冒口種類及補(bǔ)縮原理

第講冒口種類及補(bǔ)縮原理作業(yè)P2893、4、7第14講冒口的種類及補(bǔ)縮原理冒口的種類通用冒口補(bǔ)縮原理合金收縮的三個(gè)階段縮孔和縮松都使鑄件的力學(xué)性能下降，縮松還使鑄件在氣密性試驗(yàn)和水壓試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。生產(chǎn)中可通過在鑄件的厚壁處設(shè)置冒口的工藝措施，使縮孔轉(zhuǎn)移至最后凝固的冒口處，從而獲得完整的鑄件，如以下圖所示，冒口是多余局部，切除后便獲得完整、致密的鑄件；也可以通過合理地設(shè)計(jì)鑄件結(jié)構(gòu)，防止鑄件局部金屬積聚，來預(yù)防縮孔的產(chǎn)生。閥體的冒口補(bǔ)縮

什么是冒口？

冒口是鑄型內(nèi)用以儲(chǔ)存金屬液的空腔，在鑄件形成時(shí)補(bǔ)給金屬，有防止縮孔、縮松、排氣和集渣的作用。習(xí)慣上把冒口所鑄成的金屬實(shí)體也稱為冒口。

冒口的作用(1)補(bǔ)償鑄件凝固時(shí)的收縮。即將冒口設(shè)置在鑄件最后凝固的部位，由冒口中的合金液補(bǔ)償其體收縮，使收縮形成的孔洞移入冒口，防止鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷。(2)調(diào)整鑄件凝固時(shí)的溫度分布，控制鑄件的凝固順序。(3)排氣、集渣。(4)利用明冒口觀察型腔內(nèi)金屬液的充型情況。表3-5-5常用合金的收縮率ε3〕用“一倍厚度法〞求熱節(jié)模數(shù)。②階梯形鑄鋼件的冒口補(bǔ)縮距離比板形大。2〕鋁合金按有無特殊措施分為：3〕可鍛鑄鐵冒口的補(bǔ)縮距離為4～4.冒口附近有熱節(jié)或鑄件尺寸超出冒口補(bǔ)縮距離，利用補(bǔ)貼可造成向冒口的補(bǔ)縮通道，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縮，消除鑄件熱節(jié)下的縮孔，延長補(bǔ)縮距離，減少冒口的數(shù)量。5〕盡量用一個(gè)冒口同時(shí)補(bǔ)縮幾個(gè)熱節(jié)或鑄件。只有在濕型或殼形鑄造較厚的球墨鑄鐵件時(shí)，才有必要采用傳統(tǒng)冒口。1〕在兩個(gè)冒口之間安放冷鐵，相當(dāng)于在鑄件中間增加了激冷端，使冷鐵兩端向著兩個(gè)冒口方向的溫度梯度擴(kuò)大，形成兩個(gè)冷鐵末端區(qū)，顯著地增大了冒口的補(bǔ)縮距離。即將冒口設(shè)置在鑄件最后凝固的部位，由冒口中的合金液補(bǔ)償其體收縮，使收縮形成的孔洞移入冒口，防止鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷?！?〕模數(shù)法計(jì)算冒口原理冒口的補(bǔ)縮距離：即冒口的有效補(bǔ)縮距離，它是冒口作用區(qū)和末端區(qū)長度之和，是確定冒口數(shù)目的依據(jù)?！?〕模數(shù)法計(jì)算冒口原理注意：不管鑄件的形狀如何，只要它們的模數(shù)相等，其凝固時(shí)間就相等或相近。一、冒口的種類

明冒口暗冒口頂冒口側(cè)冒口貼邊冒口它在輕合金鑄件、鑄鐵件及中小型鑄鋼件的生產(chǎn)中多使用明冒口。

〔1〕明冒口一般都設(shè)置在鑄件頂部與大氣相通，排氣及浮效果較好。如需要補(bǔ)縮的局部與鑄型頂面的距離較大，或冒口的上部受到鑄件另一局部結(jié)構(gòu)的阻礙以及在高壓釜中澆注時(shí)，常常采用暗冒口。

