铸钢件冒口的设计示范

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。

2.5、根据冒口的补缩距离，校核冒口的数量。

2.6、根据铸件结构，为了提高补缩距离，减少冒口的数量，或者使冒口的补缩通道畅通，综合设置内外冷铁及冒口增肉。

2.7、校核冒口的补缩能力，要求ε（V冒+V件）≤V冒η。

3、设计冒口尺寸的方法

3.1、模数法

在铸件的材料、铸型的性质和浇注条件确定之后，铸件的凝固时间决定于铸件的模数。

模数M=V/A（厘米），V—体积（厘米3）；A—散热面积（厘米2）。

随着办公条件的改善，计算机的普及，模数可以用计算机进行计算。方法是：用SolidWorks软件画出铸件（或铸件被补缩部分）的立体图，计

算出铸件的体积和散热面积，然后用公式M=V/A计算模数。

冒口的凝固时间大于铸件的凝固时间，冒口的模数一般是铸件模数的1.1～1.2倍，M冒=1.1～1.2M铸

对于厚实铸件，如：圆柱体、块状铸件，用模数法确定的冒口往往偏大，故必须采取一些方法加快铸件的凝固，同时延长冒口的凝固时间。通常采用以下方法：1、加放内、外冷铁；2、补浇冒口；3、采用保温冒口。采用以上措施后，M冒=KM铸，K按下表进行选择。

注：对于要求比较高的铸件、探伤件，尽量不放内冷铁。

3.2、热节圆法

根据铸件壁厚部位热节圆的大小来确定冒口尺寸的一种方法。热节圆法主要适用于轮形铸件，一般冒口与热节不连通，需要用滚热节圆的方法确定冒口增肉，然后确定冒口尺寸。

可以用绘图软件画出铸件热节的形状，然后画出热节的内切圆，即为

热节圆。

4、钢的体收缩率

碳钢的体收缩率εC的大小与碳钢的含碳量和浇注温度有关。如下图：

合金钢的体收缩率比碳钢大，它既与含碳量和浇注温度有关也与合金元素及其含量有关。合金元素对铸钢体收缩率的影响如下：

合金元素W Ni Mn Cr Si Al

修正系数Ki -0.53 -0.035

4

0.0585 0.12 1.03 1.7

合金钢的体收缩率ε=εC+∑KiXi Xi为合金元素的含量

注：以上修正系数只适用于低于1600℃时的体收缩。

5、冒口的有效补缩距离

冒口区与末端区之和称为冒口补缩距离，超出该距离，在铸件中间区产生轴线缩松。

5.1、板件和杆件的补缩距离

通常把断面的宽厚比为5：1以上的称为板型件；断面的宽厚比为5：1以下的称为杆型件。下图为碳钢（C=0.20～0.30%），板型件的厚度≤175mm、杆型件的厚度≤200mm的冒口有效补缩距离。

在铸件的末端区和冒口之间放外冷铁，冒口有效补缩距离如下：

从以上可以看出：（1）冒口对板型件的有效补缩距离大于杆型件的有效补缩距离。（2）杆型件的末端区长度远大于冒口区长度。（3）使用外冷铁，可以有效的提高冒口的有效补缩距离。

另外，冒口的有效补缩距离还受以下因素的影响：

（1）厚实铸件的凝固区域变宽，冒口的有效补缩距离相对较小。（2）结晶温度范围较宽的铸钢，冒口的有效补缩距离较小；结晶温度范围较窄的铸钢，冒口的有效补缩距离较大。例如，含碳量为0.15%的碳素钢比含碳量为0.30%的碳素钢的结晶温度范围较窄，冒口的有效补缩距离较后者大30%。

（3）使用发热冒口，可以增加冒口的有效补缩距离。

5.2、轮型件冒口的有效补缩距离

轮型件讲究冒口的延续度。冒口的延续度为冒口根部长度（沿轮型周向）之和与轮形周长的比率，称为冒口的延续度。延续度的大小取决于轮缘的厚度与其内在质量的要求程度。如铣齿齿轮、缸体其延续度适当增加，不重要的且厚壁轮型件可适当减少。

（1）一般小件（φ600mm）不铣齿的轮型件，冒口的延续度取25～35%。（2）中等高度和大小齿轮和齿圈（铣齿深度不超度4/10轮缘厚度），冒口的延续度取36～40%。

（3）轮缘较高的双辐板、三辐板齿轮，冒口的延续度取38～42%。（4）高压缸类的受压与有探伤要求件，冒口延续度可取100%。

6、冒口补贴

对于致密度要求高的铸件，当冒口的补缩距离达不到时，应在冒口处设置补贴造成向冒口方向的顺序凝固，以增加冒口的补缩距离。

6.1、水平补贴

水平补贴可以按下图进行计算