1、中南大學(xué) 智能系統(tǒng)與智能軟件研究所4.3冒口的種類及補(bǔ)縮原理冒口的種類及補(bǔ)縮原理材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料成型與控制工程專業(yè)材料成型與控制工程專業(yè)2 冒口（riser, feeder head）是鑄型內(nèi)用以儲存金屬液的空腔，在鑄件形成時補(bǔ)給金屬，有防止縮孔、縮松、排氣和集渣的作用。習(xí)慣上把冒口所鑄成的金屬實(shí)體也稱為冒口。一、冒口的種類如下所列：側(cè)冒口明冒口暗冒口材料成型與控制工程專業(yè)材料成型與控制工程專業(yè)3冒口形狀有圓柱形、球頂圓柱形、長（腰）圓柱形、球形及扁球形等多種。材料成型與控制工程專業(yè)材料成型與控制工程專業(yè)4二、通用冒口補(bǔ)縮原理（一）基本條件通用冒口適用于所有合金鑄件，它

2、遵守順序凝固的基本條件：1 冒口凝固時間大于或等于鑄件（被補(bǔ)縮部分）的凝固時間。2 有足夠的金屬液補(bǔ)充鑄件的液態(tài)收縮和凝固收縮，補(bǔ)償澆注后型腔擴(kuò)大的體積。3 在凝固期間，冒口和被補(bǔ)縮部位之間存在補(bǔ)縮通道，擴(kuò)張角向著冒口。 為實(shí)現(xiàn)順序凝固，要注意冒口位置的選擇，冒口有效補(bǔ)縮距離是否足夠，并充分利用補(bǔ)貼和冷鐵的作用。（二）選擇冒口位置的原則1 冒口應(yīng)就近設(shè)在鑄件熱節(jié)的上方或側(cè)旁。2 冒口應(yīng)盡量設(shè)在鑄件最高、最厚的部位。對低處的熱節(jié)增設(shè)補(bǔ)貼或使用冷鐵，造成補(bǔ)縮的有利條件。材料成型與控制工程專業(yè)材料成型與控制工程專業(yè)53 冒口不應(yīng)設(shè)在鑄件重要的、受力大的部位，以防組織粗大降低強(qiáng)度。4 冒口位置不要選在

3、鑄造應(yīng)力集中處，應(yīng)注意減輕對鑄件的收縮阻礙，以免引起裂紋。5 盡量用一個冒口同時補(bǔ)縮幾個熱節(jié)或鑄件。6 冒口布置在加工面上，可節(jié)約鑄件精整工時，零件外觀好。7 不同高度上的冒口，應(yīng)用冷鐵使各個冒口的補(bǔ)縮范圍隔開。材料成型與控制工程專業(yè)材料成型與控制工程專業(yè)6（三）冒口有效補(bǔ)縮距離的確定 冒口的有效補(bǔ)縮距離為冒口作用區(qū)與末端區(qū)長度之和，它是確定冒口數(shù)目的依據(jù)，與鑄件結(jié)構(gòu)、合金成分及凝固特性、冷卻條件、對鑄件質(zhì)量要求的高低等多種因素有關(guān)，簡稱為冒口補(bǔ)縮距離。 1 鑄鋼件冒口的補(bǔ)縮距離材料成型與控制工程專業(yè)材料成型與控制工程專業(yè)7材料成型與控制工程專業(yè)材料成型與控制工程專業(yè)8材料成型與控制工程專業(yè)材

4、料成型與控制工程專業(yè)92 鑄鐵件通用冒口的補(bǔ)縮距離 灰鑄鐵件通用冒口的補(bǔ)縮距離如圖所示。高牌號灰鑄鐵的共晶度低，結(jié)晶溫度范圍寬，共晶轉(zhuǎn)變前析出奧氏體阻礙補(bǔ)縮，故冒口補(bǔ)縮距離較小。 球墨鑄鐵具有糊狀凝固特性，采用通用冒口補(bǔ)縮效果較差。應(yīng)指出：只在用濕型或殼型鑄造較厚的球鐵件時，才有必要使用傳統(tǒng)冒口補(bǔ)縮。這是由于鑄型剛度差，無法充分利用石墨化共晶膨脹壓力來克服縮松。材料成型與控制工程專業(yè)材料成型與控制工程專業(yè)103 有色合金的冒口補(bǔ)縮距離 錫青銅和磷青銅類合金凝固范圍一般寬，呈糊狀凝固特性，冒口的有效補(bǔ)縮距離短，易出現(xiàn)分散縮松；無錫青銅和黃銅，一般凝固范圍窄，其冒口補(bǔ)縮距離大。銅合金冒口的補(bǔ)縮距離

5、數(shù)據(jù)見。據(jù)另外資料，黃銅冒口的補(bǔ)縮距離為5-9T, （T鑄件壁厚），鋁青銅表和錳青銅的冒口補(bǔ)縮距離為5-8T。材料成型與控制工程專業(yè)材料成型與控制工程專業(yè)114 外冷鐵的影響 試驗(yàn)證明，在兩個冒口之間安放冷鐵，相當(dāng)于在鑄件中間增加了激冷端，使冷鐵兩端向著兩個冒口方向的溫度梯度擴(kuò)大，形成兩個冷鐵末端區(qū)，顯著地增大了冒口的補(bǔ)縮距離，如圖所示。當(dāng)把冷鐵置于板或桿件末端時，會使鑄件末端區(qū)長度略有增加。用多邊布置多塊外冷鐵的方法可以大大延長冷鐵末端區(qū)的長度。如圖所示，因采用多邊外冷鐵，鑄件只用一個冒口。外冷鐵之間距離為0.5-1倍于冷鐵長度。圖下部示出其等溫線分布。材料成型與控制工程專業(yè)材料成型與控制工

