冒口種類及補縮原理.ppt

1、鑄造工藝學,主講教師：趙中魁,作業(yè),P289 3、4、7,第14講 冒口的種類及補縮原理,冒口的種類 通用冒口補縮原理,合金收縮的三個階段,縮孔和縮松都使鑄件的力學性能下降，縮松還使鑄件在氣密性試驗和水壓試驗時出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。生產(chǎn)中可通過在鑄件的厚壁處設(shè)置冒口的工藝措施，使縮孔轉(zhuǎn)移至最后凝固的冒口處，從而獲得完整的鑄件，如下圖所示，冒口是多余部分，切除后便獲得完整、致密的鑄件；也可以通過合理地設(shè)計鑄件結(jié)構(gòu)，避免鑄件局部金屬積聚，來預(yù)防縮孔的產(chǎn)生。,閥體的冒口補縮,什么是冒口？ 冒口是鑄型內(nèi)用以儲存金屬液的空腔，在鑄件形成時補給金屬，有防止縮孔、縮松、排氣和集渣的作用。習慣上把冒口所鑄成的金屬實體

2、也稱為冒口。,冒口的作用 (1) 補償鑄件凝固時的收縮。即將冒口設(shè)置在鑄件最后凝固的部位，由冒口中的合金液補償其體收縮，使收縮形成的孔洞移入冒口，防止鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷。 (2) 調(diào)整鑄件凝固時的溫度分布，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。,一、冒口的種類,它在輕合金鑄件、鑄鐵件及中小型鑄鋼件的生產(chǎn)中多使用明冒口。,（1）明冒口,一般都設(shè)置在鑄件頂部,與大氣相通，排氣及浮效果較好。,如需要補縮的部分與鑄型頂面的距離較大，或冒口的上部受到鑄件另一部分結(jié)構(gòu)的阻礙以及在高壓釜中澆注時，常常采用暗冒口。,（2）暗冒口,可設(shè)置在鑄件的任何位置上

3、。,一般設(shè)于鑄件最高位置或熱節(jié)部位的上面，這樣補縮壓力大，補縮效果好，而且浮渣和排氣也比較容易。,（3）頂冒口,常采用明冒口的形式。,側(cè)冒口也有明冒口和暗冒口兩種形式，依熱節(jié)在鑄件所處的位置而定。,（4）側(cè)冒口,當鑄件的熱節(jié)部位處于鑄件的側(cè)面和下部時，應(yīng)選用。,需要加比較大的補貼工藝余量，才能充分發(fā)揮貼邊冒口的補縮作用,（5）貼邊冒口,介于頂冒口和側(cè)冒口之間的冒口。,適用于鑄件的厚大部位處于鑄件的中、下部而垂直壁厚又比較小的情況。,冒口形狀有圓柱形、球頂圓柱形、長（腰）圓柱形、球形及局球形等多種。圖3-5-1為常用冒口種類。,在冒口體積相同的情況下，球形冒口的散熱面積最小，模數(shù)最大，凝固時間最

4、長，補縮效果最好，其它形狀冒口的補縮效果，依次為圓柱形、長方體形等。,二、通用冒口補縮原理 1.基本條件 設(shè)計的通用冒口應(yīng)遵守順序凝固的基本條件： (1) 冒口的凝固時間應(yīng)大于或等于鑄件（被補縮部分）的凝固時間。 (2) 冒口應(yīng)有足夠大的體積，以保證有足夠的金屬液補充鑄件的液態(tài)收縮和疑固收縮，補償澆注后型腔擴大的體積。 (3) 在鑄件整個凝固的過程中，冒口與被補縮部位之間的補縮通道應(yīng)該暢通，即使擴張角始終向著冒口。 （4）還需要注意將冒口與澆注系統(tǒng)、冷鐵、工藝補貼等配合使用，使鑄件在較大的溫度梯度下，自遠離冒口的末端區(qū)逐漸向著冒口方向?qū)崿F(xiàn)明顯的順序凝固。,2. 選擇冒口位置的原則 1） 冒口應(yīng)

