材料液態(tài)成型技術(shù)

DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)張興國(guó)材料成型工藝學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第八章冒口設(shè)計(jì)一、冒口的作用1.冒口：鑄型中能儲(chǔ)存一定的金屬液，可以對(duì)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮的專門工藝“空腔”稱之為冒口。鑄件在凝固過(guò)程中需要補(bǔ)償?shù)捏w積變化有：

1）鑄型的脹大（體積膨脹）；2）金屬液的液態(tài)收縮（高溫到低溫）；

3）金屬的凝固收縮（液態(tài)到固態(tài)）。第八章冒口設(shè)計(jì)一、冒口的作用由于冒口設(shè)計(jì)不當(dāng)所造成的缺陷主要有縮孔和縮松。縮孔、縮松的存在減少了鑄件的有效受力面積，降低鑄件的強(qiáng)度。特別是隱藏在鑄件內(nèi)部的縮孔，對(duì)質(zhì)量要求高，機(jī)械加工量大的鑄件危險(xiǎn)很大，有些要求耐壓的鑄件，因縮孔、縮松的存在經(jīng)受不住液體的壓力而發(fā)生滲漏現(xiàn)象，以致報(bào)廢。2.冒口的作用：1）主要作用就是補(bǔ)縮鑄件;2）出氣和集渣。要達(dá)到補(bǔ)縮的目的，冒口必須滿足以下三個(gè)基本條件：1）冒口的凝固時(shí)間必須大于或至少等于鑄件（或鑄件被補(bǔ)縮部分）的凝固時(shí)間；2）冒口中必須儲(chǔ)存足夠的金屬液補(bǔ)充鑄件（或鑄件被補(bǔ)縮部分）的收縮；3）冒口與鑄件被補(bǔ)縮的部位之間必須存在良好的補(bǔ)縮通道。第八章冒口設(shè)計(jì)3.冒口的設(shè)計(jì)內(nèi)容

1）選擇冒口的形狀及安放位置；2）初步確定冒口的數(shù)量；

3）計(jì)算冒口的尺寸；4）校核冒口的最大補(bǔ)縮能力；

5）校核冒口工藝出品率。二、冒口的種類及位置二、冒口的種類及位置1.冒口的類型：

1）按位置分類：頂冒口和邊冒口；

2）按覆蓋情況分類：明冒口和暗冒口。

明冒口的優(yōu)點(diǎn)：造型方便，便于觀察鑄型中金屬液的上升情況，可以向冒口中補(bǔ)澆金屬液，在冒口頂面散發(fā)熱劑、保溫劑等來(lái)延長(zhǎng)冒口的凝固時(shí)間。明冒口的缺點(diǎn)：因頂部敞開，散熱較快，同樣體積的冒口，明冒口比暗冒口的補(bǔ)縮效率低。二、冒口的種類及位置邊冒口：當(dāng)熱節(jié)在鑄件澆注位置的側(cè)面時(shí)，常采用邊冒口。邊冒口的優(yōu)點(diǎn)：補(bǔ)縮效果好，造型方便，冒口的清理也容易，應(yīng)用廣泛。邊冒口分明邊冒口和暗邊冒口，多采用暗邊冒口。暗邊冒口的優(yōu)點(diǎn)：不受鑄件上熱節(jié)點(diǎn)位置的限制，可依熱節(jié)點(diǎn)就近設(shè)置冒口。暗邊冒口的缺點(diǎn)：占砂箱面積大。當(dāng)熱節(jié)點(diǎn)不在分型面時(shí)，造型麻煩。

二、冒口的種類及位置整體冒口：整個(gè)鑄件澆注位置的上部均為冒口。如“30萬(wàn)千瓦汽輪機(jī)缸體外缸下半”鑄件，鑄件重58噸，冒口重達(dá)26噸。二、冒口的種類及位置特種冒口1）大氣壓力冒口：二、冒口的種類及位置2）壓縮空氣冒口--冒口中通入壓縮空氣提高補(bǔ)縮效率；3）氣彈冒口（發(fā)氣壓力冒口）：將混合物（彈藥）外層由耐火粘土包裹，在8600C發(fā)生如下反應(yīng)：CaCO3(85%)+煤粉(15%)—CaO+CO2（達(dá)4-5個(gè)大氣壓）4）煤氣加熱冒口；5）電弧加熱冒口；6）加氧冒口；7）發(fā)熱保溫冒口：利用保溫劑和發(fā)熱劑等專門材料制成發(fā)熱套，構(gòu)成冒口型腔內(nèi)表面，澆注后發(fā)熱套材料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)激烈發(fā)熱，使冒口中的金屬液溫度提高，凝固時(shí)間延長(zhǎng)。二、冒口的種類及位置發(fā)熱劑：用鋁粉、硅鐵粉、氧化鐵皮等。其混合物稱為鋁硅熱劑。鋁粉與氧化鐵皮組成的混合物叫做鋁熱劑。在金屬液的熱作用下，當(dāng)發(fā)熱劑的溫度超過(guò)12500C時(shí)，鋁和硅都可以被激烈氧化而放出大量的熱量，化學(xué)反應(yīng)生成物的溫度可達(dá)30000C以上，冒口中金屬液被劇烈加熱，開始溫度升高，而后緩慢冷卻，延長(zhǎng)了冒口的凝固時(shí)間，大大提高冒口的補(bǔ)縮效率?；瘜W(xué)反應(yīng)式：

