第三节 冒口、冷铁设计
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
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。
②铸件被补缩部位的结构情祝: 冒口形状的选泽还要考虑铸件被补缩部位的结构形状和造型工艺是否方便。
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。
冒口及冷铁、补贴
以圆柱冒口为例： 以冒口中心为圆心，用冒口半径 加上有效补缩距离为半径做圆， 圆内就是冒口的有效补缩范围。
3.冒口的有效补缩距离的确定
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。
3. 冒口的有效补缩距离的确定
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
冒口的有效补缩距离：致密的冒口作用区与致密的末端区之和 b=冒口区+末端区= c+e 如果被补缩部分的长度大于这个距离，就会产生缩孔和缩 松；小于b时铸件才是健全的。 冒口有效补缩距离是指长度方向 的，实际上冒口的补缩作用是一个 范围。
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 冒口设臵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。
例题：用冒口有效补缩距离的概念，掌握影响冒口有效补缩
距离的规律，有助于合理确定冒口的数目。 例：一环形件，如图所示，环形中心线为920mm，宽240mm，厚 80mm，为宽厚比为3：1的杆件。采用冒口直径为190mm。 方案一：问应设臵几个冒口？ 对于厚80mm 3：1的杆件， 查表得冒口区长度为140mm， 两个冒口区长度加上冒口本 身直径为470mm，环形件需要 补缩的距离为: 3.14 ×920=2889mm， 需设臵的冒口数为： 2889/470=6.1个 即用6个冒口可得到致密的铸件。
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。
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。
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。
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。
第三节铸造缺陷分析
第三节铸造缺陷分析一、铸件中的缩孔和缩松1.缩孔它是集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞。
缩孔多呈倒圆锥形，内表面粗糙，通常隐藏在铸件的内层，但在某些情况下，可暴露在铸件的上表面，呈明显的凹坑。
b5E2RGbCAP为便于分析缩孔的形成，现假设铸件呈逐层凝固，其形成过程如图5—6所示。
缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域，如壁的上部或中心处。
此外，铸件两壁相交处因金属积聚凝固较晚，也易产生缩孔，此处称为热节。
热节位置可用画内接圆方法确定，如图5—7所示。
铸件上壁厚较大及内浇口附近都属热节部位。
p1EanqFDPw缩松分散在铸件某区域内的细小缩孔，称为缩松。
当缩松与缩孔的容积相同时，缩松的分布面积要比缩孔大得多。
缩松的形成原因也是由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足，或是因合金是糊状凝固，被树枝状晶体分隔开的小液体区难以得到补缩所致。
DXDiTa9E3d缩松分为宏观缩松和显微缩松两种。
宏观缩松是用肉眼或放大镜可以看出的小孔洞，多分布在铸件中心轴线区域、热节处、冒口根部和内浇口附近，也常分布在集中缩孔的下方如图5—8所示。
RTCrpUDGiT显微缩松是分布在晶粒之间的微小孔洞，要用显微镜才能观察出来，这种缩松的分布更为广泛，有时遍及整个截面。
显微缩松难以完全避免，对于一般铸件多不作为缺陷处理，但对气密性、力学性能、物理性能和化学性能要求很高的铸件，则必须设法减少。
5PCzVD7HxA3.缩孔和缩松的防止(1>按照顺序凝固原则进行凝固所谓顺序凝固即定向凝固，就是在铸件可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固(图5-9中Ⅰ>，而后是靠近冒口部位凝固(图5-9中Ⅱ，Ⅲ>，最后才是冒口本身凝固。
jLBHrnAILg顺序凝固和逐层凝固是两个不同的概念。
逐层凝固是指铸件某断面上的凝固方式，即表层先凝固，然后一层一层向铸件心部长厚。
由于逐层凝固时，铸件心部保持液态时间长，冒口的补缩通道易于保持畅通，故能充分发挥补缩效果。
《冒口冷铁和铸肋》课件
冒口和冷铁在铸造工艺中的重要性
01
冒口和冷铁是铸造工艺中重要的 辅助材料，对于控制铸件的质量 、提高铸件的机械性能具有重要 的作用。
02
在实际生产中，应根据铸件的大 小、形状、材料等因素综合考虑 冒口和冷铁的设计和选用，以达 到最佳的铸造效果。
02 冒口的设计与制作
冒口设计的原则和要求
确保金属液的补缩效果
06
解决方案3
优化冷铁结构设计，提高冷却面积和冷却效率 ；控制铸造工艺参数，保证冷却速度符合要求 。
04 铸肋的应用和设计
铸肋在铸造工艺中的应用
01
02
03
增强结构稳定性
铸肋能够提高铸件的结构 强度和稳定性，减少铸造 缺陷和变形。
优化冷却效果
铸肋可以改善铸件内部的 冷却速度，提高冷却均匀 性，进而影响铸件的质量 和性能。
原则
冷铁设计应遵循功能性、安全性、经济性和环保性等原则，确保其能够满足铸造 工艺要求，提高铸件质量，降低生产成本，并减少对环境的影响。
要求
冷铁设计需根据铸件的结构、尺寸、材质和铸造方法等要求进行，合理选择冷铁 材料、规格和工艺，以满足铸造工艺对冷却速度、补缩压力和排气的要求。
冷铁的制作材料和工艺
材料
质量管理是铸造生产的重中之重。企业应 建立健全的质量管理体系，确保每个环节 都得到有效控制。
经验三
总结
加强与供应商和客户的沟通与合作，共同 应对市场挑战。通过建立长期稳定的合作 关系，实现共赢。
