铸造冒口的种类及补缩原理
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4.4铸钢件冒口的设计
材料科学与工程学院
铸钢件冒口属于通用冒口，其计算原理适用于实行顺序凝固的一切合金铸件。通用冒口的计算方 法很多，现仅介绍几种常用的冒口计算方法。
一、模数法
1 基本原理
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在冒口补给铸件的过程中，冒口中的金属逐渐减少，顶面形成缩孔使散热表面积增大，因而冒口模数不断 减小；铸件模数由于得到炽热的金属液的补充，模数相对地有所增大。根据试验，冒口模数相对减小值 约为原始模数的。一般取安全系数。安全系数过大，将使冒口尺寸增大，浪费金属，加重铸件热裂和偏 析倾向。 对于碳钢、低合金钢铸件，其冒口、冒口颈和铸件的模数关系应符合下列关系。
4.3冒口的种类及补缩原理
材料科学与工程学院
冒口（riser, feeder head）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。
一、冒口的种类 如下所列：
侧冒口 明冒口 暗冒口
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冒口形状有圆柱形、球顶圆柱形、长（腰）圆柱形、球形及扁球形等多种。
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3 设计步骤 1)把铸件划分为几个补缩区，计算各区的铸件模数Mc 2)计算冒口及颈的模数。 3)确定冒口形状和尺寸（应尽量采用标准系列的冒口尺寸）。 4)检查顺序凝固条件，如补缩距离是否足够，补缩通道是否畅通。 5)校核冒口补缩能力。
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Q 值使铸件形状数量化，值的大小表明了铸件形状的特征--形状越接近于简单的实心球体Q 值越小；反之，铸 件形状越接近展开的大平板，q 值越大。实心球体件q值最小，qmin=113。而大平板件值非常大。生产中铸件 的q值多在113--5000范围内。在其他条件相同时，值大则冒口补缩效率高。
（二）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 冒口应尽量设在铸件最高、最厚的部位。对低处的热节增设补贴或使用冷铁，造成补缩的有利
条件。
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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。 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。
3Biblioteka Baidu
二、通用冒口补缩原理
（一）基本条件 通用冒口适用于所有合金铸件，它遵守顺序凝固的基本条件： 1 冒口凝固时间大于或等于铸件（被补缩部分）的凝固时间。 2 有足够的金属液补充铸件的液态收缩和凝固收缩，补偿浇注后型腔扩大的体积。 3 在凝固期间，冒口和被补缩部位之间存在补缩通道，扩张角向着冒口。
为实现顺序凝固，要注意冒口位置的选择，冒口有效补缩距离是否足够，并充分利用补贴和冷铁的作 用。
球墨铸铁具有糊状凝固特性，采用通用冒口补缩效果较差。应指出：只在用湿型或壳型铸造较厚的球铁件 时，才有必要使用传统冒口补缩。这是由于铸型刚度差，无法充分利用石墨化共晶膨胀压力来克服缩松。
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3 有色合金的冒口补缩距离 锡青铜和磷青铜类合金凝固范围一般宽，呈糊状凝固特性，冒口的有效补缩距离短，易出现分散缩松；无 锡青铜和黄铜，一般凝固范围窄，其冒口补缩距离大。铜合金冒口的补缩距离数据见。据另外资料，黄 铜冒口的补缩距离为5-9T, （T铸件壁厚），铝青铜表和锰青铜的冒口补缩距离为5-8T。
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补贴（padding）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（衬补、增肉）。冒口附近有热节或铸件尺寸超出冒口补缩距离时，利用补贴可造成向冒口的 补缩通道，实现补缩。应用补贴可消除铸件下部热节处的缩孔，还可延长补缩距离，减少冒口数目。 去除金属补贴会增加铸件清理和机械加工的工时，为克服金属补贴的这一缺点，可以应用“加热补 贴”和发热（保温）块补贴，见图。
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（三）冒口有效补缩距离的确定 冒口的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，与铸件结构、合 金成分及凝固特性、冷却条件、对铸件质量要求的高低等多种因素有关，简称为冒口补缩距离。 1 铸钢件冒口的补缩距离
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2 铸铁件通用冒口的补缩距离 灰铸铁件通用冒口的补缩距离如图所示。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，故冒口补缩距离较小。
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其次，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。为满足此条件应有，
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通常依公式
确定冒口尺寸，
而用公式
校核冒口的补缩能力。此外，保证冒口和被补缩部位之间存在补缩通道，扩张角应向冒口敞开。利 用补贴和冷铁常可实现此目的。
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4 外冷铁的影响 试验证明，在两个冒口之间安放冷铁，相当于在铸件中间增加了激冷端，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，如图所示。当把冷铁置于板或杆 件末端时，会使铸件末端区长度略有增加。用多边布置多块外冷铁的方法可以大大延长冷铁末端区的长 度。如图所示，因采用多边外冷铁，铸件只用一个冒口。外冷铁之间距离为0.5-1倍于冷铁长度。图下部 示出其等温线分布。
2 铸件形状系数的影响 以chvorinov公式为基础的模数法忽略了铸件形状对凝固时间的影响，而实际上，在其他条件（模数、合金、