8Al+3Fe3O4=4Al2O3+9Fe+3243×103焦

2Al+Fe2O3=Al2O3+2Fe+838×103焦

2Si+Fe3O4=2SiO2+3Fe+557×103焦

3Si+2Fe2O3=3SiO2+4Fe+1379×103焦二、冒口的種類及位置

保溫劑：一般用木炭粒、鋸木屑。其導(dǎo)熱系數(shù)小，作用是延長(zhǎng)發(fā)熱劑的燃燒時(shí)間和具有保溫作用。

粘結(jié)劑：水玻璃和膨潤(rùn)土，將發(fā)熱劑和保溫劑的混合料作成發(fā)熱套。二、冒口的種類及位置8）易割冒口：在冒口根部放置一塊由耐火材料或油砂芯制成的冒口隔片，隔片中有一小于冒口直徑的補(bǔ)縮圓孔，形成暗冒口根部的縮頸，使冒口易于從鑄件上去除。隔片厚度：0.1d冒；冒口頸尺寸：d0=0.4d冒；二、冒口的種類及位置2.冒口的形狀使用時(shí)，在相同體積的條件下，選用散熱面積最小的形狀。這樣散熱慢，凝固時(shí)間長(zhǎng)，補(bǔ)縮效果好。球形的散熱表面積最小，但造型麻煩，常用冒口的形狀如圖所示。二、冒口的種類及位置3.冒口的位置：冒口的位置設(shè)置不當(dāng)，就不能有效的消除縮孔和縮松，有時(shí)還會(huì)引起裂紋等鑄造缺陷。在確定澆注位置時(shí)就應(yīng)考慮冒口的位置，應(yīng)以下面的基本原則確定冒口的位置：

1）冒口應(yīng)盡量放在鑄件補(bǔ)縮部分的上部或熱節(jié)點(diǎn)的旁邊。

2）冒口應(yīng)放置在鑄件最高最厚的部位，以便利用金屬液的自重力補(bǔ)縮。二、冒口的種類及位置3.冒口的位置3）在鑄件不同高度上有熱節(jié)需要補(bǔ)縮時(shí)，可按不同水平面放置冒口，并配合使用冷鐵。4）冒口應(yīng)盡可能不阻礙鑄件的收縮，不應(yīng)放在應(yīng)力集中處，以免引起裂紋；5）力求用一個(gè)冒口同時(shí)補(bǔ)縮一個(gè)鑄件的幾個(gè)熱節(jié)或幾個(gè)鑄件的熱節(jié)。

3.冒口的位置6）冒口最好布置在需進(jìn)行機(jī)械加工的表面，以減少精整工件的工時(shí)。7）為加強(qiáng)鑄件的順序凝固，應(yīng)盡可能使內(nèi)澆道靠近或通過(guò)冒口，以造成對(duì)冒口有利的溫度分布。8）應(yīng)避免在重要部位放置冒口，因冷卻緩慢，晶粒粗大，造成性能下降。3.冒口的位置3.冒口位置的選擇原則-總結(jié)1)冒口應(yīng)盡量放在鑄件補(bǔ)縮部分的上部或熱節(jié)點(diǎn)的旁邊。2)冒口應(yīng)放置在鑄件最高最厚的部位，以便利用金屬液的自重力補(bǔ)縮。3)在鑄件不同高度上有熱節(jié)需要補(bǔ)縮時(shí)，可按不同水平面放置冒口，并配合使用冷鐵。4)冒口應(yīng)盡可能不阻礙鑄件的收縮，不應(yīng)放在應(yīng)力集中處，以免引起裂紋；5)力求用一個(gè)冒口同時(shí)補(bǔ)縮一個(gè)鑄件的幾個(gè)熱節(jié)或幾個(gè)鑄件的熱節(jié)。

6)冒口最好布置在需進(jìn)行機(jī)械加工的表面，以減少精整工件的工時(shí)。7)為加強(qiáng)鑄件的順序凝固，應(yīng)盡可能使內(nèi)澆道靠近或通過(guò)冒口，以造成對(duì)冒口有利的溫度分布。8)應(yīng)避免在重要部位放置冒口，因冷卻緩慢，晶粒粗大，造成性能下降。三、冒口的有效補(bǔ)縮距離1.冒口有效補(bǔ)縮距離的概念：為了防止鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松，冒口必須保證鑄件實(shí)現(xiàn)順序凝固，在鑄件凝固的過(guò)程中始終保持暢通的補(bǔ)縮通道，這樣的冒口中的金屬液才能源源不斷的補(bǔ)給鑄件，否則冒口再大，也達(dá)不到補(bǔ)縮的目的。

