湿砂型铸造汽车球铁件冒口补缩工艺设计

湿砂型铸造汽车球铁件冒口补缩工艺设计

3半球道设计方法介绍3.1确定铸件截面焊接速度的精确描述还不够。对于简单形状,如立方体、平板、棒状等,假设厚度都是1in(25mm),但冷却的速度是不同的,用模数(体积/有效冷却表面积)来描述冷却的速度;而复杂形状的铸件,应分解成几个简单形状的单体并分别确定这些单体的模数。例如图27所示铸件,将其分解为几个简单的单体(见图28),计算公式如下:式中:V———铸件的总体积;CSA———铸件总的冷却表面积;A———任意一边;B———任意一边;C———不冷却的一边。关键模数MS=M3=1.8cm。当铸件包含有中空的截面,型芯的冷却效果可以近似地看成如下(见图29):若型芯的直径d小于铸件截面直径D的1/3,即d<1/3D,则型芯的冷却面积设为零;若1/3D<d<2/3D,则型芯的冷却面积设为50%;若d>2/3D,则型芯的冷却面积设为100%。另一种更仔细的考虑型芯对冷却效果的影响的方法是:根据型芯存在降低了铸件的冷却效果,相当于增大了铸件的截面厚度,在计算铸件模数时,应将铸件截面的计算厚度增大。用截面增大系数k(见表1)乘以截面厚度作为计算厚度。3.2浇注道条式的浇注根据“冒口选择树状图”(见图30),按以下原则来选择冒口类型。(1)根据铸型刚度和铸件模数来选择:软铸型,铸件模数大于0.4cm时,采用控制压力冒口(PCR)或锥形冒口(BR)设计;铸件模数小于0.4cm时,可采用浇道直接补缩。刚性铸型,铸件模数小于2.5cm时,采用直接实用冒口(DAR)设计;铸件模数大于2.5cm时,采用无冒口设计。(2)不同于钢、白口铁等,石墨铸铁的冒口设计要使铁液凝固时的膨胀能用来补缩。3.3冒口尺寸计算(1)决定铸件的关键模数MS;(2)估算铸型和铁液的质量,然后选择适当的冒口补缩方法;(3)决定相应的铁液输送模数(即冒口颈模数MN),和每个铸件所需冒口的数量;(4)选择冒口的类型,计算冒口的模数和尺寸大小(MR);(5)选择冒口颈类型,计算冒口颈尺寸;(6)校验冒口的有效补缩量是否满足铸件补缩的需要;(7)在选择冒口补缩方法的基础上选择浇注温度。4设计各种基本类型的伪造孔的基本方法4.1控制压力喷射4.1.1压力冒口补缩绝大多数湿型和壳型工艺生产的球铁铸件应当采用控制压力冒口补缩。其补缩机理是控制在冷却和凝固期间产生的石墨化膨胀压力,使其处于不产生二次收缩缺陷的最小压力和使铸型胀大的最大压力之间,见图31。4.1.2铸件缩缩和暗冒口(1)铸件和冒口浇满后浇注完成,见图31(a),铁液发生液态收缩;(2)冒口补偿铸型中铁液的收缩,见图31(b);(3)当铸型中铁液石墨化膨胀开始时,通过被加压的铁液从铸件“回补”再填充暗冒口来避免铸型的变形;(4)理想的冒口应使“回补”在石墨化膨胀结束前刚好将冒口再填满,见图31(c);(5)使铸型中的铁液处在低的正压力下,以防止二次收缩缺陷。4.1.3铸造冒口尺寸设计(1)决定铸件关键(最大的)模数MS;(2)根据铸件关键模数查#3卡片(图32)决定冒口颈模数MN;(3)根据铸件关键模数查#3卡片决定冒口模数MR;(4)选择暗冒口类型和计算冒口直径(图33);(5)主要的冒口设计参数以直径D表示;冒口高度=1.5×D,或当冒口颈安置在下型板时,冒口高度=1.5D+冒口颈高度;(6)用以下公式计算冒口颈尺寸:圆柱形或方形冒口颈直径或边长=4×MN;矩形冒口颈=3×MN/6×MN;或2.67×MN/8×MN;或2.5×MN/10×MN;或2.4×MN/12×MN。冒口颈尺寸度量以冒口颈底面尺寸为准;(7)为方便清除冒口,在冒口颈与铸件接触处需做出易断缺口,缺口的深度可达冒口颈与铸件接触处厚度的1/5。