铸造工艺第五章

共晶膨胀开始时，冒口颈即行凝固
用途：适用于高强度铸型（如干型、自硬型等）生产的模数为 0.48～2.5cm的铸件 （1）冒口和冒口颈 冒口有效体积：是指高于铸件最高点的那一部分的冒口体 积，只有这部分金属液才能对铸件起补缩作用 ◆冒口有效体积依铸件液态收缩体积而定，一般比铸件所 需补缩的铁液量大
共晶成分的铸铁，冒口有
b) 壁面相交
热节圆直径
普通顶冒口尺寸关系
类型 H0/d D D1 D2 h H 冒口延伸度（%） 应用实例 车轮、齿轮、联 轴器
A型 B型
C型 D型 E型
<5 >5 1<d<50
<5 >5 <5 >5 <5 >5
(1.4~1.6)d (1.6~2.0)d (2.0~2.5)d
D= D= (1.5~1.8)d (1.6~2.0)d (1.3~1.5)d (1.6~1.8)d
η（%）
12~15 15~20 15~20
冒口种类和工艺措施
浇口通过冒口时 发热保温冒口 大气压力冒口
η（%）
30~35 30~50 15~20
2、模数法计算冒口的步骤
1）计算铸件的模数
类 型 板状体 简 图 计算公式
杆状体
T M 2 ab M 2(a b)
圆柱体
D M 4
球、立方体、 正圆柱体
效体积取铸件体积的5%
碳当量低的铸件，冒口有
效体积取铸件体积的6%
铸铁的ε—t浇曲线 ε—液态体收缩率 t浇—浇注温度 1—CE=4.3% 2—CE=3.6%
◆ 冒口颈模数M的确定：
M颈
t 浇 1150℃ L t 浇 1150℃ c
M件
式中 M颈 ——冒口颈模数（cm）
M件——设置冒口部位的铸件模数（cm） t浇 ——浇注温度（℃） c ——铁液比热容，c与铁液温度有关，在1150～ 1350℃范围内，c为835～963J/(kg· ℃) L ——铸铁结晶潜热，为（193～247）×103J/kg
第三篇
第五章 冒口、冷铁和铸肋
铸 南 造 昌 工 大 艺 学 学 机 C 电 A 工 I 程 课 学 件 院
冒口的种类及补缩原理
铸钢件冒口的设计与计算
铸铁件实用冒口的设计 提高补缩效率措施及特种冒口 冷 铁 肋
铸
EXIT
§5-1 冒口的种类及补缩原理
冒口是在铸型内专门设置的储存金属液的空腔。
4）确定冒口的形状和尺寸 5）冒口数目的确定 6）校核冒口最大补缩能力：V件= V冒（η－εV）/εV
二、比例法
比例法是在分析、统计大量工艺资料的基础上，总结出的 冒口尺寸经验确定法。 这种方法就是使冒口的根部直径大于铸件被补缩处热节圆 直径或壁厚，再以冒口根部直径来确定其它尺寸 。
D = cd
a) 壁厚均匀
b）铸铁件冒口
明顶冒口 铸件
大 气 压 力 顶 冒 口 侧 冒 压边冒口 口 铸件
a）铸钢件冒口
铸件
常用冒口种类
常用冒口的特点：
明冒口造型方便，并能通过它观察到型腔内金属液面上升
情况，便于在冒口顶面撒发热剂和保温剂，对于厚大铸件 还能进行捣动冒口液面和补浇等操作，加强补缩作用
明冒口不受砂箱高度限制，必要时可利用冒口圈来保证所
rh M 2( r h) a M 6
类 型 环形体、 空心圆柱体 法兰体
简 图
计算公式
ab M 2(a b) c
M ab 2(a b)
M
a M 2
rh 2( r h)
L形体
ab M 2(a b)
实心法兰体
ab M 2(a b c )
杆的相交体
ab M 2(a b) c
一、冒口的作用
◆补偿铸件凝固时的收缩 ◆调整铸件凝固时的温度分布，控制铸件的凝固顺序 ◆排气、集渣
◆利用明冒口观察型腔内金属液的充型情况
二、冒口的种类
1、冒口种类
常用冒口种类:
顶冒口位于铸件的最高部位，不
明顶冒口
仅有利于排气，浮渣，也有利于
重力补缩，厚大的铸钢件多用用 这种冒口补缩 侧冒口是由铸件侧面热节处引出 的冒口，一般采用暗冒口形式， 它有利于机械化造型 顶冒口和侧冒口又有明冒口和暗 冒口之分
(2.0~2.5)D (2.5~3.0)D (2.0~2.5)D (2.5~3.0)D
制动臂 制动臂
三、铸钢件工艺出品率的校核
铸件重量 工艺出品率 铸件重量 浇注系统重量 冒口重量
碳钢和低合金钢铸件的工艺成品率