這表明冒口應(yīng)滿足的三個(gè)條件缺一不可。補(bǔ)縮通道擴(kuò)張角φ：液相線的等溫面之間形成的夾角。

冒口的有效補(bǔ)縮距離：致密的冒口作用區(qū)與致密的末端區(qū)之和稱為冒口的有效補(bǔ)縮距離，即

b=冒口區(qū)+末端區(qū)=c+e如果鑄件被補(bǔ)縮部分的長(zhǎng)度大于有效補(bǔ)縮距離，就會(huì)產(chǎn)生縮孔和縮松；小于有效補(bǔ)縮距離時(shí)鑄件才是健全的。冒口有效補(bǔ)縮距離是指長(zhǎng)度方向的，實(shí)際上冒口的補(bǔ)縮作用是一個(gè)范圍。以圓柱冒口為例：以冒口中心為圓心，用冒口半徑加上有效補(bǔ)縮距離為半徑做圓，圓內(nèi)就是冒口的有效補(bǔ)縮范圍。

三、冒口的有效補(bǔ)縮距離2.碳鋼鑄件冒口的有效補(bǔ)縮距離

水平方向的有效補(bǔ)縮距離對(duì)較簡(jiǎn)單鑄件的冒口有效補(bǔ)縮距離，曾進(jìn)行了一系列的研究工作，已掌握其規(guī)律性。1）形狀因素的影響對(duì)碳鋼(0.2~0.35%C），在其他條件相同的情況下，鑄件的形狀不同，補(bǔ)縮的通道不一樣，冒口的有效補(bǔ)縮距離也不相同。

板形鑄件：有效補(bǔ)縮距離b=4.5a,冒口區(qū)c=2a,末端區(qū)e=2.5a

桿形鑄件：

a－板件或桿件的厚度。三、冒口的有效補(bǔ)縮距離2.碳鋼鑄件冒口的有效補(bǔ)縮距離

桿形與板形的區(qū)別：

寬厚比大于等于4:1為板件，小于4:1的為桿件。對(duì)兩端都用冒口補(bǔ)縮的板形或桿形鑄鋼件，在靠近末端方向冒口的有效補(bǔ)縮距離不變。對(duì)板形件末端的有效補(bǔ)縮距離依然是b=4.5a。而冒口之間因少一個(gè)散熱端面，有效補(bǔ)縮距離稍小一些，對(duì)板形b=4a。同樣地，對(duì)桿形靠近末端方向和冒口之間的有效補(bǔ)縮距離分別為：

圖4-9和4-10是依據(jù)不同尺寸的板形和桿形鑄鋼件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出的“冒口區(qū)長(zhǎng)度”、“末端區(qū)長(zhǎng)度”與鑄件壁厚之間的關(guān)系曲線。2.碳鋼鑄件冒口的有效補(bǔ)縮距離對(duì)板形或桿形件,當(dāng)寬厚比一定時(shí),隨著鑄件壁厚的減少,冒口區(qū)長(zhǎng)度和末端區(qū)長(zhǎng)度都隨之減少。說(shuō)明對(duì)厚壁均勻的薄壁鑄鋼件,冒口的有效補(bǔ)縮距離減少,單純靠冒口很難避免軸線縮松。當(dāng)鑄件壁厚一定時(shí),隨寬厚比的減小,冒口區(qū)長(zhǎng)度和末端區(qū)長(zhǎng)度也顯著減少。說(shuō)明消除桿件的軸線縮松比消除板形件更困難。2.碳鋼鑄件冒口的有效補(bǔ)縮距離2.碳鋼鑄件冒口的有效補(bǔ)縮距離2）冷鐵對(duì)冒口有效距離的影響根據(jù)在板形和桿形件上應(yīng)用冷鐵的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)板形件冷鐵放在末端時(shí)，冷鐵的厚度應(yīng)等于該板的厚度是適宜的，當(dāng)冷鐵放在兩冒口之間時(shí)，冷鐵約需板厚的二倍。冷鐵使鑄件末端的冷卻速度增大，從而使板形鑄件致密的末端區(qū)長(zhǎng)度增加約50mm，此數(shù)值與板厚無(wú)關(guān)。對(duì)桿形鑄件來(lái)說(shuō)，冷鐵使致密的末端區(qū)增加鑄件厚度的一倍或50mm。在兩冒口之間放置冷鐵時(shí)，相當(dāng)于增加了一個(gè)末端區(qū)。

