铸钢件冒口的设计规范.
冒口设计参考
冒口设计
第一节冒口的种类及补缩原理
冒口(riser，feeder head)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。
1.冒口的种类>>
1.通用冒口(传统)>>
1.普通冒口>>
1.依位置分类>>
1.顶冒口
2.顶冒口
2.依顶部覆盖分类>>
1.顶冒口
2.顶冒口
2.特种冒口>>
1.依加压方式分>>
1.大气压力冒口
2.压缩空气冒口
3.发气压力冒口
2.依加热方式分>>
1.保温冒口
2.发热冒口
3.加氧冒口
4.电孤加热冒口、煤气加热冒口
3.易割冒口
2.铸铁件的实用冒口(均衡凝固)>>
1.直接实用冒口(浇注系统当冒口)
2.控制压力冒口
3.冒口无补缩
2.冒口形状
冒口的形状有圆柱形、球顶圆柱形、长(腰)圆柱形、球形及扁球形等多种
3.通用冒口补缩原理>>
1.基本条件>>
1.冒口凝固时间大于或等于铸件(被补缩部分)的凝固时间
2.有足够的金属液补充铸件的液态收缩和凝固收缩，补偿浇注
后型腔扩大的体积
3.在凝固期间，冒口和被补缩部位之间存在补缩通道，扩张角
向着冒口
2.选择冒口位置的原则>>
1.冒口应就近设在铸件热节(hotspot)的上方或侧旁
2.冒口应尽量设在铸件最高、最厚的部位。对低处的热节增设
补贴或使用冷铁，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
铸钢件冒口的设计规范.
铸钢件冒口的设计规范
钢水从液态冷却到常温的过程中，体积发生收缩。在液态和凝固状态下，钢水的体积收缩可导致铸件产生缩孔、缩松。冒口的作用就是补缩铸件，消除缩孔、缩松缺陷。另外，冒口还具有出气和集渣的作用。
1、冒口设计的原则和位置
1.1冒口设计的原则
1.1.1、冒口的凝固时间要大于或等于铸件（或铸件被补缩部分）的凝固时间。
1.1.2、冒口所提供的补缩液量应大于铸件（或铸件被补缩部分）的液态收缩、凝固收缩和型腔扩大量之和。
1.1.3、冒口和铸件需要补缩部分在整个补缩的过程中应存在通道。
1.1.4、冒口体内要有足够的补缩压力，使补缩金属液能够定向流动到补缩对象区域，以克服流动阻力，保证铸件在凝固的过程中一直处于正压状态，既补缩过程终止时，冒口中还有一定的残余金属液高度。
1.1.5、在放置冒口时，尽量不要增大铸件的接触热节。
1.2、冒口位置的设置
1.2.1、冒口一般应设置在铸件的最厚、最高部位。
1.2.2、冒口不可设置在阻碍收缩以及铸造应力集中的地方。
1.2.3、要尽量把冒口设置在铸件的加工面或容易清除的部位。
1.2.4、对于厚大件一般采用大冒口集中补缩，对于薄壁件一般采用小冒口分散补缩。
1.2.5、应根据铸件的技术要求、结构和使用情况，合理的设置冒口。
1.2.6、对于清理冒口困难的钢种，如高锰钢、耐热钢铸件的冒口，要少放或不放，非放不可的，也尽量采用易割冒口或缩脖型冒口。
2、设置冒口的步骤与方法
冒口的大小、位置及数量对于铸钢件的质量至关重要。对于大型铸钢件来说，必须把握技术标准及使用情况，充分了解设计意图，分清主次部位，集中解决关键部位的补缩。以模数法为例，冒口设计的步骤如下：2.1、对于大、中型铸钢件，分型面确定之后，首先要根据铸件的结构划分补缩范围，并计算铸件的模数（或铸件被补缩部分的模数）M铸。
最新冒口系统设计
Mr=1.2Mc=2.3cm
查标准圆柱形暗冒口表：当Mr=2.38cm, 收缩 率为5％、每个暗冒口能补缩的最大铸件体积 为 4.1L （ 重 量 32kg ） 时 ， 冒 口 的 尺 寸 为 ￠ 120mm×188mm(h) (h=1.5d) 。 可 见 设 计一个冒口已经足够。