由于控制压力冒口颈较大,缺口是否做到位对清除冒口很关键,必要时在矩形冒口颈的三个面上都做易断缺口,具体见图34;(8)为进行浇注系统的设计计算和收得率的计算,确定冒口的体积(质量);冒口有效补缩体积:认为只有高于铸件最高点的冒口部分才有补缩铸件液态收缩的作用,按冒口直径和有效冒口高度x查#5卡片(图35)得有效补缩体积。将冒口的有效补缩体积和铸件需补缩体积比较,若冒口有效补缩体积小于铸件所需补缩体积,则应使用更大的冒口或多个冒口。(9)最大补缩距离应设定为10×MN。(1)冒口颈模数的大小与铁液的冶金质量有关,冒口颈模数除了用#3卡片查得外,还可由图36查得冒口颈计算系数f,然后按公式MN=f×MS计算。(2)另有冒口颈模数与冒口模数关系的经验公式:MN=0.67×MR,比#3卡片查得和由系数f计算的冒口颈要小一些,但对铸件清理更有利些。4.1.5内浇道模数mn的要求为了使控制压力冒口系统正确发挥补缩作用,必须使浇注系统在铸件浇注结束、冒口充满时迅速与冒口隔离。这一要求可以通过采用比冒口颈模数MN小得多的内浇道模数(MG)使之很快冻结来实现。为此目的,须使MG≤0.2MN,即采用薄、宽的内浇口截面,若因内浇口截面积需要,MG不能满足这个条件,则应增加内浇口数量以保持足够的总内浇道截面积,这样,单个内浇口的尺寸和模数减小,但浇注时间不变。4.1.6表型材料和冒口(1)图37为重型卡车轮毂铸件,质量75kg,在采用刚度较低的湿砂型时,由于在A处易存在缩孔缺陷,废品率很高。铸件关键模数MS=0.77in,即1.96cm。模板布置见图38。采用控制压力冒口方法设计冒口:将铸件截面分成3块(见图39)。分块(3)是铸件产生缩孔的关键部位,以M3作为铸件的关键模数,查#3卡片,MR=0.61in=1.55cm;选择暗冒口类型为Ⅱ型;冒口直径DR=4.91×MR=4.91×0.61=3.0in=7.61cm;冒口高度为1.5×3.0=4.5in=11.43cm,冒口窝高度=冒口颈高度,见图40。冒口颈模数及尺寸:查#3卡片,MN=0.40in=1.02cm;冒口颈形状为正方形,边长=4×MN=1.6in=4.07cm;冒口颈形状为圆柱型,直径=4×MN=1.6in=4.06cm;冒口颈形状矩形,短边=3×MN=1.2in,长边=6×MN=2.4in=6.10cm。验算冒口补缩体积:铸件质量150lb(68kg),铸件体积为150/0.25=600in3=9832.24cm3;铸件需补缩体积:4%×600=24in3=393.29cm3;冒口在铸件最高点以上部分的高度x=4.5in=11.43cm,查#5卡片,在冒口直径为3in(7.62cm)时有效补缩体积为25in3(409.68cm3)满足补缩要求。(2)图41为瑞士Emmenbrúcke铸造厂生产的转子,材料牌号:GGG40.3(即QT400-18,低温-20℃冲击韧度14J)。铸件质量26kg,湿砂型铸造,铸件关键模数MS=1.90cm,MA-A=1.30cm,MB-B=1.25cm,查冒口颈系数与关键模数的关系(图36)得f=0.6。冒口颈模数MN=0.6×1.9=1.14cm,从#3卡片中可知当铁液冶金质量较差时,铸件关键模数MS=1.90cm查得的冒口颈模数也是1.1~1.2cm,相对于MN=1.14cm,可查得冒口模数MR=1.37cm,采用Ⅱ型侧暗冒口,冒口直径DR=4.91×1.37=6.73cm,取DR=7.0cm,冒口高度1.5×7=10.5cm。由MN=1.14cm,采用方形冒口颈,冒口颈边长为4×1.14=4.56cm,取4.5cm×4.5cm。验算冒口补缩体积:铸件体积:26×1000/6.9=3768cm3,需补缩铁液体积4%×3768=150.72cm3,已知铸件最高点高度5.5cm,冒口高10.5cm,x=5.0cm,查#5卡片可知每个冒口可补缩铁液体积约120cm3,2个冒口则为240cm3>150.72cm3,满足补缩要求。