铸铁件收缩模数法冒口设计
铸铁件冒口设计手册
铸铁件冒口设计手册诸葛胜福士科铸造材料（中国）有限公司铸铁冒口设计手册一、概述冒口是一个个储存金属液的空腔。
其主要作用是在铸件成形过程中提供由于体积变化所需要补偿的金属液，以防止在铸件中出现的收缩类型缺陷（如图1和图2所示），而这些需要补偿的体积变化可能有：图1 各种缩孔图2 缩孔生产图a)和冒口的补缩图b)1—一次缩孔 2—二次缩孔 3—缩松 1—缩孔 2—型腔胀大 3—铸件(虚线以内) 4—显微缩松 5—缩陷（缩凹，外缩孔）（1）铸型的胀大（2）金属的液态收缩（3）金属的凝固收缩补偿这些体积变化所需要的金属液量随着铸型和金属种类的不同而异。
此外，冒口还有排气及浮渣和非金属夹杂物的作用。
铸件制成后，冒口部分（残留在铸件上的凸块）将从铸件上除去。
由此，在保证铸件质量要求的前提下，冒口应尽可能的小些，以节省金属液，提高铸件成品率。
由此冒口的补缩效率越高，冒口将越小，铸件成品率越高、越经济。
FOSECO公司的发热保温冒口具有高达35%的补缩效率；因而，具有极高的成品率和极其优越的经济性。
在金属炉料价格飞涨的情况下，其优越性显得尤其突出。
另外，高品质发热保温冒口，及其稳定可靠的产品质量是获得高品质铸件的重要手段和可靠的质量保证。
二、铸铁的特点铸钢和铸铁都是铁碳合金，它们在凝固收缩过程中有共同之处）如凝固前期均析出初生奥氏体树枝晶，都存在着液态、凝固态和固态下的收缩），但也有不同的特点。
其根本不同之处是铸铁在凝固后期有“奥氏体+石墨”的共晶转变，析出石墨而发生体积膨胀，从而可部分地或全部抵消凝固前期所发生的体积收缩，即，具备有“自补缩的能力”。
因此在铸型刚性足够大时，铸铁件可以不设冒口或采用较小的冒口进行补缩。
灰铸铁在共晶转变过程中析出石墨，并在与枝晶间的液体直接接触的尖端优先长大，其石墨长大时所产生的体积膨胀直接作用在晶间液体上，进行“自补缩”。
对于一般低牌号的灰铁铸件，因碳硅含量高，石墨化比较完全，其体积膨胀量足以补偿凝固时的体收缩，故不需要设置冒口，只放排气口。
模数法计算铸件冒口尺寸
模数法计算铸件冒口尺寸哎呀，说到模数法计算铸件冒口尺寸，这可真是个技术活儿，得有点耐心和细心才行。
咱们先得搞清楚，冒口是干啥用的。
简单来说，冒口就是铸造过程中，用来补充铸件凝固时收缩的那部分金属的。
要是冒口尺寸没算好，铸件可能就会有缺陷，比如缩孔啊、缩松啊，那可就麻烦大了。
好了，咱们开始吧。
首先得有个铸件的图，得知道它的体积、形状和材料。
这些信息都很重要，因为它们决定了冒口需要补充多少金属。
比如说，铸件体积大，冒口就得大点；材料收缩率大，冒口也得大点。
接下来，咱们得确定模数。
模数就是冒口体积和铸件体积的比值。
这个比值可不是随便定的，得根据铸件的材料和结构来。
比如说，对于一般的铸铁件，模数可能在0.03到0.05之间；对于铸钢件，可能在0.02到0.04之间。
这个范围得根据实际经验来调整。
然后，咱们就可以开始计算了。
比如说，你有个铸件，体积是100立方厘米，材料是铸铁，模数咱们就取0.04吧。
那么冒口的体积就是100乘以0.04，等于4立方厘米。
这就是冒口需要的金属量。
但是，这还没完呢。
