冒口及冷鐵、補(bǔ)貼

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，冒口是多余部分，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)，避免鑄件局部金屬積聚，來預(yù)防縮孔的產(chǎn)生。閥體的冒口補(bǔ)縮第8章冒口及冷鐵設(shè)計(jì)了解冒口的種類及補(bǔ)縮原理，掌握通用冒口的設(shè)計(jì)方法。

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。一、冒口的種類

第一節(jié)、冒口的種類及補(bǔ)縮原理

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，排氣及浮渣效果較好。明冒口的優(yōu)點(diǎn)：

造型方便，便于觀察鑄型中金屬液的上升情況，可以向冒口中補(bǔ)澆金屬液，在冒口頂面散發(fā)熱劑、保溫劑等延長冒口的凝固時(shí)間。對(duì)于厚大鑄件還能進(jìn)行搗動(dòng)冒口液面和補(bǔ)澆等操作，加強(qiáng)補(bǔ)縮作用，明冒口不受砂箱高度限制明冒口的缺點(diǎn)：因頂部敞開，散熱較快，同樣體積的冒口，明冒口比暗冒口的補(bǔ)縮效率低。如需要補(bǔ)縮的部分與鑄型頂面的距離較大，或冒口的上部受到鑄件另一部分結(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。暗邊冒口的優(yōu)點(diǎn)：不受鑄件上熱節(jié)點(diǎn)位置的限制，可依熱節(jié)點(diǎn)就近設(shè)置冒口。暗邊冒口的缺點(diǎn)：占砂箱面積大。當(dāng)熱節(jié)點(diǎn)不在分型面時(shí)，造型麻煩。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。圖4-15常用冒口種類a）鑄鋼件冒口b）鑄鐵件冒口

1—明頂冒口2—大氣壓力頂冒口

3—側(cè)冒口4—鑄件5—壓邊冒口側(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)冒口是由鑄件側(cè)面熱節(jié)處引出的冒口，一般采用暗冒口形式，它有利于機(jī)械化造型。（4）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。邊冒口的優(yōu)點(diǎn)：補(bǔ)縮效果好，造型方便，冒口的清理也容易，應(yīng)用廣泛。

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。二、冒口的形狀圖4-16常用冒口形狀a）球形b）球頂圓柱形c）圓柱形（帶斜度）

d）腰圓柱形（明）e）腰圓柱形（暗）冒口的形狀應(yīng)使其容量足夠大而其相對(duì)的散熱面積最小（即有足夠大的模數(shù)），有一定的金屬液壓頭，以達(dá)到延長其凝固時(shí)間，提高補(bǔ)縮效果的目的

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。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。

三、通用冒口補(bǔ)縮原理1.基本原則設(shè)計(jì)通用冒口應(yīng)遵守順序凝固的基本條件：(1)冒口的凝固時(shí)間應(yīng)大于或等于鑄件（被補(bǔ)縮部分）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。（4）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。（5）在滿足上述條件下，應(yīng)盡量減小冒口體積、節(jié)約金屬、提高鑄件成品率。

2）盡量設(shè)在鑄件最高、最厚的部位，以便利用金屬液的自重力補(bǔ)縮對(duì)低處的熱節(jié)增設(shè)補(bǔ)貼和使用冷鐵造成補(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。2.選擇冒口位置的原則

1）冒口應(yīng)就近設(shè)在鑄件熱節(jié)的上方（頂冒口）或側(cè)旁（暗冒口）

5）盡量用一個(gè)冒口同時(shí)補(bǔ)縮幾個(gè)熱節(jié)或鑄件。6）在鑄件不同高度上設(shè)置冒口時(shí)，應(yīng)采用冷鐵等工藝措施將各個(gè)冒口補(bǔ)縮區(qū)隔開，以免造成上部冒口對(duì)下部冒口的補(bǔ)縮，使鑄件上部產(chǎn)生縮孔或縮松

不同高度冒口的隔離a）階梯型熱節(jié)b）上下有熱節(jié)1—頂明冒口2—鑄件3—側(cè)暗冒口4—外冷鐵

7）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。

8)對(duì)致密度要求高的鑄件，冒口應(yīng)按其有效補(bǔ)縮距離進(jìn)行設(shè)置。9）為加強(qiáng)鑄件的順序凝固，應(yīng)盡可能使內(nèi)澆道靠近或通過冒口，以造成對(duì)冒口有利的溫度分布。3.冒口的有效補(bǔ)縮距離的確定冒口有效補(bǔ)縮距離的概念：為了防止鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松，冒口必須保證鑄件實(shí)現(xiàn)順序凝固，在鑄件凝固的過程中始終保持暢通的補(bǔ)縮通道，這樣的冒口中的金屬液才能源源不斷的補(bǔ)給鑄件，否則冒口再大，也達(dá)不到補(bǔ)縮的目的。補(bǔ)縮通道擴(kuò)張角φ：液相線的等溫面之間形成的夾角冒口的有效補(bǔ)縮距離：致密的冒口作用區(qū)與致密的末端區(qū)之和

b=冒口區(qū)+末端區(qū)=c+e如果被補(bǔ)縮部分的長度大于這個(gè)距離，就會(huì)產(chǎn)生縮孔和縮松；小于b時(shí)鑄件才是健全的。冒口有效補(bǔ)縮距離是指長度方向的，實(shí)際上冒口的補(bǔ)縮作用是一個(gè)范圍。以圓柱冒口為例：以冒口中心為圓心，用冒口半徑加上有效補(bǔ)縮距離為半徑做圓，圓內(nèi)就是冒口的有效補(bǔ)縮范圍。

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)。3.冒口的有效補(bǔ)縮距離的確定3.冒口的有效補(bǔ)縮距離的確定⑵

補(bǔ)縮距離的表示方法①

用熱節(jié)圓直徑D0（d0）的倍數(shù)表示冒口的補(bǔ)縮距離。②

用延續(xù)度（冒口的相對(duì)長度）表示冒口的補(bǔ)縮距離。冒口延續(xù)度等于冒口根部尺寸之和與鑄件同方向長度之和的百分比。合金種類的影響（1）鑄鋼件冒口的補(bǔ)縮距離碳鋼（Wc=0.2%～0.30%）鑄件的水平補(bǔ)縮距離將鑄件的被補(bǔ)縮部分簡化為板類（截面寬：厚≥5:1）和桿類（截面寬：厚＜5:1)。圖

鑄鋼冒口的補(bǔ)縮距離a)板形件b)桿形件鑄鋼件冒口的有效補(bǔ)縮距離曲線冒口區(qū)長度和末端區(qū)長度隨壁厚增大而增大，且隨截面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。階梯形鑄鋼件的冒口補(bǔ)縮距離比板形大。冒口的垂直補(bǔ)縮距離至少等于冒口的水平補(bǔ)縮距離。不同厚度的組合板鑄件的冒口有效補(bǔ)縮距離圖4-24階梯形鑄鋼件冒口補(bǔ)縮距離

1—冒口2—鑄件

1）鋁、鎂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。（2）非鐵合金的冒口補(bǔ)縮距離（2）有色合金的冒口補(bǔ)縮距離

2）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，水平澆注條件下測出。②——板厚或桿的邊長

黃銅冒口的補(bǔ)縮距離為(5－9)δ（δ為鑄件壁厚)。

鋁青銅和錳青銅的冒口補(bǔ)縮距離為(5－8)δ。3）鑄鐵件通用冒口的補(bǔ)縮距離

A.灰鑄鐵凝固時(shí)，由于石墨化膨脹可以抵消部分凝固是所產(chǎn)生的體收縮，具有自補(bǔ)縮能力，因此冒口的補(bǔ)縮距離增大。冒口的補(bǔ)縮距離可有圖得出。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。

