3.4.3及3.4.4 铸钢及铸铁件冒口设计

3.4.3 铸钢件冒口设计与计算
q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值越小则冒口补缩效率高
表3-4 保温冒口补缩效率η与铸件形状系数q的关系 铸件形状系数q 冒口补缩效率η （％） ＜ 200 250 300 400 500～ 1000 ＞ 1000
25
30
33
35
40
45
3.4.3 铸钢件冒口设计与计算
三、模数法计算冒口步骤
1. 计算Mc
2. 按Mc：Mn：Mr的经验比求Mn及Mr
3. 确定体收缩率εv（volume contraction ratio） 4. 确定冒口具体形状及尺寸 5. 据L校核冒口个数（对板件及杆件，先大致确定冒口 个数，再校核个数）
6. 按εv（Vr+Vc）+Vs≤Vrη校核冒口的最大补缩能力。
3.4 冒口设计
3.4.3 铸钢件冒口设计与计算
四、铸件模数的计算
模数：冷凝物体的模数等于它的体积 与散热面积之比，M=V/A 1. 正立方体 2. 圆柱体
3. 具有“无限大”尺寸的物体（infinity）
3.4.3 铸钢件冒口设计与计算
四、铸件模数的计算
1. 正立方体
2. 圆柱体
3. 具有“无限大”尺寸的物体
Mr=1.2Mc=2.35
查标准冒口表得腰圆柱形冒 口尺寸：（ε、M） a=100,b=200,h=150
模数法计算冒口尺寸举例： 校核冒口个数： L=2×20
62
+200=357
3.14×412=1294
1294÷357≈4 不加冷铁：4×200＋ 4×20 6 2 ＝1429.9
大于1249
校核冒口补缩能力
将轮毂看作圆筒壁 Mc=ab/［2（a+b）］ a=50×1.5=75 b=127 Mc=2.36
Mr=1.2Mc=2.83
查标准冒口表得冒口尺寸（ε、 M）
大平板件尺寸为1000×600×50mm，ZG45，用模数法计 算冒口。已知体收缩率εv=5%，η=15% 解：Mc=a/2=5/2=2.5（cm） Mr=1.2×2.5=3 （cm）
有先有后，相互交错重叠，而铁水是相通的，这时膨胀、 收缩就可以叠加相抵，铸件表现出来的收缩实质上是胀缩 相抵的剩余量。然而就某一点而言，是收缩在前，膨胀在 后，二者是不能相抵的。
3.4.4 铸铁件实用冒口设计
图3-3-24 铸铁件凝固时收缩和膨胀的叠加 曲边三角形ABC—铸件的总收缩 曲边三角形ADC —铸件总膨胀 曲边三角形AB‘P—铸件的表观收缩 AC—铸件凝固时间 AP—铸件表观收缩时间 （冒口作用时间） P—均衡点（收缩量等于膨胀量的时间）
适用：湿型，壳型；铸件模数大于0.4cm
图3.68控制压力冒口示意图
3.4 冒口设计
3.4.3 铸钢件冒口设计与计算
一、 模数法（modulus method)
基本原理：冒口应比铸件受补缩的部分晚凝固，以 冒口中的金属液补缩铸件使铸件致密。 平方根定律 Chvorinov公式
r (M r / K r )
2
(
M
r
) (
M
c
)
2
Kr
Kc
3.4.3 铸钢件冒口设计与计算
3.4.4 铸铁件实用冒口（applied riser）设计
铸铁同其它合金一样，凝固时发生收缩，但它在凝固后 期有“奥氏体+石墨”的共晶转变，析出石墨而发生体积 膨胀。 从而可部分或全部地抵消凝固前期所发生的体积收缩，即 具有“自补缩的能力”。
以球铁为代表，其凝固过程可分为： 一次（液态）收缩（primary contraction）、体积膨胀和二次收 缩等三阶段
3.4.4 铸铁件实用冒口设计
铸铁件具有”自补缩能力“。 铸铁件：不设冒口；实用冒口 ① 直接实用冒口（directly applied riser）（包括使用浇注 系统）：利用冒口补缩铸件的液态收缩，而当共晶膨胀 开始，或者开始后的短时间内，冒口颈就凝固。这样， 金属液不会因为共晶膨胀而返回冒口，从而使金属液处 于正压力之下，只要铸型有足够的强度，就可避免二次 收缩引起的缺陷。 适用：湿型中模数小于0.4cm的铸件
4.5×50×2+160=610 ＞600
校核冒口最大补缩能力：
εv（Vr+Vc）=5%（100×60×5+π（16/2）2 ×24×3）
=2223（cm3）
Vrη=15 %π（16/2）2 ×24×3=2170 （cm3）
增大冒口尺寸，D=180mm
εv（Vr+Vc） = 2415 cm3 ＜Vrη=2746 cm3
冒口颈模数计算举例：
Mc= ［ 20×10 ］ ÷［2（20+10）-5］=3.64
(一般碳钢铸件：Mc:Mn:Mr=1:1.1:1.2Mn=1.1×3.64=4.004)
当浇口通过冒口时，Mn=1.03Mc=3.76
模数法计算冒口尺寸举例： 将轮缘看作长方形断面的杆 Mc=ab/［2（a+b）］ a=56×1.1=62 b=106 Mc=1.96
二、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，球体件凝固时间最长，圆柱体次之，平 板件最短 铸件形状系数（shape coefficent）q又名周界商：铸件 体积Vc与其模数之比值
q Vc M
3 c
选择圆柱形冒口，由标准冒口表查得冒口尺寸：
D=160mm，H=24mm 校核冒口个数： 估计冒口个数1000/（D+4.5a×2）≈1.6 ≈2 按两个冒口校核长度方向 4.5×50+4×50+4.5×50+2×160=970＜1000
增加一个冒口，按三个冒口校核 970+160+4×50=1330＞1000 宽度方向校核
图3.64 球墨铸铁的体积变化 虚线－冷却速度低、冶金质量高; 实线－冷却速度高、冶金质量差 a1、a2-－次收缩; b1、b2－体积膨胀; c1、c2－二次收缩
3.4.4 铸铁件实用冒口设计
均衡凝固（proportion solidification）：一个铸铁件各个区域 的冷却速度不同，各个区域进入收缩、膨胀的时间也不同，
4. 圆筒壁
3.4.3 铸钢件冒口设计与计算
四、铸件模数的计算
பைடு நூலகம்
1. 正立方体
2. 圆柱体
3. 具有“无限大”尺寸的物
体 4. 圆筒壁 5. 交接立方体
3.4.3 铸钢件冒口设计与计算
四、铸件模数的计算
4. 圆筒壁
5. 交接立方体
6. 冒口颈的模数（riser neck）
铸钢件：Mn＞Mc 铸铁件：Mn＜Mc
② 控制压力冒口（pressure control riser）：在内浇道凝固后，由
冒口补偿铸件的液态收缩，而当铸件发生共晶膨胀时，冒口又接受来自型 腔的金属液，以释放型腔内的部分膨胀压力。当膨胀压力变小（D点后） 后，冒口又继续补缩。 可见，只要冒口系统设计恰当，就可以将铸件的共晶膨胀压力控制在安全 范围内，即不使铸型发生塑性变形，又能补偿铸件的二次收缩。