〔2〕暗冒口可設(shè)置在鑄件的任何位置上。一般設(shè)于鑄件最高位置或熱節(jié)部位的上面，這樣補(bǔ)縮壓力大，補(bǔ)縮效果好，而且浮渣和排氣也比較容易。

〔3〕頂冒口常采用明冒口的形式。

側(cè)冒口也有明冒口和暗冒口兩種形式，依熱節(jié)在鑄件所處的位置而定?！?〕側(cè)冒口

當(dāng)鑄件的熱節(jié)部位處于鑄件的側(cè)面和下部時(shí)，應(yīng)選用。需要加比較大的補(bǔ)貼工藝余量，才能充分發(fā)揮貼邊冒口的補(bǔ)縮作用〔5〕貼邊冒口介于頂冒口和側(cè)冒口之間的冒口。適用于鑄件的厚大部位處于鑄件的中、下部而垂直壁厚又比較小的情況。板壁相交處圓角半徑取壁厚的1/3已足夠，即r=a/3或r=b/3;如果生產(chǎn)條件與上述試驗(yàn)條件有差異時(shí)，需要把圖3-5-13查出的補(bǔ)貼厚度乘一個(gè)補(bǔ)償系數(shù)?？紤]砂尖角對(duì)凝固時(shí)間的影響時(shí)，作圖時(shí)讓熱節(jié)圓的圓周線通過r的中心，量出熱節(jié)圓半徑R;對(duì)重要部位的熱節(jié)用擴(kuò)大滾圓法?？紤]砂尖角對(duì)凝固時(shí)間的影響時(shí)，作圖時(shí)讓熱節(jié)圓的圓周線通過r的中心，量出熱節(jié)圓半徑R;考慮砂尖角對(duì)凝固時(shí)間的影響時(shí)，作圖時(shí)讓熱節(jié)圓的圓周線通過r的中心，量出熱節(jié)圓半徑R;②η為冒口的補(bǔ)縮效率，考慮砂尖角對(duì)凝固時(shí)間的影響時(shí)，作圖時(shí)讓熱節(jié)圓的圓周線通過r的中心，量出熱節(jié)圓半徑Dr;與大氣相通，排氣及浮效果較好。底注式，碳鋼及低合金鋼鑄件對(duì)碳鋼和低合金鋼而言，k=(0.為了實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縮，冒口與鑄件上被補(bǔ)縮部位之間必須存在補(bǔ)縮通道，同時(shí)他還必須滿足以下兩個(gè)條件：冒口的有效補(bǔ)縮距離與合金種類、鑄件結(jié)構(gòu)、幾何形狀以及鑄件凝固方向上的溫度梯度有關(guān)，也和凝固時(shí)析出氣體的反壓力及冒口的補(bǔ)縮壓力有關(guān)。5〕盡量用一個(gè)冒口同時(shí)補(bǔ)縮幾個(gè)熱節(jié)或鑄件。用1:1比例繪出相交節(jié)點(diǎn)的圖形。

冒口形狀有圓柱形、球頂圓柱形、長〔腰〕圓柱形、球形及局球形等多種。圖3-5-1為常用冒口種類。

在冒口體積相同的情況下，球形冒口的散熱面積最小，模數(shù)最大，凝固時(shí)間最長，補(bǔ)縮效果最好，其它形狀冒口的補(bǔ)縮效果，依次為圓柱形、長方體形等。

二、通用冒口補(bǔ)縮原理1.根本條件設(shè)計(jì)的通用冒口應(yīng)遵守順序凝固的根本條件：(1)冒口的凝固時(shí)間應(yīng)大于或等于鑄件〔被補(bǔ)縮局部〕的凝固時(shí)間。(2)冒口應(yīng)有足夠大的體積，以保證有足夠的金屬液補(bǔ)充鑄件的液態(tài)收縮和疑固收縮，補(bǔ)償澆注后型腔擴(kuò)大的體積。(3)在鑄件整個(gè)凝固的過程中，冒口與被補(bǔ)縮部位之間的補(bǔ)縮通道應(yīng)該暢通，即使擴(kuò)張角始終向著冒口?！?〕還需要注意將冒口與澆注系統(tǒng)、冷鐵、工藝補(bǔ)貼等配合使用，使鑄件在較大的溫度梯度下，自遠(yuǎn)離冒口的末端區(qū)逐漸向著冒口方向?qū)崿F(xiàn)明顯的順序凝固。2.選擇冒口位置的原那么

