冒口系统设计
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１）轮缘冒口计算 把轮缘看作长方形断面的杆，当在冒口之间不 采用冷铁时，大致需要设置三个冒口。在冒口 之间设置冷铁，可以只设二个冒口。 首先计算轮缘铸件部分的模数 Mc=Vc／Ac＝1.96
为了保证冒口比铸件晚凝固，一般取Mr＝ 1.2Mc
Mr=1.2Mc＝2.35
查标准腰圆形冒口表：当收缩率＝５％、 Mr＝2.42cm、每个冒口能补缩最大铸件 体积＝4.8L（重量37kg）时冒口的尺寸 为
２、冒口必须能提供足够的金属液以补偿铸件在凝固 结束前体收缩（包括型壁移动扩大的容积）故应满足：
(Vc Vr Ve ) Vr
式中： Vc、Vr、Ve 铸件、冒口、型壁移动扩大的体积； ε 金属液的收缩率 η 冒口补缩效率
结果：铸件模数（查表） → 按Mr＝1.2Mc 计算得出冒口的模数 → 再查表（）→ 分 别求出圆柱形、腰圆形（明冒口）或圆柱形按 冒口的尺寸
对于逐层凝固产生集中缩孔的合金，设 置适当容积、足够的温度梯度的冒口，就 可以有效地防止缩孔和缩松。
对于糊状凝固的合金，冒口的作用很小， 适当设置小冒口，可以在一定限度上减少 缩孔缺陷和减少缩松缺陷。
• 二、冒口的类型及设计原理
• 冒口种类
• １）按冒口在铸件上的位置分
•
① 顶冒口：位于铸件的最高处
根的地方； 7 冒口的补缩距离要大于冒口的有效补缩范围。
图3-3-8 平板铸件用冒口补缩时出现缩松区的情况 b-有效补缩区 c-冒口补缩区 e- 末端边角激冷区 f- 缩松区
（三）确定冒口的种类和类型
在选定冒口的种类和类型时要考虑设置冒 口的效果和造型及去除冒口时是否方便。图3 －13是常采用的几种冒口形式
•
② 侧冒口：设置在铸件的热节点处
•
③ 补贴冒口：方向凝固
•
④ 局部冒口
•
• 2）按冒口结构分 • ① 矩形冒口 • ② 圆柱形冒口 • ③ 球型冒口 • 3）按冒口内腔与大气之间关系 • ① 明冒口 • ② 暗冒口大气压力冒口 • ③ 发气压力冒口
三、冒口的设计原则 （一）设置冒口的必要性
设计步骤：
① 将铸件划分几个补缩区，计算各区的铸件
模数
② 计算冒口、冒口颈的模数
③ 确定冒口的形状和尺寸
④ 检查顺序凝固条件、补缩距离
⑤ 核验冒口补缩能力（按表）Vr－冒口体积； εv－铸钢件的收缩率
M=(1-1.25)M’
M=(1-1.143)M’
M=(1-1.151)M’
计算实例：
ZG４５齿轮如图３－３－１７所示，其收缩率约 为５％
第三章 浇冒口系统设计
冒口系统设计
材料科学工程系 吴士平
一、冒口的作用
为了使铸件在凝固的最后阶段得到补缩，防 止缩孔、缩松、裂纹、变形等产生，则在铸件上 设置冒口。
冒口－储备足量的液态金属，又可排气、集 渣。铸造合金凝固时，均产生体积收缩，凝固后 均会形成孔洞－缩孔、缩松。
合适的冒口工艺可以有效地防止或减少 铸件的收缩缺陷。收缩缺陷与合金的凝固 特性有关，也与冒口自身设计有关》
2
2
Mr Kr
Mc Kc
一般取 f＝1.2 则 Mr=f·Mc f 为冒口系数（f≥１）
对碳钢、低合金钢铸件，冒口、冒口颈和铸件 模数关系：
侧冒口 Mc:Mn:Mr=1:1.1:1.2 顶冒口 Mr=(1.2-1.0)Mc 内浇道通过冒口 Mc:Mn:Mr=1: (1-1.03) :1.2
热节圆法
（一）模数法
模数：体积和散热表面积的比值称模数
M=V/A 其中：M － 模数（m）；
V － 铸件体积（m3） A － 散热表面积（m2）
模数法：根据铸件凝固理论，铸件凝固时间决定于 它的体积和表面积的比值，即铸件的模数。M小的 铸件凝固时间短；M大的铸件凝固时间长，模数方 法计算冒口尺寸就是建立在模数的基础之上。
（四）决定冒口的尺寸
（1）一般来说，冒口系统（冒口和冒口颈） 的凝固应晚于铸件的凝固。
（2）冒口要能根据设计的要求提供足够的 金属来补偿铸件的液态收缩，凝固收缩以及 由于型腔扩大而增加的体积。而且要力求铸 件的成品率高。
