第1章液態(tài)金屬成形過(guò)程及控制

1、第一第二第三第四第五第一章 液態(tài)金屬成形（鑄造）過(guò)程及控制鑄造熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得具有一定形狀、尺寸和性能金屬零件毛坯的成形方法。熟悉液態(tài)金屬充型流動(dòng)過(guò)程的水力學(xué)特性；了解液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)中的流動(dòng)情況；掌握澆注系統(tǒng)的組成及澆注系統(tǒng)中各個(gè)部件的作用、澆注系統(tǒng)的類型；了解澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；掌握冒口、冷鐵的作用、種類；了解冒口、冷鐵的設(shè)計(jì)；掌握澆注系統(tǒng)最小斷面積計(jì)算方法了解液態(tài)金屬凝固過(guò)程的工藝特點(diǎn)。第一節(jié) 液態(tài)金屬充型過(guò)程的水力學(xué)特性及流動(dòng)情況液態(tài)金屬成形（鑄造）的基本過(guò)程充型和凝固。一、液態(tài)金屬充型流動(dòng)過(guò)程的水力學(xué)特性以砂型鑄造為例：1 粘性流體流動(dòng)粘度；初始結(jié)晶

2、等2 不穩(wěn)定流動(dòng)熱交換；粘度與流動(dòng)阻力；流速和流態(tài)等3 多孔管中流動(dòng)氣孔和夾渣4 湍流流動(dòng)測(cè)量管內(nèi)流體流量時(shí)往往必須了解其流動(dòng)狀態(tài)、流速分布等。雷諾數(shù)就是表征流體流動(dòng)特性的一個(gè)重要參數(shù)。流體流動(dòng)時(shí)的慣性力Fg和粘性力(內(nèi)摩擦力)Fm之比稱為雷諾數(shù)。用符號(hào)Re表示。Re是一個(gè)無(wú)因次量。實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明：二、液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)中的流動(dòng)情況澆注系統(tǒng)液態(tài)金屬流入型腔的通道。澆注系統(tǒng)由澆口杯、直澆道、直澆道窩（澆口窩）橫澆道、內(nèi)澆道等單元組成。1 液態(tài)金屬在澆口杯中的流動(dòng)情況澆口杯作用：承接來(lái)自澆包的金屬液，防止金屬液飛濺和溢出，便于澆注；減輕液流對(duì)型腔的沖擊；分離熔渣和氣泡，并阻止其進(jìn)入型腔；增

3、加充型壓力頭。結(jié)構(gòu)形狀漏斗形、池形（盆型）問(wèn)題：水平漩渦。影響因素杯內(nèi)液面深度、澆注高度、澆注方向、澆口杯結(jié)構(gòu)等。液面深度和澆注高度的影響如下圖： 如何消除？澆口塞；堤壩；圓角。2 液態(tài)金屬在直澆道中的流動(dòng)情況直澆道是將來(lái)自澆口杯的液流引入橫澆道、內(nèi)澆道或直接進(jìn)入型腔。直澆道高度壓頭流動(dòng)狀態(tài)：充滿式流動(dòng)；非充滿式流動(dòng)結(jié)構(gòu)形式：等截面圓柱形、上小下大倒錐形；上大下小錐形澆口窩（凹井）的作用：緩沖；縮短拐彎處的高速紊流區(qū)；改善流量分布；減小澆道拐彎處的局部阻力系數(shù)和水頭損失；浮出金屬液中的氣泡等。3 液態(tài)金屬在橫澆道中的流動(dòng)情況橫澆道：是連接直澆道和內(nèi)澆道的中間通道。功用：穩(wěn)流、分配液流和擋渣（1

4、）穩(wěn)流（2）分配液流內(nèi)澆道流量不均勻性U內(nèi)澆道流量不均勻現(xiàn)象對(duì)鑄件質(zhì)量有顯著影響。（3）擋渣重力分離；過(guò)濾影響因素：根據(jù)以上對(duì)橫澆道擋渣作用原理的分析，為強(qiáng)化擋渣作用，在設(shè)計(jì)橫澆道時(shí)常常采用以下措施：4 液態(tài)金屬在內(nèi)澆道中的流動(dòng)情況內(nèi)澆道：是澆注系統(tǒng)中把液體金屬引入型腔的一個(gè)單元。功用：控制充型速度和方向，分配液態(tài)金屬，調(diào)節(jié)鑄件各部分的溫度分布和凝固次序，并對(duì)鑄件有一定的補(bǔ)縮作用。（1）直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道截面積之比（A直：A橫：A內(nèi)）稱為澆口比。（2）（3）（4）此外，三 金屬熔體過(guò)濾器及澆注系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：大大減少了金屬中的非金屬夾雜物，防止鑄件產(chǎn)生夾渣缺陷；改善了金屬的力學(xué)性能，特別是疲勞強(qiáng)

