第四章 冒口工艺及出气孔
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第四章 冒口、冷铁及出气孔
4.1 冒口的作用与要求 1 作用 补缩，排气、集渣和调节铸件温度场分布 2 基本要求 1）凝固时间
足够长，不小于铸件（被补缩部分）凝固时间 2）体积容量
体积足够大，以储存铸件形成需给予补缩的金属液 3）补缩通道
通道畅通，且扩张角向着冒口
4.2 冒口的形状与分类 1 冒口形状
（3）冒口颈尺寸和模数 冒口颈模数为冒口模数的0.67 倍，冒口颈截面形状可选用圆形、正方形或矩形。
（4）冒口的有效补缩距离 由凝固部位向冒口回填铁液 的最远距离
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（5）冒口的位置和数目 冒口应安放在模数大的部位。 复杂铸件可依铁液输送距离和模数-体积份额图决定冒口 位置及数目
（6）应用条件 铁液冶金质量高，快速浇注,温度控制在 1370～1427℃±25℃；湿型中模数为0.48～2.5cm的 球铁件，模数为0.75～2.0cm的灰铁件，铸型表面硬度 大于85；采用暗冒口，最好为大气压力冒口。
1）铸钢件冒口的补缩距离 ① 水平补缩有效距离 ②垂直补缩有效高度 2）铸铁件冒口的补缩距离 灰铸铁件，球墨铸铁件 3）有色合金冒口的补缩距离 取决于合金种类及牌号 铜合金（锡青铜、磷青铜和黄铜），铝合金
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4 工艺条件对冒口补缩距离的影响 1）冷铁对冒口补缩距离的影响
增大冒口的有效补缩距离 2）析出气体压力与冒口补缩压力对冒口补缩距离的影响
3）保温冒口 采用保温材料作冒口套，顶部采用保温剂 的冒口
（1）保温材料选择；（2）保温冒口套厚度；（3）模数 法确定冒口尺寸
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4.6 灰铸铁件的冒口设计
1 灰铸铁铸造工艺性能 结晶范围窄，接近于逐层凝固，石墨化膨胀，凝固
收缩小，不易产生缩松，Mc≦1cm的铸件可不设置冒口 2 通用（传统）冒口设计 1）比例法 （1）侧冒口 （2）顶冒口和暗侧冒口 2）压边浇冒口 3）冒口有效补缩距离 （1）根据冒口有效补缩距离L与冒口直径DR的比值，确
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2）减压冒口（控制压力冒口）设计
(1)基本原理 在共晶石墨化膨胀初期冒口颈畅通，可使 铸件内部铁液回填冒口已释放“压力”，控制回填程度 使铸件内建立适中的“内压”。
（2）冒口的体积和模数 冒口高于铸件最高点的体积 大于铸件需补缩的体积，模数与铸件厚大部分的关键模 数和铁液冶金质量有关。
3）无冒口工艺
球墨铸铁件无冒口工艺应满足以下条件： ①铁液冶金质量好；②铸件的平均模数大于2.5cm；③ 铸型的强度、刚度足够高，且铸型间紧固牢靠；④低温 快浇；⑤内浇道多且采用扁、薄型结构；⑥设置大小适 中、均匀分布的明出气孔
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4.8 冷铁
1 冷铁的概念 在型腔内部及工作表面安放的以增加铸件
有效补缩距离因凝固时析出气体压力而减小；增大 冒口的补缩压力，可提高冒口的有效补缩距离。 3）补贴对冒口补缩距离的影响
补贴也称为衬补或增肉，可显著提高冒口的有效补 缩距离。
4.3.4 补贴的设计
1 补贴的作用
保证冒口的补缩通道畅通，消除铸件热节处的缩孔、 延长冒口的补缩距离、减少冒口的数目
2 补贴的分类
生缩松
2 通用（传统）冒口设计