图3-3-8 平板铸件用冒口补缩时出现缩松区的情况 b-有效补缩区 c-冒口补缩区 e- 末端边角激冷区 f- 缩松区
（三）确定冒口的种类和类型
在选定冒口的种类和类型时要考虑设置冒 口的效果和造型及去除冒口时是否方便。图3 －13是常采用的几种冒口形式
（四）决定冒口的尺寸
（1）一般来说，冒口系统（冒口和冒口颈） 的凝固应晚于铸件的凝固。
(三) 热节圆法来自百度文库
实践中总结出，冒口尺寸相对于热节圆直径的比例 关系，即 热节圆法：以热节圆直径dy作为冒口计算的基本参数 的方法 计算（绘图）原理：
1 方向性（顺序）凝固，要使凝固进行方向超香 冒口
2 一般在热节上方，厚壁部分设置； 3 冒口应比铸件晚凝固，最后凝固才能补缩； 4 冒口在满足补缩条件下，尺寸尽量小， 5 防止裂纹产生，冒口不设在铸件应力集中处
（阻碍收缩），防止引起裂纹； 6 尽可能地将冒口设在方便和容易消除冒口残
根的地方； 7 冒口的补缩距离要大于冒口的有效补缩范围。
冒口
板形铸钢件（断面的宽度比 > 5:1）
L 4.5
杆形铸钢件（断面的厚度比 < 5:1）
L 30
从如图6-38,6-39所示的两幅图是 根据不同尺寸的铸钢板件或杆件的试 验结果作出的“冒口区长度”、“末 端区长度”与铸件壁厚之间的关系曲 线。 从图中我们可以看出：对于板形 或杆形铸钢件，当宽度比一定时，随 着宽度壁的减少，冒口区长度和末端 区长度亦显著减少。说明消除杆形铸 钢件的轴线缩松要比大的板形铸钢件 的轴线缩松更困难。
6.3.1 冒口的设计与计算
铸件的模数（M）被定义为铸件体积（V） 与冷却表面积（A）的比值。即： M=V/A冒口是一个储存金属液的空腔。 其主要作用是在铸件成型过程中提供由 于体积变化所需要补偿的金属液，以防 止在铸件内部出现收缩类型的缺陷。此 外，冒口还有排气及汇集浮渣核非金属 夹杂物的作用。因此，合理的冒口设计， 对保证获得优质铸件有十分重要的意义。
c A
2）冒口模数系数 的确定
已知
K r Kc
其中凝固系数K值与铸型材料及合金性能有 关，且：
b2(t0 tk ) K 1 H1 2
式中 b是铸型的蓄热系数； t0 , tk分别为初始温度和结晶温度 。
由于冒口和铸件的金属液相同，故有
C r r K r br K C bc Cc c c
铸铁件收缩模数法冒口设计
灰铸铁件: P c =
1 e( 0. 5Mc+ 0. 01 qm )
( 4)
Fc =
0. 06
e( 0. 2M + 0. 01q )
c
m
( 5)
球 铁 件: Pc =
1
e( 0. 65M + 0. 01q )
c
m
( 6)
Fc =
0. 08
e( 0. 5M + 0. 01q )
c
m
( 7)
2 收缩模数法补缩设计原理
体补缩通道的定义, 每一补缩对象都需要一个冒口补 缩, 冒口个数就等于补缩对象个数。
均衡段和补缩通道共同决定冒口的个数。
2 3 冒口体大小的确定 冒口作为补缩液量的提供者, 既有补缩通道的要
求, 又有补缩液源和补缩压力的要求, 从模数的角度
可以表示如下:
Mr =
Ms+
V A
f r
+
V A
p r
=
f1
7
铸造技术 4/ 1998
2 1 冒口位置的确定 对于组成铸件的各个结构分体, 如果其分体的模
数等于 M s, 则称该分体为铸件的均衡段。 如果均衡段和补缩对象的热节分体相接, 或者均
衡段和补缩对象的热节分体通过其它结构分体连接, 而这些结构分体的模数均不小于 M s, 那么, 补缩液源 通过均衡段作为通道对补缩对象在补缩上的作用是
铸钢冒口的设计
铸钢冒口设计