5、就近設(shè)在鑄件熱節(jié)的上方或側(cè)旁。 2） 盡量設(shè)在鑄件最高、最厚的部位。對低處的熱節(jié)增設(shè)補貼和使用冷鐵（圖3-5-2），造成補縮的有利條件。 3）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度。 4）冒口位置不要選在鑄造應(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縮幾個熱節(jié)或鑄件。（圖3-5-3）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縮范圍隔開。（圖3-5-4）,3.冒口的有效補縮距離的確定 冒口的末端區(qū)：在遠離冒口的一端由于鑄件存在邊角，補縮通道擴張角比較大，凝固時易于補縮，此區(qū)域稱為末

6、端區(qū)。,冒口的補縮距離：即冒口的有效補縮距離，它是冒口作用區(qū)和末端區(qū)長度之和，是確定冒口數(shù)目的依據(jù)。,冒口的有效補縮距離與合金種類、鑄件結(jié)構(gòu)、幾何形狀以及鑄件凝固方向上的溫度梯度有關(guān)，也和凝固時析出氣體的反壓力及冒口的補縮壓力有關(guān)。,（1）鑄鋼件冒口的補縮距離 碳鋼鑄件的冒口補縮距離如圖3-5-5所示。更精確的數(shù)據(jù)可依圖3-5-6曲線查出。,可見：冒口區(qū)長度和末端區(qū)長度都隨鑄件厚度增大而增大，且隨截面的寬厚比減少而減小。薄壁件比厚壁鑄件更難于消除軸線縮松，而桿件比板件補縮難度大。 階梯形鑄鋼件的冒口補縮距離比板形大。（圖3-5-7） 冒口的垂直補縮距離至少等于冒口的水平補縮距離。,（2）鑄鐵件

7、通用冒口的補縮距離,1）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縮，所以冒口補縮距離小。,2）球墨鑄鐵具有糊狀凝固特性，采用通用冒口補縮效果較差。 只有在濕型或殼形鑄造較厚的球墨鑄鐵件時，才有必要采用傳統(tǒng)冒口。,3）可鍛鑄鐵冒口的補縮距離為44.5倍壁厚。,球墨鑄鐵冒口的補縮距離,（3）有色合金的冒口補縮距離 1）銅合金 錫青銅和磷青銅凝固范圍寬，呈糊狀凝固，冒口的有效補縮距離短，易出現(xiàn)縮松。 無錫青銅和黃銅凝固范圍窄，冒口補縮距離大。,銅合金冒口的補縮距離,在干型，水平澆注條件下測出。 板厚或桿的邊長,2）鋁合金 共晶型鋁合金的冒口補縮距離為4.5T。 非共晶型鋁合

8、金的冒口補縮距離為2T。 成分為w(Si)7%，w(Cu)4%的合金，冒口補縮距離為零。,（4）外冷鐵的影響 1）在兩個冒口之間安放冷鐵，相當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大，形成兩個冷鐵末端區(qū)，顯著地增大了冒口的補縮距離。,2）把冷鐵置于板或桿件末端時，鑄鐵末端區(qū)長度略有增加。,3）多邊布置多塊冷鐵，可大大延長冷鐵末端區(qū)的長度。 外冷鐵之間距離為0.51倍于冷鐵長度。,（5）補貼的應(yīng)用 1）什么是補貼？ 為實現(xiàn)順序凝固和增強補縮效果，在靠近冒口的鑄件壁厚上補加的傾斜的金屬塊稱為補貼，也稱襯補、增肉。 2）補貼的作用 冒口附近有熱節(jié)或鑄件尺寸超出冒口補縮距離，