1）比例法
2）模数法
3）球墨铸铁件冒口有效补缩距离
有效补缩距离随铸件结构、铸型条件和浇注条件而变化
3 实用冒口（内压控制冒口）设计
1）直接实用冒口（加压冒口）设计
(1)基本原理 安放冒口是为了补给铸件的液态（一次）
收缩，当液态收缩终止或共晶石墨化膨胀开始时，冒口
颈及时凝固冻结
铸造工艺卡是体现工艺设计及操作要求的重 要技术文件，主要以表格形式表示，必要时 并附以简图。
2）砂型铸造工艺卡格式与内容
内容应包括各工序的重要工艺参数、操作要 点、所使用的主要设备、工装以及工时单耗 等。
局部冷却速度的金属块称为冷铁。
2 冷铁的作用 防止缩孔缩松及壁厚交叉部位和急剧变化
部位产生裂纹；扩大冒口补缩距离或范围，减少冒口数
量或体积；改善铸件局部的金相组织和力学性能；使整
个铸件接近于同时凝固，减轻或厚壁铸件中的偏析。
3 冷铁的分类及选材设计
1）内冷铁 放置在型腔内部并与铸件熔合为一体的金属
激冷块称为内冷铁，材质应和铸件材质相同，表面处理、
灰铸铁件、球墨铸铁件，且铸型强度足够高 3）灰铸铁件实用冒口（内压控制冒口）
灰铸铁件内压控制冒口的种类分为加压冒口，减压 冒口和无冒口工艺；其种类及设计方法同于球墨铸铁件， 差别在于所适用的铸件模数范围不同
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4.7 球墨铸铁件冒口设计
1 球墨铸铁铸造工艺性能
凝固收缩小，呈糊（粥）状凝固，流动性差，易产
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（2）冒口的体积 冒口的有效体积应大于铸件的液态 收缩。
（3）冒口颈尺寸和模数 冒口颈应在铸件液态收缩结 束或共晶膨胀开始之时及时冻结（凝固，冒口颈截面 形状可选用圆形、正方形或矩形。
（4）冒口的有效补缩距离 可视为无限长。
（5）直接实用冒口的优缺点
（6）应用条件 薄壁铸铁件，铸型要有足够高的强度 和刚度；铁液具有较高的冶金质量，浇注温度波动范 围不得超过±25℃，常用大气压力冒口。
冒口尺寸 4）体积关系式 校核冒口的补缩能力，保证冒口能提供
足够的金属液 5）铸件形状系数 铸件形状系数值大，冒口的补缩效率高
6）模数法设计冒口基本步骤
①计算铸件（补缩部位）的模数; ②求出冒口和冒口径 的模数③确定冒口的类型和形状尺寸; ④确定冒口的数 量；⑤校核冒口的最大补缩能力
3 比例法
1）比例法的概念
定有效补缩距离L （2）根据铸件壁厚和铸型性质，确定有效补缩距离L
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3 灰铸铁件实用冒口（内压控制冒口）设计 1）实用冒口设计的基本原理
冒口主要补偿液态收缩，冒口颈在铸件发生共晶石 墨化膨胀前适时凝固，使铸件形成一个封闭系统，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，从而消除缩孔和缩松缺陷。 2）实用冒口适用范围
3 特种冒口设计
铸钢件常用特种冒口主要有大气压力冒口、发热冒 口和保温冒口。
1）大气压力冒口 采用透气砂芯向冒口中导气
（1）砂芯位置与结构；（2）砂芯尺寸和结构；（3）砂 芯配方
2）发热冒口 采用发热材料作冒口套，顶部采用发热 剂的冒口
（1）发热材料选择；（2）冒口套最小壁厚；（3）隔离 层厚度和排气孔；（4）模数法确定冒口尺寸
冒口形状的选择主要考虑以下两个方面： 1）冒口的补缩效果 球形冒口补缩效果最好；其他冒 口的补缩效果，依次为圆柱形、长方体形等 2）生产的操作方便 铸件被补缩部位的结构情况，造 型起模方便 2 冒口尺寸的确定
借助于模数法、比例法和补缩液量法等设计冒口并 确定尺寸