碳鋼鑄件冒口的有效補(bǔ)縮距離四、補(bǔ)貼的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)冒口補(bǔ)縮鑄件的基本條件之一是鑄件凝固時(shí)始終保持著向冒口張開的補(bǔ)縮通道擴(kuò)張角，而且角度大些好。然而對(duì)板件和壁厚均勻的薄壁鑄件往往難于達(dá)到這個(gè)要求。單純?cè)黾用翱诘闹睆胶透叨纫残Ч淮?，這時(shí)就應(yīng)采用補(bǔ)貼，提高冒口的補(bǔ)縮效果。 1.補(bǔ)貼：所謂補(bǔ)貼就是人為的在靠近冒口的鑄件壁上逐漸增加的厚度，稱為冒口補(bǔ)貼，簡(jiǎn)稱補(bǔ)貼。補(bǔ)貼的確定：一般地，是在冒口有效補(bǔ)縮距離以上開始加補(bǔ)貼，使鑄件壁向著冒口方向逐漸加厚，直到冒口的根部。鑄件加厚量為a,稱為補(bǔ)貼厚度。四、補(bǔ)貼的應(yīng)用四、補(bǔ)貼的應(yīng)用下圖表示了補(bǔ)貼厚度、鑄件壁厚及鑄件高度間的關(guān)系。1）板形件補(bǔ)貼的確定

當(dāng)鑄件的厚度一定時(shí)，隨著鑄件高度的增加，補(bǔ)貼的厚度增加。

當(dāng)鑄件的高度一定時(shí)，隨著鑄件壁厚的減少，補(bǔ)貼值增大。假設(shè)補(bǔ)貼厚度a=0，則從圖中的橫坐標(biāo)就可直接得到冒口的垂直有效補(bǔ)縮距離。例如：對(duì)截面高度500mm，壁厚50mm的板件,其補(bǔ)貼厚度為48mm。

2）桿形件補(bǔ)貼的確定桿形件的有效補(bǔ)縮距離比板形小，故需有較大的補(bǔ)貼值才能保證鑄件的組織致密。桿件補(bǔ)貼值的求法：先從圖中查出相同壁厚板件的補(bǔ)貼值，然后再根據(jù)寬厚比從表中查得補(bǔ)償系數(shù)。

對(duì)底注式和高合金鋼板的補(bǔ)償系數(shù)：（1）底注式碳鋼和低合金鋼板：1.25；（2）頂注式高合金鋼板件：1.25；（3）底注式高合金鋼板件：1.25×1.25。四、補(bǔ)貼的應(yīng)用寬厚比4：13：12：11.5：11：1修正系數(shù)1.01.251.51.72.050mm桿件48607281.696在水平方向加冒口補(bǔ)貼稱為水平補(bǔ)貼，如圖所示。2.補(bǔ)貼種類1）金屬補(bǔ)貼，使鑄件加厚；2）采用保溫補(bǔ)貼。四、補(bǔ)貼的應(yīng)用3.輪緣補(bǔ)貼的作法3.輪緣補(bǔ)貼的作法：

1）按比例畫出輪緣和輪輻（最好用1:1），并添上加工余量；2）畫出熱節(jié)點(diǎn)內(nèi)切圓直徑dy’，考慮砂尖角效應(yīng)需作必要的擴(kuò)大，通常為：dy=dy’+（10-30mm）；3）如圖所示，自下而上的畫圓，并使d1=1.05dy，d2=1.05d1，d1和d2的圓心分別在dy和d1的圓周上，而且與輪緣內(nèi)壁相切；4）畫一條曲線與各圓相切，所得曲線是補(bǔ)貼所需的外形曲線。

輪緣補(bǔ)貼4.輪轂補(bǔ)貼的作法：對(duì)于輪轂，由于其要求不如輪緣那么高，所以做補(bǔ)貼時(shí)不需改變內(nèi)切圓的直徑。加補(bǔ)貼的方法與輪緣相同，只是滾圓的直徑不變。4.輪轂補(bǔ)貼的作法例題用冒口有效補(bǔ)縮距離的概念，掌握影響冒口有效補(bǔ)縮距離的規(guī)律，有助于合理確定冒口的數(shù)目。例：一環(huán)形件，如圖所示，環(huán)形中心線為920mm，寬240mm，厚80mm，為寬厚比為3：1的桿件。采用冒口直徑為190mm。方案一：?jiǎn)枒?yīng)設(shè)置幾個(gè)冒口？對(duì)于厚80mm3：1的桿件，查表得冒口區(qū)長(zhǎng)度為140mm，兩個(gè)冒口區(qū)長(zhǎng)度加上冒口本身直徑為470mm，環(huán)形件需要補(bǔ)縮的距離為:

3.14×920=2889mm，需設(shè)置的冒口數(shù)為：

2889/470=6.1個(gè)即用6個(gè)冒口可得到致密的鑄件。例題方案二：用同樣三個(gè)冒口均布在圓周上，冒口之間放外冷鐵，問(wèn)是否可得到致密的鑄件？從圖可查出桿厚80mm，3：1的桿件末端長(zhǎng)度為190mm。這樣一個(gè)冒口和一個(gè)冷鐵造成補(bǔ)縮長(zhǎng)度為兩個(gè)冒口區(qū)，兩個(gè)末端區(qū)和一個(gè)冷鐵的寬度。即：190+2×140+2×（190+50）=950mm校核冒口數(shù)：

2889/950=3.04個(gè)結(jié)果表明，放三個(gè)同樣的冒口和三塊冷鐵，能夠滿足補(bǔ)縮的要求。例題五、冒口的設(shè)計(jì)冒口尺寸的計(jì)算是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，影響因素很多，如合金的鑄造性能、澆注溫度、澆注方法、鑄件結(jié)構(gòu)及熱節(jié)形狀、澆冒口安放位置和鑄型的熱物理性質(zhì)等。所以至今還沒(méi)有一種理論計(jì)算方法精確測(cè)定出冒口尺寸。己有的方法都是試驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的，有點(diǎn)半理論、半經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)，因而還必須經(jīng)過(guò)生產(chǎn)的驗(yàn)證。冒口的尺寸主要是指根部直徑和高度，計(jì)算的方法主要有：模數(shù)法、縮管法、補(bǔ)縮液量法、比例法、熱節(jié)圓法。（一）模數(shù)法1）模數(shù)的概念鑄件在體積相同的情況下，表面積越大，散熱就越快，凝固時(shí)間就越短；反之，表面積越小，凝固時(shí)間就越長(zhǎng)。

模數(shù)是反映鑄件體積與散熱表面積對(duì)凝固時(shí)間影響的參數(shù)。模數(shù)大，凝固時(shí)間長(zhǎng)，模數(shù)小，凝固時(shí)間短。模數(shù)的定義式：

模數(shù)=鑄件的體積/散熱表面積，即：M=V/A五、冒口的設(shè)計(jì)（一）模數(shù)法研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論鑄件的形狀、重量如何不同，只要模數(shù)相等，凝固時(shí)間就相等或相近。模數(shù)與凝固時(shí)間的關(guān)系為：

式中k為凝固系數(shù)，與鑄件金屬鑄型的熱物理性能、鑄件形狀、澆注溫度有關(guān)，對(duì)碳鋼和低合金鋼而言，或1）簡(jiǎn)單幾何體的模數(shù)計(jì)算公式大平板：M=δ/2（δ-板厚）；正方形桿：M=a/4（a-邊長(zhǎng)）；矩形截面桿：M=ab/2（a+b）（a、b-邊長(zhǎng)）

長(zhǎng)方體：M=abc/2（ab+bc+ac）（a、b、c-邊長(zhǎng)）

立方體或球體：M=a/6(a-邊長(zhǎng)或內(nèi)切圓直徑）模數(shù)的計(jì)算圓柱體：

(D－直徑，H-圓柱高度)空心筒：b?5a，M=ab/2（a+b）b?5a，M=a/2模數(shù)的計(jì)算模數(shù)的計(jì)算砂芯直徑,d（cm）5δ4δ3δ2δ1.5δδδ/2系數(shù)，k1.281.331.41.51.571.671.82）圓筒類鑄件有效壁厚的修正圓筒壁的熱中心將自截面中心向砂芯移動(dòng)，這是因?yàn)榍鎯?nèi)壁的散熱條件不如外壁，散熱慢導(dǎo)致鑄件的凝固時(shí)間延長(zhǎng)，實(shí)際上等于虛假地增大了筒壁的厚度δ。因此，在計(jì)算模數(shù)時(shí)應(yīng)將筒壁厚度做虛假增大，以放大系數(shù)k乘以原厚度就能符合凝固時(shí)間的真實(shí)情況。模數(shù)的計(jì)算3）模數(shù)算法計(jì)算冒口原理為了實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縮，冒口與鑄件上被補(bǔ)縮部位之間必須存在良好的補(bǔ)縮通道，同時(shí)還應(yīng)滿足下面基本條件：①冒口的凝固時(shí)間應(yīng)大于、至少等于鑄件（或鑄件被補(bǔ)縮部分的）凝固時(shí)間。即：τ冒?τ件或M冒、M件分別為冒口和鑄件的模數(shù)。k冒、k件分別為冒口和鑄件的凝固系數(shù)。對(duì)普通冒口，k冒=k件，則滿足M冒?M件即可。（一）模數(shù)法所以，實(shí)際上設(shè)計(jì)冒口并不要求計(jì)算冒口和鑄件的絕對(duì)凝固時(shí)間，只要求出它們的模數(shù)即可知凝固時(shí)間的長(zhǎng)短。對(duì)碳鋼件，只要滿足：邊冒口：M件：M頸：M冒==1：1.1：1.2