冒口的形状也得考虑进去。
冒口不能太大，也不能太小，得保证金属能顺利流入铸件。
一般来说，冒口的形状可以是圆柱形、圆锥形或者半球形。
每种形状的计算方法都不一样，得根据具体情况来。
比如说，你选择了圆柱形冒口，那么还得计算冒口的高度和直径。
这得根据冒口的体积和形状来。
比如说，你想让冒口的高度是直径的两倍，那么就可以设直径为x，高度为2x。
然后根据体积公式，πx²2x=4，解这个方程，就可以得到x 的值。
最后，别忘了检查一下。
你得确保冒口的位置不会影响铸件的结构，也不会造成铸造过程中的麻烦。
比如说，冒口不能放在铸件的受力部位，也不能放在铸件的表面，以免影响铸件的外观和性能。
哎呀，说了这么多，感觉有点复杂。
不过，只要你耐心点，一步步来，肯定能搞定的。
毕竟，这可是关系到铸件质量的大事儿，马虎不得。
铸铁件冒口设计手册
铸铁件冒口设计手册诸葛胜福士科铸造材料（中国）有限公司铸铁冒口设计手册一、概述冒口是一个个储存金属液的空腔。
其主要作用是在铸件成形过程中提供由于体积变化所需要补偿的金属液，以防止在铸件中出现的收缩类型缺陷（如图1和图2所示），而这些需要补偿的体积变化可能有：图1 各种缩孔图2 缩孔生产图a)和冒口的补缩图b)1—一次缩孔 2—二次缩孔 3—缩松 1—缩孔 2—型腔胀大 3—铸件(虚线以内) 4—显微缩松 5—缩陷（缩凹，外缩孔）（1）铸型的胀大（2）金属的液态收缩（3）金属的凝固收缩补偿这些体积变化所需要的金属液量随着铸型和金属种类的不同而异。
此外，冒口还有排气及浮渣和非金属夹杂物的作用。
铸件制成后，冒口部分（残留在铸件上的凸块）将从铸件上除去。
由此，在保证铸件质量要求的前提下，冒口应尽可能的小些，以节省金属液，提高铸件成品率。
由此冒口的补缩效率越高，冒口将越小，铸件成品率越高、越经济。
FOSECO公司的发热保温冒口具有高达35%的补缩效率；因而，具有极高的成品率和极其优越的经济性。
在金属炉料价格飞涨的情况下，其优越性显得尤其突出。
另外，高品质发热保温冒口，及其稳定可靠的产品质量是获得高品质铸件的重要手段和可靠的质量保证。
二、铸铁的特点铸钢和铸铁都是铁碳合金，它们在凝固收缩过程中有共同之处）如凝固前期均析出初生奥氏体树枝晶，都存在着液态、凝固态和固态下的收缩），但也有不同的特点。
其根本不同之处是铸铁在凝固后期有“奥氏体+石墨”的共晶转变，析出石墨而发生体积膨胀，从而可部分地或全部抵消凝固前期所发生的体积收缩，即，具备有“自补缩的能力”。
因此在铸型刚性足够大时，铸铁件可以不设冒口或采用较小的冒口进行补缩。
灰铸铁在共晶转变过程中析出石墨，并在与枝晶间的液体直接接触的尖端优先长大，其石墨长大时所产生的体积膨胀直接作用在晶间液体上，进行“自补缩”。
对于一般低牌号的灰铁铸件，因碳硅含量高，石墨化比较完全，其体积膨胀量足以补偿凝固时的体收缩，故不需要设置冒口，只放排气口。
铸铁件收缩模数法冒口设计
铸铁件收缩模数法冒口设计
铸铁件收缩模数法冒口设计
卢国斌
【期刊名称】《科技创新与生产力》
【年(卷),期】2006(000)006
【摘要】根据均衡凝固有限补缩原理,利用铸铁件的收缩时间分数和补缩率的定量计算,提出了铸铁件收缩模数法冒口设计.
