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）

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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。球形冒口的补缩效果虽好，但是造型起模困难，在铝、镁合金铸造生产中较少采用，而应用最广泛的是圆柱形明冒口，这种冒口的补缩效果较好，造型起模方便。有时由于铸件结构形状的需要，亦采用长方柱体和扇形冒口，只是将其四棱的尖角改为较大的圆角，以防止边角效应影响补缩效果。经改进后的这些冒口就称为椭圆柱体冒口和腰形，冒口。在铸钢件生产中则经常使用球顶圆柱形暗冒口。

2.冒口的补缩原理

1）冒口与铸件间的补缩通道

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。否则，冒口再大也起不到补缩作用。

2）冒口的有效补缩距离

冒口作用区长度和末端区长度之和称为冒口有效补缩距离。正确确定冒口的有效补缩距离是很重要的工艺间题。

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。详见《铸造工艺学》p255~257 3）工艺补贴的应用

在实际生产中往往有些铸件需补缩的高度超过冒口的有效补缩距离。由于铸件结构或铸造工艺上不便，难以在中部设置暗冒口，此时单靠增加冒口直径和高度，补缩效果很不明显，况且增大冒口会使大量液流经过内浇道，使铸件在内浇道附近和冒口根部因过热而产生疏松。在这种情况下，一般采用在铸件壁板的一侧增加工艺补贻的方法，来增加冒口的有效补缩距离，提高冒口的补缩效率（如下图）

图3 铸件补贴工艺示意图

3. 冒口位置的确定

冒口位置的选择对获得优质铸件有着重要的意义。冒口位置选择不当，不仅不能消除铸件的缩孔和疏松，反而会使铸件产生裂纹，加重冒口附近的疏松，还会给清理、切割等工序带来不便。

1）、冒口位置选择的原则：

（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、最后的部位。

（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。

（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。

2）、冒口数量的确定

关于冒口数量,一般是按照冒口有效补缩距离、冒口延续度和工艺出品率进行

确定与校核的。合理施放冷铁,延长有效补缩距离,可以减少冒口个数。

4. 冒口尺寸的确定

合理地确定冒口尺寸，在铸造生产中是一个很重要的工艺问题。目前还缺少一种适合各种合金、各种结构铸件、被大家所公认的确定冒口尺寸的办法，往往都采用在特定条件下根据生产经验总结出来的近似计算法。因此在应用这些方法时，要注意结合生产的具体情况，才能得到较好的结果。具体将在后面冒口设计的常用方法中详细说明。

5、评定冒口补缩作用的方法

冒口尺寸确定得是否可靠、合理，冒口是否发挥了有效补缩作用、应通过生产实践的检验，其检验或评定的方法主要有以下4种

1) 比较铸件实收率铸件实收率又称工艺出品率，常用下式表示

a=

Gc

Gc+Gr+Gg

×100% （1）

式中： a——铸件实收率，（%）

Gc，Gr，Gg分别为铸件﹑冒口和浇注系统的重量，（kg）

将按上式计算的结果与根据生产经验所规定的同类铸件的实收率相比较，若小于经验数据，则说明冒日尺寸过大，应予以适当减小(一般是减小冒口高度)。反之，如果大于本厂的经验数据，则冒口尺寸可能偏小，应适当加大冒口尺寸或采取其它工艺措施提高冒口的补缩效率。

2) 实际检验铸件质量: 按照有关标准和验收技术文件规定的项目来检验铸件质量，如通过X光透视检查铸件是否有与冒口设计有关的缩孔和缩松缺陷，此种方法对结晶温度范围较窄，易产生集中缩孔的合金铸件比较有利。

3) 检验冒口的缩孔深度

4) 测定冒口凝固时间变化率后两种详见《铸造工艺学》p264～265

6.提高冒口补缩效率的方法

在铸造生产中，冒口的重量约为铸件重量的50%～100%，在铝合金和镁合金砂型铸造中有的冒口重量甚至是铸件重量的二倍以上，铸件实收率很低，冒口的补缩效率不高、去除冒口的劳动量大。因此，采取措施努力提高冒口的补缩效率，对于节约能量、劳力和降低铸件生产成本具有重要意义。要提高冒口的补缩效率，最有效的途径是增加冒口的补缩压力和廷长冒口的凝固时间，在工艺上经常采用的措施有:

1）大气压力冒口

2）保温冒口

3）发热冒口

4）易割冒口

以上措施详细参考《铸造工艺学》p265～p269

3.冒口设计的常用方法

常用冒口设计方法有以下六种：

1）模数法——广泛应用于铸钢件冒口设计中，也适用于铸铁件，非铁合金铸件的冒口设计。

2）周界商法——基于模数理论的铸钢件冒口设计方法。

3）收缩模数法——用于灰铸铁件和球墨铸铁件冒口设计。

4）热节圆法——种经验性方法，以热节圆和补缩液量为依据，适用于各种类型的中﹑小铸钢件冒口设计，也用于铸铁件冒口设计。

5）K值法——它是模数法中比较实用的方法之一，用于铸钢件，铸铁件等铸件冒口设计。

6）比例法——确定冒口尺寸最常用的方法，尤其是在铝、镁合金铸件的生产中得到广泛的应用。