鋼水通過(guò)冒口時(shí)：M件：M頸：M冒=1:（1～1.03）:1.2就可以實(shí)現(xiàn)冒口對(duì)鑄件最后凝固部位的補(bǔ)縮。M頸為冒口頸的模數(shù)。對(duì)鑄鐵件熱邊冒口：M件:M頸:M冒=1:（0.25～0.35）:（0.9～1.2）。頂冒口：M冒=（1～1.2）M件即可。（一）模數(shù)法②冒口中必須有足夠的金屬液補(bǔ)充鑄件（或鑄件被補(bǔ)縮的部分）的體積收縮。即：

ε—金屬在液態(tài)和凝固期間的總體收縮率（或叫縮孔率）。

ε（V冒+V件）—縮孔體積；

VS—型腔膨脹體積；在保證無(wú)縮孔的條件下，上式也可以寫成：

ε（V冒+V件）+VS=V冒ηη—冒口的補(bǔ)縮效率。η=（V冒-V冒終）/V冒×100%（一）模數(shù)法冒口的種類及工藝措施圓柱形或腰圓柱形球形冒口補(bǔ)澆冒口時(shí)澆口通過(guò)冒口發(fā)熱保溫冒口大氣壓力冒口壓縮空氣冒口氣彈冒口η值12~1515~2015~2030~3525~3015~2035~4030~35計(jì)算冒口時(shí)，依據(jù)第一個(gè)基本條件確定冒口公式，用第二個(gè)條件校核冒口的補(bǔ)縮能力。（一）模數(shù)法冒口的補(bǔ)縮效率（％）4）模數(shù)法計(jì)算冒口的步驟①計(jì)算鑄件的模數(shù)對(duì)有多個(gè)形狀，尺寸不同的熱節(jié)點(diǎn)，應(yīng)在每個(gè)熱節(jié)點(diǎn)安放冒口，分別算出其模數(shù)。②計(jì)算相應(yīng)部分冒口的模數(shù)③確定縮孔率包括液態(tài)收縮和凝固收縮。這兩部分體收縮率的大小直接影響縮孔體積。一般碳鋼隨著碳量的增加體積收縮率增加，含碳量相同時(shí)澆注溫度越高，ε值越大。

表達(dá)式，ε=εC+εX，εX=∑KiXiXi—合金元素的含量；Ki—修正系數(shù)（一）模數(shù)法4）模數(shù)法計(jì)算冒口的步驟含c量0.1%0.2%0.4%0.8%1.0%εC（15600C）34.05.06.06.5εC（16000C）3.54.45.66.77.2合金元素WNiMnCrSiTi修正系數(shù)K-0.53-0.0354+0.0585+0.12+1.03+1.70例如：1450℃澆注的高錳鋼，C:1.5%,Mn:15%Si:0.3%Cr:1.25%,則:εV=5+0.0585×15+1.03×0.3+0.12×1.25=6.31%④確定冒口的具體尺寸和形狀—查標(biāo)準(zhǔn)冒口表；⑤根據(jù)冒口的有效補(bǔ)縮距離，校核冒口數(shù)目；⑥根據(jù)公式，校核冒口的最大補(bǔ)縮能力；依據(jù)：忽略VS；可得：⑦校核冒口的工藝出品率工藝出品率=4）模數(shù)法計(jì)算冒口的步驟五．冒口的設(shè)計(jì)（二）縮管法

縮管法是用幾何方法來(lái)確定冒口的尺寸，它對(duì)于大多數(shù)合金都較為適用。對(duì)大量的球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵冒口的解剖發(fā)現(xiàn)，冒口中縮孔的形狀類似管狀，而且管和管兩邊的厚度（保溫壁）基本是一致的。如圖所示，為了便于計(jì)算，將冒口中的縮管近似看成是圓柱形的，并將冒口分成以下幾個(gè)部分：1）縮管：冒口中心空心圓管體部分，其直徑為DP，高度為HP，縮管體積為VP，它所包含的金屬量必須大于至少等于鑄件收縮時(shí)的需補(bǔ)量。