【总页数】3页(53-55)
【关键词】冒口设计;收缩时间;补缩率
【作者】卢国斌
【作者单位】山西焦煤集团公司西山机电总厂,山西,太原,030053 【正文语种】中文
【中图分类】TG2
【相关文献】
1.利用模数法设计球墨铸铁件的冒口冷铁工艺实例[J], 薛蕊莉; 林艳茹
2.用碱性树脂砂生产大模数球墨铸铁件的生产实践 [J], 郑秉和
3.《铸钢铸铁件磁粉检测》和《铸钢铸铁件渗透检测》两项国家标准在大连通过审查 [J], 全国铸造标准化技术委员会
4.排气歧管用铸铁件暨奥氏体铸铁件国家标准在河南西峡召开 [J],
5.湿砂型铸铁件的粘砂缺陷--湿砂型铸铁件缺陷讲座(一) [J], 于震中; 龚出群以上内容为文献基本信息，获取文献全文请下载。
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§4 铸钢件冒口设计设计步骤：1）确定冒口的安放位置2）初步确定冒口数量3）划分每个冒口的补缩区域，选择冒口类型4）计算冒口的具体尺寸冒口计算方法：模数法＋比例法+补缩液量法（参考资料）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。
总结：M冒=1.2M件P127式4-5，左边为总收缩量，右边为由冒口补充量。
2 计算步骤1）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。
计算方法：公式计算＋图表计算－表4-5（p128-130）。
计算M件用L形体计算公式，为什么不用法兰体公式去套呢？（法兰体高度b无法确定）图4-33B-B剖面图中200应改为220，因计算M B时用的数值是220；另外，冒口直径为φ220，其冒口颈宽也应为220。
（A-A剖面图中200改否.）采用右边的A-A剖面冒口颈满足了要求，A-A剖面冒口颈尺寸怎么得来的呢？不要瞎懵，可列式M颈=3.74=20X/[2（20+X）]，求出X=12.生产中可根据M冒数值查出标准侧冒口，得冒口尺寸（直径、高等），冒口颈尺寸，冒口体积、重量，能补缩的铸件体积及重量（M冒结合εV查）。
3）确定铸钢件体收缩率由表4-3求出。
例如，已知ZG270-500的平均W C=0.35%，若浇注温度为1560°C，可从表4-3查出εV=4.7%（碳钢εV=εC）。
如何查出的呢？浇注温度为1560°C；W C=0.40%，εV=5%；W C=0.20%，εV=3.8%；据此列式（5-3.8）/（0.4-0.2）=（5-X）/（0.4-0.35），解出X=4.7（插入法，比例法）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）见p133例题。
1 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）。
铸造中铸件需要使用多大直径的冒口补缩怎么计算？
铸造中铸件需要使用多大直径的冒口补缩怎么计算？铸造生产当中，冒口的设计直接关系着铸件的成品率与质量。
因此，许多铸造厂都非常重视铸件冒口的设计。
所谓冒口，顾名思义就是铁水浇注时冒上来的口，有两个主要作用，一是浇注完成后热液补缩，二是注汤时，型腔内快速排出气体。
排气作用就不说了，就说补缩，铁水在液态向固态凝固时，铸铁的铁水有个特性，先共晶，再共析，共晶过程也是膨胀的过程，共析是收缩的过程，铁水的缩性又与化学成分，冷却速度，型核分布，熔炉速度，熔炼温度，镇静时间，浇注温度有关，难以一言蔽之，铁水熔炼不控制好，就算有最好的计算结论，都是白搭。
老实说，想简单的述说清楚冒口设计的问题，很难，这个问题不是我不回答，而是我每次想回答时，都发现自己要罗列一大堆数据公式，才能把这个问题讲清楚。
这个问题看似简单，基本上等同于简述铸造工艺学。
这太费时间和精力，读者也未几能有耐心看完那样叙述。
然而，如读者真想把冒口设计的基础理论弄明白，系统的学习《铸造工艺学》是必须做的事情。
咱们今天，就只能简要的讲述一下冒口设计的基本要素。
冒口设计要根据不同的材料，不同尺寸，不同形状，不同材质的特性进行设计。
