冒口种类及补缩原理

第讲冒口种类及补缩原理作业P2893、4、7第14讲冒口的种类及补缩原理冒口的种类通用冒口补缩原理合金收缩的三个阶段缩孔和缩松都使铸件的力学性能下降，缩松还使铸件在气密性试验和水压试验时出现渗漏现象。生产中可通过在铸件的厚壁处设置冒口的工艺措施，使缩孔转移至最后凝固的冒口处，从而获得完整的铸件，如以下图所示，冒口是多余局部，切除后便获得完整、致密的铸件；也可以通过合理地设计铸件结构，防止铸件局部金属积聚，来预防缩孔的产生。阀体的冒口补缩

什么是冒口？

冒口是铸型内用以储存金属液的空腔，在铸件形成时补给金属，有防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用。习惯上把冒口所铸成的金属实体也称为冒口。

冒口的作用(1)补偿铸件凝固时的收缩。即将冒口设置在铸件最后凝固的部位，由冒口中的合金液补偿其体收缩，使收缩形成的孔洞移入冒口，防止铸件产生缩孔、缩松缺陷。(2)调整铸件凝固时的温度分布，控制铸件的凝固顺序。(3)排气、集渣。(4)利用明冒口观察型腔内金属液的充型情况。表3-5-5常用合金的收缩率ε3〕用“一倍厚度法〞求热节模数。②阶梯形铸钢件的冒口补缩距离比板形大。2〕铝合金按有无特殊措施分为：3〕可锻铸铁冒口的补缩距离为4～4.冒口附近有热节或铸件尺寸超出冒口补缩距离，利用补贴可造成向冒口的补缩通道，实现补缩，消除铸件热节下的缩孔，延长补缩距离，减少冒口的数量。5〕尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件。只有在湿型或壳形铸造较厚的球墨铸铁件时，才有必要采用传统冒口。1〕在两个冒口之间安放冷铁，相当于在铸件中间增加了激冷端，使冷铁两端向着两个冒口方向的温度梯度扩大，形成两个冷铁末端区，显著地增大了冒口的补缩距离。即将冒口设置在铸件最后凝固的部位，由冒口中的合金液补偿其体收缩，使收缩形成的孔洞移入冒口，防止铸件产生缩孔、缩松缺陷。〔2〕模数法计算冒口原理冒口的补缩距离：即冒口的有效补缩距离，它是冒口作用区和末端区长度之和，是确定冒口数目的依据。〔2〕模数法计算冒口原理注意：不管铸件的形状如何，只要它们的模数相等，其凝固时间就相等或相近。一、冒口的种类

明冒口暗冒口顶冒口侧冒口贴边冒口它在轻合金铸件、铸铁件及中小型铸钢件的生产中多使用明冒口。

〔1〕明冒口一般都设置在铸件顶部与大气相通，排气及浮效果较好。如需要补缩的局部与铸型顶面的距离较大，或冒口的上部受到铸件另一局部结构的阻碍以及在高压釜中浇注时，常常采用暗冒口。

〔2〕暗冒口可设置在铸件的任何位置上。一般设于铸件最高位置或热节部位的上面，这样补缩压力大，补缩效果好，而且浮渣和排气也比较容易。

〔3〕顶冒口常采用明冒口的形式。

侧冒口也有明冒口和暗冒口两种形式，依热节在铸件所处的位置而定。〔4〕侧冒口

当铸件的热节部位处于铸件的侧面和下部时，应选用。需要加比较大的补贴工艺余量，才能充分发挥贴边冒口的补缩作用〔5〕贴边冒口介于顶冒口和侧冒口之间的冒口。适用于铸件的厚大部位处于铸件的中、下部而垂直壁厚又比较小的情况。板壁相交处圆角半径取壁厚的1/3已足够，即r=a/3或r=b/3;如果生产条件与上述试验条件有差异时，需要把图3-5-13查出的补贴厚度乘一个补偿系数。考虑砂尖角对凝固时间的影响时，作图时让热节圆的圆周线通过r的中心，量出热节圆半径R;对重要部位的热节用扩大滚圆法。考虑砂尖角对凝固时间的影响时，作图时让热节圆的圆周线通过r的中心，量出热节圆半径R;考虑砂尖角对凝固时间的影响时，作图时让热节圆的圆周线通过r的中心，量出热节圆半径R;②η为冒口的补缩效率，考虑砂尖角对凝固时间的影响时，作图时让热节圆的圆周线通过r的中心，量出热节圆半径Dr;与大气相通，排气及浮效果较好。底注式，碳钢及低合金钢铸件对碳钢和低合金钢而言，k=(0.为了实现补缩，冒口与铸件上被补缩部位之间必须存在补缩通道，同时他还必须满足以下两个条件：冒口的有效补缩距离与合金种类、铸件结构、几何形状以及铸件凝固方向上的温度梯度有关，也和凝固时析出气体的反压力及冒口的补缩压力有关。5〕尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件。用1:1比例绘出相交节点的图形。