5、度；改進(jìn)了切削性能，延長(zhǎng)了刀具的使用壽命；提高了鑄件的表面品質(zhì)，減小了加工余量；簡(jiǎn)化了澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了鑄件的工藝出品率。此外，還可改善某些合金鑄件的耐蝕性等。1 金屬熔體過(guò)濾器分類2 過(guò)濾器在澆注系統(tǒng)中的放置位置3 過(guò)濾器對(duì)澆注系統(tǒng)中金屬液的阻力上次課程回顧：第一節(jié) 液態(tài)金屬充型過(guò)程的水力學(xué)特性及流動(dòng)情況一、液態(tài)金屬充型流動(dòng)過(guò)程的水力學(xué)特性二、液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)中的流動(dòng)情況三 金屬熔體過(guò)濾器及澆注系統(tǒng)問(wèn)題：1 概念鑄造：2 液態(tài)金屬充型過(guò)程呈現(xiàn)哪些水力學(xué)特性？3 澆注系統(tǒng)由哪些組元組成？4 說(shuō)明液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)各組元中的情況1 鑄造熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得具有

6、一定形狀、尺寸和性能金屬零件毛坯的成形方法。鑄鐵、鑄鋼、鑄造有色合金2 液態(tài)金屬充型過(guò)程呈現(xiàn)哪些水力學(xué)特性？（1）粘性流體流動(dòng)（2）不穩(wěn)定流動(dòng)（3）多孔管中流動(dòng)（4）湍流流動(dòng)3 澆注系統(tǒng)由哪些組元組成？澆注系統(tǒng)由澆口杯、直澆道、直澆道窩（澆口窩）橫澆道、內(nèi)澆道等單元組成。4 說(shuō)明液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)各組元中的情況 第二節(jié) 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、澆注系統(tǒng)的類型及應(yīng)用澆注系統(tǒng)類型的選擇是正確設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)的重要問(wèn)題之一。1 按澆注系統(tǒng)各單元斷面積比例分類（1）收縮式澆注系統(tǒng)：澆注系統(tǒng)按直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道的斷面積依次縮?。矗┑臐沧⑾到y(tǒng)稱為收縮式澆注系統(tǒng)。優(yōu)缺點(diǎn)：（2）擴(kuò)張式澆注系統(tǒng)：優(yōu)點(diǎn)及不足之處：（3

7、）半擴(kuò)張式澆注系統(tǒng)：，而且優(yōu)缺點(diǎn)：在澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，其澆道比對(duì)鑄件質(zhì)量有較大的影響，所以正確選擇澆道比也是澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要內(nèi)容。參考專著文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)手冊(cè)。2 按液態(tài)金屬導(dǎo)入鑄件型腔的位置分類（1）頂注式（上注式）：以澆注位置為基準(zhǔn)，金屬液從鑄件型腔頂部引入的澆注系統(tǒng)稱為頂注式澆注系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：1）鑄件上部溫度高于下部溫度，有利于鑄件自下而上順序凝固，能夠有小地發(fā)揮頂部冒口的補(bǔ)縮作用；2）液流流量大，充型時(shí)間短；3）造型工藝簡(jiǎn)單，模具制造方便，澆注系統(tǒng)和冒口消耗金屬少，澆注系統(tǒng)切割清理容易。缺點(diǎn)： 適用條件：常見(jiàn)的頂注式澆注系統(tǒng)：（2）底注式（下注式）：內(nèi)澆道設(shè)在鑄件底部的稱為底注式澆注系統(tǒng)

8、。優(yōu)點(diǎn)：1）合金液從下部充填型腔，流動(dòng)平穩(wěn)；2）無(wú)論澆口比多大，橫澆道基本處于充滿狀態(tài)，有利于擋渣，型腔內(nèi)的氣體能順利排出。缺點(diǎn)：底注式澆注系統(tǒng)的這些缺點(diǎn)，通過(guò)有關(guān)工藝措施可以加以解決，例如采用快澆和分散的多內(nèi)澆道、底部使用冷鐵、用高溫金屬補(bǔ)澆冒口等措施，?？墒盏綕M意的結(jié)果。適用條件：常見(jiàn)的底注式澆注系統(tǒng)：（3）中注式澆注系統(tǒng)：這種澆注系統(tǒng)的液態(tài)金屬引入位置介于頂注式與底注式之間。優(yōu)缺點(diǎn)：適用條件：機(jī)器造型生產(chǎn)鑄件時(shí)，廣泛使用中注式澆注系統(tǒng)。此時(shí)，多采用兩廂造型，內(nèi)澆道開(kāi)在分型面上，工藝簡(jiǎn)單，操作容易。（4）階梯式澆注系統(tǒng)：在鑄件不同高度上開(kāi)設(shè)多層內(nèi)澆道的稱為階梯式澆注系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：1）金屬液自