1〕冒口應(yīng)就近設(shè)在鑄件熱節(jié)的上方或側(cè)旁。

2〕盡量設(shè)在鑄件最高、最厚的部位。對(duì)低處的熱節(jié)增設(shè)補(bǔ)貼和使用冷鐵〔圖3-5-2〕，造成補(bǔ)縮的有利條件。3〕冒口不應(yīng)設(shè)在鑄件重要的、受力大的部位，以防組織粗大降低強(qiáng)度。4〕冒口位置不要選在鑄造應(yīng)力集中處，應(yīng)注意減輕對(duì)鑄件的收縮阻礙，以免引起裂紋。注意：不管鑄件的形狀如何，只要它們的模數(shù)相等，其凝固時(shí)間就相等或相近。板壁相交處圓角半徑取壁厚的1/3已足夠，即r=a/3或r=b/3;碳鋼鑄件的冒口補(bǔ)縮距離如圖3-5-5所示。把熱節(jié)部位看作熱節(jié)園直徑為厚度的板或桿。板壁相交處圓角半徑取壁厚的1/3已足夠，即r=a/3或r=b/3;鑄件形狀系數(shù)q，又稱周界商，定義為鑄件體積V鑄件與其模數(shù)的立方M3鑄件的比值，即：5〕盡量用一個(gè)冒口同時(shí)補(bǔ)縮幾個(gè)熱節(jié)或鑄件。將法蘭看作厚度為Dr的角形桿，冒口是鑄型內(nèi)用以儲(chǔ)存金屬液的空腔，在鑄件形成時(shí)補(bǔ)給金屬，有防止縮孔、縮松、排氣和集渣的作用。1〕銅合金②η為冒口的補(bǔ)縮效率，1〕在兩個(gè)冒口之間安放冷鐵，相當(dāng)于在鑄件中間增加了激冷端，使冷鐵兩端向著兩個(gè)冒口方向的溫度梯度擴(kuò)大，形成兩個(gè)冷鐵末端區(qū)，顯著地增大了冒口的補(bǔ)縮距離。必須滿足：實(shí)心球體的q=113，最小，大平板件的q很大；寬度：B=B冒

5〕盡量用一個(gè)冒口同時(shí)補(bǔ)縮幾個(gè)熱節(jié)或鑄件?！矆D3-5-3〕

6〕冒口布置在加工面上，可節(jié)約鑄件精整工時(shí)，零件外觀好。

7〕不同高度上的冒口，應(yīng)用冷鐵使各個(gè)冒口的補(bǔ)縮范圍隔開。〔圖3-5-4〕3.冒口的有效補(bǔ)縮距離確實(shí)定冒口的末端區(qū)：在遠(yuǎn)離冒口的一端由于鑄件存在邊角，補(bǔ)縮通道擴(kuò)張角比較大，凝固時(shí)易于補(bǔ)縮，此區(qū)域稱為末端區(qū)。冒口的補(bǔ)縮距離：即冒口的有效補(bǔ)縮距離，它是冒口作用區(qū)和末端區(qū)長度之和，是確定冒口數(shù)目的依據(jù)。