4.4 通用冒口的设计及计算 1 设计方法 常用模数法和比例法等设计冒口。 2 模数法 1）模数的概念 铸件或冒口体积与其散热面积之比值 2）模数法的基本原理 模数小，凝固时间短 3）模数关系式 冒口模数通常为铸件模数的1.2倍，确定
圆柱形、球顶圆形、长（腰）圆柱形、球形和扁球 形等多种。 2 冒口种类 传统冒口和实用冒口
4.3 冒口设计的主要内容
4.3.1 冒口设计的主要内容 1 冒口的位置和有效补缩距离 2 冒口的尺寸与形状及数量 4.3.2 冒口位置的选择原则 1 尽可能设置在铸件热节的上方或侧旁 2 尽量设置在铸件最高、最厚的部位 3 避免设在铸件重要的、受力大的部位 4 不要设在铸造应力集中处 5 尽可能设置在便于清理冒口残根或铸件加工表面上 6 尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件
比例法是在大量工艺实践的基础上总结出的冒口尺 寸经验确定方法。
2）比例法设计冒口基本步骤
选择冒口的类型和形状，查取相关图、表，确定冒 口尺寸和铸件壁厚或热节圆半径的比例关系，计算冒口 尺寸
4.5 铸钢件冒口 1 铸钢铸造工艺性能
液态和凝固收缩大，易产生缩孔缺陷，需确保铸件的 顺序凝固。 2铸钢件冒口设计方法 1）模数法 ⑴计算铸件（补缩区）的模数；⑵求出冒口 和冒口颈的模数；⑶ 确定冒口的类型和数量及形状尺寸； （4）校核冒口的数量；（5）校核冒口的最大补缩能力 2）比例法 ⑴ 确定热节圆直径 ⑵ 确定冒口形式及尺寸 ⑶校核冒口补缩能力
1）空间位置 出气孔一般设在铸件的顶部及难于排气的 “死角”处等部位，避免设在铸件厚壁处。出气孔包括 明出气孔和暗出气孔
2）结构类型 （1）出气孔；（2）出气针；（3）出气片
3 出气孔形式和尺寸 1）圆形出气孔； 2）扁形出气孔
4 出气针和出气片尺寸 1）出气针； 2）出气片
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5 铸造工艺图
质量和尺寸等严加控制
2）外冷铁 造型（芯）时放置在模样（芯盒）表面的金
属激冷块称为外冷铁，可采用钢、铸铁、铜和铝等金属，
也可采用蓄热系数比石英砂大的石墨等非金属材料
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4.9 出气孔
1 出气孔作用 排除铸型型腔内气体，改善液态合金的充 型能力，监视液态合金充满程度。
2 出气孔位置和结构类型
4.3.3 冒口的有效补缩距离 1 概念
冒口补缩后形成的致密冒口区与致密末端区长度之和， 称为冒口的有效补缩距离。有效补缩距离是确定冒口数 量的依据 2 影响因素
铸件结构、合金成分及凝固特性、冷却条件、凝固时 析出气体的反压力、冒口的补缩压力、铸件质量要求 3 估算方法
冒口的补缩距离常用冒口补缩距离长度与铸件厚度的 倍数来表示。不同合金及冒口类型都有一定的补缩范围， 具体数值大小可通过查阅图表确定。
1）按补贴的设置方向 垂直补贴和水平补贴
2）按补贴所用的材质 贴和保温补贴。
金属补贴、加热补贴、发热补
3 补贴的类型的选择及尺寸的确定
金属补贴尽可能少用，加热补贴仅用于铸钢件的生 产。水平补贴最大长度为冒口模数的4.7倍。补贴的尺寸 可通过查阅图表和作图法获得。
4.3.5 冒口形状与尺寸的确定 1 冒口形状的选择
1）铸造工艺图的概念
在零件图上用规定的红、蓝等色符号和文字表示出浇 注位置、分型面、加工余量、收缩率、起模斜度、浇注 系统、冒口、型芯形状与数量及芯头大小等内容，从而 反映铸件的铸造工艺方案的图样。
2）铸造工艺符号及表示方法
3）汽车 前轮Baidu Nhomakorabea铸造工艺图
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6 铸造工艺卡