铸造行业的发展需要各方的共同努力。只 有不断创新、注重质量、加强合作，才能 在这个竞争激烈的市场中立于不败之地。
《冒口冷铁和铸肋》 PPT课件
目录
CONTENTS
• 冒口和冷铁的基本概念 • 冒口的设计与制作 • 冷铁的设计与制作 • 铸肋的应用和设计 • 案例分析与实践经验分享
第三章 浇注系统的设计与计算
湖北汽车工业学院材料工程系 Department of Materials Engineering
复习题
1．浇注系统由哪些部分组成？分别说明各个组元的 作用？ 2．比较顶注式和底注式浇注系统的优缺点。 3．比较封闭式和开放式浇注系统的优缺点。
4 . 如何提高横浇道的撇渣效果？
5. 内浇道在铸件浇铸中能够起到哪些重要作用？ 6．确定内浇道位置要注意哪些具体问题？ 湖北汽车工业学院材料工程系
轻合 of Materials Engineering
4、内浇道的设计
1） 内浇道的作用： 3） 位置的选择： 依据铸件所需凝固方式和流动特性考虑。
控制液态金属充型速度和流动方向、温度分布和凝固顺序。 2） 形状：扁平梯形、月牙形和三角形。
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第二节 浇注系统的计算
1、 奥赞(Osann)公式
—阻流（最小）截面积 的计算 。
阻流（最小）组元指浇 注系统中最小截面积的浇道， 一般为内浇道，即 m A阻= 2 gHp
H P H0 P
2
2C
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四 浇注系统组元设计中的创新思维
1、浇口杯中加过滤网，浇口盆中采用挡渣措施。
2、直浇道底部开设半球形或圆台形窝坑，称 为直浇道窝。对铸钢，要用耐火砖。
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3、提升横浇道的撇渣效果
前过滤
缓流式
阻流式
离心集渣式
1）金属充填型腔时平均静压头 Hp 的计算
第5章冒口、冷铁和铸肋ppt课件
Mr (11.2)MC
24
b 冒口必须提供足够的金属液
( V V ) V V
c
r
e
r
式中 ε--- 金属从浇注完到凝固完毕的体收缩率，见下表。
η ---冒口的补缩效率。
η=（补缩体积/冒口体积） 100%，见表3-5-6。
25
26
ε、η对冒口体积的影响如图
27
（2〕铸件形状系数的影响
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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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。
45
实用冒口的种类及适用范围
46
(1)直接实用冒口〔包括浇注系统当冒口）
基本原理
度也为铸件壁厚的一半。
冒口中缩孔球直径
等于
冒口直径与铸件的壁d厚0 差：
d0 Dr T
其中直径为 的球体体积等
铸件被D补r 缩T部分d的0 体积。 d0
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2.4 比例法 热节圆直径与冒口的比
例关系
39
2.5 铸件工艺出品率
铸件工艺出品铸率件质量 冒口 铸总 件质 质浇 量 量注系统质 10量0%
球铁件冒口与冷铁作用及设计时的注意事项
球铁件冒口与冷铁作用及设计时的注意事项众所周知，球墨铸铁件的质量出了和所用材质及工艺有关外，它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成本，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！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）加快铸件热节部分的冷却速度，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，以期达到提高铸件表面硬度和耐磨性、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，用冷铁进行激冷可以增大铸件表面或中心的温度梯度，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行设计，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。
铸造冒口、冷铁与铸肋PPT文档38页
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃Leabharlann END铸造冒口、冷铁与铸肋
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
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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。
（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
二、冷铁的设计 冷铁：为增加铸件局部冷却速度，在型腔 内部及工作表面安放的金属块称为冷铁。 （一）冷铁的种类及作用 1.种类 内冷铁 冷铁 直接外冷铁 外冷铁 间接外冷铁
2.作用 1)在冒口难以补缩的部位防止缩孔、缩松。 2)划分冒口的补缩区域，控制和扩大冒口 的补缩距离，提高冒口的补缩效率。 3)加速壁厚交叉部分及急剧变化部位的凝 固，避免产生热裂纹。 4)改善铸件局部的金相组织和力学性能。
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
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。 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)对于凝固期间体积收缩量大，且趋向于形 缩孔、缩松等缺陷，同时提高排 成集中缩孔的合金（如铸钢、锰黄铜和铝青 气、集渣等效果，防止产生气孔、 夹渣等缺陷。 铜等），冒口的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。