9、下而上充型；2）充型平穩(wěn)；3）型腔內(nèi)氣體排出順利；4）充型后上部金屬液溫度高于下部，有利于順序凝固和冒口補(bǔ)縮；5）充型能力強(qiáng)，易避免冷隔和澆不足等鑄造缺陷；6）利用多內(nèi)澆道，可減輕內(nèi)澆道附近的局部過(guò)熱現(xiàn)象。缺點(diǎn)：造型復(fù)雜，有時(shí)要求幾個(gè)分型面；要求正確的計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，否則容易出現(xiàn)上下各層內(nèi)澆道同時(shí)進(jìn)入金屬液的“亂澆”現(xiàn)象，或底層進(jìn)入金屬液過(guò)多，形成下部溫度高的不理想的溫度分布。適用條件：（5）縫隙式澆注系統(tǒng)：總之，選擇澆注系統(tǒng)類型時(shí)要綜合考慮多種因素，包括鑄件的澆注位置，分型面，鑄件的結(jié)構(gòu)、尺寸，合金的鑄造性能，是否應(yīng)用冒口、冷鐵及如何發(fā)揮它們的作用，以及是否滿足鑄件的技術(shù)要求等。二、澆注系統(tǒng)

10、尺寸設(shè)計(jì)在澆注系統(tǒng)的類型和引入位置確定以后，就可以進(jìn)一步確定澆注系統(tǒng)各基本單元的尺寸和結(jié)構(gòu)。按水力學(xué)近似公式或經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算澆注系統(tǒng)的最小截面積，再根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、幾何形狀等確定澆道比，最后確定各單元的尺寸和結(jié)構(gòu)。伯努利方程-奧贊公式擴(kuò)張式澆注系統(tǒng)最小截面積為直澆道底部的橫斷面積；收縮式澆注系統(tǒng)，其最小截面積為內(nèi)澆道的斷面積。在計(jì)算獲得的阻流截面積的基礎(chǔ)上，根據(jù)澆注系統(tǒng)各組元的截面比的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可進(jìn)一步計(jì)算出澆注系統(tǒng)各組元的截面積。經(jīng)驗(yàn)不足時(shí)可以先按類比的方法選用，在通過(guò)實(shí)際澆注驗(yàn)證后確定。文獻(xiàn)推薦的澆口比的比例關(guān)系值灰鑄鐵：1:4:4；1.1:1.3:1；1:0.75:0.5球墨鑄鐵：鑄鋼

11、：銅合金：鋁合金：鎂合金：三、幾種合金澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)1 鑄鐵件澆注系統(tǒng)（1）選擇澆注系統(tǒng)類型（2）確定內(nèi)澆道在鑄件上的位置、數(shù)目和金屬液引入方向（3）確定直澆道的位置和高度（4）計(jì)算澆注時(shí)間并核算金屬液上升速度（5）計(jì)算阻流截面積（6）確定澆口比并計(jì)算各組元截面積（7）繪出澆注系統(tǒng)圖形2 鑄鋼件澆注系統(tǒng)3 輕合金鑄件的澆注系統(tǒng)4 銅合金鑄件澆注系統(tǒng)第三節(jié) 液態(tài)金屬凝固收縮過(guò)程的工藝分析液態(tài)金屬成形過(guò)程是高溫液態(tài)金屬在鑄型中冷卻、凝固至常溫固態(tài)的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)收縮。合金收縮會(huì)在鑄件中產(chǎn)生縮孔、縮松、熱裂、應(yīng)力、變形和冷裂等缺陷，在液態(tài)金屬成形過(guò)程中，通常通過(guò)合理地設(shè)置冒口和冷鐵等

12、予以控制和預(yù)防。鑄件的凝固方式：逐層凝固：糊狀凝固（體積凝固）；中間凝固凝固方式取決于凝固區(qū)的寬度，凝固區(qū)寬度主要受合金結(jié)晶溫度間隔和鑄件斷面上溫度梯度兩個(gè)因素的影響。合金結(jié)晶溫度間隔的影響；溫度梯度的影響一、液態(tài)金屬凝固過(guò)程的收縮以鑄鋼件為例鑄件收縮：鑄鋼件在液態(tài)、液固態(tài)和固態(tài)的冷卻過(guò)程中均產(chǎn)生體積縮小到現(xiàn)象。液態(tài)收縮 金屬在液態(tài)時(shí)由于溫度降低而發(fā)生的體積收縮。凝固收縮 熔融金屬在凝固階段的體積收縮。液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的基本原因。固態(tài)收縮 金屬在固態(tài)時(shí)由于溫度降低而發(fā)生的體積收縮。固態(tài)收縮對(duì)鑄件的形狀和尺寸精度影響很大，是鑄造應(yīng)力、變形和裂紋等缺陷產(chǎn)生的基本原因。體收縮：