1. 设计步骤：确定冒口的安放位置
初步确定冒口数量
划分每个冒口的补缩区域，选择冒口类型
计算冒口的具体尺寸
2. 冒口计算方法：模数法＋比例法+补缩液量法
一模数法
1 ）计算原理
要保证冒口晚于铸件凝固，需冒口的模数大于铸件被补缩部位的模数。
2 ）计算步骤
计算铸件模数
根据铸件需补缩部位，划分补缩区，分别计算铸件的模数。
3）确定铸钢件体收缩率
4）确定冒口形状和尺寸查相关表格。
5）确定冒口数目
6）校核冒口的最大补缩能力。
二比例法（热节圆法）
使冒口根部直径大于铸件被补缩处热节圆直径或壁厚，再以冒口根部直径来确定其他尺寸。
查表步骤：
1）选取比例系数c（先按铸件结构选择冒口类型，再选比例系数）；
2）确定冒口高度（根据直径D确定）；
3）确定每个冒口长度或冒口个数（根据冒口延伸度确定）。
三铸件工艺出品率的校核
铸件重量
工艺出品率＝
铸件重量＋浇铸系统重
量＋冒口重量
表4-7 说明校核方法。
采用普通冒口时，冒口尺寸可根据表中数值进行验算和调整，即将冒口重量代入计算后，若工艺出品率低于表中数值，则冒口尺寸偏大，可适当减小冒口高度；若高于表中数值，则应加大冒口尺寸或增加冒口个数。
四冒口计算举例
模数法
轮缘与轮辐的交接处为热节，其直径d按作图法得50（大于轮缘厚40）；按作图法且考虑热节增大，见P126图4-31,dy=d+(10~30),取d=60（见P134比例法）。
轮缘热节处按表4-5应为板与杆的相交体，由图4-35可得a=d=60mm，
b=180mm，c=24mm.
冒口
根据国标GB/T5611-1998定义：铸造热节，是指铁水在凝固过程中，铸件内比周围金属凝固缓慢的节点或局部区域。也可以说是最后冷却凝固的地方。我们知道，由于结构和铸造参数的原因，在模腔内各点的熔融状态的铁水凝固时间是不相等的，这就会给铸件在凝固后产生热应力，造成铸件变形，裂纹等，同时，由于冷却凝固时间不等，铸件会出现疏松，冷隔，气孔等缺陷。为避免产生热节，结构上铸件壁厚应尽可能均匀，，以减少模具局部热量集中产生的热疲劳。铸件的转角处应有适当的铸造圆角，以避免模具上有尖角位导致应力产生，同时在热节处设置冷铁，以加快冷却速度，以及设计合理的横浇道和浇铸速度等工艺参数。
功能不同的冒口，其形式、大小和开设位置均不相同，所以，冒口的设计要考虑铸造合金的性质和铸件的特点。
冒口
①对于凝固过程中体积收缩不大的合金(如灰铸铁)，或不产生集中缩孔的合金（如锡青铜），冒口的作用主要是排放型腔中的气体和收集液流前沿混有夹杂物或氧化膜的金属液，以减少铸件上的缺陷。这种冒口多置于内浇口的对面,其尺寸也不必太大，
②对于要求控制显微组织的铸件，冒口可以收集液流前沿已冷却的金属液,避免铸件上出现过冷组织。图2是单体铸造的活塞环，在内浇口的对面设置一个小冒口来收集冷金属，该处就不会因金属过冷而出现白口组织，导致铸件报废。这类冒口的大小和设置部位，应根据铸件的显微组织要求确定。
③对于凝固期间体积收缩量大而且趋向于形成集中缩孔的合金（如铸钢、锰黄铜及铝青铜等），冒口的主要作用是补偿金属液在型腔中的液态收缩和铸件凝固过程中的收缩，以获得没有缩孔的致密铸件。铸件在铸型中冷却时，最薄的部位先凝固，其收缩可由附近较厚的部分补偿；较厚部分凝固时，又可由最厚部分得到补偿；最厚部分凝固时，如得不到外来的补偿，该处就会形成大缩孔。在这种情况下，冒口的作用就是要补偿铸件最后凝固的部分，所以要置于铸件最厚部位的上方或侧面，并且它的凝固要
冒口冷铁及出气孔设计
冒
冒口
口
( ’ 随热节 " 的增加、铸铁牌号的降
球墨铸铁
! &（# ’ ( ) + ’ *）" # &（# ’ ( ) ( ’ *）!