計(jì)算公式：2）保溫壁厚W：它的模數(shù)必須大于至少等于鑄件被補(bǔ)縮處的模數(shù)，以保證鑄件在凝固過(guò)程中縮管部分的金屬始終為液態(tài)。使冒口中心保持補(bǔ)縮通道暢通，它始終是決定冒口直徑最重要的參數(shù)。（二）縮管法3）冒口高度，分為三個(gè)部分：HP：縮管高度，在任何情況下，縮管的最低點(diǎn)應(yīng)高于鑄件被補(bǔ)縮處的最高點(diǎn)。HM：冒口中最小壓力頭（從縮管底至冒口頸頂部的一段距離），也稱為冒口的加壓部分。它必須高于冒口頸上平面，以使鑄件在整個(gè)凝固階段保持正的補(bǔ)縮壓力。HB：冒口底高度，即從冒口頸頂部到冒口最低處距離。4）冒口頸：冒口與鑄件連接的部分，其尺寸正確與否對(duì)鑄件質(zhì)量關(guān)系重大?？s管法設(shè)計(jì)冒口的原則是采用較大的冒口頸，使鑄件與冒口在整個(gè)凝固期間與鑄件相通。（二）縮管法二、縮管法設(shè)計(jì)方法：先設(shè)計(jì)一縮管，然后在它的外圍加一層保溫壁并使縮管在冒口中具有一定的壓頭，以保證縮管中的金屬液在鑄件凝固之前處于液態(tài)和保持補(bǔ)縮通道的暢通。縮管型側(cè)冒口結(jié)構(gòu)如圖所示。包含有直徑為DP、高度為HP的縮管、保溫壁厚W，為縮管提供的最小壓力頭HM和冒口底深度HB。（二）縮管法縮管法計(jì)算步驟與原理：1）計(jì)算鑄件（或鑄件被補(bǔ)縮部分）的體積V件和模數(shù)M件；2）計(jì)算鑄件（或鑄件被補(bǔ)縮部分）所需補(bǔ)縮金屬液的體積。它等于縮管的體積VP=εV?V件；εV為各種合金的實(shí)際體收縮率，可查表。如果幾個(gè)鑄件共用一個(gè)冒口，則總的補(bǔ)縮量為V=VP×N。N-鑄件數(shù)目

球鐵可鍛鑄鐵HT150HT200HT300鑄鋼鋁合金銅合金濕型55~60~1.51~22~3———干型3—-1~10.5~1.51.5~2.55~65~64~53）求縮管高度和直徑一般情況下，當(dāng)冒口直徑Dr不大，且冒口高度Hr與冒口直徑Dr之比為1時(shí)，HP/DP=2.5；冒口直徑大，而且冒口高度Hr與冒口直徑Dr之比為1.5時(shí)，HP/DP=4；對(duì)白口鑄鐵HP/DP=2.5。所以,又因?yàn)閂C、mC、ρC分別為鑄件的體積、重量和密度。（二）縮管法冒口小，Hr/Dr=1

冒口大，Hr/Dr=1.54）求保溫厚壁值W保證鑄件補(bǔ)縮的必要條件是M?！軲件。將保溫壁展開，可視為平板。則M保=W/2，W=2M保。若求出M件就可以得到W的數(shù)值。對(duì)于簡(jiǎn)單形狀鑄件：

板形件：W≥2M件=2×a/2=a（a為板件厚度）；

棒形件：W≥2M件=2×D/4=D/2（D為棒形件直徑）；

立方體：W≥2M件=2×a/6=a/3（a為立方體邊長(zhǎng)）。（二）縮管法5）確定冒口直徑：Dr=2W+DP

6）確定冒口的高度：Hr=HP+HM+HB=（2.5~4）DP+HM+HBHM的作用是在冒口補(bǔ)縮的最后階段保證金屬液有足夠的壓頭來(lái)補(bǔ)縮鑄件的最后凝固部分，保證縮管底部高出鑄件受補(bǔ)縮的最高點(diǎn)P的水平面以利于補(bǔ)縮。當(dāng)鑄件在上箱時(shí)，HM的最小值就是鑄件最高點(diǎn)水平面至冒口頸頂面的距離d。如鑄件全部在下箱，則HM=0。

HB是冒口頸頂部往下的一段冒口部分，是金屬液進(jìn)入鑄件的通道。長(zhǎng)方形冒口頸：HB＝（1.5～2）W，正方形或圓柱形冒口頸HB＝1.5b（b－邊長(zhǎng)）或1.5D(D－直徑）（二）縮管法7）確定冒口頸尺寸：冒口頸太短時(shí)將導(dǎo)致散熱不良使鑄件產(chǎn)生縮孔和裂紋以及冒口頸與垂直壁聯(lián)接時(shí)在鑄件上造成新的熱節(jié)問(wèn)題。冒口頸尺寸與結(jié)構(gòu)如圖所示。（二）縮管法（三）補(bǔ)縮液量法1.計(jì)算原理：假設(shè)鑄件的凝固速度和冒口的凝固速度相等，也就是說(shuō)，不考慮鑄件形狀對(duì)凝固的影響，這樣當(dāng)鑄件完全凝固時(shí)凝固厚度為壁厚的一半，冒口的凝固厚度也為鑄件厚度的一半，如圖所示。2.計(jì)算步驟首先確定D冒，假設(shè)冒口內(nèi)供補(bǔ)縮的金屬液是直徑為d0的球，當(dāng)鑄件凝固完畢時(shí)，d0為冒口直徑與鑄件厚度之差。即：d0=D冒-T，