冒口形状有圆柱形、球顶圆柱形、长〔腰〕圆柱形、球形及局球形等多种。图3-5-1为常用冒口种类。

在冒口体积相同的情况下，球形冒口的散热面积最小，模数最大，凝固时间最长，补缩效果最好，其它形状冒口的补缩效果，依次为圆柱形、长方体形等。

二、通用冒口补缩原理1.根本条件设计的通用冒口应遵守顺序凝固的根本条件：(1)冒口的凝固时间应大于或等于铸件〔被补缩局部〕的凝固时间。(2)冒口应有足够大的体积，以保证有足够的金属液补充铸件的液态收缩和疑固收缩，补偿浇注后型腔扩大的体积。(3)在铸件整个凝固的过程中，冒口与被补缩部位之间的补缩通道应该畅通，即使扩张角始终向着冒口。〔4〕还需要注意将冒口与浇注系统、冷铁、工艺补贴等配合使用，使铸件在较大的温度梯度下，自远离冒口的末端区逐渐向着冒口方向实现明显的顺序凝固。2.选择冒口位置的原那么

1〕冒口应就近设在铸件热节的上方或侧旁。

2〕尽量设在铸件最高、最厚的部位。对低处的热节增设补贴和使用冷铁〔图3-5-2〕，造成补缩的有利条件。3〕冒口不应设在铸件重要的、受力大的部位，以防组织粗大降低强度。4〕冒口位置不要选在铸造应力集中处，应注意减轻对铸件的收缩阻碍，以免引起裂纹。注意：不管铸件的形状如何，只要它们的模数相等，其凝固时间就相等或相近。板壁相交处圆角半径取壁厚的1/3已足够，即r=a/3或r=b/3;碳钢铸件的冒口补缩距离如图3-5-5所示。把热节部位看作热节园直径为厚度的板或杆。板壁相交处圆角半径取壁厚的1/3已足够，即r=a/3或r=b/3;铸件形状系数q，又称周界商，定义为铸件体积V铸件与其模数的立方M3铸件的比值，即：5〕尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件。将法兰看作厚度为Dr的角形杆，冒口是铸型内用以储存金属液的空腔，在铸件形成时补给金属，有防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用。1〕铜合金②η为冒口的补缩效率，1〕在两个冒口之间安放冷铁，相当于在铸件中间增加了激冷端，使冷铁两端向着两个冒口方向的温度梯度扩大，形成两个冷铁末端区，显著地增大了冒口的补缩距离。必须满足：实心球体的q=113，最小，大平板件的q很大；宽度：B=B冒

5〕尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件。〔图3-5-3〕

6〕冒口布置在加工面上，可节约铸件精整工时，零件外观好。

7〕不同高度上的冒口，应用冷铁使各个冒口的补缩范围隔开。〔图3-5-4〕3.冒口的有效补缩距离确实定冒口的末端区：在远离冒口的一端由于铸件存在边角，补缩通道扩张角比较大，凝固时易于补缩，此区域称为末端区。冒口的补缩距离：即冒口的有效补缩距离，它是冒口作用区和末端区长度之和，是确定冒口数目的依据。

