第14讲-冒口种类及补缩原理讲解

（3）顶冒口
常采用明冒口的形式。
一般设于铸件最高位置或热节部位的上面， 这样补缩压力大，补缩效果好，而且浮渣和排气 也比较容易。
（4）侧冒口
当铸件的热节部位处于铸件的侧面和下 部时，应选用。
侧冒口也有明冒口和暗冒口两种形式，依 热节在铸件所处的位置而定。
（5）贴边冒口
介于顶冒口和侧冒口之间的冒口。
②——板厚或杆的边长
末端区长 4T ②
10 T
5T
5.5T
冒口区长 0
2.5T 3T
补缩距离
4T
10 T
7.5T
8.5T
2）铝合金
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为2T。
成分为w(Si)≈7%，w(Cu)≈4%的合金，冒口补缩距离 为零。
（4）外冷铁的影响 1）在两个冒口之间安放冷铁，相当于在铸件中间增加
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）
3.冒口的有效补缩距离的确定 冒口的末端区：在远离冒口的一端由于铸件存在边角，
补缩通道扩张角比较大，凝固时易于补缩，此区域称为末端 区。
2. 选择冒口位置的原则 1） 冒口应就近设在
铸件热节的上方或侧旁。 2） 尽量设在铸件最
高、最厚的部位。对低处 的热节增设补贴和使用冷 铁（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。
－
101.6~114.3 － － 101.6～127.0 138.7～152.4 －
31.75 101.6 － － 114.3 － 228.6
－ 88.9 127.0 － 127.0 － －
－ 88.9 － 133.4 165.3 228.6 －
3）可锻铸铁冒口的补缩距离为4～4.5倍壁厚。
（3）有色合金的冒口补缩距离 1）铜合金 锡青铜和磷青铜凝固范围宽，呈糊状凝固，冒口的有
冒口的补缩距离：即冒 口的有效补缩距离，它是 冒口作用区和末端区长度 之和，是确定冒口数目的 依据。
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。
（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
①水平补贴：
最大长度：L=4.7M冒
宽度： B=B冒
靠近冒口端的高度：h1=0.8M冒 远离冒口端的宽度：h2=0.3M冒
I-I断面处的补贴模数：
按冒口颈模数计算 M1=ab/[2(a+b-c)]
h1=0.8M冒
h2=0.3M冒
H
T
②垂直补贴 按图3-5-15确定。
T
T
末端区 冒口区 末端区 缩松区 冒口区 末端区 冒口区
即
τ 冒口≥τ 铸件
(M冒口/k冒口)2 ≥ (M铸件/k铸件)2
所以： M冒口=f M铸件
f为冒口的安全系数，f ≥1。 一般取： f=1.2
碳钢、低合金钢铸件，冒口、冒口颈和铸件的模数关系：
边冒口：
M铸件:M冒口颈:M冒口=1:1.1:1.2
内浇道作冒口：M铸件:M冒口颈:M冒口=1:(1～1.03):1.2
可依图3-5-6曲线查出。
可见：①冒口区长度和末端区长度都随铸件厚度增大而增大， 且随截面的宽厚比减少而减小。薄壁件比厚壁铸件更难于消 除轴线缩松，而杆件比板件补缩难度大。
②阶梯形铸钢件的冒口补缩距离比板形大。（图3-57）
③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
铸造工艺学
主讲教师：赵中魁
作业
P289 3、4、7
第14讲 冒口的种类及补缩原理
冒口的种类 通用冒口补缩原理
合金收缩的三个阶段