首先，铸造工艺不一样，由此引申出的各类冒口的类型也是不一样的，因而冒口尺寸计算的方法也是不一样的。
简单以材料分类，铸钢件采用的冒口计算方法有模数法，三次方程法，补缩液量法，比例法。
铸铁件因凝固方式特殊（受冶金质量和冷却速度影响），大多靠经验辅以模数法和比例法。
今天，只简单说说铸钢，公式就先都不写了。
第一，模数法模数指的是铸件被补缩部位的体积与散热表面积的比值称为模数。
模数基本等同于铸件的凝固时间，也就是说不同形状大小的铸件，只要模数相同，我们就认为他们的凝固时间几乎相等。
当我们使用模数法时，基本遵循两条原则。
1.冒口的模数需大于铸件被补缩区域的模数。
2.冒口必须有足够的金属溶液补充铸件收缩部分的体积收缩。
第二，三次方程法三次方程法是模数法的延伸，主要用于计算机辅助设计中。
模数法在铸钢件冒口设计中的应用_丛伟
(%)。
(2)铸件存在补缩通道 、保证无缩孔的条件
ε(V冒 + V 件)≤ n V冒
(6)
由(6)式知冒口的最大补缩能力为
V件
=n
-ε ε V冒
n — 冒口的补缩效率(%)
含碳量 C =0 .32 ～ 0 .40 铸件的 n 、ε值见表
1。
表 1 含碳量 C = 0 .32 ～ 0 .40 铸件的 n 、ε值
M冒
=
V A
=
2 3
(π ×28
.52
-
π ×13
.52 )×3 0
2
2
2
2
(2 π×18 .5 +2 π ×13 . 5 )×30 + (π×28 .5 - π×13 .5 )+4 ×15 ×30
3
3
=4 .7cm
冒口的模数小于铸件所需冒口的模数 , 冒口
小了 , 此冒口尺寸也不可取 。 2.2.3 方案(3)圈冒口属矩形杆结构
Abstract :T his article is w ri tten to explain how to improve the efficiency of riser f eeding for cast steel items by modular desig n met hod , and t he qualit y of cast steel items is approved w hen M w ≥M 件 and ε(V冒 +V件) ≤Vr·η, on shrinkage hole and porosity if this method is used Keywords :cast steel items ;riser ;module
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。
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。
消失模铸造冒口系统架构及尺寸设计
1.负压实型（消失模）铸造与普通砂型铸造的冒口设计相比较,有以下几个特点:(1)由于泡沫模型气化和负压凝固成型的原因,冒口的补缩能力明显提高,冒口体积可以减小。
(2)根据实际经验,冒口总体积可以减小约18%~35%,工艺出品率能提高约4%~8.5%。
(3)铸件在垂直方向补缩能力强,顺序凝固倾向明显。
冒口放置方便,可使铸件由水平方向补缩向垂直方向补缩转化。
(4)铸件凝固成型时保持负压时间和真空度的合理选择,是保证冒口更有效的补缩的重要环节。
(5)铸件气孔、渣孔是一项工艺难点,冒口要和其它工艺措施配套使用才能解决。
设计计算补缩冒口（模数法，热节法，周界商法，收缩模数法，均衡凝固法）2.1.4.1冒口的作用及选择原则冒口型腔内以存储金属液的空腔，其功能时多方面的，功能不同的冒，其形状大小，和开设的位置均不同，所以冒口的开设要充分考虑到铸件合金的性质和铸件的特点。
①对于凝固范围宽的，不产生集中缩孔的合金（如锡青铜）冒口的作用主要是排气和收集液流前沿混有夹杂或氧化膜的金属液，这种冒口多置于内浇道对面，其尺寸液不必再大。
②对于要求控制显微组织的铸件，冒口可以收集金属前沿过冷的金属液，避免铸件上出现过冷组织，有些铸铁易出现白口组织的部位，也可以开设这样的冒口。
③对于凝固收缩大，且倾向集中缩孔的合金（如铸钢，黄锰铜和铝青铜等）冒口主要是补偿液态收缩和凝固收缩，以得致密的铸件冒口的选择原则：①冒口尽量设置在铸件热节的上方或是侧旁。