低以及铸件结 构 有 利于 补 缩 时，"! 应
取偏小值。
+ ’ 生产上可以 创造 条 件（如提 高 铸
! &（# ’ ( ) (）"
型刚度，采 用 金 属 型，内 浇 口 设 在 铸 铁
(
/
& ’
。模数越大，凝固时间越长。冒口模数（
(
4
）应
略
大
于铸件模数（
(
"
）（表
+
· +,2 ·
第八篇 冒口、冷铁与出气孔设计
! " ! #）。冒口模数与冒口尺寸间的关系举例列于表 $ ! " ! %。最后，进行冒口补缩能力 的校核，其计算方法列于表 $ ! " ! &。
表 $ ! " ! # 冒口模数
（! " # + （* " * +
明 冒
序凝固
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冒口系统设计
冒口系统设计
一﹑冒口设计
1. 冒口设计的基本原则
1）冒口的凝固时间应大于或等于铸件(被补缩部分)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凝固收缩，补缩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。对于结晶温度间隔较宽、易于产生分散性缩松的合金铸件，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. 冒口设计的基本内容
1）冒口的种类和形状
（1)冒口的种类
⎧⎧⎧⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎩⎪⎪⎪⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩⎩⎪⎧⎧⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎩⎪⎪⎪⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎩顶冒口依位置分侧冒口贴边冒口普通冒口明冒口依顶部覆盖分暗冒口大气压力冒口依加压方式分压缩空气冒口通用冒口（传统）发气压力冒口保温冒口发热冒口特种冒口依加热方式分加氧冒口电弧加热冒口，煤气加热冒口易割冒口直接实用冒口（浇注系统当铸铁件的实用冒口（均衡凝固）⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎩⎩
冒口）控制压力冒口冒口无补缩 图1 冒口分类
（2）冒口的形状
常用的冒口有球形、圆柱形、长方体形、腰圆柱形等。对于具体铸件，冒口形状的选择主要应考虑以下几方面:
a）球形 b)球顶圆柱形 c）圆柱形 d）腰圆柱形（明） e）腰圆柱形（暗）
图2 常用的冒口形状
①冒口的补缩效果: 冒口的形状不同，补缩效果也不同，常用冒口模数（M）的大小来评定冒口的补缩效果(M=冒口体积/冒口散热面积)，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。
铸件冒口设计的原则及方法
设：V ＝v ·d ３，A ＝a ·d ２，可以推出冒口直径 d
rr r rr r
r
与铸件模数 M ，体积 V 的三次方程关系式：
c
c
（８）
式中的 K 、K 分别为与系数 v 、a 、体
1
2
r
r
收缩率、冒口高径比有关的参数。其中第
二项表达铸件模数（冷却速度）对冒口尺寸
的影响，第三项表达冒口补缩区内铸件体 积（与补缩液量有关）对冒口尺寸的影响，三 次方程应有定解，采用计算机数值解法，可 以方便地求出冒口直径 d 。
践，有经验图表可供选用。但计算结果往
往偏于保守，必须用工艺出品率进行校核，
才能满足经济性要求。
３．３ 补缩液量法
补缩液量法的基本原理建立在两种假
设之上：①铸件与冒口的凝固层增长速度
相等；②冒口内供补缩用的金属液体积（缩
孔容积）为直径 d０ 的球。当冒口高度和直径 相等时，铸件凝固完毕，冒口中凝固层厚度
