液态金属铸造成形（第2章）第4讲补缩与冒口.pptx

1、HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY材料科学与工程学院华中科技大学2022年3月5日星期六5时45分24秒1HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY授课教师：吕书林2HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY3主要主要内容内容v冒口设计原则冒口设计原则v冒口应用案例冒口应用案例v冷冷铁应用铁应用v课后作业课后作业2022年3月5日星期六5时45分26秒4(1)、冒口(riser，feeder head) 铸型内用以储存金属液的空腔，在铸件形成时补给金属，有

2、防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用的专门工艺空腔。冒口2022年3月5日星期六5时45分26秒5法兰铸件法兰铸件顶部缩松顶部缩松法兰法兰+冒冒口口缩松位置缩松位置2022年3月5日星期六5时45分26秒6（2）、冒口分类：7 按工艺分： 顶冒口 依位置分 侧(边)冒口 普通冒口 明冒口 依顶部覆盖 暗冒口 通用冒口 大气压力冒口 依加压方式 压缩空气 发气冒口 保温冒口 发热冒口 特种冒口 依加热方式 加氧冒口冒口 电弧、煤气加热冒口 易割冒口 直接实用冒口（浇注系统当冒口） 铸铁件实用冒口（均衡凝固） 控制压力冒口 冒口无补缩2022年3月5日星期六5时45分26秒7（2）、冒口分类：按形状：

3、圆柱形、球顶圆柱形、长（腰）圆柱形、球形、扁球形等。 2022年3月5日星期六5时45分26秒8（2）、冒口分类：2022年3月5日星期六5时45分26秒91) 冒口补缩的基本条件：冒口凝固时间大于或等于铸件(被补缩部分)的凝固时间；有足够的金属液补充铸件的液态收缩和凝固收缩，补偿浇注后型腔扩大的体积；在凝固期间，冒口和被补缩部位之间存在补缩通道，扩张角向着冒口；还需要注意将冒口与浇注系统、冷铁、工艺补贴等配合使用，使铸件在较大的温度梯度下，自远离冒口的末端区逐渐向着冒口方向实现明显的顺序凝固。（3）通用冒口补缩原理2022年3月5日星期六5时45分27秒10v冒口应就近设在铸件热节(hots

4、pot)的上方或侧旁；v冒口应尽量设在铸件最高、最厚的部位。对低处的热节增设补贴或使用冷铁，造成补缩的有利条件； v冒口不应设在铸件重要的、受力大的部位，以防组织粗大降低强度；2 ) 冒口设计应保证铸件质量，注意节约金属，提高冒口的补缩效率。（3）通用冒口补缩原理2022年3月5日星期六5时45分27秒11v冒口位置不要选在铸造应力集中处，应注意减轻对铸件的收缩阻碍，以免引起裂纹； v尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件，既可节约金属，又可以有效的利用模板面积 （左图）；v冒口布置在加工面上，可节约铸件精整工时，零件外观好； 不同高度上的冒口，应用冷铁使各个冒口的补缩范围隔开（右图）。2 )

5、冒口设计应保证铸件质量，注意节约金属，提高冒口的补缩效率。（3）通用冒口补缩原理2022年3月5日星期六5时45分27秒12（3）通用冒口补缩原理3）.冒口的有效补缩距离的确定冒口的末端区：在远离冒口的一端由于铸件存在边角，补缩通道扩张角比较大，凝固时易于补缩，此区域称为末端区。 冒口的补缩距离：即冒口的有效补缩距离，它是冒口作用区和末端区长度之和，是确定冒口数目的依据。缩松区2022年3月5日星期六5时45分27秒13（3）通用冒口补缩原理举例碳钢铸件的冒口补缩距离如下图所示2022年3月5日星期六5时45分27秒14（3）通用冒口补缩原理举例外冷铁对补缩距离的影响l在两个冒口间放冷铁，形成

6、两个末端区，显著增加有效补缩距离。l端部放冷铁延长末端区。2022年3月5日星期六5时45分27秒15（4）通用冒口的设计与计算l模数法（常用）、三次方程法、补缩液量法、比例法、铸件工艺出品率等方法1）模数的概念 M=V/A （cm）式中，M 为模数，V 为体积，A 为面积。 注意：不管铸件的形状如何，只要它们的模数相等，其凝固时间就相等或相近。 铸件的模数和凝固时间之间的关系遵守平方根定律： =(M/k)2 k 为凝固系数，与铸件金属、铸型的热物理性能、铸件形状、浇注温度等有关。 对碳钢和低合金钢而言，k=(0.91.26) 10-3m/s1/2。16 2）模数法计算冒口原理 为了实现补缩，