组别 名 称 一般重要的小 铸件 I 铸件重量 /kg <100
大部分铸件 壁厚 / mm <20 20~50 >50
a) 发热（绝热）材料补贴
b) 金属材料补贴
水平补贴
垂直壁的补贴
垂直壁的补贴
补贴厚度与铸件高度及厚度关系
碳钢钢套类铸件补贴
钢套铸件的补缩方案 杆状铸件补贴值的补偿系数 杆的宽厚比 补偿系数 4:1 1.0 3:1 1.25 2:1 1.5 1.5:1 1.7 1.1:1 2.0
高合金及低合金钢的补偿系数为： 1）底注式碳钢及低合金钢板件为1.25 2）顶注式高合金钢板件为1.25 3）底注式高合金钢板件为1.25×1.25=1.5 轮缘补贴值的确定： d1=1.05dy d2=1.05d1 式中dy——热节圆直径
设 计 法
实用冒口设计法：遵循的原则是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”，使铸件不出现缩孔、 缩松缺陷。实用冒口的工艺出品率高，铸件质 量好，更实用
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实用冒口可分为直接实用冒口和控制压力冒口。 1、直接实用冒口（又称压力冒口） 原理：利用冒口来补缩铸件的液态收缩，而当液态收缩终止或
Vc Vr Ve Vr
毕前的体收缩和因型壁移动而扩大的容积，使缩孔不致伸入 铸件内
冒口的补缩效率，具体值见表 η=（补缩体积/冒口体积）×100% 铸件体积、冒口体积和因型壁移动而扩大的体积
金属从浇完到凝固完毕的体收缩率，见表 冒口的补缩效率
冒口种类和工艺措施
圆柱或腰圆柱形冒口 球形冒口 补浇冒口时
用滚圆法确定轮缘和轮毂的补贴
齿轮铸件补贴示例
齿轮铸件采用的补贴举例
采用发热（保温）补贴注意事项：
1）设计冒口时，把发热补贴材料作为金属断面对待 2）金属断面须占金属和发热材料总断面的60％
§5-2 铸钢件冒口的设计与计算
冒口设计与计算的一般步骤是： 确定冒口的安放位置 初步确定冒口的数量 划分每个冒口的补缩区域，选择冒口的类型 计算冒口的具体尺寸 冒口尺寸主要指冒口的根部直径（或宽度）和高度
要求的高度，其缺点是补缩效率比暗冒口低 暗冒口要求砂箱高于冒口，使砂箱体积增大，但它比较灵
活，可以靠近铸件热节点开设
大型铸件尤其是铸钢件多采用明冒口，而中小型可锻铸铁、 球墨铸铁件的冒口以暗冒口为主 暗冒口尤其适用于机器造型
2、冒口形状
冒口的形状应使其容量足够大而其相对的散热面积最小（即 有足够大的模数），有一定的金属液压头，以达到延长其凝固时 间，提高补缩效果的目的
工艺出品率（%） 明冒口 半球型暗冒口
II
<30 30~60 >60
<30 30~60 >60 <50 50~100 >100 <50 50~100 >100
56~64 54~62 52~60
54~62 53~60 50~58 57~65 55~63 53~61 55~63 53~61 51~59
61~69 59~67 57~65
三、常用冒口补缩原理
（一）基本条件
◆冒口凝固时间须大于或等于被补缩部分凝固时间
◆有足够的金属液补充铸件收缩所需金属液 ◆冒口和铸件被补缩部位间须存在补缩通道
（二）冒口的位置
冒口安放的位置是否合理，直接影响铸件的质量以及冒口
的补缩效率冒口位置不合理，不但不能消除缩孔和缩松，还可
能引起其它缺陷
确定冒口位置的基本原则：
a） 球形
b） 球顶圆 c） 圆柱形 柱形 （带斜度）
d） 腰圆柱形 （明）
e） 腰圆柱形 （暗）
3、冒口的应用
生产中常用圆柱形、球顶圆柱形、腰圆柱形及整圈冒口 齿圈、轮形类铸件，常采用腰圆柱形冒口
筒、套类件及轮毂部位多采用整圈接长冒口
钢锭纵剖面形状对缩孔深度的影响示意图 h1、h2、h3—分别表示缩孔的深度
59~67 58~65 55~63 62~70 60~68 58~66 60~68 58~66 56~64
特别重要的中 等铸件 一般重要的大 铸件 III
特别重要的大 铸件
100~150
500~5000
500~5000
组别
名 称
一般重要的重型 铸件
铸件重量 /kg >5000