获得致密铸件，常常需要采用补贴、冷铁、
保温冒口套等工艺措施，增加有效补缩距
离，延长冒口的（凝固）补缩时间。
３ 铸钢件冒口设计方法
在顺序凝固原则指导下，形成了多种 多样的冒口设计方法。 ３．１ 模数法
按照模数理论，无论铸件形体如何，只
要模数相同，凝固时间就大抵相近。模数
大，铸件厚实，凝固时间长；反之亦然。根
铸造工艺学冒口设计方案
提高补缩效果。
冒口的布置
冒口的位置： 根据铸件的结 构和尺寸确定
冒口的数量： 根据铸件的大 小和复杂程度
确定
冒口的形状： 根据铸件的要 求和铸造工艺
确定
冒口的尺寸： 根据铸件的要 求和铸造工艺
确定
04 冒口的设计方法
经验法
添加标题
经验法定义：根据铸造工艺人员的实践经验，通过不断尝试和调整来确定冒口设计方案 的方法。
铸铁件的冒口设计
冒口的作用：补 缩、排气、集渣
冒口的设计原则： 根据铸件的结构、 尺寸、材质等因 素进行设计
冒口的设计方法： 根据铸造工艺学 原理，采用合适 的冒口尺寸、形 状和位置
冒口设计的实际 应用：在铸铁件 生产中，根据实 际情况选择合适 的冒口设计方案， 提高铸件质量和 生产效率
铝合金铸件的冒口设计
增强材料选择： 采用纤维、颗粒 等增强材料提高 冒口强度和刚度
绝热材料选择： 选用绝热性能好 的材料降低冒口 热量损失
复合材料选择： 采用多种材料的 组合以实现最佳 的冒口性能
06 冒口设计的实际应用
铸钢件的冒口设计
冒口的作用：防止缩孔、缩松、气孔等缺陷 冒口的设计原则：保证金属液的补缩能力 冒口的设计方法：根据铸件的结构、尺寸、材质等因素进行设计 冒口的设计实例：针对不同铸件进行具体的设计方案
铸件冒口的尺寸计算
铸件冒口的尺寸计算
1．冒口设计的基本原理
铸件冒口主要是在铸钢件上使用。铸铁件只用于个别的厚大件的灰铸铁件和球铁件上。金属液在液态降温和凝固过程中，体积要收缩。铸件的体收缩大约为线收缩的3倍。因此，铸钢的体收缩通常按3---6%考虑，灰铸铁按2---3%，不过由于灰铸铁和球墨铸铁凝固时的石墨化膨胀，可以抵消部分体积收缩，所以如果壁厚均匀，铸型紧实度高，通常不需要设计冒口。铸件的体收缩如果得不到补充，就会在铸件上或者内部形成缩孔、缩陷或者缩松。严重时常常造成铸件报废。
冒口尺寸计算原则是，首先计算需要补缩的金属液需要多少。通常把这一部分金属液假设成球体，并求出直径（设为d0）用于冒口计算。冒口补缩铸件是有一定的范围------叫有效补缩距离，设为L，对厚度为h的板状零件通常L=3~5h 。对棒状零件L=（25~30）√h
式子中，h------铸件厚度
2．冒口尺寸的基本计算方法
冒口计算的公式、图线、表格等有很多。介绍如下。
最常用的方法是，冒口直径D=d0+h
理由是假定冒口和铸件以相同的速度凝固，凝固过程是从铸件的两个表面向内层进行，当铸件完全凝固终了，正好冒口凝固了同样的厚度，这时还剩下中间的空心的缩孔，体积正好等于补缩球的体积，这部分金属液在凝固过程中正好补缩进了铸件。
当铸件存在热节时，可以把h换成热节的直径T即可。
即D=do+T 。
另外设计冒口，还有个重要的部位，就是冒口颈，所谓冒口颈就是冒口和铸件的连接通道，冒口里的金属液都是经由冒口颈补缩到铸件里的。所以对冒口颈的截面是有要求的，通常取冒口颈的直径dj=（0.6~0.8）T 。
铸钢件冒口尺寸和数量的确定
铸钢件冒口尺寸和数量的确定
在铸造工艺中，冒口是用来排出铸件中的气体、液体和固体杂质的道具。冒口
的尺寸和数量的确定是铸造过程中非常重要的一步，关系到铸件质量和铸造效果。下面将介绍铸钢件冒口尺寸和数量的确定方法。
冒口尺寸的确定
冒口的尺寸包括冒口直径、高度和宽度。冒口尺寸的确定主要受到以下几个因
素的影响：
1.铸件材料的性质：不同的铸件材料具有不同的液态流动性和凝固收缩
性，因此，冒口尺寸需要根据铸件材料的性质来确定。一般来说，液态流动性较好的材料需要较小的冒口直径和高度，而凝固收缩性较大的材料需要较大的冒口尺寸。