9、利用補貼可造成向冒口的補縮通道，實現(xiàn)補縮，消除鑄件熱節(jié)下的縮孔，延長補縮距離，減少冒口的數(shù)量。,3）補貼的種類 根據(jù)在鑄件上的位置分為： 水平補貼、 垂直補貼。 按有無特殊措施分為： 金屬補貼、 加熱補貼、 發(fā)熱補貼、 保溫補貼。,4）補貼尺寸確定 水平補貼： 最大長度：L=4.7M冒 寬度： B=B冒 靠近冒口端的高度：h1=0.8M冒 遠離冒口端的寬度：h2=0.3M冒 I-I斷面處的補貼模數(shù)： 按冒口頸模數(shù)計算 M1=ab/2(a+b-c),h1=0.8M冒,h2=0.3M冒,垂直補貼 按圖3-5-15確定。,冒口區(qū),末端區(qū),冒口區(qū),末端區(qū),冒口區(qū),末端區(qū),縮松區(qū),T,T,壁的高度h /

10、 mm,補貼厚度a / mm,壁厚T / mm,如果生產(chǎn)條件與上述試驗條件有差別時，需要把圖3-5-13查出的補貼厚度乘一個補償系數(shù)。鑄鋼件的垂直補貼的補償系數(shù)見表3-5-3。,表3-5 垂直補貼的補償系數(shù),滾圓法 對重要部位的熱節(jié)用擴大滾圓法。 對次要部位的熱節(jié)用不擴大滾圓法。,一、鑄鋼件冒口的設(shè)計,模數(shù)法 三次方程法 補縮液量法 比例法 鑄件工藝出品率,1.模數(shù)法,（1）模數(shù)的概念 M=V/A （cm） 式中，M為模數(shù)，V為體積，A為面積。 注意：不管鑄件的形狀如何，只要它們的模數(shù)相等，其凝固時間就相等或相近。 鑄件的模數(shù)和凝固時間之間的關(guān)系遵守平方根定律： =(M/k)2 k為凝固系數(shù)，

11、與鑄件金屬、鑄型的熱物理性能、鑄件形狀、澆注溫度等有關(guān)。 對碳鋼和低合金鋼而言，k=(0.91.26) 10-3m/s1/2。,（2）模數(shù)法計算冒口原理 為了實現(xiàn)補縮，冒口與鑄件上被補縮部位之間必須存在補縮通道，同時他還必須滿足以下兩個條件： 1）冒口凝固時間應(yīng)大于至少等于鑄件（或鑄件被補縮部分）的凝固時間。 即 冒口鑄件 (M冒口/k冒口)2 (M鑄件/k鑄件)2 所以： M冒口=f M鑄件 f為冒口的安全系數(shù)，f 1。 一般?。?f=1.2,碳鋼、低合金鋼鑄件，冒口、冒口頸和鑄件的模數(shù)關(guān)系： 邊冒口： M鑄件:M冒口頸:M冒口=1:1.1:1.2 內(nèi)澆道作冒口：M鑄件:M冒口頸:M冒口=1

12、:(11.03):1.2 頂冒口： M冒口= (11.2) M鑄件,2)冒口必須提供足夠的金屬液，以補償鑄件和冒口在凝固完畢前的體收縮和因鑄型型壁移動而擴大的容積，使縮松不致伸入鑄件內(nèi)。 必須滿足： (V鑄件+V冒口)+V型壁移動V冒口 為金屬從澆注完到凝固完畢的體收縮率，具體參數(shù)見表3-5-4、表3-5-5。 為冒口的補縮效率， =(補縮體積/冒口體積) 100%， 各種冒口的補縮效率見表3-5-6。,1.普通鑄鋼=0 按下表查出,確定鑄鋼體收縮率,2.合金鋼的體收縮率=0+x 0為碳鋼的體收縮率，可由圖查出。 x=Kiwi 式中，x合金元素對體收縮率的影響； wi合金鋼中各元素的含量，wi