缩孔和缩松都使铸件的力学 性能下降，缩松还使铸件在气密 性试验和水压试验时出现渗漏现 象。生产中可通过在铸件的厚壁 处设置冒口的工艺措施，使缩孔 转移至最后凝固的冒口处，从而 获得完整的铸件，如下图所示， 冒口是多余部分，切除后便获得 完整、致密的铸件；也可以通过 合理地设计铸件结构，避免铸件 局部金属积聚，来预防缩孔的产 生。
矩形长杆的模数： M=ab/2(a+b) 方形长杆的模数： M=a/4 大平面的模数： M=T/2 立方体的模数： M=a/6 空心圆柱体的模数：M=a/2
各种热节点的模数计算方法： 1）测定热节点中心和平板中心的凝固时间。设铸件平 板厚度为T，凝固时间为τ，热节点中心处凝固时间为τj，则 热节点模数：M=T√τj /2 √τ
2）补贴的作用 冒口附近有热节或铸件尺 寸超出冒口补缩距离，利用补 贴可造成向冒口的补缩通道， 实现补缩，消除铸件热节下的 缩孔，延长补缩距离，减少冒 口的数量。
3）补贴的种类 根据在铸件上
的位置分为： 水平补贴、 垂直补贴。 按有无特殊措
施分为： 金属补贴、 加热补贴、 发热补贴、 保温补贴。
4）补贴尺寸确定
铸件形状系数q，又称周界商，定义为铸件体积V铸件与其模 数的立方M3铸件的比值，即：
q= V铸件/ M3铸件 q使铸件形状数量化，q值的大小表明了铸件的形状特征： 形状越接近简单的实心球体，q越小；反之，铸件形状越接 近展开的大平面，q越大。 实心球体的q=113，最小，大平板件的q很大；铸件的q 多在113～5000范围内。 铸件形状系数与冒口补缩效率的关系见表3—5-7。
●冒口的补缩效率η
表3-5-6 冒口的补缩效率η
冒口种类或工艺措施
η （%）
圆柱或腰圆柱形冒口
12～13
球形冒口 补浇冒口 浇口通过冒口 发热保温冒口 大气压力冒口
15～20 15～20 30～35 30～50 15～20
③ε 、η 对冒口体 积的影响见图3-5-15。
④铸件形状系数对冒口补缩效率的影响
二、通用冒口补缩原理 1.基本条件
设计的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。
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补缩距离。
2）把冷铁置 于板或杆件末端 时，铸铁末端区 长度略有增加。
3）多边布置多块 冷铁，可大大延长冷铁 末端区的长度。
外冷铁之间距离为 0.5～1倍于冷铁长度。
（5）补贴的应用
1）什么是补贴？ 为实现顺序凝固和增强补 缩效果，在靠近冒口的铸件壁 厚上补加的倾斜的金属块称为 补贴，也称衬补、增肉。
补偿条件
补偿系数
杆件断面宽厚比： 4:1 3:1 2:1 1.5:1 1.1:1
底注式，碳钢及低合金钢铸件 顶注式，高合金钢铸件 底注式，高合金钢铸件
1.0 1.25 1.5 1.7 2.0
1.25 1.25 1.25×1.25=1.58
③滚圆法 对重要部位的热节用扩大滚圆法。 对次要部位的热节用不扩大滚圆法。
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 将冒口设置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。
τ=(M/k)2
k为凝固系数，与铸件金属、铸型的热物理性能、铸件形 状、浇注温度等有关。
对碳钢和低合金钢而言，k=(0.9～1.26) ×10-3m/s1/2。
（2）模数法计算冒口原理
为了实现补缩，冒口与铸件上被补缩部位之间必须存在 补缩通道，同时他还必须满足以下两个条件：
1）冒口凝固时间应大于至少等于铸件（或铸件被补缩 部分）的凝固时间。
适用于铸件的厚大部位处于铸件的中、下部而垂 直壁厚又比较小的情况。
需要加比较大的补贴工艺余量，才能充分发挥贴 边冒口的补缩作用