1）铸造工艺卡的概念
4.1 冒口的作用与要求 1 作用 补缩，排气、集渣和调节铸件温度场分布 2 基本要求 1）凝固时间
足够长，不小于铸件（被补缩部分）凝固时间 2）体积容量
体积足够大，以储存铸件形成需给予补缩的金属液 3）补缩通道
通道畅通，且扩张角向着冒口
4.2 冒口的形状与分类 1 冒口形状
（3）冒口颈尺寸和模数 冒口颈模数为冒口模数的0.67 倍，冒口颈截面形状可选用圆形、正方形或矩形。
（4）冒口的有效补缩距离 由凝固部位向冒口回填铁液 的最远距离
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（5）冒口的位置和数目 冒口应安放在模数大的部位。 复杂铸件可依铁液输送距离和模数-体积份额图决定冒口 位置及数目
（6）应用条件 铁液冶金质量高，快速浇注,温度控制在 1370～1427℃±25℃；湿型中模数为0.48～2.5cm的 球铁件，模数为0.75～2.0cm的灰铁件，铸型表面硬度 大于85；采用暗冒口，最好为大气压力冒口。
1）铸钢件冒口的补缩距离 ① 水平补缩有效距离 ②垂直补缩有效高度 2）铸铁件冒口的补缩距离 灰铸铁件，球墨铸铁件 3）有色合金冒口的补缩距离 取决于合金种类及牌号 铜合金（锡青铜、磷青铜和黄铜），铝合金
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4 工艺条件对冒口补缩距离的影响 1）冷铁对冒口补缩距离的影响
增大冒口的有效补缩距离 2）析出气体压力与冒口补缩压力对冒口补缩距离的影响
3）保温冒口 采用保温材料作冒口套，顶部采用保温剂 的冒口
（1）保温材料选择；（2）保温冒口套厚度；（3）模数 法确定冒口尺寸
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4.6 灰铸铁件的冒口设计
1 灰铸铁铸造工艺性能 结晶范围窄，接近于逐层凝固，石墨化膨胀，凝固
收缩小，不易产生缩松，Mc≦1cm的铸件可不设置冒口 2 通用（传统）冒口设计 1）比例法 （1）侧冒口 （2）顶冒口和暗侧冒口 2）压边浇冒口 3）冒口有效补缩距离 （1）根据冒口有效补缩距离L与冒口直径DR的比值，确
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2）减压冒口（控制压力冒口）设计
(1)基本原理 在共晶石墨化膨胀初期冒口颈畅通，可使 铸件内部铁液回填冒口已释放“压力”，控制回填程度 使铸件内建立适中的“内压”。
（2）冒口的体积和模数 冒口高于铸件最高点的体积 大于铸件需补缩的体积，模数与铸件厚大部分的关键模 数和铁液冶金质量有关。
3）无冒口工艺
球墨铸铁件无冒口工艺应满足以下条件： ①铁液冶金质量好；②铸件的平均模数大于2.5cm；③ 铸型的强度、刚度足够高，且铸型间紧固牢靠；④低温 快浇；⑤内浇道多且采用扁、薄型结构；⑥设置大小适 中、均匀分布的明出气孔
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4.8 冷铁
1 冷铁的概念 在型腔内部及工作表面安放的以增加铸件
有效补缩距离因凝固时析出气体压力而减小；增大 冒口的补缩压力，可提高冒口的有效补缩距离。 3）补贴对冒口补缩距离的影响
补贴也称为衬补或增肉，可显著提高冒口的有效补 缩距离。
4.3.4 补贴的设计
1 补贴的作用
保证冒口的补缩通道畅通，消除铸件热节处的缩孔、 延长冒口的补缩距离、减少冒口的数目
2 补贴的分类
生缩松
2 通用（传统）冒口设计
1）比例法
2）模数法
3）球墨铸铁件冒口有效补缩距离
有效补缩距离随铸件结构、铸型条件和浇注条件而变化