灰鑄鐵冒口補(bǔ)縮距離和共晶度的關(guān)系可鍛鑄鐵的冒口補(bǔ)縮距離約為4－4.5倍鑄件壁厚灰鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵件，一般很少采用順序凝固原則設(shè)置通用冒口補(bǔ)縮。B、球墨鑄鐵具有糊狀凝固特性，補(bǔ)縮條件不好，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。C、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（2）鑄件結(jié)構(gòu)和形狀的影響

在其他條件相同的情況下，形狀不同，補(bǔ)縮的通道不一樣，有效補(bǔ)縮距離也不相同。板形鑄鋼件：桿形鑄鋼件：鑄件結(jié)構(gòu)和形狀對(duì)冒口的補(bǔ)縮距離有很大的影響。不同形狀的鑄件所形成的補(bǔ)縮通道是不同的。板狀鑄件的補(bǔ)縮通道較寬，有效補(bǔ)縮距離可以適當(dāng)大一些，而桿狀鑄件的補(bǔ)縮通道較窄，有效補(bǔ)縮距離就應(yīng)該小一些。對(duì)板形件冷鐵放在末端時(shí)，冷鐵的厚度應(yīng)等于該板的厚度是適宜的，當(dāng)冷鐵放在兩冒口之間時(shí)，冷鐵約需板厚的二倍。

冷鐵使鑄件末端的冷卻速度增大，從而使板形鑄件致密的末端區(qū)長度增加約50mm，此數(shù)值與板厚無關(guān)。對(duì)桿形鑄件來說，冷鐵使致密的末端區(qū)增加鑄件厚度的一倍或50mm。在兩冒口之間放置冷鐵時(shí)，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,相當(dāng)于增加了一個(gè)末端區(qū)（3）外冷鐵的影響(實(shí)驗(yàn)表明）

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。實(shí)際生產(chǎn)中，常以滿足鑄件的使用要求為標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)鑄件的重要性和鑄件不同部位的重要程度來決定冒口的位置和個(gè)數(shù)。因此鑄件質(zhì)量要求對(duì)冒口有效補(bǔ)縮距離的選擇有影響。主要的質(zhì)量要求越高，檢驗(yàn)方法越嚴(yán)，所選用的冒口有效補(bǔ)縮距離值會(huì)越小。反之，可以增大。例題：用冒口有效補(bǔ)縮距離的概念，掌握影響冒口有效補(bǔ)縮距離的規(guī)律，有助于合理確定冒口的數(shù)目。例：一環(huán)形件，如圖所示，環(huán)形中心線為920mm，寬240mm，厚80mm，為寬厚比為3：1的桿件。采用冒口直徑為190mm。方案一：問應(yīng)設(shè)置幾個(gè)冒口？對(duì)于厚80mm3：1的桿件，查表得冒口區(qū)長度為140mm，兩個(gè)冒口區(qū)長度加上冒口本身直徑為470mm，環(huán)形件需要補(bǔ)縮的距離為:

3.14×920=2889mm，需設(shè)置的冒口數(shù)為：

2889/470=6.1個(gè)即用6個(gè)冒口可得到致密的鑄件。例題方案二：用同樣三個(gè)冒口均布在圓周上，冒口之間放外冷鐵，問是否可得到致密的鑄件？從圖可查出桿厚80mm，3：1的桿件末端長度為190mm。這樣一個(gè)冒口和一個(gè)冷鐵造成補(bǔ)縮長度為兩個(gè)冒口區(qū)，兩個(gè)末端區(qū)和一個(gè)冷鐵的寬度。即：190+2×140+2×（190+50）=950mm，校核冒口數(shù)：

2889/950=3.04個(gè)說明，放三個(gè)同樣的冒口和三塊冷鐵，能夠滿足補(bǔ)縮的要求。實(shí)現(xiàn)冒口補(bǔ)縮鑄件的基本條件之一就是鑄件凝固時(shí)始終保持著向冒口張開的補(bǔ)縮通道擴(kuò)張角，而且角度大些好。然而對(duì)板件和壁厚均勻的薄壁鑄件往往難于達(dá)到這個(gè)要求。單純增加冒口的直徑和高度也效果不大。這時(shí)就應(yīng)采用補(bǔ)貼，提高冒口的補(bǔ)縮效果。四、工藝補(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。四、工藝補(bǔ)貼的應(yīng)用用加補(bǔ)貼的方法實(shí)現(xiàn)順序凝固是比較有效的，但增加了金屬消耗，使鑄件形狀尺寸與圖紙要求相差較大，鑄件鑄出后要去除補(bǔ)貼，這樣就增加了鑄件清理的工作量，也增加了機(jī)械加工量，使鑄件成本提高。補(bǔ)貼的確定：補(bǔ)貼一般是在冒口有效補(bǔ)縮距離以上開始加補(bǔ)貼，使鑄件壁向著冒口方向逐漸加厚，直到冒口的根部。鑄件加厚量為a,稱為補(bǔ)貼厚度。3、補(bǔ)貼的種類

據(jù)在鑄件上的位置分為：水平補(bǔ)貼、

垂直補(bǔ)貼按所用材質(zhì)分為：

金屬補(bǔ)貼、

加熱補(bǔ)貼、

發(fā)熱補(bǔ)貼、

保溫補(bǔ)貼。

h1=0.8M冒L=4.7M冒h2=0.3M冒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)離冒口端的高度：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M補(bǔ)=ab/[2(a+b-c)]=M冒(最小)

②垂直補(bǔ)貼圖

垂直壁的補(bǔ)貼

圖

補(bǔ)貼厚度與鑄件高度及厚度關(guān)系⑴

板狀件的補(bǔ)貼當(dāng)鑄件的厚度一定時(shí)，隨著鑄件高度的增加，補(bǔ)貼的厚度增加。當(dāng)鑄件的高度一定時(shí)，隨著鑄件壁厚的減少，補(bǔ)貼值增大。假設(shè)補(bǔ)貼厚度a=0，則從圖中的橫坐標(biāo)就可直接得到冒口的垂直有效補(bǔ)縮距離。例如：對(duì)截面高度500mm，壁厚50mm的板件，其補(bǔ)貼厚度為48mm。2.垂直補(bǔ)貼（在冒口下設(shè)置補(bǔ)貼)2.垂直補(bǔ)貼（在冒口下設(shè)置補(bǔ)貼)補(bǔ)貼高度與鑄件被補(bǔ)縮部分的厚度有關(guān)，壁越厚致密度范圍越大。一般按下式確定：補(bǔ)貼高度=壁高－末端區(qū)表1桿形件垂直補(bǔ)貼厚度的補(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=1.582.垂直補(bǔ)貼（在冒口下設(shè)置補(bǔ)貼)⑵

桿形鑄件的補(bǔ)貼

桿形件的有效補(bǔ)縮距離比板形小，故需有較大的補(bǔ)貼值才能保證鑄件的組織致密。桿件補(bǔ)貼值的求法：需要把圖查出相同壁厚板件的補(bǔ)貼厚度乘一個(gè)補(bǔ)償系數(shù)，，兩者相乘，即為桿形鑄件補(bǔ)貼的總厚度。