(3)图42为瑞士Emmenbruck铸造厂生产的皮带轮,材料牌号为球铁GGG40,铸件单重20kg。水平湿砂型铸造,铸件关键模数MS=1.0cm。查冒口颈计算系数f与铸件关键模数的关系图,在铁液冶金质量较差时f=0.8,则MN=Fms=0.8cm。查#3卡片,在冶金质量最差时MN也为0.8cm。相对于MN=0.8cm,查#3卡片可得MR1=0.96cm,由于1个冒口补缩2个铸件,将冒口模数增加50%,即MR=0.96×1.5=1.44cm,选用Ⅱ型侧暗冒口,冒口直径DR=4.91×1.44=7.07cm,,取7.0cm,冒口高1.5×7.0=10.5cm。由MN=0.8cm,采用方形冒口颈,边长为4×0.8=3.2cm;冒口颈截面尺寸3.2cm×3.2cm。验算冒口补缩体积:铸件体积=20×1000/6.9=2898.5cm3,需补缩铁液体积:2×4%×2898.5=231cm3。若铸件分型面以上高度为5.0cm,则冒口在铸件最高点以上高度为10.5-5.0=5.5cm,查#5卡片,x=5.5cm,DR=7.0cm,可补缩铁液量为135cm3<231cm3,不能满足要求。加大冒口,DR=8.0cm,HR=12cm,x=7cm,查#5卡片,可补缩铁液量为231cm3,可满足要求。(4)图43,图44为巴基斯坦BFLKarachi铸造厂生产的前轮毂,材料牌号为球铁GGG40,铸件单重5.5kg,湿砂型,垂直分型DISA线生产,一型2件。铸件关键模数MS=1.0cm。若铁液冶金质量为中等,查#3卡片,可得MN=0.66cm;若查冒口颈计算系数与铸件关键模数,也可得f=0.66,冒口颈模数亦为MN=0.66cm。由MS=1.0cm查#3卡片,可得MR1=0.8cm,因冒口1补2,须将冒口模数增加50%,MR=1.5×0.8=1.2cm,选用类似于Ⅱ型冒口,冒口直径DR=4.91×1.2=5.89cm,取DR=6.0cm,冒口高度=1.5×6.0=9.0cm,冒口窝高2cm。由MN=0.66cm,采用矩形冒口颈,冒口颈截面尺寸:高=0.66×3=2.0cm,宽=0.66×6=4.0cm;铸件体积=5800/6.9=840.58cm3,2个铸件体积=1681.2cm3,需补缩铁液体积=2×4%×840.58=67.3cm3,从工艺图上可知x=4.5cm,查#5卡片可得冒口有效补缩体积为78cm3(>67.3cm3),满足要求。4.2圆锥形冒出式设计4.2.1冒口的设计特点1982年由RWHeine提出锥形冒口,其补缩原理与控制压力冒口完全相同,只是为了增强补缩效果及节约铁液而对普通控制压力冒口的一种改进。为改善补缩效果,在冒口中迅速产生“缩管”(缩孔)是很重要的,这样冒口中的铁液就能有效补缩到铸件中去。由于球铁中Mg的成分导致氧化表层,故在较低的温度球铁倾向于形成一层很薄的表皮,一旦冒口中形成这一表层,就使铁液与大气隔离,在冒口中产生真空,冒口将难以补缩。为此,冒口顶端往往设计一个V形槽或小窝,由于有如此小的顶面直径,将使缩管很快形成,为了有足够的补缩铁液体积,这种冒口必须设计得比传统冒口高些。通常冒口高度与直径的比例为1.5:1,对于锥形冒口,其高度与直径比例要按所需补缩金属量而定,通常补缩金属量设为铸件的4%,其中包括保险因素,这类冒口不取决于浇注温度,因为这种冒口是如此有效,能增加铸件的工艺出品率(实收率)达2%或更多,见图45。