2.铸件的几何形状：不同形状的铸件对冒口尺寸的要求也不同。例如，
具有复杂内腔的铸件需要设置多个小冒口，以便排除内部气体和液体；而具有大体积的铸件可以设置较大的冒口来提高液态金属的流动性。
3.铸件的厚度：铸件的厚度也会影响冒口尺寸的确定。较厚的铸件需要
设置较大的冒口，以确保金属熔体能够完全填充整个铸件，避免产生内部缺陷；
而较薄的铸件可以设置较小的冒口，以减小杂质的产生。
4.铸件的质量要求：不同的铸件对质量的要求也不同，因此，冒口尺寸
需要根据铸件的质量要求来确定。一般来说，对质量要求较高的铸件需要设置较大的冒口，以确保铸件内部的气体和杂质能够顺利排出。
综合考虑以上因素，可以通过经验公式或模拟计算的方法来确定冒口尺寸。在
实际操作中，也需要根据铸造工艺和经验进行适当调整。
冒口数量的确定
冒口数量的确定主要受到以下几个因素的影响：
1.铸件的大小和形状：冒口的数量需要根据铸件的大小和形状来确定。
铸铁件收缩模数法冒口设计
体补缩通道的定义, 每一补缩对象都需要一个冒口补 缩, 冒口个数就等于补缩对象个数。
均衡段和补缩通道共同决定冒口的个数。
2 3 冒口体大小的确定 冒口作为补缩液量的提供者, 既有补缩通道的要
求, 又有补缩液源和补缩压力的要求, 从模数的角度
可以表示如下:
Mr =
Ms+
V A
f r
+
V A
p r
=
f1
灰铸铁和球墨铸铁件( 简称铸铁件) 应该以浇注 系统后补缩和石墨化膨胀自补缩为基础, 只是由于铸 件结构、合金成分、冷却条件等原因, 不能建立起足 够的后补缩和自补缩的情况下才应用冒口。一个需 要设置冒口补缩的铸件, 也必须充分利用后补缩和自 补缩, 冒口只是补充后补和自补不足的差额, 为此, 铸 铁件的冒口凝固不必晚于铸件, 冒口补缩液量只是占 铸铁合金总收缩量的一部分[ 1] 。
10 a3
100 a3
a/ 4
a/2
640
800
4. 42
5. 52
直径为 a 的球体与其外切的等边圆柱体、立方体 具有相同的模数, 不同的体积, 球体的周界商小, 立方 体周界商大, 表明在同样模数下, 球体与等边圆柱体、 立方体相比, 密实度 高。10 个边长为 a 的立 方体线 性组合成为方杆, 100 个平面组合成为方板, 虽然基 本单元相同, 但不同的组合其周界商是不同的, 立方 体与杆、板相比, 密实度高。
铸钢件冒口的设计规范
铸钢件冒口的设计规范
冒口是钢铸件的重要部分，它起到保证铸件质量的作用。冒口的设计
需要考虑到以下几个方面的因素：冷却塑性因素、浇筑工艺性因素、铸件
缺陷因素和经济因素。
首先，冷却塑性因素是决定冒口尺寸和形状的重要因素之一、冒口的
尺寸和形状需满足以下要求：1）在钢液凝固过程中保持适当的冷却速率，避免过快或过慢导致的铸件内部缺陷；2）冷却速率不宜太大，以免引起
应力过大，导致铸件变形或开裂；3）冷却速率应相对均匀，以避免冷却
速率不一致引起铸件组织不均匀。
其次，浇筑工艺性因素也是冒口设计的重要考虑因素。浇筑工艺条件
包括浇注温度、冒口位置、浇注速度等。冒口位置应选择在钢液最后凝固
的位置上，这样能保证整个铸件在冷却时钢液能从冒口处逆向凝固，确保
铸件的内部质量。浇注温度需要根据具体情况来确定，一般要保持较高的
浇注温度，避免冷却过快导致液流不畅或气体夹杂。同时，浇注速度也要
适当，控制在钢液在凝固过程中能充分填充整个型腔，并能排除气体等杂质。
第三，铸件缺陷因素也需要考虑在冒口设计中。冒口应避免引入气孔、夹杂和收缩孔等缺陷。冒口应设置在铸件上部或侧部，以确保铸件内部的
气体和杂质能够顺利排出，并避免在冒口处形成气孔和夹杂。同时，冒口
还要满足杂质排除和液流畅通的要求，以避免收缩缺陷的生成。
最后，经济因素也是冒口设计必须考虑的因素之一、冒口设计要考虑
到冒口的材料成本、制造成本、施工方便性以及可回收利用性。同时，还
要综合考虑冒口数量、形状和尺寸的合理性，以降低冒口制造的成本，并提高冒口的使用寿命。