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。

用滾圓法確定輪緣和輪轂的補(bǔ)貼輪緣補(bǔ)貼值的確定：

d1=1.05dy

d2=1.05d1

式中dy——熱節(jié)圓直徑

畫出熱節(jié)點(diǎn)內(nèi)切圓直徑dy，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的中心自下向上畫圓，使d1=1.05dy,d2=1.05d1,d1和d2的圓心分別在dy和d1的圓周上，其d1和d2均與輪緣內(nèi)壁相切畫一條曲線與各圓相切，就是所需要的補(bǔ)貼外形曲線。圖齒輪輪緣的補(bǔ)貼a-鑄件b-滾圓法對(duì)重要部位的熱節(jié)用擴(kuò)大滾圓法按比例畫出輪緣和輪輻(最好用1：1)，并添上加工余量；第二節(jié)、鑄鋼件冒口

了解鑄鋼件冒口設(shè)計(jì)與計(jì)算的原理，掌握冒口設(shè)計(jì)與計(jì)算的方法。

鑄鋼件冒口與鑄鐵件冒口的區(qū)別⑴鑄鋼件冒口在鑄件結(jié)構(gòu)相同的情況下比鑄鐵件冒口大；⑵用冒口補(bǔ)縮鑄鐵均勻板件和桿件時(shí)，一般不用加補(bǔ)貼；⑶鑄鋼件的冒口頸一定要大于被補(bǔ)縮鑄件的壁厚或熱節(jié)，而灰鑄鐵件、球墨鑄鐵件冒口頸尺寸一定要小于鑄件被補(bǔ)縮部位的尺寸。常用方法：模數(shù)法、補(bǔ)縮液量法、比例法等一、模數(shù)法1、模數(shù)的概念模數(shù)：鑄件被補(bǔ)縮部位的體積與散熱表面積的比值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。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)縮部分）的凝固時(shí)間。1.模數(shù)法計(jì)算冒口的原理一般認(rèn)為KC=KN=KR,故如果冒口的模數(shù)M冒大于鑄件被補(bǔ)縮部位的模數(shù)M件，就能保證冒口晚于鑄件凝固即：M冒≥M件對(duì)于鑄鋼件，冒口、冒口頸、鑄件的模數(shù)應(yīng)滿足下列比例關(guān)系：明頂冒口：M冒=（1.1～1.2）M件

暗側(cè)冒口：M件:M頸:M冒=1:1.1:1.2鋼液通過冒口澆注：M件:M頸:M冒=1:（1～1.03）:1.2冒口頸長度L=2.4Mc=2Mr式中M冒、M頸、M件——分別為冒口、冒口頸和鑄件被補(bǔ)縮處的模數(shù)。

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：

εv（V件+V冒）≤V冒η式中V件—冒口所能補(bǔ)縮的鑄件體積；V冒—冒口體積

εv—合金的體收縮，具體數(shù)值參見表

η—冒口的補(bǔ)縮效率，各種冒口的補(bǔ)縮效率值見表

η

=(補(bǔ)縮體積/冒口體積)×100%，1.普通鑄鋼ε=ε0按下表查出●確定鑄鋼體收縮率ε碳鋼的體收縮率鑄件材質(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

常用合金的收縮率ε冒口的補(bǔ)縮效率η●冒口的補(bǔ)縮效率η冒口種類和工藝措施η（%）圓柱或腰圓柱形冒口球形冒口補(bǔ)澆冒口時(shí)澆口通過冒口時(shí)發(fā)熱保溫冒口大氣壓力冒口12~1515~2015~2030~3530~5015~20計(jì)算冒口時(shí)，依據(jù)第一個(gè)基本條件確定冒口公式，用第二個(gè)條件校核冒口的補(bǔ)縮能力。模數(shù)法設(shè)計(jì)冒口的步驟⑴

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)；⑵

計(jì)算冒口及冒口頸的模數(shù)；⑶

確定冒口的位置、形狀和尺寸,查標(biāo)準(zhǔn)冒口表⑷

檢查順序凝固條件（應(yīng)盡量采取標(biāo)準(zhǔn)系列的冒口）(5)根據(jù)冒口的有效補(bǔ)縮距離，校核冒口數(shù)目(6)根據(jù)公式，校核冒口的最大補(bǔ)縮能力，依據(jù)（3）鑄件模數(shù)的計(jì)算任何復(fù)雜的鑄件，均可以看作是由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)算鑄件的體積和表面積。忽略VS；可得：⑦校核冒口的工藝出品率工藝出品率=板狀體桿狀體表

簡單幾何體和組合體模數(shù)計(jì)算類型簡圖計(jì)算公式模數(shù)法冒口的計(jì)算⑴

鑄件模數(shù)計(jì)算簡單幾何體的模數(shù)M＝體積/表面積＝V/A圓柱體球、立方體、正圓柱體環(huán)形體、空心圓柱體法蘭體L形體實(shí)心法蘭體桿的相交體板的相交體M=r十形——r=0.68aT形——r=0.62aL形——r=0.56a（續(xù)）類型簡圖計(jì)算公式圓柱與圓盤組合體桿與板的相交體(續(xù)）比例法這種方法就是使冒口的根部直徑大于鑄件被補(bǔ)縮處熱節(jié)圓直徑或壁厚，再以冒口根部直徑來確定其它尺寸D=cd圖

熱節(jié)圓直徑a)壁厚均勻b)壁面相交d—冒口根部直徑；D—鑄件補(bǔ)縮熱節(jié)處內(nèi)切圓直徑；C—比例系數(shù)。表

普通頂冒口尺寸關(guān)系類型H0/dDD1D2hH冒口延續(xù)度（%）應(yīng)用實(shí)例A型<5>5(1.4~1.6)d(1.6~2.0)d(1.5~1.6)D(1.8~2.0)D(2.0~2.5)D35~4030~35車輪、齒輪、聯(lián)軸器B型1<d<50(2.0~2.5)d(2.0~2.5)D30~35瓦蓋C型<5>5D=D=(1.3~1.5)D(1.4~1.8)D100100D型<5>5(1.5~1.8)d(1.6~2.0)d(1.3~1.5)D1.1D10.3H0.3H(2.0~2.5)D(2.5~3.0)D100制動(dòng)臂E型<5>5(1.3~1.5)d(1.6~1.8)d(1.1~1.3)D(1.3~1.5)D15~2015~20(2.0~2.5)D(2.5~3.0)D100制動(dòng)臂各種熱節(jié)點(diǎn)的模數(shù)計(jì)算方法：

1）測定熱節(jié)點(diǎn)中心和平板中心的凝固時(shí)間設(shè)鑄件平板厚度為T，凝固時(shí)間為τ，熱節(jié)點(diǎn)中心處凝固時(shí)間為τj，則熱節(jié)點(diǎn)模數(shù)：2）熱節(jié)圓當(dāng)量板（或桿）法把熱節(jié)部位看作熱節(jié)圓直徑為厚度的板或桿。①板件相交a.用1:1比例繪出相交節(jié)點(diǎn)的圖形。b.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;c.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;熱節(jié)點(diǎn)模數(shù)：r內(nèi)圓角半徑②桿件相交a.用1:1比例繪出相交節(jié)點(diǎn)的圖形b.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/3c.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

d.將熱節(jié)處看作厚度為Dr的桿件熱節(jié)點(diǎn)模數(shù)r內(nèi)圓角半徑③管與法蘭相交a.用1:1比例繪出相交節(jié)點(diǎn)的圖形b.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/3c.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

d.將法蘭看作厚度為Dr的角形桿用扣除非散熱面法計(jì)算熱節(jié)模數(shù)：3）用“一倍厚度法”求熱節(jié)模數(shù)。

溫度測定試驗(yàn)表明，離熱節(jié)處一倍壁厚以外的溫度，基本與壁體的溫度相同。因此，以圖示的陰影區(qū)作為計(jì)算熱節(jié)模數(shù)的依據(jù)。