冒口的有效补缩距离与合金种类、铸件结构、几何形状以及铸件凝固方向上的温度梯度有关，也和凝固时析出气体的反压力及冒口的补缩压力有关。〔1〕铸钢件冒口的补缩距离碳钢铸件的冒口补缩距离如图3-5-5所示。更精确的数据可依图3-5-6曲线查出。可见：①冒口区长度和末端区长度都随铸件厚度增大而增大，且随截面的宽厚比减少而减小。薄壁件比厚壁铸件更难于消除轴线缩松，而杆件比板件补缩难度大。②阶梯形铸钢件的冒口补缩距离比板形大。〔图3-5-7〕③冒口的垂直补缩距离至少等于冒口的水平补缩距离。用1:1比例绘出相交节点的图形。表3-5-6冒口的补缩效率η宽度：B=B冒③冒口的垂直补缩距离至少等于冒口的水平补缩距离。外冷铁之间距离为0.习惯上把冒口所铸成的金属实体也称为冒口。3〕用“一倍厚度法〞求热节模数。(wAl=9%,wFe=4%)铸件的模数和凝固时间τ之间的关系遵守平方根定律：各种热节点的模数计算方法：如果生产条件与上述试验条件有差异时，需要把图3-5-13查出的补贴厚度乘一个补偿系数。可设置在铸件的任何位置上。4〕补贴尺寸确定铸件形状系数与冒口补缩效率的关系空心圆柱体的模数：M=a/2〔2〕铸铁件通用冒口的补缩距离

1〕高牌号灰铸铁的共晶度低，结晶温度范围宽，共晶转变前析出奥氏体阻碍补缩，所以冒口补缩距离小。2〕球墨铸铁具有糊状凝固特性，采用通用冒口补缩效果较差。只有在湿型或壳形铸造较厚的球墨铸铁件时，才有必要采用传统冒口。3〕可锻铸铁冒口的补缩距离为4～4.5倍壁厚。铸件壁厚δ水平补缩垂直补缩湿型湿型湿型壳型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－球墨铸铁冒口的补缩距离〔3〕有色合金的冒口补缩距离1〕铜合金锡青铜和磷青铜凝固范围宽，呈糊状凝固，冒口的有效补缩距离短，易出现缩松。无锡青铜和黄铜凝固范围窄，冒口补缩距离大。铜合金冒口的补缩距离①合金种类铸件形状末端区长冒口区长补缩距离锡锌青铜(wSn=8%,wZn=4%)板件杆件

②0锰铁黄铜(wCu=55%,wMn=3%,wFe=1%)板件铝铁青铜(wAl=9%,wFe=4%)板件①在干型，水平浇注条件下测出。②——板厚或杆的边长2〕铝合金共晶型铝合金的冒口补缩距离为4.5T。非共晶型铝合金的冒口补缩距离为2T。成分为w(Si)≈7%，w(Cu)≈4%的合金，冒口补缩距离为零。〔4〕外冷铁的影响1〕在两个冒口之间安放冷铁，相当于在铸件中间增加了激冷端，使冷铁两端向着两个冒口方向的温度梯度扩大，形成两个冷铁末端区，显著地增大了冒口的补缩距离。2〕把冷铁置于板或杆件末端时，铸铁末端区长度略有增加。3〕多边布置多块冷铁，可大大延长冷铁末端区的长度。外冷铁之间距离为0.5～1倍于冷铁长度。〔5〕补贴的应用1〕什么是补贴？为实现顺序凝固和增强补缩效果，在靠近冒口的铸件壁厚上补加的倾斜的金属块称为补贴，也称衬补、增肉。2〕补贴的作用冒口附近有热节或铸件尺寸超出冒口补缩距离，利用补贴可造成向冒口的补缩通道，实现补缩，消除铸件热节下的缩孔，延长补缩距离，减少冒口的数量。

3〕补贴的种类根据在铸件上的位置分为：水平补贴、垂直补贴。按有无特殊措施分为：金属补贴、加热补贴、发热补贴、保温补贴。

4〕补贴尺寸确定①水平补贴：最大长度：L=4.7M冒宽度：B=B冒靠近冒口端的高度：h1=0.8M冒远离冒口端的宽度：h2=0.3M冒I-I断面处的补贴模数：按冒口颈模数计算M1=ab/[2(a+b-c)]L=4.7M冒h1=0.8M冒h2=0.3M冒

②垂直补贴按图3-5-15确定。冒口区末端区冒口区末端区冒口区末端区缩松区HTTT壁的高度h/mm补贴厚度a/mm壁厚T/mm如果生产条件与上述试验条件有差异时，需要把图3-5-13查出的补贴厚度乘一个补偿系数。铸钢件的垂直补贴的补偿系数见表3-5-3。表3-5垂直补贴的补偿系数补偿原因补偿条件补偿系数杆件比板件的冒口补缩距离小，需要较大的补贴厚度才能保证铸件致密杆件断面宽厚比：4:13:12:11.5:11.1:11.01.251.51.72.0充型方式和化学成分不同底注式，碳钢及低合金钢铸件顶注式，高合金钢铸件底注式，高合金钢铸件1.251.251.25×1.25=1.58

