冒口 冷铁设计
第5章冒口、冷铁和铸肋
冒口→高于铸件最高
水平面的只浇道和浇口杯
部分。
例：下图球铁件
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直接实用冒口的优缺点 优点： 铸件工艺出品率高。 冒口位置便于选择，冒口颈可很长。 冒口便于去除，花费少。 缺点 要求高强度铸型。
要求严格控制浇注温度范围 ±25℃，以保证冒口颈冻结
时间准确。 复杂铸件关键模数不易确定。为验证冒口颈是否正确需
率最小。
44
3.2 实用冒口设计法 设计原则 冒口和冒口颈先于铸件凝固，利用部分或全部的共晶膨胀
量在铸件内部建立压力，实现自补缩，更有利于克服缩松 缺陷。 实用冒口的优势 出品率高 对缩松防止效果好，成本低。
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实用冒口的种类及适用范围
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(1)直接实用冒口（包括浇注系统当冒口）
5
（2）选择冒口位置的原则
a 在热节的上方或侧旁 b 尽量在铸件最高、最厚部位。低处热节设补贴或冷铁。
图3-5-2.ppt c 不应设在铸件最重要、受力大的部位。 d 不要选在铸造应力集中处，应减轻对铸件的收缩阻碍，
避免裂纹。 e 尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件。图3-5-3.ppt f 冒口布置在加工面上，可节约铸件精整工时，外观好。 g 不同高度的冒口，应用冷铁使各个冒口的补缩范围隔开。
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控制压力的机理：
如图，以D曲线为例。 二次收缩：体积膨胀： 铸型所能容纳的膨胀：
T1以上。
不足以补偿二次收缩的 膨胀：T0以上。
膨胀量控制范围： （Cs+Z/2） Z/2
铁液回填冒口的终止目 标：T2。
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三种控制方法：
a 冒口颈适时冻结。 用冒口颈尺寸控制。浇注温度、冶金质量的变动可能导
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（3）通用冒口设计步骤 把铸件划分为几个补缩区，计算各区的铸件模数。 按比例计算冒口及冒口颈的模数。 确定冒口的形状及尺寸。 检查顺序凝固条件（补缩距离是否足够、补缩通道是否
冒口及冷铁、补贴解读
三、通用冒口补缩原理
1.基本原则
设计通用冒口应遵守顺序凝固的基本条件： (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。 （5）在满足上述条件下，应尽量减小冒口体积、节约金属、 提高铸件成品率。
明冒口的缺点：因顶部敞开，散热较快，同样体积的冒口， 明冒口比暗冒口的补缩效率低。
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。
（2）暗冒口
可设置在铸件的任何位置上。 如需要补缩的部分与铸型顶面的距离较大，或 冒口的上部受到铸件另一部分结构的阻碍以及在高 压釜中浇注时，常常采用暗冒口。
2. 选择冒口位置的原则
1） 冒口应就近设在铸件热节的上方（顶冒口）或侧旁（暗冒口） 2） 尽量设在铸件最高、最厚 的部位，以便利用金属液的自重 力补缩对低处的热节增设补贴和 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 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。
3.冒口的有效补缩距离的确定
冒口有效补缩距离的概念：为了防止铸件产生缩孔和缩松，冒 口必须保证铸件实现顺序凝固，在铸件凝固的过程中始终保持 畅通的补缩通道，这样的冒口中的金属液才能源源不断的补给 铸件，否则冒口再大，也达不到补缩的目的。 • 补缩通道扩张角φ：液相线的等温面之间形成的夹角
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。
此外，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者等于铸件(或者铸件被补缩部份)的凝固时间。
1.1.2、冒口所提供的补缩液量应大于铸件(或者铸件被补缩部份)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份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向来处于正压状态，既补缩过程终止时，冒口中还有一定的残存金属液高度。
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、冒口普通应设置在铸件的最厚、最高部位。