3 实用冒口（内压控制冒口）设计
1）直接实用冒口（加压冒口）设计
(1)基本原理 安放冒口是为了补给铸件的液态（一次）
收缩，当液态收缩终止或共晶石墨化膨胀开始时，冒口
颈及时凝固冻结
铸造工艺卡是体现工艺设计及操作要求的重 要技术文件，主要以表格形式表示，必要时 并附以简图。
2）砂型铸造工艺卡格式与内容
内容应包括各工序的重要工艺参数、操作要 点、所使用的主要设备、工装以及工时单耗 等。
局部冷却速度的金属块称为冷铁。
2 冷铁的作用 防止缩孔缩松及壁厚交叉部位和急剧变化
部位产生裂纹；扩大冒口补缩距离或范围，减少冒口数
量或体积；改善铸件局部的金相组织和力学性能；使整
个铸件接近于同时凝固，减轻或厚壁铸件中的偏析。
3 冷铁的分类及选材设计
1）内冷铁 放置在型腔内部并与铸件熔合为一体的金属
激冷块称为内冷铁，材质应和铸件材质相同，表面处理、
灰铸铁件、球墨铸铁件，且铸型强度足够高 3）灰铸铁件实用冒口（内压控制冒口）
灰铸铁件内压控制冒口的种类分为加压冒口，减压 冒口和无冒口工艺；其种类及设计方法同于球墨铸铁件， 差别在于所适用的铸件模数范围不同
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4.7 球墨铸铁件冒口设计
1 球墨铸铁铸造工艺性能
凝固收缩小，呈糊（粥）状凝固，流动性差，易产
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（2）冒口的体积 冒口的有效体积应大于铸件的液态 收缩。
（3）冒口颈尺寸和模数 冒口颈应在铸件液态收缩结 束或共晶膨胀开始之时及时冻结（凝固，冒口颈截面 形状可选用圆形、正方形或矩形。
（4）冒口的有效补缩距离 可视为无限长。
（5）直接实用冒口的优缺点
（6）应用条件 薄壁铸铁件，铸型要有足够高的强度 和刚度；铁液具有较高的冶金质量，浇注温度波动范 围不得超过±25℃，常用大气压力冒口。
冒口尺寸 4）体积关系式 校核冒口的补缩能力，保证冒口能提供
足够的金属液 5）铸件形状系数 铸件形状系数值大，冒口的补缩效率高
6）模数法设计冒口基本步骤
①计算铸件（补缩部位）的模数; ②求出冒口和冒口径 的模数③确定冒口的类型和形状尺寸; ④确定冒口的数 量；⑤校核冒口的最大补缩能力
3 比例法
1）比例法的概念
定有效补缩距离L （2）根据铸件壁厚和铸型性质，确定有效补缩距离L
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3 灰铸铁件实用冒口（内压控制冒口）设计 1）实用冒口设计的基本原理
冒口主要补偿液态收缩，冒口颈在铸件发生共晶石 墨化膨胀前适时凝固，使铸件形成一个封闭系统，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，从而消除缩孔和缩松缺陷。 2）实用冒口适用范围
3 特种冒口设计
铸钢件常用特种冒口主要有大气压力冒口、发热冒 口和保温冒口。
1）大气压力冒口 采用透气砂芯向冒口中导气
（1）砂芯位置与结构；（2）砂芯尺寸和结构；（3）砂 芯配方
2）发热冒口 采用发热材料作冒口套，顶部采用发热 剂的冒口
（1）发热材料选择；（2）冒口套最小壁厚；（3）隔离 层厚度和排气孔；（4）模数法确定冒口尺寸
冒口形状的选择主要考虑以下两个方面： 1）冒口的补缩效果 球形冒口补缩效果最好；其他冒 口的补缩效果，依次为圆柱形、长方体形等 2）生产的操作方便 铸件被补缩部位的结构情况，造 型起模方便 2 冒口尺寸的确定
借助于模数法、比例法和补缩液量法等设计冒口并 确定尺寸