铸型等）相同时，球体件凝固时间最短，圆柱体次之，平板件最长。这一结论已被铸件凝固传热计算明。 铸件凸形表面的凝固层增长速度高于平面和凹形表面。说明铸件形状对其凝固和补缩有影响。
4.4铸钢件冒口的设计
材料科学与工程学院
铸钢件冒口属于通用冒口，其计算原理适用于实行顺序凝固的一切合金铸件。通用冒口的计算方 法很多，现仅介绍几种常用的冒口计算方法。
一、模数法
1 基本原理
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在冒口补给铸件的过程中，冒口中的金属逐渐减少，顶面形成缩孔使散热表面积增大，因而冒口模数不断 减小；铸件模数由于得到炽热的金属液的补充，模数相对地有所增大。根据试验，冒口模数相对减小值 约为原始模数的。一般取安全系数。安全系数过大，将使冒口尺寸增大，浪费金属，加重铸件热裂和偏 析倾向。 对于碳钢、低合金钢铸件，其冒口、冒口颈和铸件的模数关系应符合下列关系。
4.3冒口的种类及补缩原理
材料科学与工程学院
冒口（riser, feeder head）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。
一、冒口的种类 如下所列：
侧冒口 明冒口 暗冒口
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冒口形状有圆柱形、球顶圆柱形、长（腰）圆柱形、球形及扁球形等多种。
20
3 设计步骤 1)把铸件划分为几个补缩区，计算各区的铸件模数Mc 2)计算冒口及颈的模数。 3)确定冒口形状和尺寸（应尽量采用标准系列的冒口尺寸）。 4)检查顺序凝固条件，如补缩距离是否足够，补缩通道是否畅通。 5)校核冒口补缩能力。
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Q 值使铸件形状数量化，值的大小表明了铸件形状的特征--形状越接近于简单的实心球体Q 值越小；反之，铸 件形状越接近展开的大平板，q 值越大。实心球体件q值最小，qmin=113。而大平板件值非常大。生产中铸件 的q值多在113--5000范围内。在其他条件相同时，值大则冒口补缩效率高。
（二）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 冒口应尽量设在铸件最高、最厚的部位。对低处的热节增设补贴或使用冷铁，造成补缩的有利
条件。
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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。 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。
3Biblioteka Baidu
二、通用冒口补缩原理
（一）基本条件 通用冒口适用于所有合金铸件，它遵守顺序凝固的基本条件： 1 冒口凝固时间大于或等于铸件（被补缩部分）的凝固时间。 2 有足够的金属液补充铸件的液态收缩和凝固收缩，补偿浇注后型腔扩大的体积。 3 在凝固期间，冒口和被补缩部位之间存在补缩通道，扩张角向着冒口。
为实现顺序凝固，要注意冒口位置的选择，冒口有效补缩距离是否足够，并充分利用补贴和冷铁的作 用。
球墨铸铁具有糊状凝固特性，采用通用冒口补缩效果较差。应指出：只在用湿型或壳型铸造较厚的球铁件 时，才有必要使用传统冒口补缩。这是由于铸型刚度差，无法充分利用石墨化共晶膨胀压力来克服缩松。
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3 有色合金的冒口补缩距离 锡青铜和磷青铜类合金凝固范围一般宽，呈糊状凝固特性，冒口的有效补缩距离短，易出现分散缩松；无 锡青铜和黄铜，一般凝固范围窄，其冒口补缩距离大。铜合金冒口的补缩距离数据见。据另外资料，黄 铜冒口的补缩距离为5-9T, （T铸件壁厚），铝青铜表和锰青铜的冒口补缩距离为5-8T。
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补贴（padding）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（衬补、增肉）。冒口附近有热节或铸件尺寸超出冒口补缩距离时，利用补贴可造成向冒口的 补缩通道，实现补缩。应用补贴可消除铸件下部热节处的缩孔，还可延长补缩距离，减少冒口数目。 去除金属补贴会增加铸件清理和机械加工的工时，为克服金属补贴的这一缺点，可以应用“加热补 贴”和发热（保温）块补贴，见图。
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（三）冒口有效补缩距离的确定 冒口的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，与铸件结构、合 金成分及凝固特性、冷却条件、对铸件质量要求的高低等多种因素有关，简称为冒口补缩距离。 1 铸钢件冒口的补缩距离
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2 铸铁件通用冒口的补缩距离 灰铸铁件通用冒口的补缩距离如图所示。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，故冒口补缩距离较小。
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其次，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。为满足此条件应有，
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通常依公式
确定冒口尺寸，
而用公式
校核冒口的补缩能力。此外，保证冒口和被补缩部位之间存在补缩通道，扩张角应向冒口敞开。利 用补贴和冷铁常可实现此目的。
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4 外冷铁的影响 试验证明，在两个冒口之间安放冷铁，相当于在铸件中间增加了激冷端，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，如图所示。当把冷铁置于板或杆 件末端时，会使铸件末端区长度略有增加。用多边布置多块外冷铁的方法可以大大延长冷铁末端区的长 度。如图所示，因采用多边外冷铁，铸件只用一个冒口。外冷铁之间距离为0.5-1倍于冷铁长度。图下部 示出其等温线分布。
2 铸件形状系数的影响 以chvorinov公式为基础的模数法忽略了铸件形状对凝固时间的影响，而实际上，在其他条件（模数、合金、
铸型等）相同时，球体件凝固时间最短，圆柱体次之，平板件最长。这一结论已被铸件凝固传热计算明。 铸件凸形表面的凝固层增长速度高于平面和凹形表面。说明铸件形状对其凝固和补缩有影响。