1.2.2、冒口不可设置在妨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者容易清除的部位。
1.2.4、对于厚大件普通采用大冒口集中补缩，对于薄壁件普通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、对于清理冒口艰难的钢种，如高锰钢、耐热钢铸件的冒口，要少放或者不放，非放不可的，也尽量采用易割冒口或者缩脖型冒口。
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(或者铸件被补缩部份的模数) M 。
铸2.2、根据铸件(或者铸件被补缩部份)的模数M 确定冒口模数M 。
铸，冒2.3、计算铸件的体收缩ε。
浅谈球墨铸铁件冒口与冷铁作用及设计时的注意事项
的冒口和冷铁的的设计优劣也深深影响着其品质的好坏。
设计的好既可以减少冒口，提高球墨铸铁件优良率，也可以直接降低生产本钱，促进经济效益的提升。
因此为实现以上效果，我们必须要了解冒口和冷铁的作用以及设计过程中需注意的问题!球墨铸铁件冒口的作用：在铸件成形过程中提供由于体积变化而需要补缩的金属液体，以防止在铸件中出现收缩类型的缺陷。
冷铁的作用：1)加快铸件热节局部的冷却速度，使铸件趋于同时凝固，有利于防止铸件的变形或出现裂纹，并有可能减少偏析。
2)与冒口配合使用，使铸件局部区域冷却加速，强化了铸件方向性(顺序)凝固的条件，有利于冒口补缩和扩大冒口补缩范围，这样，不仅有利于防止铸件产生缩松，缩块缺陷，还有可能减少冒口的数量或体积及补缩的斜度，提高球墨铸铁件工艺出品率。
3)加快铸件某些特殊部位的冷却速度，以期到达提高铸件外表硬度和耐磨性、细化基体组织的目的。
4)在难于设置冒口或冒口不易于补缩到的部位防止冷铁以减少或防止出现缩松、缩孔。
5)对球墨铸铁，用冷铁进展激冷可以增大铸件外表或中心的温度梯度，有利于提高石墨化膨胀的利用程度和提高冒口补缩效果。
球墨铸铁的凝固方式为糊状凝固，我们在设计时考虑按此凝固方式进展设计，并且还需要做凝固模拟以验证我们所设计的工艺是否正确。
当然在考虑整个工艺时尽量考虑冒口和冷铁，将他们结合起来考虑。
因此在冷铁和冒口的设计中我们必须注意以下问题：冒口必需能传运足够的铁水以补偿收缩。
液态收缩：高于TL温度：1,5%/100°C。
固态收缩：0–2-5%，取决于铁水的冶金质量。
冒口必须能起作用：暗冒口必须有Williams芯子和气眼，明冒口必须有发热套。
冒口有一定的补缩距离，它取决于壁厚和铁水的冶金质量。
它可以是：水平补缩距离：10到2倍断面厚度，垂直补缩距离：15到4倍的断面厚度。
认识到球铁在与造型接触时会产生一个固体层是很重要的。
该层(2-3mm)对薄壁件比对厚壁件更为重要。
铸造冒口、冷铁与铸肋
第三节 铸肋
铸肋又称工艺肋，分两类。 一类是 用于 ； 另一类是 用于 。 ，只有在不影响铸件使用并 得到用货单位同意的条件下才允许保留在铸件上 。而
一、割肋
.显然， ，而 。常用的割肋形式有 等，
铸件在凝固收缩时， 。
称
，
。依实践经验，当 a/b>（1～2），l/b<2或a/b>（2～3），l/b<1 时，可以不设割肋。超出上述范围就应设割肋 以防热裂
五、冒口有效补缩距离的确定
• 冒口的有效补缩距离为冒
口作用区与末端区长度之 和，它是确定冒口数目的
依据，与铸件结构、合金
成分及凝固特性、冷却条 件、对铸件质量要求的高
低等多种因素有关，简称
为冒口补缩距离。
板形铸钢件冒口补缩距离
外冷铁的影响
工艺补贴的应用
六、铸钢件冒口的设计
• 铸钢件冒口属于通用冒口，其计算原理适用于实行顺序凝固的一切合金铸件。通用冒 口的计算方法很多，现仅介绍几种常用的冒口计算方法。
• 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。
三、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。
四、选择冒口位置的原则
• 1. 冒口应就近设在铸件热节的上方或侧旁； • 2. 冒口应尽量设在铸件最高、最厚的部位； • 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； • 5. 尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件； • 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。
铸造工艺学冒口设计方案
保温作用：冒口可 以减缓铸件凝固速 度，提高铸件质量
冒口的设计原则
保证补缩量：根据铸件的结 构、尺寸、壁厚等确定冒口 的补缩量
便于操作：冒口的位置应便 于操作，以便于浇注和清理
减少金属消耗：在保证补缩 量的前提下，尽量减少冒口 的金属消耗