②冒口尽量设置在铸件的最高最厚的部位，对底部热节增设补贴或是冷铁以造成补缩有利条件③冒口不应该开设在主要的受力大的部位，以防止组织粗大，降低强度。
④冒口不应选择在铸造应力集中处，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，可节约铸件精工时，零件外观好。
⑦不同高度的冒口，应使用冷铁使各个冒口的补缩范围隔开。
2.1.4.2 冒口设计分析负压实型铸造与普通砂型铸造的冒口设计相比较.有以下几个特点:(1)由于泡沫模型气化和负压凝固成型的原因.冒口的补缩能力明显提高.冒口体积可以减小。
知识篇——铸件的冒口设计计算
知识篇——铸件的冒口设计计算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 。
冒口高度 H=（1.5~2.5）D 。
H的高度还应该考虑要高于需要补缩部位的高度，否则就成了反补缩了，铸件补缩了冒口，这是要避免的。
3.其它计算方法常用的经验计算方法还有不计算需要估算补缩的金属液，直接将热节园的直径乘个系数得出冒口直径。
例如简单铸件 D=（1.05~1.15）T 外形简单，热节比较集中。
3.4.3及3.4.4 铸钢及铸铁件冒口设计
3.4.3 铸钢件冒口设计与计算
四、铸件模数的计算
1. 正立方体
2. 圆柱体
3. 具有“无限大”尺寸的物
体 4. 圆筒壁 5. 交接立方体
3.4.3 铸钢件冒口设计与计算
四、铸件模数的计算
4. 圆筒壁
5. 交接立方体
6. 冒口颈的模数（riser neck）
铸钢件：Mn＞Mc 铸铁件：Mn＜Mc
选择圆柱形冒口，由标准冒口表查得冒口尺寸：
D=160mm，H=24mm 校核冒口个数： 估计冒口个数1000/（D+4.5a×2）≈1.6 ≈2 按两个冒口校核长度方向 4.5×50+4×50+4.5×50+2×160=970＜1000
增加一个冒口，按三个冒口校核 970+160+4×50=1330＞1000 宽度方向校核
4.5×50×2+160=610 ＞600
校核冒口最大补缩能力：
εv（Vr+Vc）=5%（100×60×5+π（16/2）2 ×24×3）
=2223（cm3）
Vrη=15 %π（16/2）2 ×24×3=2170 （cm3）
增大冒口尺寸，D=180mm
εv（Vr+Vc） = 2415 cm3 ＜Vrη=2746 cm3
有先有后，相互交错重叠，而铁水是相通的，这时膨胀、 收缩就可以叠加相抵，铸件表现出来的收缩实质上是胀缩 相抵的剩余量。然而就某一点而言，是收缩在前，膨胀在 后，二者是不能相抵的。
3.4.4 铸铁件实用冒口设计
图3-3-24 铸铁件凝固时收缩和膨胀的叠加 曲边三角形ABC—铸件的总收缩 曲边三角形ADC —铸件总膨胀 曲边三角形AB‘P—铸件的表观收缩 AC—铸件凝固时间 AP—铸件表观收缩时间 （冒口作用时间） P—均衡点（收缩量等于膨胀量的时间）
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。
铸铁件收缩模数法冒口设计
合金的收缩时间、收缩率不同, 铸铁合金的收缩时间、 收缩率是在一定的工艺条件下, 用规定的试样( 一种
特定的铸件) 测定的收缩、补缩特性参数。铸铁件的
补缩持续作用时间与补缩液量与浇注条件、浇冒口设
置位置、铸型冷却特性、铸型硬度等工艺条件及铸件
本身的结构有关, 具有动态特性。
这种动态特性, 按照补缩液源 补缩通道 补
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
均衡凝固的补缩设计思想是: 补缩液源能够提供 补缩对象任何一时刻自补缩不足的液量差额和补缩
流动的传输压力; 补缩通道要在补缩对象到达均衡点 之后随即凝固截断通道。
铸造技术 4/ 1998
铸铁件收缩模数法冒口设计
1 铸铁件收缩时间和补缩率动态特性的数学描述
铸铁件的补缩持续作用时间与补缩液量, 与铸铁
f3
Ms
式中 M r Ar Vf Vp
= f 1 f 2 f 3 Mc
( 9)