13、金屬?gòu)臐沧囟鹊匠氐捏w積收縮。線收縮：金屬在固態(tài)時(shí)的線尺寸收縮。鑄鋼從液態(tài)到凝固完畢，體積的縮小分為兩個(gè)階段，即液態(tài)收縮和凝固收縮。兩者的收縮是直接引起鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔、偏析和熱裂的根本原因。液態(tài)收縮率二、鑄鋼件中的縮孔和縮松縮孔：鑄鋼件在凝固過(guò)程中，由于液態(tài)體收縮和凝固體收縮，在鑄件最后凝固的部位如得不到外加鋼液的補(bǔ)縮，則會(huì)出現(xiàn)孔洞。微觀縮孔顯微縮孔宏觀縮孔（縮孔、縮松）存在于鑄件中任何形態(tài)的縮孔，都會(huì)減少受力的有效面積和在縮孔處產(chǎn)生應(yīng)力集中，而使鑄件的力學(xué)性能顯著降低。由于縮孔的存在，還會(huì)降低鑄件的氣密性和物理化學(xué)性能。因此，縮孔是鑄件的主要缺陷之一，應(yīng)設(shè)法防止。1 縮孔形成機(jī)理

14、圓形鑄件為例假定所澆注的合金的結(jié)晶溫度范圍很窄，鑄件時(shí)由表及里的逐層凝固鑄件中縮孔形成過(guò)程示意圖2 縮松形成的機(jī)理軸線縮松或中心縮松。凝固方向的研究是以鑄件縱斷面，及鑄件長(zhǎng)度方向的斷面為研究對(duì)象，在凝固方向上，根據(jù)凝固次序的不同可分為順序凝固和同時(shí)凝固。軸線縮松的形成條件，是在縮松區(qū)域內(nèi)的金屬幾乎同時(shí)凝固。例：具有均勻厚度的平澆鑄件。（1）冒口區(qū)順序凝固：相鄰部位按一定先后順序和方向的凝固過(guò)程。順序凝固擴(kuò)張角（補(bǔ)縮通道擴(kuò)張角）：兩側(cè)等固（液）相線間的夾角。（2）末端區(qū)（3）軸線縮松區(qū)為零，凝固前沿是平行的，凝固方式為同時(shí)凝固。同時(shí)凝固：鑄件相鄰各部位或鑄件各處凝固開(kāi)始及結(jié)束的時(shí)間相同或相近，甚

15、至是同時(shí)完成凝固過(guò)程，無(wú)先后的差異及明顯的方向性。冒口雖然存在補(bǔ)縮通道擴(kuò)張角，但冒口中的鋼液已克服不了中間段已經(jīng)搭接的晶體間的阻力來(lái)對(duì)中心處進(jìn)行補(bǔ)縮。形成鑄件縮松的原因是：在凝固期，鑄件縱截面上各點(diǎn)沒(méi)有或沒(méi)有足夠的溫度差，以致在凝固末期補(bǔ)縮通道消失。補(bǔ)縮困難區(qū)：液相線和固相線與鑄件壁軸線相交的區(qū)間。液固兩相并存區(qū)越寬，擴(kuò)張角越小，補(bǔ)縮困難區(qū)就越長(zhǎng)。上次課程回顧：第二節(jié) 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、澆注系統(tǒng)的類型及應(yīng)用澆注系統(tǒng)類型的選擇是正確設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)的重要問(wèn)題之一。1 按澆注系統(tǒng)各單元斷面積比例分類2 按液態(tài)金屬導(dǎo)入鑄件型腔的位置分類二、澆注系統(tǒng)尺寸設(shè)計(jì)在澆注系統(tǒng)的類型和引入位置確定以后，就可以進(jìn)一步確

16、定澆注系統(tǒng)各基本單元的尺寸和結(jié)構(gòu)。按水力學(xué)近似公式或經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算澆注系統(tǒng)的最小截面積，再根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、幾何形狀等確定澆道比，最后確定各單元的尺寸和結(jié)構(gòu)。伯努利方程-奧贊公式三、幾種合金澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)第三節(jié) 液態(tài)金屬凝固收縮過(guò)程的工藝分析一、液態(tài)金屬凝固過(guò)程的收縮二、鑄鋼件中的縮孔和縮松1 縮孔形成機(jī)理2 縮松形成的機(jī)理問(wèn)題：1 澆注系統(tǒng)的基本類型有哪幾種？2 頂注式（上注式）澆注系統(tǒng)、底注式（下注式）澆注系統(tǒng)、階梯式澆注系統(tǒng)各有何優(yōu)缺點(diǎn)？3 說(shuō)明縮孔和縮松的形成機(jī)理4 什么叫補(bǔ)縮困難區(qū)？影響補(bǔ)縮困難區(qū)主要因素是什么？1 澆注系統(tǒng)的基本類型有哪幾種？（1）按澆注系統(tǒng)各單元斷面積分有收縮

17、式澆注系統(tǒng)、擴(kuò)張式澆注系統(tǒng)、半擴(kuò)張式澆注系統(tǒng)；（2）按液態(tài)金屬導(dǎo)入鑄件型腔的位置分有頂注式（上注式）澆注系統(tǒng)、底注式（下注式）澆注系統(tǒng)、中注式澆注系統(tǒng)、階梯式澆注系統(tǒng)、縫隙式澆注系統(tǒng)。2 頂注式（上注式）澆注系統(tǒng)、底注式（下注式）澆注系統(tǒng)、階梯式澆注系統(tǒng)各有何優(yōu)缺點(diǎn)？（1）頂注式（上注式）澆注系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：1）鑄件上部溫度高于下部溫度，有利于鑄件自下而上順序凝固，能夠有小地發(fā)揮頂部冒口的補(bǔ)縮作用；2）液流流量大，充型時(shí)間短；3）造型工藝簡(jiǎn)單，模具制造方便，澆注系統(tǒng)和冒口消耗金屬少，澆注系統(tǒng)切割清理容易。缺點(diǎn)：冶金金屬進(jìn)入型腔后，從高處落下，對(duì)鑄型沖擊大，容易導(dǎo)致液態(tài)金屬的飛濺、氧化和卷入氣體，形成