避免形成热节：冒口的设计 应避免形成热节，以防止铸 件产生缩孔和缩松等缺陷
计算法
冒口体积计算 冒口直径计算 冒口高度计算 冒口材料选择
实验法
实验目的：确定最 佳冒口尺寸和位置
实验步骤：设计多 种方案，进行实际 铸造实验
实验结果：观察铸 件质量，分析实验 数据
结论：根据实验结 果，确定最佳冒口 设计方案
05 冒口的设计优化
减小冒口体积
优化冒口结构： 采用合理的冒 口结构，如分 片式、组合式 等，以减
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
口体积
降低冒口高度： 通过减小冒口 高度，减少冒 口体积，同时 保证补缩效果
减小冒口直径： 采用较小的冒 口直径，以减 小冒口体积， 同时保证补缩
效果
改进冒口材料： 采用轻质、高 强度、低热膨 胀系数的材料 制作冒口，以 减小冒口体积
提高冒口补缩效率
确定冒口的位置和数量 选择合适的冒口类型 优化冒口尺寸和形状 控制冒口补缩时间
铸造工艺学冒口设计 方案
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汇报人：
铸造工艺-冷铁设计
冷铁设计冷铁分为内冷铁与外冷铁。
内冷铁:将金属激冷物插入铸件型腔中需要激冷的部位,使合金激冷并同铸件熔为一体,这种金属激冷物称为内冷铁,内冷铁主要用于黑色金属厚大铸样。
使用内冷铁的注意事项就是:1)使用前,内冷铁要喷丸或喷砂处理,去除表面锈蚀与油污,常镀锌或镀锡防氧化。
2)砂型内放置内冷铁后应在3h—4h内浇注,防止内冷铁上聚集水分而产生气孔。
3)承受高温、高压与质量要求很高的铸件,不宜放内冷铁。
4)放内冷铁的铸型上方应有出气孔,如上方就是暗冒口,冒口上也应有较大的出气孔。
5)采用栅状内冷铁时,单根冷铁的直径不大于30mm。
6)内冷铁在铸件加工后不得暴露,以免影响铸件的力学性能。
外冷铁:外冷铁又分为直接外冷铁与间接外冷铁两类。
1)直接外冷铁就是只与铸件的部分内外表面接触而不熔接在一起的金属激冷物,实际上它成为铸型或型芯的部分型腔表面。
2)间接外冷铁同被激冷铸件之间有10～15mm厚的砂层相隔,故又称隔砂冷铁、暗冷铁。
间接外冷铁激冷作用弱,应用较少。
使用外冷铁的注意事项为:1外冷铁紧贴铸件表面的部位应光洁,除去锈污等各种脏物,有时要刷涂料。
2 对于易产生裂纹的铸造合金浇注的铸件,使用外冷铁时应带有一定的斜度(如45°),以免型砂与冷铁分界处因冷却速度差别过大而形成裂纹。
应做成图1中(b),(c)的形式。
对铸铁与一般铸铜件,(a)、(b)、(c)均适用。
冷铁的作用1、与浇注系统与冒口配合控制铸件的凝固次序。
2、加速铸件的凝固速度,细化晶粒组织,提高铸件的力学性能。
3、减小冒口尺寸,提高工艺出品率。
冷铁材料的选择可以制作冷铁的材料很多,凡就是比砂型材料的热导率、蓄热系数大的金属与非金属材料均可选用。
生产中常用的冷铁材料有铸铁、铝合金、石墨与铜合金等,各种冷铁材料的热物理系数见下表1。
冷铁安放位置的确定冷铁能否充分发挥作用,关键在于安放的位置就是否合理。
确定冷铁在铸型中的位置,主要取决于要求冷铁所起的作用以及铸件的结构、形状,同时还需要考虑冒口与浇注系统的位置。
第九章 冒口冷铁的设计
(一) 比例法
(二) 公式计算法
(三) 模数法
(一) 与浇注系统和冒口配合控制铸件的凝固次序
(二) 加速铸件的凝固速度，细化晶粒组织，提高铸件的力学性能
(三) 划分冒口的补缩区域，控制和扩大冒口的补缩范围，提高冒口的补缩效率。
可以制作冷铁的材料很多，凡是比砂型材料的热导率、蓄 热系数大的金属和非金属材料均可选用。生产中常用的冷铁材 料有铸铁、铝合金、石墨和铜合金等，各种冷铁材料的热物理 系数见表9－5。
1．冒口有什么作用？设计冒口应遵循哪些基本原则？ 2．冒口分为哪几类？各有什么特点？ 3．选择冒口形状时应主要考虑哪些内容？ 4．如何确定冒口的位置？应注意哪些问题？ 5．如何用比例法来确定冒口的尺寸？ 6．如何评定冒口的有效补缩作用？ 7．如何提高冒口的补缩效率？ 8．冷铁在铸件凝固过程中起什么作用？如何根据不同的 目的来确定冷铁的放置位置及尺寸大小？ 9．如何选择冷铁材料？8
(1) 补偿铸件凝固时的收缩。
(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。
在铸件凝固过程中，要使 冒口中的金属液能够不断地补 偿铸件的体收缩，冒口与铸件 被补缩部位之间应始终保持着 畅通的补缩通道。
（1）侧冒口应就近设在铸件热节的上方或侧旁。 （2）冒口应尽量设在铸件最高、最厚的部位。 （3）对低处的热节增设补贴或使用冷铁、造成补缩的有利条件。 （4）通常把铸件划分成几个区域，在每一个区域内设置若干个合适的冒口。 （5）根据冒口的有效补缩距离来确定冒口的位置和个数。
(1) 要求冷铁所起作用的分析
(2) 铸件结构的分析
(3) 与冒口配合使用
(4) 浇注系统及引入位置的影响
第三节 冒口、冷铁设计.