总结起来，铸钢件冒口的设计规范应满足冷却塑性因素、浇筑工艺性因素、铸件缺陷因素和经济因素的要求。冒口设计的合理与否直接影响到铸件的质量和成本，因此在实际工程中需要根据具体情况综合考虑以上各方面因素，合理设计冒口。
铸钢件冒口的设计与计算
铸钢件冒口的设计与计算
一、设计原则
1.冒口尺寸：冒口尺寸应根据铸件的形状、尺寸和质量要求来确定。一般情况下，冒口的尺寸应为铸件尺寸的1-3倍。不同形状的铸件，冒口尺寸也不同，一般来说，大件应配置大冒口，小件应配置小冒口。
2.冒口形式：根据铸件的形状，常见的冒口形式有楔形冒口、透镜形冒口、阶梯形冒口等。选择合适的冒口形式可以保证铸件在凝固过程中得到充分供应的熔体，并且从冒口处排出熔体中的气体和杂质。
3.冒口位置：一般情况下，应将冒口位置选择在铸件最高点或最容易凝固的部分。同时，冒口位置还应考虑到工艺操作的方便性，以及排气和填充模具的情况。
二、冒口形式
1.楔形冒口：楔形冒口即将铸料与铸件连接的冒口，其形状呈楔形，冒口与铸件之间的连接处称为冒口头。楔形冒口适用于形状简单的铸件，如块状、盘状等。楔形冒口的计算公式为：冒口高度H=λ（64Q/πλ）^(1/3)；冒口底面积A=Q/H，其中Q为凝固收缩前后铸件的体积差，λ为凝固收缩系数。
2.透镜形冒口：透镜形冒口的形状呈透明透镜的样子，适用于中小型的铸件，其优点是能够提供均匀的供熔体，避免大量的气体和杂质混入。透镜形冒口的计算公式为：冒口高度H=λ(256Q/πλ^2)^(1/4)；冒口底面积A=Q/H；
3.阶梯形冒口：阶梯形冒口由多个楔形冒口组成，适用于尺寸较大、结构复杂的铸件。阶梯形冒口的计算较为复杂，首先需要计算整个冒口的总高度和底面积，然后根据冒口内各个楔形冒口的高度和底面积之和来确定每个楔形冒口的尺寸。
三、计算方法
在进行铸钢件冒口的设计与计算时，一般需要考虑以下几个参数：
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铸钢件冒口的设计规范
钢水从液态冷却到常温的过程中，体积发生收缩。在液态和凝固状态
下，钢水的体积收缩可导致铸件产生缩孔、缩松。冒口的作用就是补缩铸件，消除缩孔、缩松缺陷。另外，冒口还具有出气和集渣的作用。
1、冒口设计的原则和位置
1.1 冒口设计的原则
1.1.1、冒口的凝固时间要大于或等于铸件（或铸件被补缩部分）的凝固时间。
1.1.2、冒口所提供的补缩液量应大于铸件（或铸件被补缩部分）的液态收缩、凝固收缩和型腔扩大量之和。
1.1.3、冒口和铸件需要补缩部分在整个补缩的过程中应存在通道。
1.1.4、冒口体内要有足够的补缩压力，使补缩金属液能够定向流动到补缩对象区域，以克服流动阻力，保证铸件在凝固的过程中一直处于正压状态，既补缩过程终止时，冒口中还有一定的残余金属液高度。
1.1.5、在放置冒口时，尽量不要增大铸件的接触热节。
1.2、冒口位置的设置
1.2.1、冒口一般应设置在铸件的最厚、最高部位。
1.2.2、冒口不可设置在阻碍收缩以及铸造应力集中的地方。
1.2.3、要尽量把冒口设置在铸件的加工面或容易清除的部位。
1.2.4、对于厚大件一般采用大冒口集中补缩，对于薄壁件一般采用小冒口分散补缩。
1.2.5、应根据铸件的技术要求、结构和使用情况，合理的设置冒口
1.2.6、对于清理冒口困难的钢种，如高锰钢、耐热钢铸件的冒口，要少放
或不放，非放不可的，也尽量采用易割冒口或缩脖型冒口。
2、设置冒口的步骤与方法
冒口的大小、位置及数量对于铸钢件的质量至关重要。对于大型铸钢件来说，必须把握技术标准及使用情况，充分了解设计意图，分清主次部位，集中解决关键部位的补缩。以模数法为例，冒口设计的步骤如下：
2.1、对于大、中型铸钢件，分型面确定之后，首先要根据铸件的结构划分补缩范围，并计算铸件的模数（或铸件被补缩部分的模数）M 铸。
2.2、根据铸件（或铸件被补缩部分）的模数M 铸，确定冒口模数M 冒。
2.3、计算铸件的体收缩ε。
2.4、确定冒口的具体形状和尺寸。
