第五章__冒口设计

第五章 冒口设计
第一节 冒口的种类及补缩原理
冒口是铸型内用以储存金属液的空腔，在铸件的 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。
一、冒口的种类
冒口
普通冒口
顶冒口 依位置分 侧冒口
明冒口 依顶部覆盖分
暗冒口
通用冒口 （传统）
特种冒口
依加压方式分
扩张角φ1与φ2
结果表明，冒口区长度和末端区长度都随铸件厚度增大 而增加，且随截面的宽厚比减少而减少。说明薄壁件比厚壁 件更难于消除轴线缩松 ，而杆件比板件补缩难度大。
阶梯形铸钢件冒口补缩距离比板形件的大（见图3-5-7）。 冒口的垂直补缩距离至少等于冒口的水平补缩距离。
2.铸铁件通用冒口的补缩距离பைடு நூலகம்
合金种类
锡锌青铜 Sn8%,Zn4%
锰铁黄铜 Cu55%,Mn3%Fe1
% 铝铁青铜 Al9%,Fe4%
铸件形状 板件 杆件
板件
板件
末端区长 4T 10T
5T
5.5T
冒口区长 0
2.5T 3T
补缩距离 4T 10T
7.5T
8.5T
离数据见表3-5-2。 据另外资料， 黄铜冒口的补缩距离为 5～9T（T——铸件壁厚），铝青铜和锰青铜的冒口补缩距 离为5～8T。
用多边形布置多块外冷铁的方法可以大大延长冷铁末 端区的长度，如图3-5-10所示，因采用多边外冷铁，铸件 只用一个冒口。外冷铁之间的距离为0.5～1倍于冷铁的长 度。图下部示出其等温线分布。
5.补贴的应用
为了实现顺序性凝固和增强补贴效果,铸造工艺人员 在靠近冒口的铸件壁厚上补加的倾斜的金属块称为补贴 （增肉）。冒口附近有热节或铸 件尺寸超过冒口补贴距离时， 利用补贴可造成向冒口的补 贴通道，实现补缩。应用补 贴可消除铸件下部热节处的 缩孔，还可延长补缩距离， 减少冒口数目。
二、通用冒口补缩原理
（一）基本条件
通用冒口适用于所有合金铸件，它遵循顺序凝固的 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，冒口的被补缩部位之间存在补缩通道，
扩张角向着冒口。 为实现顺序凝固，要注意冒口位置的选择，冒口有
效补缩距离是否足够，并充分利用补贴和冷铁的作用。
（二）选择冒口位置的原则
1. 冒口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。对 低处的热节增设补贴或 使用冷铁（见图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 止组织粗大降低强度。
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 （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）。
（三）冒口有效补缩距离的确定
88.9
133.4 165.1 228.6
可锻铸铁冒口的补缩距离为4～4.5倍壁厚。
3.有色合金冒口补缩距离
锡青铜和磷青铜合金凝固范围一般较宽，呈糊状凝固 特性，冒口的有效补缩距离短，易出现分散缩松；无锡青 铜和黄铜一般凝固范围窄，其冒口补缩距离大。铜合金冒 口的补缩距。
表3-5-2 铜合金冒口的补缩距离(mm)
共晶型铝合金的冒口补缩距离为4.5T； 非共晶型铝合 金的冒口补缩距离位T。这种铝合金中，对于Ｗsi≈7%、 Ｗcu≈4%的成分，无法测出冒口补缩距离（等于零），剖 开铸件，断面上均匀出现不同程度的缩松。这与合金的糊状 凝固特性、密度小和导热快有关。
4.外冷铁的影响
试验证明，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有效补缩 距离，如图3-5-9所示。当把冷铁置于板或杆件末端时, 会 使铸件的末端区长度略有增加。
依加热方式分 易割冒口
大气压力冒口
压缩空气冒口
发气压力冒口
保温冒口 发热冒口 加氧冒口 电弧加热冒口、煤气加热冒口
直接实用冒口（浇注系统当冒口）
铸铁件的实用冒 控制压力冒口 口（均衡凝固） 冒口无补偿
冒口的种类有圆柱形、球顶圆柱形、长（腰）圆 柱
形、球形及扁球形等多种。图3-5-1为常用冒口种类。
灰铸铁件通用冒口的补缩距离如图3-5-8所示。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，故冒口补缩距离较小。
球墨铸铁具有糊状凝固特性，采用通用冒口补缩效果较差。 应指出：只在用湿型或壳型铸造较厚的球铁件时才有必
要使用传统的冒口补缩。这是由于铸型刚度差，无法充分利 用石墨化共晶膨胀压力来克服缩松。球铁冒口的补缩距离参 看表3-5-1中数据。
冒口有效补缩距离=冒口作用区与末端区长度之 和。
它是确定冒口数目的依据。
有效补缩距离与铸件结构、合金成分、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。
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。这些曲线是用Wc=0.2%～ 0.3%的碳铸钢件的试验取得的。(注意有效补缩距离)
补贴分类：
依在铸件上的位置，补贴又分为垂直补贴和水平补贴。 水平补贴（图3-5-12）的最大长度为冒口模数的4.7倍， I-I端面处的补贴模数M1=ab/[2（a+b-c）]应按照冒口 颈模数计算。
I-I端面
垂直补贴的尺寸可依照图3-5-13确定。 该图是对板型碳钢铸件进行顶注、立浇试验，后经过X光透 视检查而总结出来的关系曲线—补贴厚度a和铸件壁高H， 厚度T之间的关系曲线。（断面板型件—宽厚比＞5：1）
表3-5-1 球铁冒口的补缩距离(mm)
铸件壁厚
6.35 12.70 15.86 19.05 25.40
38.10 50.80
水平壁厚
湿型
湿型
湿型
31.75
101.6～ 114.3
101.6
88.9
127.0
101.6～ 127.0
139.7～ 152.4
114.3 228.6
127.0
垂直补贴 壳型