冒口的有效補(bǔ)縮距離與合金種類、鑄件結(jié)構(gòu)、幾何形狀以及鑄件凝固方向上的溫度梯度有關(guān)，也和凝固時(shí)析出氣體的反壓力及冒口的補(bǔ)縮壓力有關(guān)?！?〕鑄鋼件冒口的補(bǔ)縮距離碳鋼鑄件的冒口補(bǔ)縮距離如圖3-5-5所示。更精確的數(shù)據(jù)可依圖3-5-6曲線查出。可見：①冒口區(qū)長度和末端區(qū)長度都隨鑄件厚度增大而增大，且隨截面的寬厚比減少而減小。薄壁件比厚壁鑄件更難于消除軸線縮松，而桿件比板件補(bǔ)縮難度大。②階梯形鑄鋼件的冒口補(bǔ)縮距離比板形大?！矆D3-5-7〕③冒口的垂直補(bǔ)縮距離至少等于冒口的水平補(bǔ)縮距離。用1:1比例繪出相交節(jié)點(diǎn)的圖形。表3-5-6冒口的補(bǔ)縮效率η寬度：B=B冒③冒口的垂直補(bǔ)縮距離至少等于冒口的水平補(bǔ)縮距離。外冷鐵之間距離為0.習(xí)慣上把冒口所鑄成的金屬實(shí)體也稱為冒口。3〕用“一倍厚度法〞求熱節(jié)模數(shù)。(wAl=9%,wFe=4%)鑄件的模數(shù)和凝固時(shí)間τ之間的關(guān)系遵守平方根定律：各種熱節(jié)點(diǎn)的模數(shù)計(jì)算方法：如果生產(chǎn)條件與上述試驗(yàn)條件有差異時(shí)，需要把圖3-5-13查出的補(bǔ)貼厚度乘一個(gè)補(bǔ)償系數(shù)?？稍O(shè)置在鑄件的任何位置上。4〕補(bǔ)貼尺寸確定鑄件形狀系數(shù)與冒口補(bǔ)縮效率的關(guān)系空心圓柱體的模數(shù)：M=a/2〔2〕鑄鐵件通用冒口的補(bǔ)縮距離

1〕高牌號(hào)灰鑄鐵的共晶度低，結(jié)晶溫度范圍寬，共晶轉(zhuǎn)變前析出奧氏體阻礙補(bǔ)縮，所以冒口補(bǔ)縮距離小。2〕球墨鑄鐵具有糊狀凝固特性，采用通用冒口補(bǔ)縮效果較差。只有在濕型或殼形鑄造較厚的球墨鑄鐵件時(shí)，才有必要采用傳統(tǒng)冒口。3〕可鍛鑄鐵冒口的補(bǔ)縮距離為4～4.5倍壁厚。鑄件壁厚δ水平補(bǔ)縮垂直補(bǔ)縮濕型濕型濕型殼型6.3512.7015.8619.0525.4038.1050.80－101.6~114.3－－101.6～127.0138.7～152.4－31.75101.6－－114.3－228.6－88.9127.0－127.0－－－88.9－133.4165.3228.6－球墨鑄鐵冒口的補(bǔ)縮距離〔3〕有色合金的冒口補(bǔ)縮距離1〕銅合金錫青銅和磷青銅凝固范圍寬，呈糊狀凝固，冒口的有效補(bǔ)縮距離短，易出現(xiàn)縮松。無錫青銅和黃銅凝固范圍窄，冒口補(bǔ)縮距離大。銅合金冒口的補(bǔ)縮距離①合金種類鑄件形狀末端區(qū)長冒口區(qū)長補(bǔ)縮距離錫鋅青銅(wSn=8%,wZn=4%)板件桿件

②0錳鐵黃銅(wCu=55%,wMn=3%,wFe=1%)板件鋁鐵青銅(wAl=9%,wFe=4%)板件①在干型，水平澆注條件下測(cè)出。②——板厚或桿的邊長2〕鋁合金共晶型鋁合金的冒口補(bǔ)縮距離為4.5T。非共晶型鋁合金的冒口補(bǔ)縮距離為2T。成分為w(Si)≈7%，w(Cu)≈4%的合金，冒口補(bǔ)縮距離為零?！?〕外冷鐵的影響1〕在兩個(gè)冒口之間安放冷鐵，相當(dāng)于在鑄件中間增加了激冷端，使冷鐵兩端向著兩個(gè)冒口方向的溫度梯度擴(kuò)大，形成兩個(gè)冷鐵末端區(qū)，顯著地增大了冒口的補(bǔ)縮距離。2〕把冷鐵置于板或桿件末端時(shí)，鑄鐵末端區(qū)長度略有增加。3〕多邊布置多塊冷鐵，可大大延長冷鐵末端區(qū)的長度。外冷鐵之間距離為0.5～1倍于冷鐵長度?！?〕補(bǔ)貼的應(yīng)用1〕什么是補(bǔ)貼？為實(shí)現(xiàn)順序凝固和增強(qiáng)補(bǔ)縮效果，在靠近冒口的鑄件壁厚上補(bǔ)加的傾斜的金屬塊稱為補(bǔ)貼，也稱襯補(bǔ)、增肉。2〕補(bǔ)貼的作用冒口附近有熱節(jié)或鑄件尺寸超出冒口補(bǔ)縮距離，利用補(bǔ)貼可造成向冒口的補(bǔ)縮通道，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縮，消除鑄件熱節(jié)下的縮孔，延長補(bǔ)縮距離，減少冒口的數(shù)量。