18、氧化夾渣和氣孔缺陷。（2）底注式（下注式）澆注系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：1）合金液從下部充填型腔，流動(dòng)平穩(wěn)；2）無(wú)論澆口比多大，橫澆道基本處于充滿狀態(tài)，有利于擋渣，型腔內(nèi)的氣體能順利排出。缺點(diǎn)：1）充型后鑄件的溫度分布不利于自下而上的順序凝固，削弱了頂部冒口的補(bǔ)縮作用；2）鑄件底部尤其是內(nèi)澆道附近容易過(guò)熱，使鑄件產(chǎn)生縮松、縮孔、晶粒粗大等缺陷；3）充型能力較差，對(duì)大型薄壁鑄件容易產(chǎn)生冷隔和澆不足的缺陷；4）造型工藝復(fù)雜，金屬消耗量大。（3）階梯式澆注系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：1）金屬液自下而上充型；2）充型平穩(wěn)；3）型腔內(nèi)氣體排出順利；4）充型后上部金屬液溫度高于下部，有利于順序凝固和冒口補(bǔ)縮；5）充型能力強(qiáng)，易避免冷隔和澆

19、不足等鑄造缺陷；6）利用多內(nèi)澆道，可減輕內(nèi)澆道附近的局部過(guò)熱現(xiàn)象。缺點(diǎn)：造型復(fù)雜，有時(shí)要求幾個(gè)分型面；要求正確的計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，否則容易出現(xiàn)上下各層內(nèi)澆道同時(shí)進(jìn)入金屬液的“亂澆”現(xiàn)象，或底層進(jìn)入金屬液過(guò)多，形成下部溫度高的不理想的溫度分布。3 說(shuō)明縮孔和縮松的形成機(jī)理4 什么叫補(bǔ)縮困難區(qū)？影響補(bǔ)縮困難區(qū)主要因素是什么？補(bǔ)縮困難區(qū)：液相線和固相線與鑄件壁軸線相交的區(qū)間。液固兩相并存區(qū)越寬，擴(kuò)張角越小，補(bǔ)縮困難區(qū)就越長(zhǎng)。第四節(jié) 冒口設(shè)計(jì)一、冒口的作用和種類冒口是鑄型內(nèi)用以儲(chǔ)存金屬液的空腔。1 冒口的作用（1）補(bǔ)償鑄件凝固時(shí)的收縮；（2）調(diào)整鑄件凝固時(shí)的溫度分布，控制鑄件的凝固順序；（3）排氣、集渣

20、；（4）利用明冒口觀察型腔內(nèi)金屬液的充型情況 2 對(duì)冒口的要求基本原則：（1）冒口的凝固時(shí)間應(yīng)大于或等于鑄件（被補(bǔ)縮部分）的凝固時(shí)間；（2）冒口應(yīng)有足夠大的體積，以保證有足夠的金屬液補(bǔ)充鑄件的液態(tài)收縮和凝固收縮；（3）在鑄件整個(gè)凝固過(guò)程中，冒口與被補(bǔ)縮部位之間的補(bǔ)縮通道應(yīng)該暢通，即擴(kuò)張角始終向著冒口；（4）對(duì)于結(jié)晶溫度間隔較寬、易于產(chǎn)生分散性縮孔的合金鑄件，還需要將冒口與澆注系統(tǒng)、冷鐵、工藝補(bǔ)貼等配合使用，使鑄件在較大的溫度梯度下，自遠(yuǎn)離冒口的末端區(qū)逐漸向著冒口方向?qū)崿F(xiàn)明顯的順序凝固。3 冒口的種類和形狀冒口的種類：（依覆蓋情況分）明冒口、暗冒口；（依所在位置分）頂冒口、側(cè)冒口、貼邊冒口冒口的

21、形狀：圓柱形、球頂圓柱形、長(zhǎng)方柱體形、腰圓柱體形、球形、扇形等。對(duì)于具體鑄件，冒口形狀的選擇主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：冒口模數(shù)冒口的補(bǔ)縮效果鑄件被補(bǔ)縮部位的結(jié)構(gòu)情況二、冒口的補(bǔ)縮原理鑄鋼齒輪冒口補(bǔ)縮應(yīng)遵循順序凝固的基本條件。1 冒口的有效補(bǔ)縮距離 冒口作用區(qū)長(zhǎng)度和末端區(qū)長(zhǎng)度之和稱為冒口有效補(bǔ)縮距離。有效補(bǔ)縮范圍：冒口有效補(bǔ)縮距離長(zhǎng)度與鑄件厚度之比。影響因素：合金種類的影響；鑄件結(jié)構(gòu)形狀的影響；凝固方向上的溫度梯度；冷鐵的影響；工藝補(bǔ)貼的影響；凝固時(shí)析出氣體的反壓力；冒口的補(bǔ)縮壓力以圓柱形冒口為例：2 工藝補(bǔ)貼的應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中往往有些鑄件需補(bǔ)縮的高度超過(guò)冒口的有效補(bǔ)縮距離。工藝出品率：鑄件的凈重