對(duì)于齒輪輪緣和輻板間形成的T形熱節(jié)所進(jìn)行的分析計(jì)算表明：一般情況下，一倍厚度法所得模數(shù)值稍大，熱節(jié)圓當(dāng)量桿法所得模數(shù)次之，用扣除散熱面積法所得模數(shù)略小。總的來說，用上述不同方法計(jì)算出的模數(shù)值相近，皆能滿足工藝設(shè)計(jì)的精度要求。

舉例：求缸體模數(shù)缸底：直徑Ф400mm，側(cè)面為非冷面，可視為140mm厚的板件，M=14/2=7cm帽狀部分：看作板件，厚100mm，M=5cm缸體主壁：看作厚120mm的板，M=6cm上部平板部分：看作厚80mm板件，M=4cmФ120mm孔的四周部分:看作厚80mm的板件，M=4cm熱節(jié)：缸體主壁與斜壁相交處，熱節(jié)圓Ф180mm，看作180mm厚的當(dāng)量板，M=18/2=9cm補(bǔ)縮液量法1.計(jì)算原理：假設(shè)鑄件的凝固速度和冒口的凝固速度相等，也就是說，不考慮鑄件形狀對(duì)凝固的影響，這樣當(dāng)鑄件完全凝固時(shí)凝固厚度為壁厚的一半，冒口的凝固厚度也為鑄件厚度的一半。2.計(jì)算步驟：

首先假設(shè)冒口內(nèi)供補(bǔ)縮的金屬液是直徑為d0的球，當(dāng)鑄件凝固完畢時(shí)，d0為冒口直徑與鑄件厚度之差。即：

d0=D冒-T

D冒=d0+T

D冒—冒口直徑mm；

T—鑄件厚度mm因此，用于補(bǔ)縮鑄件收縮的金屬液體積為

V=（πd03）/6這一體積應(yīng)與鑄件被補(bǔ)縮部分總的體積收縮值相等。即V=（πd03）/6=εV件計(jì)算出鑄件體積V件，由上式可以求出d0，從而得到冒口直徑D冒。上述計(jì)算是假定冒口的高度與冒口直徑相等而進(jìn)行的，在實(shí)際生產(chǎn)中，為可靠起見，通常?。?/p>

H冒=（1.15—1.8）D冒補(bǔ)縮液量法應(yīng)用此法計(jì)算冒口時(shí)必須說明：1)從理論上說，冒口中補(bǔ)縮球的體積應(yīng)包括冒口本身液態(tài)凝固期的體收縮值，即

（πd03）/6≥ε（V件+V冒）

但是冒口的體積需依據(jù)假設(shè)的工藝出品率預(yù)先換算出來，反而增加了計(jì)算的不嚴(yán)密性。因此，這是一種近似的計(jì)算方法。而且，由于實(shí)用冒口高度比冒口直徑要大，故是安全的。根據(jù)一些工廠實(shí)際應(yīng)用的情況，效果良好，被認(rèn)為是一種較好的計(jì)算冒口的方法。補(bǔ)縮液量法2）對(duì)單件、小批量生產(chǎn)的大、中型鑄件，由于模樣的變形、起模的松動(dòng)、砂型在高溫下軟化縮沉因素以及在澆注后可能使型腔體積增大。所以嚴(yán)格計(jì)算時(shí)還應(yīng)加上這部分體積增量，體積增量可由重量增大率求出，可查表。3）注意校核冒口尺寸與鑄件壁厚的比例關(guān)系，以保證冒口晚凝固。4）上面的各種誤差可在估計(jì)冒口的補(bǔ)縮效率，選擇冒口的高度及控制澆注溫度和速度等方面得以補(bǔ)償。補(bǔ)縮液量法比例法1.原理：是一種經(jīng)驗(yàn)方法，其原理是以鑄件被補(bǔ)縮處熱節(jié)的內(nèi)切圓直徑乘以經(jīng)驗(yàn)系數(shù)得到冒口根部直徑，再利用乘經(jīng)驗(yàn)系數(shù)確定冒口高度H及其它冒口尺寸。比例系數(shù)是比例法應(yīng)用的關(guān)鍵，因?yàn)楸壤禂?shù)的取值范圍較寬，所以對(duì)設(shè)計(jì)者的工作經(jīng)驗(yàn)要求高，初學(xué)者較難掌握。2.設(shè)計(jì)步驟：1）先在1：1的零件圖上畫出分型面、加工余量、收縮率、工藝補(bǔ)正量后，估算出鑄件的毛重，測量或計(jì)算出該處熱節(jié)圓直徑，然后再按比例確定冒口尺寸。工藝補(bǔ)正量：由于選擇不合適；鑄型和型芯對(duì)鑄件收縮的阻礙；錯(cuò)箱；砂芯上浮等造成鑄件垂直壁的厚度與最低要求不相等，必須在這些地方加大一定尺寸，這加厚的尺寸叫工藝補(bǔ)正量。比例法2）確定輪緣上冒口補(bǔ)貼及冒口尺寸冒口補(bǔ)貼：按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

d1=（1.3—1.5）dy；

R1=R件+dy+（1－3），mmR2=（0.5－1.0）dy

，mmδ=5－15mm冒口尺寸用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：暗冒口：B冒=（2.2－2.5）dy明冒口：B冒=（1.8－2.0）dyA冒=（1.5－1.8）B冒；

H冒=（1.15－1.8）B冒。比例法3）冒口的補(bǔ)縮距離（冒口的相對(duì)長度L，又稱相對(duì)延續(xù)度）－冒口校核

L=各個(gè)冒口根部長度總和/鑄件受補(bǔ)縮部分的長度冒口根部長度要占到鑄件總長度的1/3左右才能夠保證鑄件的質(zhì)量。4）應(yīng)用圖表時(shí)應(yīng)注意的問題(1)冒口的根部直徑與熱節(jié)圓直徑的關(guān)系：d=（1.3-2.5）dy，dy較小時(shí)比例系數(shù)取上限，dy較大時(shí)比例系數(shù)取下限。(2)冒口高度H大時(shí)補(bǔ)縮壓力高，有利于補(bǔ)縮，但模數(shù)小，凝固時(shí)間減少，不利于補(bǔ)縮，應(yīng)恰當(dāng)選擇H與dy的比例。比例法三、鑄鋼件工藝出品率的校核表

碳鋼和低合金鋼鑄件的工藝成品率組別名稱鑄件重量/kg大部分鑄件壁厚

/

mm工藝出品率（%）明冒口半球型暗冒口I一般重要的小鑄件<100<2020~50>5054~6253~6052~5859~6758~6557~63特別重要的小鑄件<100<2020~50>5052~5851~5750~5657~6356~6255~61經(jīng)過長期的生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，各種鑄鋼件的工藝出品率如表

所示，可供校核之用。計(jì)算出的鑄件工藝出品率若大于表

中的數(shù)值，說明所設(shè)計(jì)的冒口可能偏?。环粗?，可能偏大。應(yīng)用普通冒口時(shí)，應(yīng)視不同情況加以調(diào)整。采用比較簡便的冒口計(jì)算方法時(shí)，容易出現(xiàn)偏差。顯然，采用補(bǔ)縮效率高的冒口類型會(huì)導(dǎo)致高的工藝出品率。表