2.实用冒口设计 1)实用冒口设计法 让冒口和冒口颈先 于铸件凝固，利用全部 或部分的共晶膨胀量在 铸件内部建立压力，实 现自补缩，从而克服补 缩缺陷。
①直接实用冒口
原理：直接实用冒口是利用冒口来补偿 铸件的液态收缩，而当共晶膨胀开始时，让 冒口颈及时凝固，只要铸型的刚性足够，就 可利用共晶膨胀弥补可能出现的缩孔、缩松 缺陷。
(Vc Vr ) Ve Vr
金属的体收缩率
冒口的补缩效率
型壁移动而扩大的体积
②冒口设计的基本步骤 a)计算铸件的模数 b)求出冒口及冒口颈的模数 c)确定冒口的形状和尺寸 d)确定冒口的个数 e)校核冒口的最大补缩能力 ③计算举例 见教材121页。
几种常见几何体的模数计算公式
4提高通用冒口补缩效率的措施 提高冒口中金属液的补缩压力（采用 大气压力冒口）和延长冒口中金属凝固时 间（采用保温、发热冒口）
（二）冷铁材料的选择 钢冷铁和铸铁冷铁 铝冷铁 冷铁 铜冷铁 石墨镁砂等激冷物 （三）外冷铁的设计 1.确定外冷铁形状 形状一致原则。 成型冷铁 平面冷铁
2.确定冷铁尺寸
1)冷铁厚度
序号 1 2 3 4 5 6 使用条件 灰铸铁件 球墨铸铁件 铸钢件 铜合金件 轻合金件 外冷铁的厚度 =（0.25~0.5）T =（0.3~0.8）T =（0.3~0.8）T =（1.0~2.0）T =（0.6~1.0）T =（0.25~0.5）T
2)冒口的尺寸 模数法、比例法、三次方程法、 补缩液量法
①模数法的基本原理 顺序凝固
cnr
冒口的凝固时间
铸件受补缩部分的凝固时间
冒口颈的凝固时间
铸件的凝固时间取决于它的模数。 凝固模数：铸件的体积和传热面积的比值， 简称模数。 M＝V／A（cm）
利用模数法设计球墨铸铁件的冒口冷铁工艺实例_薛蕊莉
（Ningxia Kocel Group Co., Ltd., Yinchuan 750021, Ningxia, China）
Abstract： Calculation of casting modulus is very important for the control of sequence solidification of the casting. In order to solve the dispersed shrinkage of power lining casting, the moduli calculation method was used to design the risers and chills of the ductile iron casting, and the dispersed shrinkage was successfully solved by the method. The results show that the rejection rate of the similar products decreases from 20% to 2% after improvement. Key words：moduli; feeding distance; risers; chills
1 产品参数及原工艺
铸件高度620 mm，外圆最大半径494 mm，顶部内 圆半径372 mm，铸件最大壁厚 （顶部） 81 mm，最小 壁厚38 mm，铸件重366 kg，材质要求为ASTM标准的 A395。原工艺冷铁及冒口工艺见图2，外侧铺满厚度 40 mm的灰铸铁冷铁，内侧在凸出位置放置60 mm厚的 冷铁，冒口为Φ200 mm×200 mm的保温冒口4个。
第八章冒口设计
6）冒口最好布置在需进行机械加工的表面，以减少精整 工件的工时。 7）为加强铸件的顺序凝固，应尽可能使内浇道靠近或 通过冒口，以造成对冒口有利的温度分布。 8）应避免在重要部位放置冒口，因冷却缓慢，晶粒粗大， 造成性能下降。
第十八页，编辑于星期五：二十二点 二十二分。