工艺出品率（%） 大部分铸件壁 厚 / mm 明冒口 半球型暗冒口 >50 50~100 >100 >50 50~100 >100 58~66 56~64 54~62 57~65 5~63 53~61 54~58 55~59 56~60 58~62 61~67 62~70 60~68 66~68 61~69 59~67 57~65 55~60 58~62 59~63 59~63 61~65
<20 20~50 >50
工艺出品率（%）
明冒口 54~62 53~60 52~58
52~58 51~57 50~56
半球型暗冒口 59~67 58~65 57~63
57~63 56~62 55~61
特别重要的小 铸件
<100
组别
名 称 一般重要的中 等铸件
铸件重量 /kg 100~150
大部分铸件壁 厚 / mm
冒口应就近放在铸件热节的上方和侧面 冒口应尽量设在铸件最高、最厚的部位
顶明冒口 顶明冒口 铸件 铸件
顶明冒口
外冷铁
侧 暗 冒 口
侧暗冒口
外冷铁
外 冷 铁
a）阶梯型热节
b）上下有热节
不同高度冒口的隔离
避开应力集中点 尽量用一个冒口补缩多个热节，以提高冒口补缩效率
冒口应尽可能放在铸件加工面上，以减少精整工时 冒口不应设在铸件重要的、受力大的部位
a）、b）等液相线和等固相线移动情况 c）中间区凝固区域放大 d）凝固结束后的三个区域
2、铸件冒口补缩范围的确定 1）碳钢件的补缩距离
冒口
铸件
冒口
铸件
a )板形件
冒口
铸件
冒口 铸件
铸钢件冒口区长度 与铸件尺寸的关系
b) 杆形件
铸钢冒口的补缩距离
冒口
铸件
阶梯形铸钢件冒口补缩距离
铸钢件末端区长度与铸 件尺寸的关系
类 型
简 图
计算公式 M=r 十形——r=0.68a T形——r=0.62a L形——r=0.56a
板的相交体
圆柱与圆盘 组合体
ab M 2(a b) c
ab M 2(a b) 2c
杆与板的相 交体
ab M 2(a b c )
2）计算冒口及冒口颈模数 3）确定铸钢的体收缩率εV
一、模数法
1、模数法计算冒口的原理
冒口的凝固时间应大于等于铸件被补缩部位的凝固时间
M冒≥M件
铸钢件冒口、冒口颈、铸件模数应满足的关系 明顶冒口：M冒=（1.1～1.2）M件 暗侧冒口：M件:M颈:M冒=1:1.1:1.2 钢液通过冒口浇注： M件:M颈:M冒=1:(1～1.03):1.2
冒口必须能提供足够的金属液，以补偿铸件和冒口在凝固完
2）灰铸铁件冒口的补缩距离
灰铸铁冒口补缩距离和共晶度的关系
3、外冷铁对冒口补缩距离的影响
冒口 冷铁
铸件
a) 板件
冒口
冷铁
铸件
b) 杆件 外冷铁对冒口补缩距离的影响
4、补贴的应用 为实现顺序凝固和增强补缩效果，铸造工艺人员在靠近冒口 的铸件壁厚上补加的倾斜的金属块称为补贴。 水平壁补贴颈模数计算: M补= ab/2(a＋b－c) ＝ M冒(最小)
(1.5~1.6)D
(1.8~2.0)D (2.0~2.5) D (2.0~2.5)D
(1.3~1.5)D (1.4~1.8)D
35~40 30~35 30~35
100 100 100 100
瓦盖
(1.3~1.5)D (1.1~1.3)D (1.3~1.5)D
1.1D
0.3H 0.3H 15~20 15~20
IV 特别重要的重型 铸件 齿轮 齿圈 >5000 100 100~500 >500 1000 >1000 >1000
V
VI VII
外形或内表面加 工的圆筒活塞
§5-3 铸铁件冒口的设计与计算
一、球墨铸铁件的冒口设计
通用（传统）冒口设计：遵循定向凝固原则，依靠冒口的金属
液柱重力补偿凝固收缩，冒口和冒口 颈迟于铸件凝固，铸件进入共晶膨胀 期会把多余的铁水挤回冒口
冒口 铸件 冒口
浇 道 a）补缩同一铸件上的三个热节 b）补缩多个铸件上的热节
一个冒口补缩几个热节
（三）冒口的有效补缩距离
1、冒口有效补缩距离 冒口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。
铸件结构
影 响 因 素 合金成分 凝固特性 冷却条件 对铸件质量要求
板状铸件凝固过程示意图