中的數(shù)據(jù)并非不許超越的?？梢灶A(yù)料，隨著技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)管理水平的提高，鑄件的工藝出品率會(huì)逐漸提高的。組別名稱鑄件重量/kg大部分鑄件壁厚

/

mm工藝出品率（%）明冒口半球型暗冒口II一般重要的中等鑄件100~150<3030~60>6056~6454~6252~6061~6959~6757~65特別重要的中等鑄件100~150<3030~60>6054~6253~6050~5859~6758~6555~63III一般重要的大鑄件500~5000<5050~100>10057~6555~6353~6162~7060~6858~66特別重要的大鑄件500~5000<5050~100>10055~6353~6151~5960~6858~6656~64IV一般重要的重型鑄件>5000>5050~100>10058~6656~6454~6262~7060~6866~68特別重要的重型鑄件>5000>5050~100>10057~655~6353~6161~6959~6757~65V齒輪100100~500>50054~5855~5955~6058~6259~63VI齒圈1000>100056~6058~6259~6361~65VII外形或內(nèi)表面加工的圓筒活塞>100061~67

上述幾種冒口計(jì)算法中，比例法使用最簡便，但比例系數(shù)范圍較寬，需要豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)才能準(zhǔn)確地選擇比例系數(shù)。相對(duì)地，模數(shù)法比較科學(xué)。除此之外，有關(guān)文獻(xiàn)還介紹了其他計(jì)算法，均可供設(shè)計(jì)中參考。例題：鑄鋼件，材質(zhì)為ZG45，上下法蘭均需補(bǔ)縮。已知鑄件質(zhì)量為710kg，試求冒口數(shù)目、各部分尺寸雙法蘭鑄鋼件的冒口計(jì)算示意圖球鑄件模數(shù)?？紤]上下法蘭各方兩個(gè)冒口，每個(gè)冒口的補(bǔ)縮區(qū)域是半個(gè)法蘭，其模數(shù)根據(jù)角形桿組合體公式計(jì)算。求冒口、冒口頸模數(shù)。冒口模數(shù)：底部法蘭采用澆口通過的暗邊冒口，冒口頸模數(shù)：確定體收縮率。ZG45為5%。確定冒口形狀和尺寸(由表格查出)。頂冒口去模數(shù)為4.5的腰圓柱形冒口，其根部寬、長分別為170、380mm，單個(gè)冒口質(zhì)量為129kg。當(dāng)體收縮為5%時(shí)，每個(gè)冒口的最大補(bǔ)縮能力為280kg。底部暗冒口取4.5的圓形暗冒口，根部直徑240mm，高360mm，冒口頸寬240mm，頸高127mm。單個(gè)冒口重量為95kg，每個(gè)冒口最大補(bǔ)縮能力為195kg。校核冒口數(shù)目。用圓筒周長1256mm代替法蘭熱節(jié)中心周長。上下法蘭視為厚度為100mm，寬厚比為2：1的桿件。冒口區(qū)長度為150mm，冒口作用范圍為(240+2×150)×2=1080mm，略小于1256mm，說明暗冒口數(shù)目不足。如果氣密性要求不高，基本可以滿足需求。圖冒口的布置1-明頂冒口2-暗邊冒口校核冒口最大補(bǔ)縮能力。已知冒口的最大補(bǔ)縮能力的總質(zhì)量為280×2+195×2=950kg，而鑄件重量為710kg?？梢杂凶銐蚪饘俟╄T件補(bǔ)縮。第三節(jié)

鑄鐵件實(shí)用冒口的設(shè)計(jì)

了解鑄鋼件冒口設(shè)計(jì)與計(jì)算的原理，掌握冒口設(shè)計(jì)與計(jì)算的方法。概述

鑄鐵在凝固后期有“奧氏體+石墨“的共晶轉(zhuǎn)變，析出石墨而發(fā)生體積膨脹，從而可部分地或全部抵消凝固前期所發(fā)生的體積收縮，即，具備有“自補(bǔ)縮的能力”。因此在鑄型剛性足夠大時(shí)，鑄鐵件可以不設(shè)冒口或采用較小的冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。

對(duì)于一般低牌號(hào)的灰鐵鑄件，可不設(shè)置冒口，只放排氣口。但對(duì)高牌號(hào)的灰鑄鐵件，其產(chǎn)生的體積膨脹量不足以補(bǔ)償鑄件的液態(tài)和凝固體收縮，此時(shí)必須要設(shè)置冒口。一、球墨鑄鐵件的冒口設(shè)計(jì)

球墨鑄鐵冒口設(shè)計(jì)法可分為通用（傳統(tǒng)）冒口

設(shè)計(jì)和實(shí)用冒口設(shè)計(jì)法

通用冒口設(shè)計(jì)遵循定向凝固原則，依靠冒口的金屬液柱重力補(bǔ)償凝固收縮，冒口和冒口頸遲于鑄件凝固，鑄件進(jìn)入共晶膨脹期會(huì)把多余的鐵水?dāng)D回冒口

實(shí)用冒口設(shè)計(jì)遵循的原則是，讓冒口和冒口頸先于鑄件凝固，利用全部或部分的共晶膨脹量在鑄件內(nèi)部建立壓力，實(shí)現(xiàn)“自補(bǔ)縮”，使鑄件不出現(xiàn)縮孔、縮松缺陷實(shí)用冒口的工藝出品率高，鑄件質(zhì)量好，更實(shí)用實(shí)用冒口可分為直接實(shí)用冒口和控制壓力冒口1．直接實(shí)用冒口（又稱壓力冒口）

原理：利用冒口來補(bǔ)縮鑄件的液態(tài)收縮，而當(dāng)液態(tài)收縮終止或共晶膨脹開始時(shí)，冒口頸即行凝固用途：適用于高強(qiáng)度鑄型（如干型、自硬型等）生產(chǎn)的模數(shù)為0.48~2.5cm的鑄件（1）冒口和冒口頸冒口有效體積：是指高于鑄件最高點(diǎn)的那一部分的冒口體積，只有這部分金屬液才能對(duì)鑄件起補(bǔ)縮作用圖

鑄鐵的ε—t澆曲線ε—液態(tài)體收縮率t澆—澆注溫度

1—CE=4.3%2—CE=3.6%

冒口有效體積依鑄件液態(tài)收縮體積而定，一般比鑄件所需補(bǔ)縮的鐵液量大

共晶成分的鑄鐵，冒口有效體積取鑄件體積的5%

碳當(dāng)量低的鑄件，冒口有效體積取鑄件體積的6%式中M頸

——冒口頸模數(shù)（cm）M件——設(shè)置冒口部位的鑄件模數(shù)（cm）t澆——澆注溫度（℃）c——鐵液比熱容，c與鐵液溫度有關(guān)，在1150～1350℃范圍內(nèi)，c為835～963J/(kg·℃)l——鑄鐵結(jié)晶潛熱為（193～247）×103J/kg冒口頸的計(jì)算假定共晶溫度為1150℃，采用傳熱學(xué)原理，可以導(dǎo)出冒口頸模數(shù)M頸的計(jì)算公式：近似地確定冒口頸的模數(shù)M頸：圖

M件和M頸的關(guān)系圖設(shè)置冒口部位應(yīng)滿足的條件：

當(dāng)冒口頸凝固時(shí)，該部分的石墨化膨脹量能抵償所有更厚部分液態(tài)體收縮量，直到比它厚部分開始體積膨脹為止冒口頸的實(shí)際模數(shù)要比用上式計(jì)算的值略大。將上式修正成M件和M頸的關(guān)系圖，如圖13-7所示可以初步用來近似確定冒口頸的模數(shù)M頸。⑶