22、量與鑄件的凈重+澆道+冒口+加工余量等之和的比例。工藝補(bǔ)貼：水平補(bǔ)貼和垂直補(bǔ)貼3 冒口位置的確定冒口位置的選擇對(duì)獲得優(yōu)質(zhì)鑄件有著重要的意義。先確定鑄件的熱節(jié)位置，冒口應(yīng)設(shè)在鑄件熱節(jié)上方或側(cè)旁，并盡量設(shè)在鑄件最高、最厚部位。對(duì)低處的熱節(jié)增設(shè)補(bǔ)貼或使用冷鐵。當(dāng)鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，通常把鑄件劃分成幾個(gè)區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域內(nèi)設(shè)置一個(gè)合適的冒口。對(duì)于壁厚均勻的鑄件，應(yīng)根據(jù)冒口的有效補(bǔ)縮距離來(lái)確定冒口的位置和個(gè)數(shù)。鑄造熱節(jié)，是指鐵水在凝固過(guò)程中，鑄件內(nèi)比周圍金屬凝固緩慢的節(jié)點(diǎn)或局部區(qū)域。也可以說(shuō)是最后冷卻凝固的地方。GB/T5611-1998-鑄造術(shù)語(yǔ)。 在確定冒口位置時(shí)，應(yīng)注意下述問(wèn)題： 三、通用冒口的設(shè)計(jì)合理

23、地確定冒口尺寸，在鑄造生產(chǎn)中時(shí)一個(gè)很重要的工藝問(wèn)題。通用冒口的設(shè)計(jì)與計(jì)算原理適用于實(shí)行順序凝固的一切合金鑄件，通常多用于鑄件冒口及有色合金鑄件冒口的尺寸計(jì)算。1 比例法（1）鋁鎂合金鑄件（2）鑄鋼件2 公式計(jì)算法冒口方程式3 模數(shù)法方便可行模數(shù)：鑄件或鑄件被補(bǔ)縮部分的體積與其表面積之比。（1）模數(shù)法的基本原理（2）冒口設(shè)計(jì)的基本步驟實(shí)收率工藝出品率（3）模數(shù)法計(jì)算冒口舉例（自學(xué)）鑄造手冊(cè)，第五卷四、實(shí)用冒口的設(shè)計(jì)實(shí)用冒口設(shè)計(jì)法是讓冒口和冒口頸先于鑄件凝固，利用全部或部分的共晶膨脹量在鑄件內(nèi)部建立壓力，實(shí)現(xiàn)自補(bǔ)縮，更有利于克服縮松缺陷。出品率高，鑄件品質(zhì)好，成本低。1 鑄鐵的體收縮自補(bǔ)縮灰鑄鐵、

24、蠕墨鑄鐵和球墨鑄鐵在凝固過(guò)程中，由于析出石墨而發(fā)生體積膨脹，且膨脹量的大小、出現(xiàn)的早晚，均受冶金質(zhì)量和冷卻速度的影響，由此而有別于其他合金。以球墨鑄鐵為代表，其凝固過(guò)程可分為：一次收縮、體積膨脹和二次收縮等三個(gè)階段。2 直接實(shí)用冒口壓力冒口：安放冒口是為了補(bǔ)給鑄件的液態(tài)（一次）收縮，當(dāng)液態(tài)收縮終止或體積膨脹開(kāi)始時(shí)，讓冒口頸及時(shí)凍結(jié)。在剛性好的高強(qiáng)度鑄型內(nèi)，鑄鐵的共晶膨脹形成內(nèi)壓，迫使液體流向縮孔、縮松形成之處，這樣就可預(yù)防鑄件于凝固期內(nèi)部出現(xiàn)真空度，從而避免了縮孔、縮松缺陷。這種冒口稱為壓力冒口（直接實(shí)用冒口）。澆注系統(tǒng)作冒口3 控制壓力冒口釋壓冒口：安放冒口是為了補(bǔ)給鑄件的液態(tài)收縮，在共晶膨