3〕補(bǔ)貼的種類根據(jù)在鑄件上的位置分為：水平補(bǔ)貼、垂直補(bǔ)貼。按有無特殊措施分為：金屬補(bǔ)貼、加熱補(bǔ)貼、發(fā)熱補(bǔ)貼、保溫補(bǔ)貼。

4〕補(bǔ)貼尺寸確定①水平補(bǔ)貼：最大長度：L=4.7M冒寬度：B=B冒靠近冒口端的高度：h1=0.8M冒遠(yuǎn)離冒口端的寬度：h2=0.3M冒I-I斷面處的補(bǔ)貼模數(shù)：按冒口頸模數(shù)計(jì)算M1=ab/[2(a+b-c)]L=4.7M冒h1=0.8M冒h2=0.3M冒

②垂直補(bǔ)貼按圖3-5-15確定。冒口區(qū)末端區(qū)冒口區(qū)末端區(qū)冒口區(qū)末端區(qū)縮松區(qū)HTTT壁的高度h/mm補(bǔ)貼厚度a/mm壁厚T/mm如果生產(chǎn)條件與上述試驗(yàn)條件有差異時(shí)，需要把圖3-5-13查出的補(bǔ)貼厚度乘一個(gè)補(bǔ)償系數(shù)。鑄鋼件的垂直補(bǔ)貼的補(bǔ)償系數(shù)見表3-5-3。表3-5垂直補(bǔ)貼的補(bǔ)償系數(shù)補(bǔ)償原因補(bǔ)償條件補(bǔ)償系數(shù)桿件比板件的冒口補(bǔ)縮距離小，需要較大的補(bǔ)貼厚度才能保證鑄件致密桿件斷面寬厚比：4:13:12:11.5:11.1:11.01.251.51.72.0充型方式和化學(xué)成分不同底注式，碳鋼及低合金鋼鑄件頂注式，高合金鋼鑄件底注式，高合金鋼鑄件1.251.251.25×1.25=1.58

③滾圓法對(duì)重要部位的熱節(jié)用擴(kuò)大滾圓法。對(duì)次要部位的熱節(jié)用不擴(kuò)大滾圓法。一、鑄鋼件冒口的設(shè)計(jì)模數(shù)法三次方程法補(bǔ)縮液量法比例法鑄件工藝出品率1.模數(shù)法〔1〕模數(shù)的概念M=V/A〔cm〕式中，M為模數(shù)，V為體積，A為面積。注意：不管鑄件的形狀如何，只要它們的模數(shù)相等，其凝固時(shí)間就相等或相近。鑄件的模數(shù)和凝固時(shí)間τ之間的關(guān)系遵守平方根定律：τ=(M/k)2k為凝固系數(shù)，與鑄件金屬、鑄型的熱物理性能、鑄件形狀、澆注溫度等有關(guān)。對(duì)碳鋼和低合金鋼而言，k=(0.9～1.26)×10-3m/s1/2?！?〕模數(shù)法計(jì)算冒口原理