用澆注系統(tǒng)當(dāng)冒口

對(duì)于濕型鑄造，鑄件模數(shù)M件＜0.48的薄壁小型球鐵件，可用澆注系統(tǒng)代替冒口4.直接實(shí)用冒口的優(yōu)缺點(diǎn)

主要優(yōu)點(diǎn)：

l）鑄件工藝出品率高。

2）冒口位置便于選擇，冒口頸可很長。

3）冒口便于去除，花費(fèi)少。

主要缺點(diǎn)：

l）要求鑄型強(qiáng)度高。模數(shù)超過0.48cm的球鐵件，要求使用高強(qiáng)度鑄型，如干型、自硬砂型和v法砂型等。

2）要求嚴(yán)格控制澆注溫度范圍，±25℃。保證冒口頸凍結(jié)時(shí)間準(zhǔn)確。

3）對(duì)于形狀復(fù)雜的多模數(shù)鑄件，關(guān)鍵模數(shù)不易確定。為了驗(yàn)證冒口頸是否正確，需要進(jìn)行試驗(yàn)。

如果生產(chǎn)條件較好，鑄件形狀簡單，或鑄件批量大，能克服上述缺點(diǎn)，則應(yīng)用直接實(shí)用冒口能獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益。

2.控制壓力冒口(又稱釋壓冒口)⑴

基本原理

控制壓力冒口適用于在濕型中鑄造M件<2.5cm的球墨鑄鐵件。圖

控制壓力冒口示意圖a）澆注結(jié)束b）液態(tài)收縮c）膨脹回填控制壓力冒口（又稱釋壓冒口）

特點(diǎn)：利用部分共晶膨脹量來補(bǔ)償鑄件的凝固收縮用途：適用于砂型鑄造，模數(shù)為0.48～2.5cm的球鐵件澆注結(jié)束，冒口補(bǔ)給鑄件的液態(tài)收縮在共晶膨脹初期，冒口頸暢通，使鑄件內(nèi)部的鐵液回填冒口以釋放“壓力”應(yīng)用合理的冒口頸尺寸或一定的暗冒口容積控制回填程度使鑄件內(nèi)建立適中的內(nèi)壓來克服凝固收縮，從而獲得既無縮孔、縮松又能避免脹大變形的鑄件冒口頸的模數(shù)按下式確定：M頸=0.67M冒

（㎝）冒口模數(shù)M冒選定：圖M冒和M件的關(guān)系圖1—冶金質(zhì)量差2—冶金質(zhì)量好圖

需要補(bǔ)縮金屬液量和鑄件模數(shù)的關(guān)系

VT—設(shè)置冒口部位鑄件或熱節(jié)體積VC—鑄件需補(bǔ)縮體積

（1）冒口和冒口頸（1）冒口和冒口頸冒口以暗側(cè)冒口為宜，安放在鑄件厚大部位附近

冒口模數(shù)M冒與鑄件厚大部分的模數(shù)M件及冶金質(zhì)量有關(guān)冒口的有效補(bǔ)縮容積位于鑄件最高點(diǎn)以上依所確定的模數(shù)決定冒口尺寸，依冒口有效體積（高于鑄件制高點(diǎn)水平面的冒口體積）大于鑄件所需補(bǔ)縮體積加以校核?？刹捎枚堂翱陬i。冒口頸的模數(shù)依下式確定：M頸＝0.67M冒冒口頸的形狀可選用圓形、正方形或矩形。冒口的補(bǔ)縮距離

指由凝固部位向冒口輸送回填鐵液的距離圖

鐵液輸送距離和冶金質(zhì)量及鑄件模數(shù)的關(guān)系1—冶金質(zhì)量好2—冶金質(zhì)量中等3—冶金質(zhì)量很差

與鐵水的冶金質(zhì)量和鑄件的模數(shù)密切相關(guān)⑷

其他工藝保證措施①盡量采用內(nèi)澆道通過邊冒口引入的方式；②以采用大氣壓力暗冒口為宜；③內(nèi)澆道單獨(dú)設(shè)置時(shí)，宜采用扁薄形狀；④要求快澆；⑤宜高溫澆注。要求澆注溫度在(1371—1427)℃±25℃；⑥盡量采用冶金質(zhì)量好的鐵液；⑦適用于濕砂型鑄造模數(shù)M＝(0.48—2.5)cm的球鐵件，M=(0.75～2.0）cm的灰鐵件，要求鑄型硬度應(yīng)大于85⑸

鑄鐵件冒口的形式和參數(shù)相關(guān)鑄鐵件的冒口形式和參數(shù)可查閱相關(guān)手冊3.無冒口鑄造無冒口鑄造要求滿足下列條件：⑴

鐵液的冶金質(zhì)量好，液態(tài)和凝固收縮量小，減少縮孔和縮松傾向；⑵

球鐵件的平均模數(shù)應(yīng)在2.5cm以上，可獲得高的膨脹能力；⑶

使用強(qiáng)度高、剛性大的鑄型，杜絕型壁變形和抬箱；⑷

低溫澆注，澆溫控制在1300～1350℃，以減少液態(tài)收縮；3.無冒口鑄造無冒口鑄造要求滿足下列條件：⑸

快澆，防止鑄型頂部被過分地烘烤和減少膨脹的損失⑹

采用小的扁薄內(nèi)澆道，促使鑄件內(nèi)部盡快建立起共晶膨脹壓力；⑺

設(shè)置?20mm明出氣孔，均勻布置。二、灰鑄鐵件的冒口設(shè)計(jì)灰鑄鐵凝固特點(diǎn)：以層狀－糊狀方式凝固，共晶膨脹壓力小石墨片尖端伸向鐵液生長，“自補(bǔ)”能力好鑄件形成縮孔、縮松的傾向小

一般低牌號(hào)灰鑄鐵因碳硅含量高，石墨化比較充分時(shí)，不需設(shè)置冒口，只需安放排氣冒口即可

高牌號(hào)灰鑄鐵，當(dāng)其產(chǎn)生石墨化體積膨脹量不足以補(bǔ)償凝固收縮時(shí)，則應(yīng)設(shè)置冒口，但所需冒口體積較小灰鑄鐵件的冒口設(shè)計(jì)

1.冒口補(bǔ)縮距離灰鑄鐵件冒口

的補(bǔ)縮距離可參考圖13-11。

2.冒口計(jì)算灰鑄鐵件冒口尺寸至今主要靠經(jīng)驗(yàn)方法確定，可參考想過手冊。常用冒口的形式和參數(shù)如下表DR=(1.2~2.5)THR=(1.2~2.5)DRd=(0.8~0.9)Th=(0.3~0.35)DRDR=(1.2~2.5)THR=(1.2~2.5)DRa=(0.8~0.9)Tb=(0.6~0.8)TDR=(1.2~2.0)THR=(1.2~1.5)DRH=0.3HR澆道通過冒口時(shí)：d=(0.33~0.5)T澆道不通過冒口時(shí)：d=(0.5~0.66)T表