25、脹初期冒口頸暢通，可使鑄件內(nèi)部鐵液回填冒口以釋放“壓力”?？刂苹靥畛潭仁硅T件內(nèi)建立適中的內(nèi)壓來(lái)克服二次收縮缺陷縮松，從而達(dá)到既無(wú)縮孔、縮松，又能避免鑄件脹大變形的目的。這種冒口稱為釋壓冒口（控制壓力冒口）。4 基于均衡理論的冒口設(shè)計(jì)（1）鑄鐵件的均衡凝固理論均衡凝固就是利用收縮和膨脹的動(dòng)態(tài)疊加，采取工藝措施，使單位時(shí)間的收縮與補(bǔ)縮、收縮與膨脹按比例進(jìn)行的一種凝固原則。（2）均衡凝固的工藝原則五、提高通用冒口補(bǔ)縮效率的措施和特種冒口通用冒口的質(zhì)量約為鑄件質(zhì)量的50%-100%，耗費(fèi)金屬多，去除冒口的勞動(dòng)量大。(實(shí)際上，鑄件需要補(bǔ)縮的金屬量?jī)H相當(dāng)其重量的百分之幾)應(yīng)努力提高冒口的補(bǔ)縮效率：提高冒口

26、中金屬液的補(bǔ)縮壓力，如采用大氣壓力冒口等。 延長(zhǎng)冒口中會(huì)屬液的保持時(shí)間，如采用保溫冒口、發(fā)熱冒口和點(diǎn)補(bǔ)冒口金屬液等。1 大氣壓力冒口為了克服自重壓力冒口的缺點(diǎn)，在暗冒口頂部插一個(gè)細(xì)的砂芯，并伸入到冒口的最高溫度區(qū)域內(nèi)。一般砂芯都扎有出氣孔。當(dāng)冒口結(jié)殼與大氣隔絕后，外面空氣可以通過(guò)芯中的細(xì)小出氣孔及砂粒間的孔隙進(jìn)入冒口中。這時(shí)冒口內(nèi)金屬液除靠自重壓力外，還受到大氣壓力的作用，基本平衡了真空力而稱為“大氣壓力”冒口。2 保溫、發(fā)熱冒口保溫、發(fā)熱冒口：采用保溫材料或發(fā)熱材料作冒口套，頂部使用保溫劑、發(fā)熱劑進(jìn)行覆蓋的冒口。（1）冒口套的組成 一般由耐火材料、保溫材料、發(fā)熱材料和粘結(jié)劑組成。 1耐火材料

27、 常用硅砂、鎂砂、鉻鐵礦砂等。 2保溫材料 常用膨脹珍珠巖、蛭石、大孔陶粒、發(fā)電廠粉煤灰、漂珠，以及陶瓷棉、礦渣棉等纖維材料等。這些材料的主要化學(xué)成分是SiO2和Al2O3，且呈多孔狀(纖維除外)，具有較高的耐火度和保溫性能。此外，煙道灰、木炭粒、鋸木屑等也可用作保溫材料。 3發(fā)熱劑和點(diǎn)火劑 發(fā)熱劑常用鋁粉、硅鐵粉和氧化鐵等的混合物，稱為鋁硅熱劑。單是鋁粉和氧化鐵的混合物叫鋁熱劑。在金屬液的熱作用下，溫度超過(guò)1250時(shí)，鋁、硅和氧化鐵發(fā)生強(qiáng)烈化學(xué)反應(yīng)而放熱，因而延長(zhǎng)了冒口凝固時(shí)間。這類發(fā)熱劑，用于鑄鋼大型冒口效果較好。但用于小型冒口或非鐵合金冒口時(shí)，難于達(dá)到反應(yīng)溫度。這時(shí)應(yīng)加入點(diǎn)火劑鎂和氧化劑

28、，如硝酸鈉、硝酸鉀等。 4延緩、填充劑 起延緩放熱反應(yīng)進(jìn)行的作用，常用硅砂、耐火磚粉、剛玉砂等。 5粘結(jié)劑 常用膨潤(rùn)土、礬土水泥、水玻璃和酚醛樹(shù)脂等。（2）保溫、發(fā)熱冒口的計(jì)算上次課程回顧：第四節(jié) 冒口設(shè)計(jì)一、冒口的作用和種類1 冒口的作用2 對(duì)冒口的要求3 冒口的種類和形狀二、冒口的補(bǔ)縮原理1 冒口的有效補(bǔ)縮距離2 工藝補(bǔ)貼的應(yīng)用3 冒口位置的確定三、通用冒口的設(shè)計(jì)四、實(shí)用冒口的設(shè)計(jì)五、提高通用冒口補(bǔ)縮效率的措施和特種冒口問(wèn)題：1 冒口有什么作用？2 設(shè)計(jì)冒口時(shí)應(yīng)遵循哪些基本條件？3 如何確定冒口位置？4 如何確定冒口的有效補(bǔ)縮作用？如何提高冒口的補(bǔ)縮效率？5 冒口的補(bǔ)縮原理是怎樣的？1 冒