③滚圆法对重要部位的热节用扩大滚圆法。对次要部位的热节用不扩大滚圆法。一、铸钢件冒口的设计模数法三次方程法补缩液量法比例法铸件工艺出品率1.模数法〔1〕模数的概念M=V/A〔cm〕式中，M为模数，V为体积，A为面积。注意：不管铸件的形状如何，只要它们的模数相等，其凝固时间就相等或相近。铸件的模数和凝固时间τ之间的关系遵守平方根定律：τ=(M/k)2k为凝固系数，与铸件金属、铸型的热物理性能、铸件形状、浇注温度等有关。对碳钢和低合金钢而言，k=(0.9～1.26)×10-3m/s1/2。〔2〕模数法计算冒口原理

为了实现补缩，冒口与铸件上被补缩部位之间必须存在补缩通道，同时他还必须满足以下两个条件：1〕冒口凝固时间应大于至少等于铸件〔或铸件被补缩局部〕的凝固时间。即τ冒口≥τ铸件(M冒口/k冒口)2≥(M铸件/k铸件)2所以：M冒口=fM铸件f为冒口的平安系数，f≥1。一般取：f=1.2碳钢、低合金钢铸件，冒口、冒口颈和铸件的模数关系：

边冒口：M铸件:M冒口颈:M冒口=1:1.1:1.2

内浇道作冒口：M铸件:M冒口颈:M冒口=1:(1～1.03):1.2

顶冒口：M冒口=(1～1.2)M铸件

2)冒口必须提供足够的金属液，以补偿铸件和冒口在凝固完毕前的体收缩和因铸型型壁移动而扩大的容积，使缩松不致伸入铸件内。必须满足：

ε(V铸件+V冒口)+V型壁移动≤V冒口η

①ε为金属从浇注完到凝固完毕的体收缩率，具体参数见表3-5-4、表3-5-5。

②η为冒口的补缩效率，

η=(补缩体积/冒口体积)×100%，各种冒口的补缩效率见表3-5-6。1.普通铸钢ε=ε0按下表查出●确定铸钢体收缩率ε2.合金钢的体收缩率ε=ε0+εxε0为碳钢的体收缩率，可由图查出。

εx=ΣKiwi式中，εx—合金元素对体收缩率的影响；

wi—合金钢中各元素的含量，wi为w1，w2…

Ki—各合金元素对体收缩率的修正系数，Ki为K1，K2…

Ki可由下表查出合金元素WNiMnCrSiAl修正系数-0.53-0.0354+0.0585+0.12+1.03+1.70铸件材质ε（%）中碳钢2.5～3.0wc=1%碳钢4.0灰铸铁1.9～膨胀白口铸铁4.0～5.5纯铝6.6纯铜4.92表3-5-5常用合金的收缩率ε冒口种类或工艺措施η（%）圆柱或腰圆柱形冒口12～13球形冒口15～20补浇冒口15～20浇口通过冒口30～35发热保温冒口30～50大气压力冒口15～20表3-5-6冒口的补缩效率η●冒口的补缩效率η

③ε、η对冒口体积的影响见图3-5-15。④铸件形状系数对冒口补缩效率的影响铸件形状系数q，又称周界商，定义为铸件体积V铸件与其模数的立方M3铸件的比值，即：q=V铸件/M3铸件q使铸件形状数量化，q值的大小说明了铸件的形状特征：形状越接近简单的实心球体，q越小；反之，铸件形状越接近展开的大平面，q越大。实心球体的q=113，最小，大平板件的q很大；铸件的q多在113～5000范围内。铸件形状系数与冒口补缩效率的关系见表3—5-7。铸件形状系数与冒口补缩效率的关系见表3—5-7。铸件形状系数q<200250300400500～1000>1000冒口的补缩效率η/%253033354045〔3〕铸件模数的计算任何复杂的铸件，均可以看作是有许多简单的几何体组合而成。只要掌握一些简单的几何体、组合体的模数计算公式，就不必用繁琐的公式去计算铸件的体积和外表积。矩形长杆的模数：M=ab/2(a+b)方形长杆的模数：M=a/4大平面的模数：M=T/2立方体的模数：M=a/6空