冒口形状有圆柱形、球顶圆柱形、长（腰）圆柱形、球 形及局球形等多种。图3-5-1为常用冒口种类。
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。
效补缩距离短，易出现缩松。 无锡青铜和黄铜凝固范围窄，冒口补缩距离大。
铜合金冒口的补缩距离①
合金种类
铸件形状
4锡T 4T锌青铜 (wSn=8%,wZn=4%)
板件 杆件
锰铁黄铜 (wCu=55%,wMn=3%,wFe=1%)
板件
Hale Waihona Puke Baidu
铝铁青铜 (wAl=9%,wFe=4%)
板件
①在干型，水平浇注条件下测出。
铸件形状系数与冒口补缩效率的关系 见表3—5-7。
铸件形状系 <200 250 300 400 500～1000 数q
冒口的补缩 25 效率η/%
30 33 35 40
>1000 45
（3）铸件模数的计算
任何复杂的铸件，均可以看作是有许多简单的几何体 组合而成。只要掌握一些简单的几何体、组合体的模数计 算公式，就不必用繁琐的公式去计算铸件的体积和表面积。
补贴厚度a / mm
壁厚T / mm
壁的高度h / mm
如果生产条件与上述试验条件有差别时，需要把图 3-5-13查出的补贴厚度乘一个补偿系数。铸钢件的垂直 补贴的补偿系数见表3-5-3。
补偿原因
杆件比板件的 冒口补缩距离 小，需要较大 的补贴厚度才 能保证铸件致 密
充型方式 和化学成分不 同
表3-5 垂直补贴的补偿系数
Ki可由下表查出
合金元素 W
Ni
Mn
修正系数 -0.53 -0.0354 +0.0585
Cr +0.12
Si +1.03
Al +1.70
表3-5-5 常用合金的收缩率ε
铸件材质 中碳钢
wc=1%碳钢 灰铸铁
白口铸铁 纯铝 纯铜
ε （%） 2.5～3.0
4.0 1.9～膨胀 4.0～5.5
6.6 4.92
各种冒口的补缩效率见表3-5-6。
●确定铸钢体收缩率ε
1.普通铸钢ε=ε0
按下表查出
2.合金钢的体收缩率ε=ε0+εx
ε0为碳钢的体收缩率，可由图查出。
εx=ΣKiwi
式中，εx—合金元素对体收缩率的影响； wi—合金钢中各元素的含量，wi为w1，w2… Ki—各合金元素对体收缩率的修正系数，Ki为K1，K2…
一、铸钢件冒口的设计
模数法 三次方程法 补缩液量法 比例法 铸件工艺出品率
1.模数法
（1）模数的概念
M=V/A （cm）
式中，M为模数，V为体积，A为面积。 注意：不管铸件的形状如何，只要它们的模数相等，其
凝固时间就相等或相近。 铸件的模数和凝固时间τ 之间的关系遵守平方根定律：
1）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，所以 冒口补缩距离小。
2）球墨铸铁具有糊状凝固特性，采用通用冒口补缩效 果较差。
只有在湿型或壳形铸造较厚的球墨铸铁件时，才有必要 采用传统冒口。
铸件壁厚δ 湿型
球墨铸铁冒口的补缩距离
水平补缩
湿型
湿型
垂直补缩 壳型
6.35 12.70 15.86 19.05 25.40 38.10 50.80
顶冒口：
M冒口= (1～1.2) M铸件
2)冒口必须提供足够的金属液，以补偿铸件和冒口在 凝固完毕前的体收缩和因铸型型壁移动而扩大的容积， 使缩松不致伸入铸件内。
必须满足：
ε(V铸件+V冒口)+V型壁移动≤V冒口η
①ε为金属从浇注完到凝固完毕的体收缩率，具体参 数见表3-5-4、表3-5-5。
②η为冒口的补缩效率， η =(补缩体积/冒口体积) ×100%，
一、冒口的种类
顶冒口 侧冒口 贴边冒口
明冒口 暗冒口
（1）明冒口 一般都设置在铸件顶部 与大气相通，排气及浮效果较好。
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。