冒口模数, cm ;
冒口散热表面积, cm2;
补缩液量, cm3;
形成补缩压力的安全液量, cm3;
f 1 补缩液量平衡系数;
f 3 补缩压力系数。
2 4 冒口颈大小的确定 冒口颈作为连接补缩液源 铸件的过渡通道,
铸铁件冒口设计
Qm=
G Mc3
（2）球铁件收缩时间分数
Pc=
1.0 e
(0.65Mc+0.01Qm)
3 冒口体模数MR MR=f1f2f3Mc
f1 ——冒口平衡系数 取f1=1.2
f2 ——收缩模数系数 f2=√Pc f3 ——冒口压力系数 f3=1.1~1.3
4 冒口颈模数MN
MN=fp.f2.f4 Mc
（3）直浇道模数 MZ MZ=f直.f1f2f3Mc
f1 ——冒口平衡系数 取f1=1.2
f2 ——收缩模数系数 f3 ——冒口压力系数 f3=1.1-1.3 f直浇道流通效应系数=0.70-0.80
（4）横浇道模数 Mh
Mh=f横.f2.Mc
f2 ——收缩模数系数 f横浇道流通效应系数=0.75~0.85
⑸冒口的压力使铸件凝固过程处于正压 状态； ⑹冒口颈 短、 薄、 宽。
可见，铸铁件均衡凝固有限补缩 设计的冒口位置、冒口大小、冒口补缩 时间等与顺序凝固有显著不同。
2 铸铁件收缩时间分数
（1）灰铸铁件收缩时间分数 PC=
PC=
AP AC
1.0
e (0.5Mc+0.01Qm)
e=2.7
Mc ——铸件模数 Qm ——质量周界商
fp ——流通效应系数 fp=0.45-0.55 f4 ——冒口颈长度系数 f4=0.8~1.0
5 冒口个数（均衡段的个数）
均衡段 冒口位置
均衡段
6 无冒口铸造工艺
无冒口铸造的本质是浇口当冒口
7 浇口当冒口补缩工艺
（1）补缩模型
（2）浇注系统流通效应：金属液流
过、通过直浇道、横浇道、内浇道 时，周围的型砂被加热，凝固时间 延长的热效应。为此，小的浇注系 统模数可以有长的凝固时间。流通 效应系数推荐为： f直浇道流通效应系数=0.70~0.80 f横浇道流通效应系数=0.75~0.85 f内浇道流通效应系数=0.35~0.40
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：1.铸件尺寸：包括最大尺寸、最小尺寸、平均尺寸等。
2.凝固收缩率：铸钢件在凝固过程中会产生一定的收缩，该值一般根据实验数据来确定。
3.冒口高度与底面积：根据冒口形式选择相应的计算公式进行计算。
4.填充时间：铸钢件的填充时间一般根据模型铸造实验的经验确定。
以上是关于铸钢件冒口的设计与计算的详细介绍。
均衡凝固技术系列讲座：第三讲 铸铁件冒口设计方法
均衡凝固技术系列讲座：第三讲铸铁件冒口设计方法
洪礼华;魏兵
【期刊名称】《机械工人：热加工》
【年(卷),期】1996(000)004
【摘要】1.收缩模数法（1）冒口模数冒口模数计算公式如下: MR=f1·f2·f3·Mc 式中MR——冒口模数,cm MC——铸件模数,cm f1——冒口平衡系数,冒口原始模数与残余模数之比,取.f1=1.2 f2——收缩模数系数,f2=0.25～0.85 f3——补缩压力系数,补缩完成后冒口中残余铁水的压力,或称安全系数f3=1.0～1.3 （2）冒口体积冒口体积的基本计算公式如下: VR=VC·F/（η-F）
【总页数】3页(P19-21)
【作者】洪礼华;魏兵
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TG250.6
【相关文献】
1.均衡凝固技术系列讲座第一讲铸铁件均衡凝固工艺（上） [J], 洪礼华;魏兵
2.均衡凝固技术系列讲座第一讲铸铁件均衡凝固工艺（下） [J], 洪礼华;魏兵
3.均衡凝固技术系列讲座第二讲铸铁件冒口的类型及应用 [J], 洪礼华;魏兵
4.均衡凝固技术系列讲座：第四讲无冒口铸造工艺 [J], 洪礼华;魏兵
5.均衡凝固技术系列讲座——第六讲压迫浇冒口系统(二) [J], 洪礼华;魏兵