最厚的部位，以便利用金属液
的自重力补缩。
第十五页，编辑于星期五：二十二点 二十二分。
3、冒口的位置
3）在铸件不同高度上有热节需要补缩时，可按不同水平面放 置冒口，并配合使用冷铁。
第十六页，编辑于星期五：二十二点 二十二分。
4）冒口应尽可能不阻碍铸件的收缩，不应放在应力集中处， 以免引起裂纹；
5）力求用一个冒口同时补缩一个铸件的几个热节或几 个铸件的热节。
第三页，编辑于星期五：二十二点 二十二分。
要达到补缩的目的，冒口必须满足以下基本条 件： （1）冒口的凝固时间必须大于或至少等于铸件 （或铸件被补缩部分）的凝固时间。 （2）冒口中必须储存足够的金属液补充铸件 （或铸件被补缩的部分）的收缩。 （3）冒口与铸件被补缩的部位之间必须存在良 好的补缩通道。
第二十四页，编辑于星期五：二十二点 二十二 分。
（2）冷铁对冒口有效距离的影响
根据在板形和杆形件上应用冷铁的实验结果表明：对板
形件冷铁放在末端时，冷铁的厚度应等于该板的厚度是适宜 的，当冷铁放在两冒口之间时，冷铁约需板厚的二倍。
冷铁使铸件末端的冷却
速度增大，从而使板形铸
件致密的末端区长度增加
约50mm，此数值与板厚无关。 对杆形铸件来说，冷
第八页，编辑于星期五：二十二点 二十二分。
二 、冒口的Hale Waihona Puke 类及位置整体冒口：整个铸件
第五章 冒口工艺及出气孔
比例法是在大量工艺实践的基础上总结出的 冒口尺寸经验确定方法。 2）比例法设计冒口基本步骤
选择冒口的类型和形状，查取相关图、表， 确定冒口尺寸和铸件壁厚或热节圆半径的比例关系，计 算冒口尺寸
21
M V A 22
M V A
6 铸造工艺卡
1）铸造工艺卡的概念
铸造工艺卡是体现工艺设计及操作要求的 重要技术文件，主要以表格形式表示，必要 时并附以简图。
2）砂型铸造工艺卡格式与内容
内容应包括各工序的重要工艺参数、操作 要点、所使用的主要设备、工装以及工时单 耗等。
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冒口形状的选择主要考虑以下两个方面：
1）冒口的补缩效果 球形冒口补缩效果最好；其 他冒口的补缩效果，依次为圆柱形、长方体形等
2）生产的操作方便 况，造型起模方便
铸件被补缩部位的结构情
2 冒口尺寸的确定
借助于模数法、比例法和补缩液量法等设计冒 口并确定尺寸
8
5.4 通用冒口的设计及计算
1 设计方法 常用模数法和比例法等设计冒口。
2
5.3 冒口设计的主要内容 5.3.1 冒口设计的主要内容 1 冒口的位置和有效补缩距离 2 冒口的尺寸与形状及数量 5.3.2 冒口位置的选择原则 1 尽可能设置在铸件热节的上方或侧旁 2 尽量设置在铸件最高、最厚的部位 3 避免设在铸件重要的、受力大的部位 4 不要设在铸造应力集中处 5 尽可能设置在便于清理冒口残根或铸件加工表面上 6 尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件
第五章 冒口、冷铁及出气孔
5.1 冒口的作用与要求
1 作用 补缩 ，排气、集渣和调节铸件温度分布
第五章 冒口工艺及出气孔
3）保温冒口 采用保温材料作冒口套，顶部采用保温剂
的冒口
（1）保温材料选择；（2）保温冒口套厚度；（3）模数
法确定冒口尺寸
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5.6 灰铸铁件的冒口设计
1 灰铸铁铸造工艺性能 结晶范围窄，接近于逐层凝固，石墨化膨胀，
凝固收缩小，不易产生缩松，Mc≦1cm的铸件可不设置
冒口 2 通用（传统）冒口设计 1）比例法 （1）侧冒口 （2）顶冒口和暗侧冒口 2）压边浇冒口 3）冒口有效补缩距离 （1）根据冒口有效补缩距离L与冒口直径DR的比值，确定
也可采用蓄热系数比石英砂大的石墨等非金属材料