2.5、根据冒口的补缩距离，校核冒口的数量。
2.6、根据铸件结构，为了提高补缩距离，减少冒口的数量，或者使冒口的补缩通道畅通，综合设置内外冷铁及冒口增肉。
2.7、校核冒口的补缩能力，要求ε（V 冒+V 件）≤V 冒η。
3、设计冒口尺寸的方法
3.1、模数法
在铸件的材料、铸型的性质和浇注条件确定之后，铸件的凝固时间决定于铸件的模数。
模数M=V/A （厘米），V —体积（厘米3）；A—散热面积（厘米2）。
随着办公条件的改善，计算机的普及，模数可以用计算机进行计算。方法是：用SolidWorks 软件画出铸件（或铸件被补缩部分）的立体图，计算出铸件的体积和
散热面积，然后用公式M=V/A 计算模数。冒口的凝固时间大于铸件的凝固时间，冒口的模数一般是铸件模数的1.1 1.2 倍，M 冒=1.1～1.2 M 铸
对于厚实铸件，如：圆柱体、块状铸件，用模数法确定的冒口往往偏大，故必须采取一些方法加快铸件的凝固，同时延长冒口的凝固时间。通常采用以下方法：1、加放内、外冷铁；2、补浇冒口；3、采用保温冒口。采用以上措施后，M 冒
=KM 铸，K 按下表进行选择。
注：对于要求比较高的铸件、探伤件，尽量不放内冷铁
3.2、热节圆法
根据铸件壁厚部位热节圆的大小来确定冒口尺寸的一种方法。热节圆法主要适用于轮形铸件，一般冒口与热节不连通，需要用滚热节圆的方法确定冒口增肉，然后确定冒口尺寸。
可以用绘图软件画出铸件热节的形状，然后画出热节的内切圆，即为
热节圆。
4、钢的体收缩率
碳钢的体收缩率εC 的大小与碳钢的含碳量和浇注温度有关。如下图：
合金钢的体收缩率比碳钢大，它既与含碳量和浇注温度有关也与合金
元素及其含量有关。合金元素对铸钢体收缩率的影响如下：
合金钢的体收缩率ε =εC+∑KiXi Xi 为合金元素的含量
注：以上修正系数只适用于低于1600℃时的体收缩。
5、冒口的有效补缩距离冒口区与末端区之和称为冒口补缩距离，超出该距离，在铸件中间区产生轴线缩松。
5.1、板件和杆件的补缩距离
通常把断面的宽厚比为5：1 以上的称为板型件；断面的宽厚比为5：1 以下的称为杆型件。下图为碳钢（C=0.20～0.30%），板型件的厚度≤ 175mm、杆型件的厚度≤ 200mm 的冒口有效补缩距离。
在铸件的末端区和冒口之间放外冷铁，冒口有效补缩距离如下：
从以上可以看出：（1）冒口对板型件的有效补缩距离大于杆型件的有
效补缩距离。（2）杆型件的末端区长度远大于冒口区长度。（3）使用外冷铁，可以有效的提高冒口的有效补缩距离。
另外，冒口的有效补缩距离还受以下因素的影响：
（1）厚实铸件的凝固区域变宽，冒口的有效补缩距离相对较小。
（2）结晶温度范围较宽的铸钢，冒口的有效补缩距离较小；结晶温度范围较窄的铸钢，冒口的有效补缩距离较大。例如，含碳量为0.15%的碳素钢比含碳量为0.30%的碳素钢的结晶温度范围较窄，冒口的有效补缩距离较后者大30%。
（3）使用发热冒口，可以增加冒口的有效补缩距离。
5.2、轮型件冒口的有效补缩距离
轮型件讲究冒口的延续度。冒口的延续度为冒口根部长度（沿轮型周
向）之和与轮形周长的比率，称为冒口的延续度。延续度的大小取决于轮缘的厚度与其内在质量的要求程度。如铣齿齿轮、缸体其延续度适当增加，
不重要的且厚壁轮型件可适当减少
（1）一般小件（φ 600mm）不铣齿的轮型件，冒口的延续度取25～35%。（2）中等高度和大小齿轮和齿圈（铣齿深度不超度4/10 轮缘厚度），冒口的延续度取36～40%。
（3）轮缘较高的双辐板、三辐板齿轮，冒口的延续度取38～42%。
（4）高压缸类的受压与有探伤要求件，冒口延续度可取100%。
6、冒口补贴对于致密度要求高的铸件，当冒口的补缩距离达不到时，应在冒口处设置补贴造成向冒口方向的顺序凝固，以增加冒口的补缩距离。
6.1、水平补贴水平补贴可以按下图进行计算
6.2、垂直补贴
对于壁厚≤ 100mm 碳素钢板状铸件，浇注系统为上注时，铸件的补贴厚度如下图：