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模数和周界商一起, 既反映了铸件厚壁、薄壁搭 配, 也反映了铸件的 自补缩能力。根据生产统 计研 究, 对于砂型铸造, 铸铁的收缩时间分 数 P c 、补缩率 F c 与铸件模数、质量周界商可以用以下数学模型来 描述:
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
Riser Design by Shrinkage Moudle Calculation Method for Iron Castings
Zhang Weihua Wei Bing Y uan Sen ( Xian U niv ersity of T echnology)
Abstract According t o t he non directional solidification limited feeding t heory, Using shrinkage t ime and f eeding rate in quant itative calculat ion of cast iron castings. T he riser design method by shrinkage module calculat ion is put forward. the posit ion, shape and number of risers of iron cast ings can be determined. Key words: Non direct ional solidif icat ion Shrinking moudle calculation met hod Riser desig n Cast iron cast ing
图 1 铸铁件补缩模型示意图 F ig. 1 Sketch map of feeding model in iron castings
O 补缩液源; A 补缩通道, 补缩液量传输流动所经过的铸 件分体集合;
6
B、C、D 补缩对象, 补缩液源的可作用区域, 铸件分体的集合; B 表示补缩对象中最厚大的结构分 体, 通常称为热节分体; B、D、C 是补缩对象中的非热 节分体, 称为中间分体; A 分体既是补缩通道, 又是补 缩对象的一部分。
铸件结构中厚壁与薄壁的搭配。在模数相同时, 周界
商小的, 体积也小, 单位时间内凝固的体积就少, 表示
铸件厚实, 薄壁部分不丰富; 相反, 在模数相同时, 周 界商大的, 体积也大, 单位时间内凝固的体积多, 表示 铸件薄壁部分丰富。
典型几何形体的周界商, 如表 1 所示。
表 1 典型几何形体的周界商( = 0. 0069 kg/ cm3)
因此, 把生产条件下允许的波动, 视为在合理的
范围内, 用统计的方法研究铸铁件结构对收缩时间分
数、补缩率影响的变化规律, 用以指导补缩工艺设计,
使其工程实用化。
为了描述铸件的结构特征, 引入模数和周界商的
概念:
1 1 定义: 铸件的体积 V c 与其散热表面 积 A c 之 比, 称为铸件的模数 M c, 可由铸件结构尺寸计算:
对于单个冒口补缩的情况, 补缩对象本身就是铸 件; 对于多个冒口补缩的情况, 每个冒口所覆盖的补 缩范围内 的铸件分体的集合, 就 是该冒口的补 缩对 象, 即一部分铸件。
铸铁件的补缩应满足以下条件: ( 1) 补缩通道的凝固截断时间要晚于补缩对象 凝固到达 均衡点的时间, 保证补 缩液量能够流 动传 输。
缩不足的体积差额, 补缩量与铸件体积之比, 称为铸
件的补缩率, 即补缩对象需要的补 缩量与其体积之
比, 为补缩对象的补缩率。 合金成分、浇注温度、铸型硬度等生产实际, 允许
在一定范围内波动。对于补缩设计, 要根据铸件结构
的具体条件, 从工艺角度提供可靠的补缩, 使补缩工
艺具有最大限度的适应性、稳定性。
均衡段是用模数方式描述的铸件均衡点, 均衡段 可以是铸件的某分体, 也可以是在铸件上人为构造的
分体。
2 2 冒口个数的确定 按补缩液源 补缩通道 补缩对象模型的顺