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5.8 出气孔
1 出气孔作用 排除铸型型腔内气体，改善液态合金的 充型能力，监视液态合金充满程度。
2 出气孔位置和结构类型
1）空间位置 出气孔一般设在铸件的顶部及难于排气的 “死角”处等部位，避免设在铸件厚壁处。出气孔包括 明出气孔和暗出气孔
灰铸铁件、球墨铸铁件，且铸型强度足够高 3）灰铸铁件实用冒口（内压控制冒口）
灰铸铁件内压控制冒口的种类分为加压冒口， 减压冒口和无冒口工艺；其种类及设计方法同于球墨铸 铁件，差别在于所适用的铸件模数范围不同
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M V A
5.6 球墨铸铁件冒口设计
1 球墨铸铁铸造工艺性能
凝固收缩小，呈糊（粥）状凝固，流动性差，
径的模数③确定冒口的类型和形状尺寸; ④确定冒口的 数量；⑤校核冒口的最大补缩能力 3 比例法 1）比例法的概念
比例法是在大量工艺实践的基础上总结出的 冒口尺寸经验确定方法。 2）比例法设计冒口基本步骤
选择冒口的类型和形状，查取相关图、表， 确定冒口尺寸和铸件壁厚或热节圆半径的比例关系，计 算冒口尺寸
铸造工艺-冷铁设计
冷铁设计冷铁分为内冷铁和外冷铁。
内冷铁：将金属激冷物插入铸件型腔中需要激冷的部位，使合金激冷并同铸件熔为一体，这种金属激冷物称为内冷铁，内冷铁主要用于黑色金属厚大铸样。
使用内冷铁的注意事项是：1）使用前，内冷铁要喷丸或喷砂处理，去除表面锈蚀和油污，常镀锌或镀锡防氧化。
2）砂型内放置内冷铁后应在3h—4h内浇注，防止内冷铁上聚集水分而产生气孔。
3）承受高温、高压和质量要求很高的铸件，不宜放内冷铁。
4）放内冷铁的铸型上方应有出气孔，如上方是暗冒口，冒口上也应有较大的出气孔。
5）采用栅状内冷铁时，单根冷铁的直径不大于30mm。
6）内冷铁在铸件加工后不得暴露，以免影响铸件的力学性能。
外冷铁：外冷铁又分为直接外冷铁和间接外冷铁两类。
1）直接外冷铁是只与铸件的部分内外表面接触而不熔接在一起的金属激冷物，实际上它成为铸型或型芯的部分型腔表面。
2）间接外冷铁同被激冷铸件之间有10～15mm厚的砂层相隔，故又称隔砂冷铁、暗冷铁。
间接外冷铁激冷作用弱，应用较少。
使用外冷铁的注意事项为：1外冷铁紧贴铸件表面的部位应光洁，除去锈污等各种脏物，有时要刷涂料。
2 对于易产生裂纹的铸造合金浇注的铸件，使用外冷铁时应带有一定的斜度（如45°），以免型砂和冷铁分界处因冷却速度差别过大而形成裂纹。
应做成图1中（b），（c）的形式。
对铸铁和一般铸铜件，（a）、（b）、（c）均适用。
冷铁的作用1.与浇注系统和冒口配合控制铸件的凝固次序。
2.加速铸件的凝固速度，细化晶粒组织，提高铸件的力学性能。
3.减小冒口尺寸，提高工艺出品率。
冷铁材料的选择可以制作冷铁的材料很多，凡是比砂型材料的热导率、蓄热系数大的金属和非金属材料均可选用。
生产中常用的冷铁材料有铸铁、铝合金、石墨和铜合金等，各种冷铁材料的热物理系数见下表1。
冷铁安放位置的确定冷铁能否充分发挥作用，关键在于安放的位置是否合理。
确定冷铁在铸型中的位置，主要取决于要求冷铁所起的作用以及铸件的结构、形状，同时还需要考虑冒口和浇注系统的位置。
冒口及冷铁、补贴
根据形状和用途的不同，冷铁可分为外冷铁和内冷铁两种。外冷铁主要用于控制 铸件表面的温度和凝固顺序，而内冷铁则用于控制铸件内部的温度和凝固顺序。
选择依据
在选择冷铁时，需要考虑铸件的形状、尺寸、材质、浇注温度、冷却速度等因素 。同时，还需要根据铸造工艺的要求和实际情况，选择合适的冷铁形状、尺寸和 材质。
应用实例二
在铸造铝合金铸件时，由于铝合金的凝固收缩率较大，可 在铸件的浇注系统或冒口处设置补贴，以提供足够的补缩 量，防止铸件产生缩孔、缩松等缺陷。