7、冒口与铸件上被补缩部位之间必须存在补缩通道，同时他还必须满足以下两个条件： 即 冒口铸件 (M冒口/k冒口)2 (M铸件/k铸件)2 所以： M冒口=f M铸件 f 为冒口的安全系数，f 1。 一般取： f=1.2 （4）通用冒口的设计与计算2022年3月5日星期六5时45分27秒17（4）通用冒口的设计与计算碳钢、低合金钢铸件，冒口、冒口颈和铸件的模数关系： 边冒口： M铸件:M冒口颈:M冒口=1:1.1:1.2 内浇道作冒口：M铸件:M冒口颈:M冒口=1:(11.03):1.2 顶冒口： M冒口= (11.2) M铸件2022年3月5日星期六5时45分27秒18 必须满足： (V铸件+V冒

8、口)+V型壁移动V冒口 为金属从浇注完到凝固完毕的体收缩率，具体参数见表3-5-4、表3-5-5。 为冒口的补缩效率， =(补缩体积/冒口体积) 100%， 各种冒口的补缩效率见表2-1（p33）。（4）通用冒口的设计与计算具体计算方法自学，pp34-382022年3月5日星期六5时45分27秒19汽车铸铁汽车铸铁轮毂缩孔缺陷的改进轮毂缩孔缺陷的改进 轮毂缩孔、缩松缺陷示意图2022年3月5日星期六5时45分27秒20（1）原工艺方案方案1 方案2 方案3热压边冒口冷压边冒口 两个热压边冒口 两个顶部明冒口图21 卡车轮毂工艺浇注方案示意图（Z148线） 2022年3月5日星期六5时45分27

9、秒21（1）原工艺方案试验浇注结果（明显的缩孔）2022年3月5日星期六5时45分28秒22原铸造工艺的凝固模拟结果（1）原工艺方案1#2#a.凝固时间为50.13秒时温度场分布b. 凝固液相孤岛检测结果2022年3月5日星期六5时45分28秒232）改进工艺二：将浇注位置改在中间热节处，并采用压边热冒口。 a.凝固时间为42.11秒时温度场分布b. 凝固液相孤岛检测结果2022年3月5日星期六5时45分28秒24 改进方案二实验结果 改进工艺方案的验证试验结果2022年3月5日星期六5时45分28秒253）、生产方案的确定 水平分型方案水平分型方案2022年3月5日星期六5时45分28秒26

10、3）、生产方案的确定垂直分型脱箱造型生产方案2022年3月5日星期六5时45分28秒27冷铁冷铁冷铁：加快局部冷却，使铸件实现同时凝固或顺序凝固。冷铁种类 外冷铁：在铸件表面，可以回收； 内冷铁：在铸件内部，与铸件成为一体。 冷铁的材质 外冷铁材质: 金属类：钢,铸铁,铜 其他类：比石英砂蓄热系数大的材料，如铬砂、镁砂、锆砂和石墨，在局部都可以起到外冷铁的作用。 内冷铁材质：与铸件的材质相同。2022年3月5日星期六5时45分28秒28 1）.直接外冷铁: 直接与铸件接触的冷铁2022年3月5日星期六5时45分28秒29 2）.间接外冷铁: 冷铁与铸件热节之间用型砂隔开.目的是防止球铁, 灰铁

11、产生白口，防止合金钢材质的铸件产生裂纹，其激冷作用不如直接外冷铁。2022年3月5日星期六5时45分28秒30内冷铁的激冷作用比外冷铁强，使用时应注意：l对内冷铁表面必须处理，以减少缺陷，l内冷铁材质与铸件相同；l尺寸与重量必须合适；l外冷铁激冷作用不足时使用内冷铁；l用于技术要求不太高的件，主要用于铸钢件。 一般应用的是“熔接内冷铁”，要求内冷铁和铸件牢固地熔合为一体。只在个别条件下才允许应用“非熔接内冷铁”， 例如，在铸件加工孔中心放置的内冷铁，在以后加工时被钻去。 2022年3月5日星期六5时45分28秒31底部无冷铁缩松形成趋势冷铁应用范例冷铁应用范例底部有冷铁缩松形成趋势2022年3月5日星期六5时45分28秒32底部有冷铁缩松形成趋势底部有冷铁缩松形成趋势冷铁应用范例冷铁应用范例2022年3月5日星期六5时45分29秒33课后作业：课后作业：1.冒口模数法设计方法；冒口模数法设计方法；2022年3月5日星期六5时45分29秒34HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY2022年3月5日星期六5时45分29秒35