29、口有什么作用？（1）補(bǔ)償鑄件凝固時(shí)的收縮；（2）調(diào)整鑄件凝固時(shí)的溫度分布，控制鑄件的凝固順序；（3）排氣、集渣；（4）利用明冒口觀察型腔內(nèi)金屬液的充型情況2 設(shè)計(jì)冒口時(shí)應(yīng)遵循哪些基本條件？（1）冒口的凝固時(shí)間應(yīng)大于或等于鑄件（被補(bǔ)縮部分）的凝固時(shí)間；（2）冒口應(yīng)有足夠大的體積，以保證有足夠的金屬液補(bǔ)充鑄件的液態(tài)收縮和凝固收縮；（3）在鑄件整個(gè)凝固過(guò)程中，冒口與被補(bǔ)縮部位之間的補(bǔ)縮通道應(yīng)該暢通，即擴(kuò)張角始終向著冒口；（4）對(duì)于結(jié)晶溫度間隔較寬、易于產(chǎn)生分散性縮孔的合金鑄件，還需要將冒口與澆注系統(tǒng)、冷鐵、工藝補(bǔ)貼等配合使用，使鑄件在較大的溫度梯度下，自遠(yuǎn)離冒口的末端區(qū)逐漸向著冒口方向?qū)崿F(xiàn)明顯的順序

30、凝固。3 如何確定冒口位置？先確定鑄件的熱節(jié)位置，冒口應(yīng)設(shè)在鑄件熱節(jié)上方或側(cè)旁，并盡量設(shè)在鑄件最高、最厚部位。對(duì)低處的熱節(jié)增設(shè)補(bǔ)貼或使用冷鐵。當(dāng)鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，通常把鑄件劃分成幾個(gè)區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域內(nèi)設(shè)置一個(gè)合適的冒口。對(duì)于壁厚均勻的鑄件，應(yīng)根據(jù)冒口的有效補(bǔ)縮距離來(lái)確定冒口的位置和個(gè)數(shù)。4 如何確定冒口的有效補(bǔ)縮作用？如何提高通用冒口的補(bǔ)縮效率？冒口作用區(qū)長(zhǎng)度和末端區(qū)長(zhǎng)度之和稱為冒口有效補(bǔ)縮距離，而冒口有效補(bǔ)縮距離長(zhǎng)度與鑄件厚度之比稱為冒口的有效補(bǔ)縮范圍。確定冒口的有效補(bǔ)縮作用可以通過(guò)確定有效補(bǔ)縮距離或者有效補(bǔ)縮范圍來(lái)確定。提高通用冒口的補(bǔ)縮效率可以提高冒口中金屬的補(bǔ)壓力，如采用大氣壓力冒口；延

31、長(zhǎng)冒口中金屬液的保持時(shí)間，如采用保溫、發(fā)熱冒口。5 冒口的補(bǔ)縮原理是怎樣的？順序凝固使鑄件先凝固部位的收縮由后凝固部位的金屬液來(lái)補(bǔ)縮，后凝固部位的收縮由冒口中的金屬液補(bǔ)縮，從而將縮孔轉(zhuǎn)移到冒口之中。第五節(jié) 冷鐵設(shè)計(jì)冷鐵：為增加鑄件局部冷卻速度，在型腔內(nèi)部及工件表面安放的激冷物。內(nèi)冷鐵：放置在型腔內(nèi)，能與鑄件熔合為一體的起激冷作用的金屬物。外冷鐵：造型時(shí)放置在模樣表面上的冷鐵。冷鐵設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括確定冷鐵放置的位置、冷鐵的形狀和尺寸大小。一、冷鐵的作用1 控制鑄件的凝固次序與澆注系統(tǒng)和冒口配合控制鑄件凝固次序（1）形成順序凝固的凝固次序；（2）改變鑄件的凝固次序，使之形成順序凝固；（3）增大凝

32、固過(guò)程的溫度梯度，使凝固次序更加明顯；（4）加速鑄件局部厚大部位的凝固速度。2 加速鑄件的凝固速度，細(xì)化晶粒組織，提高鑄件的力學(xué)性能金屬型鑄造出來(lái)的力學(xué)性能比砂型鑄造出來(lái)的高，如AlSi7Mg合金，抗拉強(qiáng)度提高50%，伸長(zhǎng)率提高70%。資料介紹，鋁鎂合金鑄件，金屬夾雜物和雜質(zhì)彌散分布；鋁合金鑄件，降低針孔度。冷鐵還可用來(lái)劃分冒口的補(bǔ)縮區(qū)域，控制和擴(kuò)大冒口的補(bǔ)縮范圍，提高冒口的補(bǔ)縮效率。二、冷鐵材料的選擇鋼、鑄鐵、鋁合金、石墨、鎂砂和銅合金等。三、外冷鐵1 外冷鐵的分類直接外冷鐵、間接外冷鐵（隔砂外冷鐵或暗冷鐵）直接外冷鐵(明冷鐵)與鑄件表面直接接觸，激冷作用強(qiáng)，它又可分為有氣隙和無(wú)氣隙兩種；間接外冷鐵同被激冷鑄件之間有10-15mm厚的砂層相隔，故又名隔砂冷鐵或暗冷鐵，其激冷作用弱，可避免灰鑄鐵件表面產(chǎn)生白口層或過(guò)冷石墨層，還可避免因明冷鐵激冷作用過(guò)強(qiáng)所造成的裂紋。鑄件外觀平整，不