（3）冒口和铸件受补缩部位之间，要保持 一定的温度梯度和凝固梯度，以保证补缩通 道畅通。
模数法基本原理：
１、按顺序凝固的基本条件，冒口凝固时间τr 应 大于铸件被补缩部位的凝固时间τc。
已知：
2
c
Mc Kc
2
r
Mr Kr
式中：Mr, Mc － 为冒口、铸件的模数； Kr, Kc － 为冒口、铸件的凝固系数 ； Kr=Kc（一般情况下）
得：
（二）、冒口位置选择原则
1 Biblioteka Baidu向性（顺序）凝固，要使凝固进行方向超香 冒口
2 一般在热节上方，厚壁部分设置； 3 冒口应比铸件晚凝固，最后凝固才能补缩； 4 冒口在满足补缩条件下，尺寸尽量小， 5 防止裂纹产生，冒口不设在铸件应力集中处
（阻碍收缩），防止引起裂纹； 6 尽可能地将冒口设在方便和容易消除冒口残
（五）校验方向性（顺序）凝固和多冒口的 综合效果
由于冒口的有无及其位置、大小等将直接 影响铸件的温度场，从而影响凝固的进行状 态。此外，在多冒口的情况下还有可能发生 相互间的干扰。因此需要校验是否不产生缺 陷。
３－３冒口的设计及计算
以铸钢件冒口设计为主，凡实行顺序 凝固的一切合金铸件均适用。
冒口的设计： 凝固时间原则：模数法 几何关系原则：缩管法
a=100mm, b=200mm, h=150mm(h=1.5a) 。
2）轮毂冒口计算
把轮毂同样看成长方形杆，则
Mc＝1.92cm
Mr=1.2Mc=2.3cm
查标准圆柱形暗冒口表：当Mr=2.38cm, 收缩率 为5％、每个暗冒口能补缩的最大铸件体积为 4.1L （ 重 量 32kg ） 时 ， 冒 口 的 尺 寸 为 ￠120mm×188mm(h) (h=1.5d)。可见设计一个 冒口已经足够。
如果考虑砂芯的影响，按照表３－３－３ 取k＝1.5，则散热面积减小、相当于铸件厚度 增加。于是，重新计算铸件的体积和散热面积 （加大杆的厚度）
Mc=2.36cm
Mr=1.2Mc=2.83cm
查同一表得：冒口的尺寸￠150mm×225mm(h)。 这个冒口可能偏大，要通过试浇来选定。
为了保证冒口比铸件晚凝固，一般取Mr＝ 1.2Mc
Mr=1.2Mc＝2.35
查标准腰圆形冒口表：当收缩率＝５％、 Mr＝2.42cm、每个冒口能补缩最大铸件 体积＝4.8L（重量37kg）时冒口的尺寸 为
２、冒口必须能提供足够的金属液以补偿铸件在凝固 结束前体收缩（包括型壁移动扩大的容积）故应满足：
(Vc Vr Ve ) Vr
式中： Vc、Vr、Ve 铸件、冒口、型壁移动扩大的体积； ε 金属液的收缩率 η 冒口补缩效率
结果：铸件模数（查表） → 按Mr＝1.2Mc 计算得出冒口的模数 → 再查表（）→ 分 别求出圆柱形、腰圆形（明冒口）或圆柱形按 冒口的尺寸
对于逐层凝固产生集中缩孔的合金，设 置适当容积、足够的温度梯度的冒口，就 可以有效地防止缩孔和缩松。
对于糊状凝固的合金，冒口的作用很小， 适当设置小冒口，可以在一定限度上减少 缩孔缺陷和减少缩松缺陷。
• 二、冒口的类型及设计原理
• 冒口种类
• １）按冒口在铸件上的位置分
•
① 顶冒口：位于铸件的最高处
根的地方； 7 冒口的补缩距离要大于冒口的有效补缩范围。
图3-3-8 平板铸件用冒口补缩时出现缩松区的情况 b-有效补缩区 c-冒口补缩区 e- 末端边角激冷区 f- 缩松区
（三）确定冒口的种类和类型
在选定冒口的种类和类型时要考虑设置冒 口的效果和造型及去除冒口时是否方便。图3 －13是常采用的几种冒口形式
•
② 侧冒口：设置在铸件的热节点处
•
③ 补贴冒口：方向凝固
•
④ 局部冒口
•
• 2）按冒口结构分 • ① 矩形冒口 • ② 圆柱形冒口 • ③ 球型冒口 • 3）按冒口内腔与大气之间关系 • ① 明冒口 • ② 暗冒口大气压力冒口 • ③ 发气压力冒口
三、冒口的设计原则 （一）设置冒口的必要性
设计步骤：
① 将铸件划分几个补缩区，计算各区的铸件
模数
② 计算冒口、冒口颈的模数