序, 铸件由一组厚大热节分体和附 属的中间分体构 成。如果铸件存在一个均衡段, 并且该均衡段满足铸 件所有热节分体补缩通道的定义, 那么, 通过该均衡 段可以实现对铸件所有热节分体的补缩, 铸件整体就 是一个补缩对象, 可以实现单个冒口补缩; 否则, 铸件 可划分成数个补缩对象, 对每一个补缩对象, 存在一 个均衡段, 并且该均衡段满足补缩对象内各个热节分
Vc Mc = Ac
( 1)
1 2 定义: 铸件的体积 V c 与其模数 M c 立方之比, 称为铸件的体积周界商 qv ; 铸件的质量 G c 与其模数 M c 立方之比, 称为铸件的质量周界商 q m;
qv =
Vc M3
( 2)
qm =
Gc M3
( 3)
周界商是描述铸件结构密实程度概念的, 它反映
效应也趋于稳定。所以, 冒口颈模数 M n 与铸件收缩
模数 M s 的关系可以用下式表示:
M n= f 4 Ms = f 4 f 2 M c
( 10)
式中 f 4 冒口颈模数系数。
3 收缩模数法冒口设计方法
( 1) 根据铸件的结构尺寸, 计算铸件模数 M c、铸
件质量周界商 qm。
( 2) 根据铸件的材质, 计算 P c、Fc。
Tab. 1 T ypical geomet ry body boun dary consult
参数
VC MC qv qm
球体
a a3/ 6 a/ 6 113 0. 78
立方体 等边圆柱体 方杆
平板
aaa a3 a/ 6 216
1. 49
aa a3/ 4
a/ 6 170 1. 17
a a 10a a 10a 10a
缩对象的补缩模型, 可以用收缩时间分数 P c、补缩率 F c 概念来描述。
( 1) 收缩时间分数 P c: 补缩对象在凝固过程中膨 胀 收缩动态叠加净结果为 0 的时间, 为补缩对象 的均衡点时间, 即表观收缩时间。定义补缩对象表观
收缩时间与补缩对象总凝固时间的比值为其收缩时
间分数。
( 2) 补缩率 Fc: 铸件从浇注系统、冒口抽吸的补 缩液量, 称为铸件的补缩量, 其物理意义是铸件自补
定义: 铸铁件收缩时间对应的模数, 称为铸铁件
的收缩模数 M S , 有:
Ms = Pc M c= f 2 Mc
( 8)
式中 f 2 收缩模数系数, f 2 = P c
收缩模数 M s 是用铸件自补缩均衡点到达时间的模
数表示, 从补缩通道的意义上讲, 只有沿补缩通道各
单元的模数不小于收缩模数 M s, 补缩才是可靠的。
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] 。
均衡凝固的补缩设计思想是: 补缩液源能够提供 补缩对象任何一时刻自补缩不足的液量差额和补缩
流动的传输压力; 补缩通道要在补缩对象到达均衡点 之后随即凝固截断通道。
铸造技术 4/ 1998
铸铁件收缩模数法冒口设计
1 铸铁件收缩时间和补缩率动态特性的数学描述
铸铁件的补缩持续作用时间与补缩液量, 与铸铁
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
除具有补缩通道的作用外, 与通常意义的补缩通道不
同的是, 由于强烈的补缩流通效应、冒口颈区域的尖
角砂效应, 都使冒口颈的实际凝固时间远远大于根据
模数的理论计算出的数值; 由于补缩液流通, 冒口颈
中的金属液随时被冒口体中的更高温金属液更新, 只
要这种流动存在, 冒口颈就不会凝固截断; 由于尖角
砂是由冒口颈结构形成, 当冒口颈结构一定, 尖角砂
可靠的, 在到达均衡点之后的截断也是及时的。 从接触热节的角度出发, 作为补缩液源的冒口设
置于均衡段, 不可避免地会出现接触热节, 虽然延长 了均衡段在冒口区域的凝固时间, 但不会延长热节分 体的凝固时间, 不会延长铸件的总体凝固时间, 恰好 利用了接触热节效应。因此, 冒口的位置推荐为: 冒口 放在补缩对象的均衡段上。
铸造技术 4/ 1998
铸铁件收缩模数法冒口设计
铸铁件收缩模数法冒口设计
西安理工大学( 陕西省西安市 710048) 张卫华 魏 兵 袁 森
摘 要 根据均衡凝固有限补缩原理, 利用铸 铁件的收缩 时间分数 和补缩 率的定 量计算, 提出 铸铁件 收缩模 数法 冒口设计。实现了冒口位置、大小 、个数的定量设计与计算。 关键词: 均衡凝固 收缩 模数法 冒口设计 铸铁件