6、程專業(yè)12補(bǔ)貼（padding）的應(yīng)用 為實(shí)現(xiàn)順序凝固和增強(qiáng)補(bǔ)縮效果，鑄造工藝人員在靠近冒口的鑄件壁厚上補(bǔ)加的傾斜的金屬塊稱為補(bǔ)貼（襯補(bǔ)、增肉）。冒口附近有熱節(jié)或鑄件尺寸超出冒口補(bǔ)縮距離時，利用補(bǔ)貼可造成向冒口的補(bǔ)縮通道，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縮。應(yīng)用補(bǔ)貼可消除鑄件下部熱節(jié)處的縮孔，還可延長補(bǔ)縮距離，減少冒口數(shù)目。 去除金屬補(bǔ)貼會增加鑄件清理和機(jī)械加工的工時，為克服金屬補(bǔ)貼的這一缺點(diǎn)，可以應(yīng)用“加熱補(bǔ)貼”和發(fā)熱（保溫）塊補(bǔ)貼，見圖。中南大學(xué) 智能系統(tǒng)與智能軟件研究所4.4鑄鋼件冒口的設(shè)計鑄鋼件冒口的設(shè)計材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料成型與控制工程專業(yè)材料成型與控制工程專業(yè)14 鑄鋼件冒口屬于通用冒口

7、，其計算原理適用于實(shí)行順序凝固的一切合金鑄件。通用冒口的計算方法很多，現(xiàn)僅介紹幾種常用的冒口計算方法。一、模數(shù)法一、模數(shù)法1 基本原理 材料成型與控制工程專業(yè)材料成型與控制工程專業(yè)15 在冒口補(bǔ)給鑄件的過程中，冒口中的金屬逐漸減少，頂面形成縮孔使散熱表面積增大，因而冒口模數(shù)不斷減??；鑄件模數(shù)由于得到熾熱的金屬液的補(bǔ)充，模數(shù)相對地有所增大。根據(jù)試驗(yàn)，冒口模數(shù)相對減小值約為原始模數(shù)的。一般取安全系數(shù)。安全系數(shù)過大，將使冒口尺寸增大，浪費(fèi)金屬，加重鑄件熱裂和偏析傾向。 對于碳鋼、低合金鋼鑄件，其冒口、冒口頸和鑄件的模數(shù)關(guān)系應(yīng)符合下列關(guān)系。材料成型與控制工程專業(yè)材料成型與控制工程專業(yè)16 其次，冒口必

8、須能提供足夠的金屬液，以補(bǔ)償鑄件和冒口在凝固完畢前的體收縮和因型壁移動而擴(kuò)大的容積，使縮孔不致伸入鑄件內(nèi)。為滿足此條件應(yīng)有，材料成型與控制工程專業(yè)材料成型與控制工程專業(yè)17材料成型與控制工程專業(yè)材料成型與控制工程專業(yè)18通常依公式 確定冒口尺寸，而用公式校核冒口的補(bǔ)縮能力。此外，保證冒口和被補(bǔ)縮部位之間存在補(bǔ)縮通道，擴(kuò)張角應(yīng)向冒口敞開。利用補(bǔ)貼和冷鐵?？蓪?shí)現(xiàn)此目的。2 鑄件形狀系數(shù)的影響 以chvorinov公式為基礎(chǔ)的模數(shù)法忽略了鑄件形狀對凝固時間的影響，而實(shí)際上，在其他條件（模數(shù)、合金、鑄型等）相同時，球體件凝固時間最短，圓柱體次之，平板件最長。這一結(jié)論已被鑄件凝固傳熱計算明。鑄件凸形表面

9、的凝固層增長速度高于平面和凹形表面。說明鑄件形狀對其凝固和補(bǔ)縮有影響。材料成型與控制工程專業(yè)材料成型與控制工程專業(yè)19材料成型與控制工程專業(yè)材料成型與控制工程專業(yè)20 Q 值使鑄件形狀數(shù)量化，值的大小表明了鑄件形狀的特征-形狀越接近于簡單的實(shí)心球體Q 值越??；反之，鑄件形狀越接近展開的大平板，q 值越大。實(shí)心球體件q值最小，qmin=113。而大平板件值非常大。生產(chǎn)中鑄件的q值多在113-5000范圍內(nèi)。在其他條件相同時，值大則冒口補(bǔ)縮效率高。材料成型與控制工程專業(yè)材料成型與控制工程專業(yè)213 設(shè)計步驟設(shè)計步驟1)把鑄件劃分為幾個補(bǔ)縮區(qū)，計算各區(qū)的鑄件模數(shù)把鑄件劃分為幾個補(bǔ)縮區(qū)，計算各區(qū)的鑄件模數(shù)Mc2)計算冒口及頸的模數(shù)。計算冒口及頸的模數(shù)。3)確定冒口形狀和尺寸（應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)系列的冒口尺寸）。確定冒口形狀和尺寸（應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)系列的冒口尺寸）。4)檢查順序凝固條件，如補(bǔ)縮距離是否足夠，補(bǔ)縮通道是否