4.2.2冒口尺寸计算冒口尺寸由铸件关键模数和铸件质量计算而得,铸件模数和质量决定了所需补缩的铁液量,设计的方法是:(1)根据铸件质量计算铸件所需补缩量,公式为:铸件所需补缩量=4%×铸件质量;(2)按照所需补缩铁液质量在补缩铁液需要量表中(表2)选择冒口高度与冒口顶面直径比例和顶面直径;(3)根据以下公式,用铸件的关键模数来计算冒口尺寸:冒口直径=4×MS+冒口顶面直径;冒口高度=冒口高度与冒口顶面直径之比×冒口顶面直径;冒口补缩质量:由冒口顶面直径以及冒口高度与冒口顶面直径比例确定,见表2。相对于砂箱高度而言,尽可能采用较高的冒口;(4)冒口颈计算采用和控制压力冒口设计同样的方法;(5)计算举例:铸件质量=85kg,上箱高度=330mm,铸件的关键模数MS=15mm,所需补缩的铁液量=4%×85=3.4kg。从表2中选择顶面直径为50mm,高度与顶面直径比例为5:1的锥形冒口,并从表2中查得所需补缩铁液量为3.434kg,能满足所需补缩得铁液量(3.4kg)的要求。冒口底部直径=4×15+50=110mm,冒口高度=5×50=250mm。4.2.3冒口颈模数计算和设计(1)轮毂盘铸件:牌号为QT400-12,铸件质量2.85kg,湿砂型水平分型,铸件断面见图46。一型6件,3件一组共用一个冒口,型板布置见图47。铸件关键模数MS=1.0cm,冒口需补缩的铁液量为:2.85×4%×3=342g,从表2中选择顶面直径为20mm、冒口高度比为8:1的锥形冒口,补缩铁液量为352g,符合要求。单个铸件冒口底部直径=4×MS+冒口顶直径,现冒口1补3,每增加1个铸件,模数增加50%,MS=1+0.5+0.5=2cm,则冒口底部直径为4×2+2=10cm,冒口高度为2×8=16cm,取为160mm。从#3卡片中查得MS=1.0时冒口颈模数MN为0.65,取冒口颈高度A=1.7cm,冒口颈宽度B=5.0cm。按照控制压力冒口对内浇道的要求,内浇道模数MG=0.2MN=0.55×0.2=0.11cm,内浇道厚度为4×MG=4.4mm,考虑到有3个冒口颈,可取为5mm。(2)链节铸件,球铁牌号GGG80,铸件质量5kg,湿砂型铸造,铸件关键模数1.50cm,一型2件,合用一个冒口,见图48。铸件需补缩铁液量为4%×5kg×2=400g,在表2中选取顶面直径2.5cm、冒口高度比6:1的锥形冒口。补缩铁液量为577g(用中间插入法),满足要求。冒口底部直径=4×MS+冒口顶面直径,因1个冒口补2个铸件,冒口需增强,MS=1.5×1.5=2.25cm,则冒口底部直径=4×2.25+2.5=11.5cm,冒口高度为2.5×6=15cm。由MS=1.5cm查#3卡片,取冒口颈模数为0.8cm,冒口颈尺寸2.1cm×6.5cm。(3)轮毂铸件,球铁牌号GGG40,1个冒口补缩4个铸件,见照片图49。铸件关键模数MS=1.0cm,每个铸件重2.5kg,湿砂型铸造。铸件需补缩的铁液量为4%×2.5×1000=100g,4个铸件共需补缩铁液4×100g=400g。在锥形冒口补缩铁液量表中查得高度比为5:1、顶面直径为3.0cm的冒口,其可补缩铁液量为741g,能满足要求。由于冒口1补4,冒口需增强,按每增1个铸件增强50%计,冒口底面直径=4×2.5×MS+冒口顶面直径=4×2.5×1.0+3.0=13.0cm;冒口高度=5×3.0=15cm。冒口颈模数由MS=1.0cm,查#3卡片得MN=0.7cm,冒口颈尺寸为1.8cm×6.5cm。4.3.1次膨胀压力补偿直接实用冒口的作用仅是为了补偿铸件的液态收缩,在液态收缩终止或共晶膨胀开始时,冒口颈即行凝固,利用铸件全部共晶膨胀压力补偿铸件的二次收缩以消除铸件的缩松(又可称全压力冒口)。为此,冒口颈必须在液态收缩结束时及时凝固,故其冒口颈要比前述控制压力冒口颈小,有利于冒口的清除。因冒口只能补偿铸件的液态收缩,因此要求铸型是刚性的,能承受铁液冷却和凝固期间的全部膨胀压力。