8.何谓封闭式、半封闭式、开放式、底注式及阶 梯式浇注系统？它们各有什么优点？
5.试述分型面与分模面的概念。分模造型时，其 分型面是否就是分模面？从保证质量与简化操作 两方面考虑，确定分型面的主要原则有哪些？ 6.浇注系统一般由哪几个基本组元组成？各组元 的作用是什么？
7.冒口的作用是什么？冒口对铸件进行补缩的条 件是什么？何谓冒口的有效补缩距离，如何提高 冒口的有效补缩距离？为什么？冒口的类型有哪 些？其工作原理是什么？冒口尺寸的大小是怎样 确定的？
Mn M r riser head K < K < n r cast neck of riser head
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
2
2
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。
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 顶冒口：Mr=（1~1.2）Mc 考虑到缩孔应完全在冒口内，有：
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。
②控制压力冒口
冒口对铸件的液态收缩进行补偿，并 且在共晶膨胀初期冒口颈仍然保持畅通， 使铸件内部铁液回填冒口以释放压力。
（三）基于均衡理论的冒口设计
1.铸铁件的均衡凝固理论 均衡凝固就是 利用收缩和膨胀的 动态叠加，通过工 艺措施使单位时间 的收缩与补缩、收 缩与膨胀按比例进 行的凝固原则
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）
模数 凝固系数
Mc K c
依所在位置分 普通冒口 依覆盖情况分 传统冒口 冒口 特种冒口 依加热方式分 铸铁件的实用冒口 易 割 冒 口 依加压方式分
顶冒口 侧冒口 明冒口 暗冒口 压缩空气冒口 发气压力冒口 大气压力冒口 保温发热冒口 发热冒口 加氧冒口 煤气加热冒口 电弧加热冒口 直接实用冒口 控制压力冒口
分类
冒口形式
(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）
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。
②冒口的有效补缩距离
末端区
冒口有效补缩距离 中间区
冒口的有效补缩距离 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。
冒口作用区
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）。
当实现同时凝固时，M1等于热节四周簿 壁部分的模数；
实现顺序凝固时，M1=（0.83~0.91）MP， MP是热节旁补缩壁的模数。
经验证明，只有满足MP0.67M0的条件下， 才能用外冷铁消除热节的影响。
3.使用注意事项 1)外冷铁尺寸不易过大，长度尺寸不超过 200mm。 2)尽量将外冷铁放在底部和侧面。 3)外冷铁表面工作 表面应平整光洁， 无油污和锈蚀，并 涂以涂料。 4)冷铁的安放位置必 须充分考虑铸件的结 构与冒口的配合。
②无气隙外冷铁 （设在铸件底部和内侧） 在重力和铸件收缩力作用下同铸件表面 紧密接触。 激冷效果相当于在原有砂型的散热表面 上净增了两倍冷铁工作表面积(As=A0+2AC1)
V0 V0 As A0 M 1 M 0 V0 ( M 0 M 1 ) Ac1 2 2 2M 0 M 1 V0 V0 而 M1 As A0 Ac2 2 Ac1
冷铁置于铸件 底部或末端时，厚 度可选大些；在铸 件局部热节处安放 的冷铁必须严格控 制其厚度。
2)确定冷铁工作表面积 ①气隙外冷铁 （设在铸件顶部和外侧） 激冷效果相当于在原有砂型的散热表面 上净增了一倍的冷铁工作表面积(As=A0+AC2)。
V0 V0 V0 ( M 0 M 1 ) Ac2 As A0 M1 M 0 M 0 M1
③冒口的有效补缩的保证 利用冷铁和工艺补贴。
金属补贴 加热补贴
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。
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。
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。
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。
2)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。
明侧冒口 明顶冒口
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
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 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
2.均衡凝固的工艺原则 1)铸铁件的体收缩率取决于铸铁成分、外 界浇注条件及铸件本身。 2)壁厚越薄的小件，补缩要求越高，壁厚 越厚的大件，补缩要求越低。 3)任何铸铁件都应以自补缩为基础。 4)冒口不应放在铸件热节点上。要靠近热 节以利补缩，又要离开热节，以减少冒口 对铸件的热干扰。
5)开设浇冒口时，要避免在浇冒口和铸件 接触处形成接触热节。 6)尽量使用耳冒口、飞边冒口等冒口颈短、 薄、宽的形式。 7)铸件的厚壁热节应放在浇注位置的下部。 8)可利用冷铁平衡壁厚差，消除热节。 9)优先采用顶注工艺。利于尽早发生石墨 化膨胀，提高自补缩程度。
思考题
1.什么是顺序凝固原则？什么是同时凝固原则？ 什么是均衡凝固原则？各有什么优缺点？ 2.铸件的壁厚为什么不宜过薄和过厚？为什么尽 可能厚薄均匀？为什么要规定铸件的最小壁厚？ 3.为便于生产和保证铸件质量，通常对铸件结构 有哪些要求？ 4.何谓铸件的浇注位置？其对铸件的质量有什么 影响？应按何原则来选择？