13、為w1，w2 Ki各合金元素對體收縮率的修正系數(shù)，Ki為K1，K2 Ki可由下表查出,表3-5-5 常用合金的收縮率,表3-5-6 冒口的補縮效率,冒口的補縮效率,、對冒口體積的影響見圖3-5-15。,鑄件形狀系數(shù)對冒口補縮效率的影響 鑄件形狀系數(shù)q，又稱周界商，定義為鑄件體積V鑄件與其模數(shù)的立方M3鑄件的比值，即： q= V鑄件/ M3鑄件 q使鑄件形狀數(shù)量化，q值的大小表明了鑄件的形狀特征：形狀越接近簡單的實心球體，q越??；反之，鑄件形狀越接近展開的大平面，q越大。 實心球體的q=113，最小，大平板件的q很大；鑄件的q多在1135000范圍內(nèi)。 鑄件形狀系數(shù)與冒口補縮效率的關(guān)系見表35-

14、7。,鑄件形狀系數(shù)與冒口補縮效率的關(guān)系 見表35-7。,（3）鑄件模數(shù)的計算 任何復(fù)雜的鑄件，均可以看作是有許多簡單的幾何體組合而成。只要掌握一些簡單的幾何體、組合體的模數(shù)計算公式，就不必用繁瑣的公式去計算鑄件的體積和表面積。 矩形長桿的模數(shù)： M=ab/2(a+b) 方形長桿的模數(shù)： M=a/4 大平面的模數(shù)： M=T/2 立方體的模數(shù)： M=a/6 空心圓柱體的模數(shù)：M=a/2 各種熱節(jié)點的模數(shù)計算方法： 1）測定熱節(jié)點中心和平板中心的凝固時間。設(shè)鑄件平板厚度為T，凝固時間為，熱節(jié)點中心處凝固時間為j，則熱節(jié)點模數(shù)：M=Tj /2 ,各種熱節(jié)點的模數(shù)計算方法： 1）測定熱節(jié)點中心和平板中心

15、的凝固時間 設(shè)鑄件平板厚度為T， 凝固時間為， 熱節(jié)點中心處凝固時間為j， 則熱節(jié)點模數(shù)：,2）熱節(jié)園當量板（或桿）法 把熱節(jié)部位看作熱節(jié)園直徑為厚度的板或桿。,板件相交,a.用1:1比例繪出相交節(jié)點的圖形。 b.板壁相交處圓角半徑取壁厚的1/3已足夠，即r=a/3或r=b/3; c.考慮砂尖角對凝固時間的影響時，作圖時讓熱節(jié)圓的圓周線通過r的中心，量出熱節(jié)圓半徑R; 熱節(jié)點模數(shù)：,桿件相交,a.用1:1比例繪出相交節(jié)點的圖形。 b.板壁相交處圓角半徑取壁厚的1/3已足夠，即r=a/3或r=b/3; c.考慮砂尖角對凝固時間的影響時，作圖時讓熱節(jié)圓的圓周線通過r的中心，量出熱節(jié)圓半徑Dr ; d.將熱節(jié)處看作厚度為Dr的桿件； 熱節(jié)點模數(shù)：,管與法蘭相交,a.用1:1比例繪出相交節(jié)點的圖形。 b.板壁相交處圓角半徑取壁厚的1/3已足夠，即r=a/3或r=b/3; c.考慮砂尖角對凝固時間的影響時，作圖時讓熱節(jié)圓的圓周線通過r的中心，量出熱節(jié)圓半徑Dr ; d.將法蘭看作厚度為Dr的角形桿， 用扣除非散熱面法計算熱節(jié)模數(shù)：,3）用“一倍厚度法”求熱節(jié)模數(shù)。,舉例：求缸體模數(shù),缸底：直徑400mm，側(cè)面為非冷面，可視為140mm厚的板件，M=14/2=7cm,帽狀部分：看作板件，厚100mm，M