由于冒口能补偿液态收缩,所以可采用比无冒口设计时更高的温度来浇注较薄截面的铸件。4.3.2刚性铸型应注意的问题根据以上原理,必须满足以下条件时,直接实用冒口设计才是安全的:(1)当采用湿砂型或不填砂的壳型等低刚度铸型时,铸件关键模数MS≤0.4cm;(2)若MS>0.4cm,铸型必须是干型、充分紧实的自硬砂型、水泥砂型、V法砂型等刚性铸型;(3)铸件的浇注温度波动最好不超过±14℃。由于直接实用冒口仅补偿液态收缩,凝固收缩和二次收缩靠石墨化膨胀自补缩,因此与压力控制冒口不同,其关键模数可以取铸件分体中最小部分的模数,因为此处的共晶膨胀最先开始,只要这部分的膨胀量足以补偿相邻较大分体在共晶膨胀前的收缩量,那就可以取最小部位的模数作为关键模数,并将冒口设置在较小的分体部分,这样冒口和冒口颈都可较小。当然,也可在较大分体部位设置直接实用冒口,并取较大部位的模数作为关键模数,这样冒口和冒口颈要比前者大。4.3.4“均衡凝固”的提出在介绍了直接实用冒口铸件关键模数的确定后,需要特别联系到“均衡凝固技术”关于“冒口设置要离开铸件热节,冒口不必晚于铸件凝固,冒口尺寸可小于铸件热节,以及使用短、薄、宽小冒口颈”的观点,笔者认为均衡凝固技术可能是从直接实用冒口概念引伸发展而来,至少在结论上有类同之处。然而直接实用冒口如上所述,有一定的适用条件,因此“均衡凝固技术”关于冒口和冒口颈设计的原则,即便有道理,也仅在一定的使用条件下适合。并不能推广至所有铸铁件的冒口工艺设计,例如湿型大批量生产的汽车中小球铁件。4.3.5浇注温度的确定由于直接实用冒口的冒口颈须在铸件共晶凝固前及时凝固,因此铸件的浇注温度控制十分重要。可根据冒口设置处铸件的壁厚,由图50选择合适的浇注温度,同时注意控制浇注温度的波动范围以符合上述的适用条件。4.3.6冒口颈模数的测量为使冒口颈在关键模数铸件分体液态收缩结束、共晶膨胀开始时及时凝固,应使关键分体冷却到共晶温度时单位表面散出的热量等于冒口颈冷却到凝固时单位表面散出的热量。前者为:Q/S=MS(Ty-1150)×C×R后者为:Q/S=MN(Ty-1150)×C×R+MN×L×R=MN×R[C(Ty-1150)+L]式中:Q——散出的热量/J;S———表面积/cm2;MS———关键模数/cm;Ty———浇注完毕后的铁液温度/℃;C———比热(对铸铁:0.84J/℃·g);R———密度(对铸铁:7g/cm3);L———熔化潜热(对于铸铁:209J/g);MN———冒口颈模数/cm。由MS(Ty-1150)×C×R=MN×R[C(Ty-1150)+L]可导出冒口颈模数的计算公式:MN=MS(Ty-1150/Ty-1150+L/C),由于L/C=250℃,所以冒口颈模数计算公式可简化为:MN=MS(Ty-1150/Ty-900)。使用这个公式时有两个问题:一是Ty不是易测量的浇注温度而是浇注完毕的铁液温度,测量不现实,只能估算;二是实际上冒口颈区域比铸件关键分体要热,铸件越大越是这样,用此公式,对于较大的铸件,计算的冒口颈可能偏大。4.3.7浇注系统的面尺寸为了方便使用,国外学者在考虑浇注时的温度损失、铸件外壳凝固的热损失和冒口颈热量对冒口颈凝固时间的影响,将上述公式修正成图51。根据MS,可用此图来查得冒口颈模数MN。根据MN,计算冒口颈截面尺寸:对于圆截面,直径=4×MN;对于方截面,边长=4×MN;对于矩形截面,短边=3×MN,长边=6×MN;要求冒口颈的长度≥5×截面最小尺寸。这一特点对于直接实用冒口应用并不是一个障碍,长冒口颈反而为冒口的设置提供了灵活性,图52所示铸件只需一个冒口。若直接实用冒口应用在MS≤0.4cm的薄铸件上时,因冒口颈模数小,内浇道可以取代冒口颈作用,而直浇道和横浇道可以取代冒口作用,故可直接采用浇注系统补偿液态收缩。