③ 确定冒口的形状和尺寸
④ 检查顺序凝固条件、补缩距离
⑤ 核验冒口补缩能力（按表）Vr－冒口体积； εv－铸钢件的收缩率
M=(1-1.25)M’
M=(1-1.143)M’
M=(1-1.151)M’
计算实例：
ZG４５齿轮如图３－３－１７所示，其收缩率约 为５％
第三章 浇冒口系统设计
冒口系统设计
材料科学工程系 吴士平
一、冒口的作用
为了使铸件在凝固的最后阶段得到补缩，防 止缩孔、缩松、裂纹、变形等产生，则在铸件上 设置冒口。
冒口－储备足量的液态金属，又可排气、集 渣。铸造合金凝固时，均产生体积收缩，凝固后 均会形成孔洞－缩孔、缩松。
合适的冒口工艺可以有效地防止或减少 铸件的收缩缺陷。收缩缺陷与合金的凝固 特性有关，也与冒口自身设计有关》
2
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Mr Kr
Mc Kc
一般取 f＝1.2 则 Mr=f·Mc f 为冒口系数（f≥１）
对碳钢、低合金钢铸件，冒口、冒口颈和铸件 模数关系：
侧冒口 Mc:Mn:Mr=1:1.1:1.2 顶冒口 Mr=(1.2-1.0)Mc 内浇道通过冒口 Mc:Mn:Mr=1: (1-1.03) :1.2
热节圆法
（一）模数法
模数：体积和散热表面积的比值称模数
M=V/A 其中：M － 模数（m）；
V － 铸件体积（m3） A － 散热表面积（m2）
模数法：根据铸件凝固理论，铸件凝固时间决定于 它的体积和表面积的比值，即铸件的模数。M小的 铸件凝固时间短；M大的铸件凝固时间长，模数方 法计算冒口尺寸就是建立在模数的基础之上。
（四）决定冒口的尺寸
（1）一般来说，冒口系统（冒口和冒口颈） 的凝固应晚于铸件的凝固。
（2）冒口要能根据设计的要求提供足够的 金属来补偿铸件的液态收缩，凝固收缩以及 由于型腔扩大而增加的体积。而且要力求铸 件的成品率高。
（3）冒口和铸件受补缩部位之间，要保持 一定的温度梯度和凝固梯度，以保证补缩通 道畅通。
模数法基本原理：
１、按顺序凝固的基本条件，冒口凝固时间τr 应 大于铸件被补缩部位的凝固时间τc。
已知：
2
c
Mc Kc
2
r
Mr Kr
式中：Mr, Mc － 为冒口、铸件的模数； Kr, Kc － 为冒口、铸件的凝固系数 ； Kr=Kc（一般情况下）
得：
（二）、冒口位置选择原则
1 Biblioteka Baidu向性（顺序）凝固，要使凝固进行方向超香 冒口
2 一般在热节上方，厚壁部分设置； 3 冒口应比铸件晚凝固，最后凝固才能补缩； 4 冒口在满足补缩条件下，尺寸尽量小， 5 防止裂纹产生，冒口不设在铸件应力集中处
（阻碍收缩），防止引起裂纹； 6 尽可能地将冒口设在方便和容易消除冒口残
（五）校验方向性（顺序）凝固和多冒口的 综合效果
由于冒口的有无及其位置、大小等将直接 影响铸件的温度场，从而影响凝固的进行状 态。此外，在多冒口的情况下还有可能发生 相互间的干扰。因此需要校验是否不产生缺 陷。
３－３冒口的设计及计算
以铸钢件冒口设计为主，凡实行顺序 凝固的一切合金铸件均适用。
冒口的设计： 凝固时间原则：模数法 几何关系原则：缩管法
a=100mm, b=200mm, h=150mm(h=1.5a) 。
2）轮毂冒口计算
把轮毂同样看成长方形杆，则
Mc＝1.92cm
Mr=1.2Mc=2.3cm
查标准圆柱形暗冒口表：当Mr=2.38cm, 收缩率 为5％、每个暗冒口能补缩的最大铸件体积为 4.1L （ 重 量 32kg ） 时 ， 冒 口 的 尺 寸 为 ￠120mm×188mm(h) (h=1.5d)。可见设计一个 冒口已经足够。
如果考虑砂芯的影响，按照表３－３－３ 取k＝1.5，则散热面积减小、相当于铸件厚度 增加。于是，重新计算铸件的体积和散热面积 （加大杆的厚度）
Mc=2.36cm
Mr=1.2Mc=2.83cm
查同一表得：冒口的尺寸￠150mm×225mm(h)。 这个冒口可能偏大，要通过试浇来选定。