常用冒口的形式和參數(shù)注：1.T為鑄件的厚度或熱節(jié)圓直徑。

2.明冒口高度HR可根據(jù)砂箱高度適當(dāng)調(diào)整。

3.隨明頂冒口直徑DR增大，冒口頸處的角度取小值。

三、可鍛鑄鐵的冒口設(shè)計(jì)常采劇帶暗胃口的澆注系統(tǒng)，如圖所示。1.冒口補(bǔ)縮距離

可鍛鑄鐵冒口的補(bǔ)縮距離為鑄件厚度的4~4.5倍，厚壁鑄件取下限。2.冒口計(jì)算

①

熱節(jié)圓法

對(duì)于薄壁鑄件，且重量較大或較高的鑄件，取冒口直徑DR=（3~5）T；

對(duì)于一般鑄件，取冒口直徑DR=（2.2~3.0）T。T為鑄件的厚度或熱節(jié)圓直徑。冒口尺寸可參考相關(guān)過手冊。圖

可鍛鑄鐵件帶暗冒口的澆注系統(tǒng)

1—直澆道2—暗冒口3—冒口頸

4—鑄件5—橫澆道6—內(nèi)澆道

可鍛鑄鐵無石墨化膨脹，凝固收縮大，須用冒口補(bǔ)縮

為增強(qiáng)冒口的補(bǔ)縮作用，常用帶暗冒口的澆注系統(tǒng)2.冒口計(jì)算

②

模數(shù)法當(dāng)鑄件質(zhì)量大于1kg時(shí)，冒口的直徑（或體積）和冒口頸截面積（f）可由下圖查出。圖

確定可鍛鑄鐵件補(bǔ)縮冒口尺寸圖V—冒口體積D—冒口直徑f—冒口頸截面積

m—鑄件質(zhì)量M—鑄件模數(shù)．比例法表

可鍛鑄鐵件暗冒口尺寸暗冒口直徑D鑄件被補(bǔ)縮位置冒口頸截面積與鑄件被補(bǔ)縮部分熱節(jié)圓的截面積之比上型下型D=(2.2~2.8)TH=1.5Dh=0.25DH=DH=0.25D(1~1.5)∶1

注：1.對(duì)于壁厚較薄，但重要較大或形狀較高的鑄件，D/T的數(shù)值應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大，一般可取D=(3~4)T。

2.當(dāng)一個(gè)只暗冒口補(bǔ)縮兩個(gè)熱節(jié)區(qū)時(shí)，該暗冒口的直徑要相應(yīng)增大到表中數(shù)據(jù)的1.1~1.2倍；當(dāng)一只暗冒口補(bǔ)縮兩個(gè)以上的熱節(jié)區(qū)時(shí)，該暗冒口的直徑要相應(yīng)增大到表中數(shù)據(jù)的1.2~1.3倍。六、鑄鐵件的均衡凝固技術(shù)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。照均衡凝固，冒口設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的如下工藝原則：1.鑄鐵(灰鑄鐵、球鐵和蠕鐵)件的體收縮值與化學(xué)成分、澆注溫度有關(guān)，還和鑄件大小、結(jié)構(gòu)、壁厚、鑄型種類、澆注工藝方案有關(guān)。2.越是薄小件越要強(qiáng)調(diào)補(bǔ)縮，厚大件補(bǔ)縮要求低。3.鑄鐵件的冒口不必晚于鑄件凝固，冒口模數(shù)可以小于鑄件模數(shù)。應(yīng)充分石墨化膨脹的自補(bǔ)縮條件。4.冒口不應(yīng)放在鑄件熱節(jié)點(diǎn)上。要靠近熱節(jié)以利于補(bǔ)縮；又要離開熱節(jié)，以減少冒口對(duì)鑄件的熱干擾。這是均衡凝固的技術(shù)關(guān)鍵之一。5.開設(shè)澆冒口時(shí)，要避免在澆冒口和鑄件接觸處形成接觸熱節(jié)6.推薦采用耳冒口、飛邊冒口等冒口頸短、薄、寬的形式(見圖13-14)鑄鐵件冒口類型及結(jié)構(gòu)：圖4-46鑄鐵件推薦冒口類型及結(jié)構(gòu)示意圖3.冒口設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

對(duì)應(yīng)著鑄件收縮值正好等于膨脹值的時(shí)間，此時(shí)表觀收縮為零，即為冒口補(bǔ)縮的中止時(shí)間。

（1）收縮時(shí)間分?jǐn)?shù)pt

鑄鐵件表觀收縮時(shí)間AP與鑄件凝固時(shí)間AC之比值，即pt=AP/AC（或AP=Pt?AC）（3-5-24）在研究中，可用計(jì)算機(jī)對(duì)鑄件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，求得AC、AP及pt值；也可用截頸法，即時(shí)截?cái)嗝翱陬i，中斷對(duì)鑄件補(bǔ)縮的方法來測定表觀收縮時(shí)間AP。在生產(chǎn)中、則用觀測冒口或澆口杯液面停止下降的時(shí)間來判定AP值。

（2）收縮模數(shù)Mp

定義為均衡點(diǎn)P對(duì)應(yīng)的模數(shù)，即凝固時(shí)間為AP的鑄件模數(shù)Mp=f2Mc（3-5-25）式中Mc——鑄件模數(shù)；f2——收縮模數(shù)系數(shù)，f2=Pt1/2。

（3）周界商q

即鑄件形狀系數(shù)，q=Vc/Mc3。球體件具有最小的q值，qmin=113；正立方體的q=216；大平板件q=8xy（x為長厚比，y為寬厚比）。由此可見，薄壁的大平板件具有極大的q值。在模數(shù)等條件相同時(shí)，周界商大的鑄件在單位時(shí)間、單位表面積的散熱能力相對(duì)地小，這在某種意義上反映了鐵件的自補(bǔ)縮能力。

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值的大小表明了鑄件的形狀特征：形狀越接近簡單的實(shí)心球體，q越??；反之，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（4）鑄鐵件的補(bǔ)縮率

鑄件從冒口和澆口中得到的補(bǔ)縮液體體積與鑄件、冒口體積之比稱為補(bǔ)縮率F。

4.冒口設(shè)計(jì)的收縮模數(shù)法

（1）冒口模數(shù)

用公式（3-5-27）計(jì)算Mr=flf2f3Mc（3-5-27）式中Mr、Mc——冒口、鑄件的模數(shù)；f1——冒口平衡系數(shù)，為冒口原始模數(shù)與殘余模數(shù)之比，取f1=1.2；f2——收縮模數(shù)系數(shù)，f2=0.25～0.85，和鑄件模數(shù)、質(zhì)量、周界商有關(guān)；f3——安全系數(shù)，f3=1.1～1.5。

（2）冒口體積Vr

冒口體積Vr用（3-5-28）式計(jì)算（3）冒口頸模數(shù)Mn

理論上Mn應(yīng)等于鑄鐵件的收縮模數(shù)Mp。但因采用短、薄、寬的冒口頸，考慮到冒口和鑄件對(duì)冒口頸凝固的熱影響；鐵液流經(jīng)冒口頸時(shí)的流通熱效應(yīng)，冒口頸的凝固時(shí)間會(huì)延長，約為其幾何模數(shù)所達(dá)到的凝固時(shí)間的2～4倍。Mn=（f2/f’）Mc(3-5-30)式中f’——流通效應(yīng)的模數(shù)增大系數(shù)，f’=1.4～2，上限值用于壓邊冒口、冒口頸極短（1～3mm）的耳冒口和熱飛邊冒口。

5.冒口設(shè)計(jì)的分段比例法

小件：D=（1.2～2.0）T中件：D=（1.0～1.2）T大件：D=（0.6～1.0）T式中D——冒口直徑或冒口內(nèi)切圓直徑；T——鑄件壁厚或熱節(jié)圓直徑。對(duì)薄件和周界商大的鑄件取用上限值；反之，取下限值。