应用实例三
在铸造复杂形状的铸件时，可在铸件的难以补缩的部位设 置补贴，以改善铸件的凝固条件，提高铸件的致密性和力 学性能。
04 冒口、冷铁和补贴组合使 用策略
个性化定制需求的增 加
随着消费者个性化需求的不断增 加，未来冒口及冷铁、补贴技术 将更加注重个性化定制服务的发 展，以满足不同客户的需求。同 时，这也将促进冒口及冷铁、补 贴技术的不断创新和发展。
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冒口分类
根据不同的作用和要求，冒口可分为明冒口、暗冒口、发热冒口、保温冒口和 浇注系统等。
冒口在铸造过程中作用
补给铸件凝固收缩所需的金属 溶液，防止产生缩孔和缩松等 缺陷。
通过冒口调节铸件各部分的冷 却速度，使铸件顺序凝固，有 利于铸件内部组织的致密性。
冒口还有排气、集渣的作用， 可防止铸件产生气孔、夹渣等 缺陷。
本次项目成果总结
冒口及冷铁、补贴技术的成功应用
通过本次项目，我们成功地将冒口及冷铁、补贴技术应用于实际生产中，提高了铸件的质量和效 率。
团队协作能力的提升
项目过程中，团队成员积极协作，共同解决问题，提高了团队协作能力和整体实力。
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冒口的补缩效率
(V cV r)V eV r
金属的体收缩率
型壁移动而扩大的体积
材料加工工程——铸造篇
②冒口设计的基本步骤 a)计算铸件的模数 b)求出冒口及冒口颈的模数 c)确定冒口的形状和尺寸 d)确定冒口的个数 e)校核冒口的最大补缩能力 ③计算举例
适用于所有合金铸件的冒口称为通用冒口。
2通用冒口的补缩原理
材料加工工程——铸造篇
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 液态收缩和凝固补缩以及浇注 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，扩张角始终向着冒口。
材料加工工程——铸造篇
模数法、比例法、三次方程法、 补缩液量法
①模数法的基本原理
顺序凝固 cnr
冒口的凝固时间
铸件受补缩部分的凝固时间 冒口颈的凝固时间
材料加工工程——铸造篇
铸件的凝固时间取决于它的模数。
凝固模数：铸件的体积和传热面积的比值，
简称模数。
M＝V／A（cm）
模数
M K
c c
2
<
M K
n n
2 <
M K
材料加工工程——铸造篇
3通用冒口的设计 冒口的设计包括两个内容：一是确定位
置和数量，二是确定冒口的尺寸。 1)冒口的位置 ①冒口应就近设在铸件热节的上方或侧旁。 ②冒口应设在铸件最高和最后凝固的部位， 同时必须采取措施形成向冒口方向的定向凝 固。 ③冒口不应设在铸件重要的、受力大的部位。
材料加工工程——铸造篇
金属补贴
加热补贴
材料加工工程——铸造篇
3)补缩的过程 液态补缩为凝固初期的主要补缩方式。
重量补缩是紧跟液态补缩发生的固相在重 力下自动积聚的补缩方式。 第三阶段枝晶间补缩，对形成疏松缺陷有 直接影响。
固相补缩是最后阶段，对铸件外形收缩有 直接影响。
4)适用条件 适用于所有合金铸件。但通常用于铸型
刚度差的较厚铸铁件的生产。
r r
2
riser head
凝固系数
cast
neck of riser head
模数小的铸件，凝固时间短，模数大的
铸件，凝固时间长，模数相同的铸件，凝固 时间相等或相近。
材料加工工程——铸造篇
对于普通冒口：Kc=Kn=Kr 对于碳钢铸件：
侧冒口：Mc:Mn:Mr=1:1.1:1.2 内浇道通过冒口：Mc:Mn:Mr=1:（1~1.03）:1.2
冒口形式
明顶冒口
明侧冒口 暗顶冒口
暗侧冒口
发热（保温）冒口 压边冒口
大气压力冒口
易割冒口
整体冒口
材料加工工程——铸造篇
冒口设计