此时,浇道截面应符合MN的要求。当MS>0.4cm时,必须采用刚性铸型,并用直接实用冒口来补偿液态收缩,当MS>2.5cm时,则可采用无冒口技术。4.3.8铁液收缩量单(1)直接实用冒口的大小以铸件液态收缩体积而定;(2)若铸件浇注温度为1400℃,浇注充型中降温约50℃,铁液每降低100℃的液态收缩量为1.6%~1.8%,铁液从1350℃降至1150℃的液态收缩量为2.0×(1.6~1.8)=3.2%~3.6%,故取液态收缩量4%是安全的。(3)冒口设计应使有效补缩体积大于铸件的液态收缩,若已知铸件需补缩的铁液体积和铸件高度,即可从#5卡片查得冒口的直径和高度。4.4适用于保温或加热通道的应用4.4.1热冒口的设计发热冒口或保温冒口的作用是能采用更小的冒口或可采用冷冒口(浇道不进入的冒口,例如顶冒口和孤立冒口)。普通冒口只能利用冒口体积的14%作为补缩金属体积,而发热冒口则能提供最多达70%的补缩金属体积。此类冒口也可按照待补缩铸件的关键模数来设计,此时一般可以用相对小的冒口来补缩铸件。一般的发热和保温冒口可增加有效模数,保温冒口的有效模数相当于普通冒口的1.3~1.4倍,热冒口的有效模数相当于普通冒口的1.4~1.5倍。国外有一种特殊的、称为“迷你冒口”的冒口系统是一种小的发热冒口,这种冒口有效模数可为普通冒口的2.3倍。4.4.2周界商q的确定保温或发热冒口同样需测量或计算铸件的关键模数以及铸件质量来确定冒口的尺寸,只不过按不同型号发热或保温冒口的性能将冒口缩小1.3~1.5倍,还要验算冒口尺寸能否满足补缩铁液量的需要。此时铸件实际需补缩铁液量是铸件质量的3%~5%,这个比例取决于铸型刚度、铁液冶金质量和浇注温度。采用保温冒口时,冒口补缩效率η=冒口补缩体积/冒口初始体积,为25%~45%。η的大小取决于铸件的体积周界商Q,铸件的体积周界商按公式Q=VC/MC3计算。式中VC———铸件体积/cm3;MC———铸件模数/cm。周界商是描述铸件密实程度的参数,也可反映铸件结构中厚壁与薄壁的搭配。在铸件模数相同时,周界商小,铸件密实度大,厚实,薄壁部分不丰富。反之,周界商大则铸件密实度小,薄壁部分丰富。直径为a的球体与其外切的等边圆柱体、立方体有相同的模数,但周界商不同,球体Q=113,等边圆柱体Q=170,立方体Q=216。保温冒口的补缩效率η与周界商Q的关系见表3。在采用发热冒口时,根据国外铸造专家的经验,冒口的最大利用率(即有效补缩体积)不应超过其体积的70%,最大取η为2/3。4.4.3发热冒口模数、无冒口窝冒口有一个关键模数为2.5cm、质量为20kg的球铁铸件,发热冒口可按如下计算:由MC=2.5cm,查#3卡片,MR=1.5cm,由于热冒口有效模数会增加至普通冒口的1.43倍,故发热冒口的有效模数:MGH=MR/1.43=1.5/1.43=1.05cm,选用Ⅰ型无冒口窝冒口。冒口直径D=1.05×5.68=5.96cm,取D=6cm;冒口高H=6×1.5=9.0cm;冒口体积V=(1+0.75)/2×D2×H×0.785=222.5cm3;冒口质量G=222.5×6.9=1535g;铸件需补缩铁液量为20×1000×4%=800g,发热冒口可补缩铁液量为1535g×0.67=1028g>800g,冒口能满足铸件补缩铁液需要。4.4.4易割冒口片片在使用发热和保温冒口时,冒口颈设计也是非常重要的,有必要采用一种位于铸件和冒口之间的易割冒口片。易割冒口片中的孔径应为冒口直径的1/3,过小会影响补缩效果,过大不利于冒口的清除。所有的发热冒口中都含有Al和其它与之反应的元素,这些元素可能会引起石墨球化衰退,此外,这些元素进入砂处理系统,尤其是在没有烧掉的情况下,可能会引起铸件的“发裂”。