8.4特種冒口了解提高冒口補(bǔ)縮距離的措施、特殊冒口的特點(diǎn)及作用。概述普通冒口又稱自重壓力冒口，一般是靠冒口中金屬液柱的自重進(jìn)行補(bǔ)縮。其質(zhì)量約為鑄件質(zhì)量的40%～80%以上，工藝出品率低，去除冒口的工作量大。因此應(yīng)設(shè)法提高普通冒口的補(bǔ)縮效率，以提高鑄件的工藝出品率，主要措施：1.提高冒口中金屬液的補(bǔ)縮壓力，如采用大氣壓力冒口等。2.延長冒口中金屬液的保持時(shí)間，如采用保溫冒口、發(fā)熱冒口等一、

大氣壓力冒口在暗冒口頂部插放一個(gè)細(xì)砂芯，深入到冒口中心區(qū)。澆注后冒口表面結(jié)殼，外界大氣壓力仍可通過砂芯的間隙作用在內(nèi)部金屬液面上，從而增加了冒口的補(bǔ)縮壓力。圖

普通暗側(cè)冒口和大氣壓力側(cè)冒口a）普通側(cè)暗冒口b）大氣壓力側(cè)暗冒口c）帶吊砂的側(cè)暗冒口d）鑄鋼件用大氣壓力冒口舉例1－砂芯2－冒口3－鑄件4－內(nèi)澆道5－吊砂側(cè)冒口直徑D冒冒口頸最小尺寸l1

鑄件熱節(jié)圓直徑D之間關(guān)系：l1＝（1.3～1.7）D節(jié)D冒＝（2.0～2.5）D節(jié)機(jī)器造型的中、小鑄件多采用吊砂大氣壓力冒口

鑄鋼件多采用帶砂芯的大氣壓力冒口橢圓形冒口頸，則短︰長軸=1︰(1.2～1.5)二、發(fā)熱冒口及保溫冒口

1、發(fā)熱冒口發(fā)熱冒口是用發(fā)熱材料做成發(fā)熱套，造型時(shí)放入型中，形成冒口的型腔。在明冒口液面上要撒發(fā)熱劑，以防止頂面散熱過快。圖4-48發(fā)熱冒口a）發(fā)熱套b）發(fā)熱套暗冒口c）發(fā)熱套明冒口1－明冒口發(fā)熱套2－排氣孔3－型砂層4－出氣孔5－暗冒口6－明冒口頂上保溫劑7－明冒口四、保溫、發(fā)熱冒口1.發(fā)熱冒口發(fā)熱套材料由發(fā)熱劑、保溫劑及粘結(jié)劑三部分組成。為防止鑄件增碳，應(yīng)在發(fā)熱套根部做出一層10～40mm厚的型砂層。發(fā)熱冒口多用于小于?400mm的冒口。表4-10發(fā)熱套材料配方比例（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（單位：%）序號(hào)膨潤土木碳粉氧化鐵木屑水玻璃無煙煤粉植物油鋁屑水（另加）12..553.5101120??320～25（占發(fā)熱材料量）22.0?1523243024適量32.02515142515?4適量四、保溫、發(fā)熱冒口2.保溫冒口保溫冒口通常是采用蓄熱系數(shù)小的材料做成像發(fā)熱套那樣的保溫套。表4-10發(fā)熱套材料配方比例（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（單位：%）序號(hào)膨潤土木碳粉氧化鐵木屑水玻璃無煙煤粉植物油鋁屑水（另加）12..553.5101120??320～25（占發(fā)熱材料量）22.0?1523243024適量32.02515142515?4適量保溫冒口不宜過厚另外還有加氧冒口和電弧加熱帽口等（三）保溫、發(fā)熱冒口的計(jì)算

保溫冒口的凝固時(shí)間τE隨套的厚度δ增加而延長，因而，冒口增大系數(shù)E亦隨之變化。E=f（δ/ME）關(guān)系曲線如圖3-5-38所示。當(dāng)δ/ME>1后，E值變化甚微。因此，冒口套δ過厚是很不合算的?？深A(yù)先測出E=f（δ/ME）曲線，用來決定經(jīng)濟(jì)、合理的保溫套厚度。生產(chǎn)中為簡便，一般取δ=（1～1.5）ME。也可參考表3-5-11。市售的保溫冒口套E=1.3～2.4，冒口補(bǔ)縮效率為25%～45%。

圖4-49普通冒口和保溫冒口對(duì)比保溫冒口補(bǔ)縮效率為25％～30％冒口體積可減少50％左右延長冒口中金屬液態(tài)作用時(shí)間的方法還有加氧冒口和電弧加熱冒口三、易割冒口在冒口根部放一片耐火陶瓷或耐火材料制成的帶孔隔板，隔板上的孔相當(dāng)于冒口頸，冒口中金屬液通過細(xì)的冒口頸對(duì)鑄件補(bǔ)縮，冒口易于從鑄件上去除，稱為易割冒口。圖易割冒口結(jié)構(gòu)示意圖a,b-頂冒口用隔片c-邊冒口用隔片1,2,3-隔片使冒口易于從鑄件上去除。小冒口可用錘打掉，就是對(duì)于高韌性的鎳合金鋼鑄件，也可使用易割冒口，使去除冒口費(fèi)用大為降低。易割冒口冒口隔板（片）

隔片通常用白泥15%，耐火泥60%，膨潤土10%，耐火磚粉15%（均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)），另加水12%配制而成。

配制的隔片要經(jīng)自然干燥24h，再在1000～1100°C下焙燒2～3h即可。易割冒口結(jié)構(gòu)示意圖1－鑄件2－隔片3－暗冒口4－澆道易割冒口尺寸的確定：冒口直徑：D＝(2~2.5)T

（鑄件被補(bǔ)縮長度大于8T時(shí)）

D＝(1.5~1.8)T（鑄件被補(bǔ)縮長度小于8T時(shí)）冒口高度：H＝(1.5~1.7)D（明冒口時(shí)）H＝(2.0~2.2)D（暗側(cè)冒口時(shí)）表

易割冒口縮頸、隔片厚度與冒口直徑的關(guān)系

冒

口直徑D隔

片厚度d縮

頸孔直徑小

端d2大

端d1806253010073034120734401508344018010~1240468.5冷鐵

一、任務(wù)描述

了解冷鐵的作用、分類和特點(diǎn)，掌握冷鐵的應(yīng)用。

二、冷鐵簡介

冷鐵是為增加鑄件局部冷卻速度，在型腔內(nèi)部及工作表面安放的金屬激冷塊。冷鐵的作用：1.與冒口配合使用，擴(kuò)大冒口的有效補(bǔ)縮距離或范圍，提高鑄件工藝出品率，有效防止鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松；2.加快鑄件局部的冷卻速度，使鑄件同時(shí)凝固，防止鑄件變形和裂紋；3.強(qiáng)化鑄件特殊部位冷卻，改變鑄件金相組織，提高表面硬度和耐磨性；4.減輕和防止厚壁鑄件產(chǎn)生偏析。三、冷鐵的分類1.冷鐵分為內(nèi)冷鐵和外冷鐵。放置在型腔內(nèi)能與鑄件熔合為一體的金屬激冷塊叫內(nèi)冷鐵。內(nèi)冷鐵成為鑄件的一部分，應(yīng)和鑄件材質(zhì)相同。造型(芯)時(shí)放在模樣(芯盒)表面上的金屬激冷塊叫外冷鐵。外冷鐵可重復(fù)使用。2.冷鐵的常用材料：①

金屬材料：高碳鋼、普通碳素鋼、鑄件本體材料、鑄鐵、鑄銅、鑄鋁等②

非金屬材料：石