D冒=d0+TD冒—冒口直徑，mm；T—鑄件厚度，mm。因此，用于補(bǔ)縮鑄件收縮的金屬液體積為

V=（πd03）/6這一體積應(yīng)與鑄件被補(bǔ)縮部分總的體積收縮值相等。即：V=（πd03）/6=εV件計(jì)算出鑄件體積V件,由上式可求出d0,從而也就得到口直徑D冒。上述計(jì)算是假定冒口的高度與冒口直徑相等而進(jìn)行的，在實(shí)際生產(chǎn)中，為可靠起見，通常?。?/p>

H冒=（1.15~1.8）D冒（三）補(bǔ)縮液量法應(yīng)用此法計(jì)算冒口時(shí)必須說(shuō)明：1)從理論上說(shuō)，冒口中補(bǔ)縮球的體積應(yīng)包括冒口本身液態(tài)凝固期的體收縮值，即

（πd03）/6≥ε（V件+V冒）但是冒口的體積需依據(jù)假設(shè)的工藝出品率預(yù)先換算出來(lái)，反而增加了計(jì)算的不嚴(yán)密性。上述公式中未計(jì)入冒口本身的體積收縮，因此，這是一種近似的計(jì)算方法。但由于實(shí)用冒口高度比冒口直徑要大，故是安全的。根據(jù)一些工廠實(shí)際應(yīng)用的情況，效果良好，被認(rèn)為是一種較好的計(jì)算冒口的方法。（三）補(bǔ)縮液量法2）對(duì)單件小批量生產(chǎn)的大、中件，由于模樣的變形，起模的松動(dòng)，砂型在高溫下軟化縮沉因素，澆注后可能使型腔增大。所以嚴(yán)格計(jì)算時(shí)還應(yīng)加上這部分體積增量，體積增量可由重量增大率求出，可查表。3）注意校核冒口尺寸與鑄件壁厚的比例關(guān)系，以保證冒口晚凝固。4）上面的各種誤差可在估計(jì)冒口的補(bǔ)縮效率，選擇冒口的高度及控制澆注溫度和速度等方面得以補(bǔ)償。（三）補(bǔ)縮液量法（四）比例法1.原理：是一種經(jīng)驗(yàn)方法，其原理是以鑄件被補(bǔ)縮處熱節(jié)的內(nèi)切圓直徑乘以經(jīng)驗(yàn)系數(shù)得到冒口根部直徑D，再乘以經(jīng)驗(yàn)系數(shù)確定冒口高度H和其它冒口尺寸。比例系數(shù)是比例法應(yīng)用的關(guān)鍵，因?yàn)楸壤禂?shù)的取值范圍較寬，所以對(duì)設(shè)計(jì)者的工作經(jīng)驗(yàn)要求高，初學(xué)者較難掌握。2.設(shè)計(jì)步驟：1）先在1：1的零件圖上畫出分型面、加工余量、收縮率、工藝補(bǔ)正量后，估算出鑄件的毛重，測(cè)量或計(jì)算出該處熱節(jié)圓直徑，然后再按比例確定冒口尺寸。工藝補(bǔ)正量：由于收縮率選擇不合適；鑄型和型芯對(duì)鑄件收縮的阻礙；錯(cuò)箱；砂芯上浮等造成鑄件垂直壁的厚度與最低要求不相等，必須在這些地方加大一定尺寸，這加厚的尺寸叫工藝補(bǔ)正量。（四）比例法2）確定輪緣上冒口補(bǔ)貼及冒口尺寸冒口補(bǔ)貼：按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

d1=（1.3~1.5）dy；

R1=R件+dy+（1~3），mm

R2=（0.5~1.0）dy，mm

δ=5~15mm冒口尺寸：用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算暗冒口：B冒=（2.2~2.5）dy明冒口：B冒=（1.8~2.0）dy

A冒=（1.5~1.8）B冒；H冒=（1.15~1.8）B冒。（四）比例法3）冒口的補(bǔ)縮距離（冒口相對(duì)長(zhǎng)度，又稱相對(duì)延續(xù)度）

L=所有冒口根部長(zhǎng)度的總和/鑄件受補(bǔ)縮部分的長(zhǎng)度4）應(yīng)用圖表時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題(1)冒口的根部直徑與熱節(jié)圓直徑的關(guān)系：

d=（1.3~2.5）dydy較小時(shí)比例系數(shù)取上限，dy較大時(shí)比例系數(shù)取下限。(2)冒口高度H大時(shí)補(bǔ)縮壓力高，有利于補(bǔ)縮，但模數(shù)小，凝固時(shí)間減少，不利于補(bǔ)縮，應(yīng)恰當(dāng)選擇H與dy的比例。（四）比例法（五）球鐵實(shí)現(xiàn)無(wú)冒口鑄造條件1.球鐵鐵水冶金質(zhì)量高；2.鑄型堅(jiān)固、剛性好；3.鑄件模數(shù)大于2.5cm，且無(wú)上限；4.澆注要快，澆注溫度為1300~1350℃范圍；5.內(nèi)澆道要薄，以便快速凝固；6.鑄型排氣好；7.需要時(shí)可設(shè)小冒口，重