功能不同的冒口，其形式、大小和开 设位置均不相同。冒口的设计要充分考虑 铸造合金的性质和铸件的特点。
根据铸件的特点，冒口一般可分为通 用冒口和实用冒口。 1.通用冒口设计 1通用冒口的特点
材料加工工程——铸造篇
第三节 冒口、冷铁设计
一、冒口 冒口的概念 冒口是铸型内设置的一个储存金属液的空
腔。 冒口的作用 冒口的分类 常见冒口形式 冒口的设计
材料加工工程——铸造篇
冒口的作用
1)对于凝固温度范围宽，不产生集中缩孔的 合金，冒口的作用主要是排气和收集液流前 沿混有夹杂物或氧化膜的金属液。这种冒口 多置于内浇道的对面，其尺寸也不必太大。
材料加工工程——铸造篇
材料加工工程——铸造篇
2.实用冒口设计 1)实用冒口设计法
让冒口和冒口颈先 于铸件凝固，利用全部 或部分的共晶膨胀量在 铸件内部建立压力，实 现自补缩，从而克服补 缩缺陷。
材料加工工程——铸造篇
①直接实用冒口 原理：直接实用冒口是利用冒口来补偿
铸件的液态收缩，而当共晶膨胀开始时，让 冒口颈及时凝固，只要铸型的刚性足够，就 可利用共晶膨胀弥补可能出现的缩孔、缩松 缺陷。
2)对于要求控制显微组织的铸件，冒口可以 收集液流前沿的过冷金属液，避免铸件上出 现过冷组织对。铸件进行补缩，防止产生 3)对于缩凝孔固、期缩间松体等积缺收陷缩，量同大时，提且高趋排向于形 成集中气缩、孔集的渣合等金效（果如，铸防钢止、产锰生黄气铜孔和、铝青 铜等）夹，渣冒等口缺的陷主。要作用是补偿铸件的液态 收缩和凝固收缩以得到致密的铸件。
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依所在位置分 顶冒口 分类
普通冒口
依覆盖情况分
侧冒口 明冒口 暗冒口
压缩空气冒口
传统冒口
依加压方式分 发气压力冒口
大气压力冒口
冒口
保温发热冒口 发热冒口
特种冒口 依加热方式分 加氧冒口
铸铁件的实用冒口
煤气加热冒口 电弧加热冒口
直接实用冒口
易 割 冒 口 控制压力冒口
材料加工工程——铸造篇
冒口的有效补缩距离 冒口作用区 中间区 应考虑冒口补缩和铸件末端冷却效应的联合 作用。掌握冒口补缩距离，可以合理地规定 大铸件冒口的间距和数量。
一般情况下，平行截面的板状、棒状钢 铸件冒口有效补缩距离为其厚度(T)的二倍， 如有末端效应则为厚度的四点五倍（4.5T）。
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③冒口的有效补缩的保证 利用冷铁和工艺补贴。
特点：铸件工艺出品率高，冒口设计灵 活，去除冒口的费用少，但要求铸型强度高， 浇注温度范围严格，保证冒口颈冻结时间准 确，模数不易确定。
见教材121页。
材料加工工程——铸造篇
几种常见几何体的模数计算公式
材料加工工程——铸造篇
材料加工工程——铸造篇
材料加工工程——铸造篇
材料加工工程——铸造篇
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4提高通用冒口补缩效率的措施 提高冒口中金属液的补缩压力（采用
大气压力冒口）和延长冒口中金属凝固时 间（采用保温、发热冒口）
④冒口应避免放在铸件上应力集中的部位， 注意减轻对铸件的收缩阻碍，以免由于加大 热差造成铸件变形或开裂。
⑤冒口应尽量设置在方便 和容易清除冒口残根的地 方或尽量放在加工面上， 减少铸件不必要的加工或 修整。
⑥对于不同高度上的冒口， 应用冷铁使各个冒口的补 缩距离隔开。
材料加工工补缩通道和有效补缩距离 ①冒口与铸件间的补缩通道
补缩通道：铸件凝固过程中， 冒口和铸件被补缩部位之间始 终保持着畅通的液态通道，称 为补缩通道。
补缩通道扩张角：铸件凝固过程 中液相线之间形成的向冒口方 向的扩张角称为补缩通道扩张
角，用 表示。
材料加工工程——铸造篇
②冒口的有效补缩距离
末端区 冒口有效补缩距离