4.5其他进口设计方法和评估除了以上论述的各类冒口设计方法外,还需要介绍其它一些冒口的设计方法。4.5.1铸造质量周界商收缩模数法冒口设计中冒口模数的计算公式:式中:MR———冒口模数;f1———冒口平衡系数;f2———收缩模数系数;f3———冒口压力因素;MC———铸件模数。冒口平衡系数f1的概念是冒口模数MR与冒口补缩终了时的残余模数MR残之比。补缩过程中冒口模数逐渐减少并趋近于铸件收缩模数MS,即:冒口平衡系数f1=MR/MR残=MR/MS。f1的大小与铸件的质量周界商有关(Qm=GC/MC3,与体积周界商概念相同,但体积周界商无单位,质量周界商的单位是kg/cm3)。冒口平衡系数f1、冒口补缩效率η和铸件质量周界商取值见表4。均衡凝固理论将铸件凝固过程设定为先收缩后膨胀,因此铸件收缩阶段时间AP小于铸件的总凝固时间AC,AP/AC=PC,PC为收缩时间分数,而收缩模数系数。PC的计算,根据试验数据的回归分析得到的近似公式为:冒口压力系数f3是冒口的安全余量,保证冒口补缩终了时,冒口中还应有一定的铁液,以形成最后补缩铁液的压力。f3也与铸件的质量周界商有关,其取值见表5。对于单个冒口同时对多个铸件补缩的情况,即“一冒双补”或“一冒多补”的情况。在计算冒口模数时,需将f1增大,可由下式计算:N为单个冒口补缩铸件的数目。对于多个冒口共同补缩一个铸件的情况,f1将减小,可由式f1J=(f1-1/N)+1近似计算。4.5.2铸造工艺参数的确定计算公式为:MN=fp×f2×f4×MCMC———铸件模数;fp———流通效应系数;f4———冒口颈长度系数;f2———收缩模数系数。流通效应系数fp表示冒口颈在补缩过程中的流通效应,fp=MN/MS=MN/f2MCfp=0.45~0.65。热冒口大的铸件取fp=0.45,热冒口小的铸件取fp=0.50,冷冒口铸件取fp=0.50~0.65。冒口颈长度系数f4取值,按表6选取。由于f2的计算中需进行自然对数e的指数运算,不甚方便,为此在收缩模数法的基础上,制成列表。可提供直接查表确定冒口和冒口颈模数,称为收缩模数列表法冒口设计。4.5.4pcr查表法和收缩模数法(1)用收缩模数法对前述控制压力冒口实例的计算和对比实例1:重型卡车轮毂铸件,铸件模数MC=1.96cm,铸件质量GC=75kg,铸件质量周界商Qm=GC/MC3=75/1.96=9.96kg/cm3,收缩时间分数:,查表得冒口平衡系数f1=1.20,查表得冒口压力系数f3=1.30。冒口模数计算:MR=1.2×0.5×1.3×1.96=1.53cm,与控制压力冒口实例1查图表所得MR=0.61in=1.55cm,基本一致。但若用收缩模数列表法查得f1=1.41,f2=0.5,f3=1.30,MR=1.83cm,则要比PCR查表法得到MR大很多。冒口颈计算:fp=0.5,f4=0.9,f2=0.5,则MN=0.5×0.5×0.9×1.96=0.44cm;若用收缩模数列表法查得MN=0.5cm;都要比PCR查表法得到MN=0.4in=1.02cm小很多。对控制压力冒口中4个实例,分别用收缩模数法和收缩模数列表法计算冒口与冒口颈模数,并将结果与PCR查表法比较,如表7。(2)对收缩模数法和收缩模数列表法的分析评价分析表7中计算结果可知:(1)用收缩模数法计算的冒口模数与控制压力冒口(PCR)图表法得到得冒口模数基本相同或稍大,仅在“一冒多补”情况下,因仅将f1超过1.0的部分加倍,冒口模数可能小于PCR法将冒口模数增加50%的结果。(2)用收缩模数列表法查得的冒口模数则因表中f1数值偏大而使结果较PCR法大。(3)均衡凝固理论强调要充分利用石墨化膨胀和收缩动态叠加的自补缩以减小补缩冒口,甚至认为冒口直径可以小于铸件热节,但由其推出的冒口计算法中由于多个系数相乘缘故,实际结果却反而与传统