為了實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縮，冒口與鑄件上被補(bǔ)縮部位之間必須存在補(bǔ)縮通道，同時(shí)他還必須滿足以下兩個(gè)條件：1〕冒口凝固時(shí)間應(yīng)大于至少等于鑄件〔或鑄件被補(bǔ)縮局部〕的凝固時(shí)間。即τ冒口≥τ鑄件(M冒口/k冒口)2≥(M鑄件/k鑄件)2所以：M冒口=fM鑄件f為冒口的平安系數(shù)，f≥1。一般?。篺=1.2碳鋼、低合金鋼鑄件，冒口、冒口頸和鑄件的模數(shù)關(guān)系：

邊冒口：M鑄件:M冒口頸:M冒口=1:1.1:1.2

內(nèi)澆道作冒口：M鑄件:M冒口頸:M冒口=1:(1～1.03):1.2

頂冒口：M冒口=(1～1.2)M鑄件

2)冒口必須提供足夠的金屬液，以補(bǔ)償鑄件和冒口在凝固完畢前的體收縮和因鑄型型壁移動(dòng)而擴(kuò)大的容積，使縮松不致伸入鑄件內(nèi)。必須滿足：

ε(V鑄件+V冒口)+V型壁移動(dòng)≤V冒口η

①ε為金屬從澆注完到凝固完畢的體收縮率，具體參數(shù)見表3-5-4、表3-5-5。

②η為冒口的補(bǔ)縮效率，

η=(補(bǔ)縮體積/冒口體積)×100%，各種冒口的補(bǔ)縮效率見表3-5-6。1.普通鑄鋼ε=ε0按下表查出●確定鑄鋼體收縮率ε2.合金鋼的體收縮率ε=ε0+εxε0為碳鋼的體收縮率，可由圖查出。

εx=ΣKiwi式中，εx—合金元素對(duì)體收縮率的影響；

wi—合金鋼中各元素的含量，wi為w1，w2…

Ki—各合金元素對(duì)體收縮率的修正系數(shù)，Ki為K1，K2…

Ki可由下表查出合金元素WNiMnCrSiAl修正系數(shù)-0.53-0.0354+0.0585+0.12+1.03+1.70鑄件材質(zhì)ε（%）中碳鋼2.5～3.0wc=1%碳鋼4.0灰鑄鐵1.9～膨脹白口鑄鐵4.0～5.5純鋁6.6純銅4.92表3-5-5常用合金的收縮率ε冒口種類或工藝措施η（%）圓柱或腰圓柱形冒口12～13球形冒口15～20補(bǔ)澆冒口15～20澆口通過冒口30～35發(fā)熱保溫冒口30～50大氣壓力冒口15～20表3-5-6冒口的補(bǔ)縮效率η●冒口的補(bǔ)縮效率η

③ε、η對(duì)冒口體積的影響見圖3-5-15。④鑄件形狀系數(shù)對(duì)冒口補(bǔ)縮效率的影響鑄件形狀系數(shù)q，又稱周界商，定義為鑄件體積V鑄件與其模數(shù)的立方M3鑄件的比值，即：q=V鑄件/M3鑄件q使鑄件形狀數(shù)量化，q值的大小說明了鑄件的形狀特征：形狀越接近簡單的實(shí)心球體，q越?。环粗?，鑄件形狀越接近展開的大平面，q越大。實(shí)心球體的q=113，最小，大平板件的q很大；鑄件的q多在113～5000范圍內(nèi)。鑄件形狀系數(shù)與冒口補(bǔ)縮效率的關(guān)系見表3—5-7。鑄件形狀系數(shù)與冒口補(bǔ)縮效率的關(guān)系見表3—5-7。鑄件形狀系數(shù)q<200250300400500～1000>1000冒口的補(bǔ)縮效率η/%253033354045〔3〕鑄件模數(shù)的計(jì)算任何復(fù)雜的鑄件，均可以看作是有許多簡單的幾何體組合而成。只要掌握一些簡單的幾何體、組合體的模數(shù)計(jì)算公式，就不必用繁瑣的公式去計(jì)算鑄件的體積和外表積。矩形長桿的模數(shù)：M=ab/2(a+b)方形長桿的模數(shù)：M=a/4大平面的模數(shù)：M=T/2立方體的模數(shù)：M=a/6空