4.4 通用冒口的设计及计算 1 设计方法 常用模数法和比例法等设计冒口。 2 模数法 1）模数的概念 铸件或冒口体积与其散热面积之比值 2）模数法的基本原理 模数小，凝固时间短 3）模数关系式 冒口模数通常为铸件模数的1.2倍，确定
圆柱形、球顶圆形、长（腰）圆柱形、球形和扁球 形等多种。 2 冒口种类 传统冒口和实用冒口
4.3 冒口设计的主要内容
4.3.1 冒口设计的主要内容 1 冒口的位置和有效补缩距离 2 冒口的尺寸与形状及数量 4.3.2 冒口位置的选择原则 1 尽可能设置在铸件热节的上方或侧旁 2 尽量设置在铸件最高、最厚的部位 3 避免设在铸件重要的、受力大的部位 4 不要设在铸造应力集中处 5 尽可能设置在便于清理冒口残根或铸件加工表面上 6 尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件
比例法是在大量工艺实践的基础上总结出的冒口尺 寸经验确定方法。
2）比例法设计冒口基本步骤
选择冒口的类型和形状，查取相关图、表，确定冒 口尺寸和铸件壁厚或热节圆半径的比例关系，计算冒口 尺寸
4.5 铸钢件冒口 1 铸钢铸造工艺性能
液态和凝固收缩大，易产生缩孔缺陷，需确保铸件的 顺序凝固。 2铸钢件冒口设计方法 1）模数法 ⑴计算铸件（补缩区）的模数；⑵求出冒口 和冒口颈的模数；⑶ 确定冒口的类型和数量及形状尺寸； （4）校核冒口的数量；（5）校核冒口的最大补缩能力 2）比例法 ⑴ 确定热节圆直径 ⑵ 确定冒口形式及尺寸 ⑶校核冒口补缩能力
1）空间位置 出气孔一般设在铸件的顶部及难于排气的 “死角”处等部位，避免设在铸件厚壁处。出气孔包括 明出气孔和暗出气孔
2）结构类型 （1）出气孔；（2）出气针；（3）出气片
3 出气孔形式和尺寸 1）圆形出气孔； 2）扁形出气孔
4 出气针和出气片尺寸 1）出气针； 2）出气片
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5 铸造工艺图
质量和尺寸等严加控制
2）外冷铁 造型（芯）时放置在模样（芯盒）表面的金
属激冷块称为外冷铁，可采用钢、铸铁、铜和铝等金属，
也可采用蓄热系数比石英砂大的石墨等非金属材料
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4.9 出气孔
1 出气孔作用 排除铸型型腔内气体，改善液态合金的充 型能力，监视液态合金充满程度。
2 出气孔位置和结构类型
4.3.3 冒口的有效补缩距离 1 概念
冒口补缩后形成的致密冒口区与致密末端区长度之和， 称为冒口的有效补缩距离。有效补缩距离是确定冒口数 量的依据 2 影响因素
铸件结构、合金成分及凝固特性、冷却条件、凝固时 析出气体的反压力、冒口的补缩压力、铸件质量要求 3 估算方法
冒口的补缩距离常用冒口补缩距离长度与铸件厚度的 倍数来表示。不同合金及冒口类型都有一定的补缩范围， 具体数值大小可通过查阅图表确定。
1）按补贴的设置方向 垂直补贴和水平补贴
2）按补贴所用的材质 贴和保温补贴。
金属补贴、加热补贴、发热补
3 补贴的类型的选择及尺寸的确定
金属补贴尽可能少用，加热补贴仅用于铸钢件的生 产。水平补贴最大长度为冒口模数的4.7倍。补贴的尺寸 可通过查阅图表和作图法获得。
4.3.5 冒口形状与尺寸的确定 1 冒口形状的选择
1）铸造工艺图的概念
在零件图上用规定的红、蓝等色符号和文字表示出浇 注位置、分型面、加工余量、收缩率、起模斜度、浇注 系统、冒口、型芯形状与数量及芯头大小等内容，从而 反映铸件的铸造工艺方案的图样。
2）铸造工艺符号及表示方法
3）汽车 前轮Baidu Nhomakorabea铸造工艺图
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6 铸造工艺卡
1）铸造工艺卡的概念