灰鐵件;要求鑄型硬度大于85。68d其它經(jīng)驗(yàn)鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第68頁(yè)a鐵液冶金質(zhì)量好；b球鐵平均模數(shù)大于2.5cm；c鑄型強(qiáng)度、剛度足夠，上下箱牢靠鎖緊；d低溫澆注1300-1350；e快澆，預(yù)防鑄型頂部被過分烘烤和減小膨脹損失；f采取小扁薄內(nèi)澆口，分散引入，每個(gè)面積不超出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，可采取安全冒口。693無冒口補(bǔ)縮法應(yīng)用條件鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第69頁(yè)[例]：前蓋板下壓模工藝。設(shè)置了安全冒口，頂暗冒口，質(zhì)量不超出澆注質(zhì)量2%。起填補(bǔ)工藝條件偏差作用。70鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第70頁(yè)1均衡凝固定義利用鑄鐵液態(tài)收縮和膨脹動(dòng)態(tài)疊加，采取工藝辦法，使單位時(shí)間收縮與補(bǔ)縮、收縮與膨脹按百分比進(jìn)行一個(gè)凝固標(biāo)準(zhǔn)，可了解為有限次序凝固。2均衡凝固工藝標(biāo)準(zhǔn)

a鑄鐵件體收縮率是不確定，與全部工藝條件相關(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鑄鐵件冒口無須晚于鑄件凝固，所以，冒口模數(shù)能夠小于鑄件模數(shù)，應(yīng)充分利用石墨化膨脹；718.3.3鑄鐵均衡凝固理論鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第71頁(yè)d鑄件厚壁熱節(jié)應(yīng)放在澆注位置下部。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。假如鑄件大平面處于上箱，可采取溢流冒口確保大平面表面質(zhì)量。

e采取冷鐵，平衡壁厚差，消除熱節(jié)。不但能預(yù)防厚處熱節(jié)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)先采取頂注工藝。提升自補(bǔ)縮程度。72鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第72頁(yè)73幾個(gè)冒口類型鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第73頁(yè)74鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第74頁(yè)鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第75頁(yè)鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第76頁(yè)3冒口設(shè)計(jì)基礎(chǔ)鑄鐵件體積收縮與膨脹疊加原理。77

P點(diǎn)稱為均衡點(diǎn)，對(duì)應(yīng)著鑄件收縮值等于膨脹值時(shí)間，此時(shí)表觀收縮為零，既冒口補(bǔ)縮終止時(shí)間。鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第77頁(yè)4幾個(gè)參數(shù)a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)間比值。

Pt=AP/AC在生產(chǎn)中可用觀察冒口或澆口杯液面停頓下降時(shí)間來判定AP值。b收縮模數(shù)MP均衡點(diǎn)P對(duì)應(yīng)模數(shù)，即凝固時(shí)間為AP鑄件模數(shù)。式中MC-鑄件模數(shù)；

f2-收縮模數(shù)系數(shù).78鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第78頁(yè)鑄件從冒口和澆口中得到補(bǔ)縮液體體積與鑄件、冒口體積之比。鑄鐵件補(bǔ)縮率與工藝條件、鑄件結(jié)構(gòu)親密相關(guān)。79d鑄鐵件補(bǔ)縮率c周界商即鑄件形狀系數(shù)q，在模數(shù)等條件相等條件下，周界商大鑄件在單位時(shí)間，單位面積散熱能力相對(duì)較小，鑄件自補(bǔ)縮能力就較大。鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第79頁(yè)

a冒口模數(shù)式中Mr、MC—冒口、鑄件模數(shù)；

—冒口平衡系數(shù)，為冒口原始模數(shù)與殘余模數(shù)之比，?。?/p>

—收縮模數(shù)系數(shù)，和鑄件模數(shù)、質(zhì)量、周界商相關(guān)

—安全系數(shù)，。5冒口設(shè)計(jì)收縮模數(shù)法鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第80頁(yè)b冒口體積推導(dǎo)：參加補(bǔ)縮液態(tài)金屬量式中—冒口補(bǔ)縮效率，普通取10%-30%；

—鑄件補(bǔ)縮率；

—冒口體積；

—鑄件體積。81鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第81頁(yè)

理論上應(yīng)等于鑄件收縮模數(shù)，但考慮到冒口、鑄件對(duì)冒口頸熱影響，鐵液流通熱效應(yīng)，冒口頸凝固時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，約為其幾何模數(shù)2-4倍，所以，故式中—考慮流通熱效應(yīng)后冒口頸模數(shù)；

—流通效應(yīng)模數(shù)增大系數(shù)，82

C冒口頸模數(shù)鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第82頁(yè)

小件：D=（1.2-2.0）T

中件：D=（1.0-1.2）T

大件：D=（0.6-1.0）T836冒口設(shè)計(jì)分段百分比法鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第83頁(yè)848.4.1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。澆注后冒口即使結(jié)殼，但外界大氣壓力仍可經(jīng)過砂芯孔隙作用于內(nèi)部金屬液面上。因?yàn)殍T件結(jié)殼后鑄型中金屬液上有大氣壓力作用，這么就增加了冒口補(bǔ)縮壓力。8.4提升冒口補(bǔ)縮效率辦法和特種冒口主要辦法為提升冒口中金屬液補(bǔ)縮壓力或保持時(shí)間。鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第84頁(yè)85大氣壓力冒口可補(bǔ)縮比冒口高出1480mm鑄件。實(shí)際上因?yàn)橹ё枇?、析出氣體作用，補(bǔ)縮高度H為200mm左右。大氣壓力冒口設(shè)計(jì)對(duì)鑄鐵件：多采取帶錐頂砂冒口。對(duì)鑄鋼件：按普通冒口確定尺寸，冒口高度取允許最小值。大氣壓力側(cè)冒口可按下式確定。b=(1.3-1.7)dyDr=(2.0-2.5)dy冒口頸截面為橢圓形，長(zhǎng)軸為b，短軸為（1.2-1.6）b

。鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第85頁(yè)1原理

用保溫材料或發(fā)燒材料作冒口套、頂部使用保溫套、發(fā)燒套冒口叫保溫冒口和發(fā)燒冒口。使用保溫套、發(fā)燒套，能大大延長(zhǎng)冒口中金屬液保持時(shí)間。冒口補(bǔ)縮效率能到達(dá)30%－50%。使鑄件工藝出品率提升10－25%。8.4.2保溫、發(fā)燒冒口鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第86頁(yè)2冒口套組成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)成份為氧化硅和氧化鋁，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)燒劑和點(diǎn)火劑：發(fā)燒劑慣用鋁粉、硅鐵粉和氧化鐵混合物，稱為鋁硅發(fā)燒劑。溫度超出1250時(shí)：2AI+Fe2O3—AI2O3+2Fe+Q3Si+Fe2O3—3SiO2+4Fe+Q用于鑄鋼大型冒口效果很好。但用于小型冒口或有色金屬時(shí)難以到達(dá)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鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第87頁(yè)

d延緩、填充劑：起延緩放熱反應(yīng)進(jìn)行作用，慣用硅砂、耐火磚粉、剛玉砂。

e粘結(jié)劑慣用膨潤(rùn)土、礬土水泥、水玻璃、酚醛樹脂等。

保溫、發(fā)燒冒口計(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)燒）冒口模數(shù)增大系數(shù)，E可用試驗(yàn)法測(cè)定：用來確定經(jīng)濟(jì)、合理保溫套厚度。88鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第88頁(yè)89市售保溫冒口套，其E＝1.3－1.4。普通保溫冒口套厚?。?－1.5）ME鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第89頁(yè)在冒口根部放一片耐火陶瓷或耐火材料制成帶孔隔板，使冒口中金屬液經(jīng)過孔對(duì)鑄件補(bǔ)縮。易于從鑄件上去除冒口，大大降低去除冒口費(fèi)用。908.4.3易割冒口鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第90頁(yè)91隔板成份和制備工藝見書。隔板尺寸見下表。鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第91頁(yè)為增加鑄件局部冷卻速度，在型腔內(nèi)部或型腔表面安放金屬塊，稱為冷鐵。（其它蓄熱系數(shù)大材料也行）冷鐵分為：內(nèi)冷鐵、外冷鐵。放置在型腔內(nèi)與鑄件熔合在一起金屬激冷塊，稱為內(nèi)冷鐵。內(nèi)冷鐵成為鑄件一部分，應(yīng)和鑄件材質(zhì)相同。放置在型腔表面上，使型腔內(nèi)局部金屬液快速冷卻凝固金屬激冷塊，稱為外冷鐵。外冷鐵可回收屢次使用。外冷鐵材料有：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冷鐵鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第92頁(yè)冷鐵作用:a冷鐵用在冒口難以補(bǔ)縮部位，預(yù)防縮孔、縮松。b冷鐵用在壁厚交叉部位及壁厚急劇改變部位，預(yù)防裂紋產(chǎn)生。c冷鐵與冒口配合使用，能加強(qiáng)鑄件次序凝固條件，擴(kuò)大冒口補(bǔ)縮距離范圍，降低冒口數(shù)目或體積。d加劇個(gè)別熱節(jié)冷卻，促進(jìn)同時(shí)凝固，減小鑄造應(yīng)力，提升鑄造工藝出品率。e改進(jìn)局部組織和金相性能。93鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第93頁(yè)948.5.1外冷鐵

1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。鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第94頁(yè)

間接外冷鐵：冷鐵同被急冷鑄件之間有10-15mm厚砂層相隔。鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第95頁(yè)2外冷鐵凝固速度試驗(yàn)澆注碳素鋼件，鑄件尺寸127x127x203(mm)，冷鐵面積76x76，厚度如圖。96鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第96頁(yè)a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)厚度到達(dá)一定值后，凝固速度不再增加；c外冷鐵處鋼凝固層厚度約為砂型處兩倍多。因?yàn)槟虒雍穸炔灰粯?，線收縮開始時(shí)間不一樣，易產(chǎn)生裂紋。所以，外冷鐵側(cè)面作成45度角。以平緩過分。另外，需急冷表面積大時(shí)，易采取多塊小型外冷鐵，交織布置，留有間隙。97鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第97頁(yè)3使用外冷鐵時(shí)注意

a不應(yīng)破壞次序凝固和補(bǔ)縮通道；

b外冷鐵不宜過大，塊間留間隙；

c外冷鐵厚度參考表3-5-14；

d外冷鐵盡可能放在底部和側(cè)部；

e冷鐵表面潔凈，平整、光潔；

f限制外冷鐵使用次數(shù)。98鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第98頁(yè)

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M0→M1

，M0為熱節(jié)處模數(shù)，M1為加冷鐵后模數(shù)）。對(duì)無氣隙外冷鐵，砂型等效散熱面積：AS=A0+2AC1對(duì)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外冷鐵計(jì)算

鑄件壁下面圓盤厚4cm（M0＝2.0）上下表面面積均為100cm2。若上下表面均用面積為100cm2外冷鐵：AS=200+2*100+100＝500cm2

，帶M1＝V/A=100*4/500=0.8cm。鑄造工藝學(xué)冒口設(shè)計(jì)方案第99頁(yè)

鑄件