《冒口系统设计》PPT课件

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1、第 三 章 浇 冒 口 系 统 设 计冒 口 系 统 设 计材 料 科 学 工 程 系吴 士 平 一 、 冒 口 的 作 用 为 了 使 铸 件 在 凝 固 的 最 后 阶 段 得 到 补 缩 ， 防止 缩 孔 、 缩 松 、 裂 纹 、 变 形 等 产 生 ， 则 在 铸 件 上设 置 冒 口 。 冒 口 储 备 足 量 的 液 态 金 属 ， 又 可 排 气 、 集渣 。 铸 造 合 金 凝 固 时 ， 均 产 生 体 积 收 缩 ， 凝 固 后均 会 形 成 孔 洞 缩 孔 、 缩 松 。 合 适 的 冒 口 工 艺 可 以 有 效 地 防 止 或 减 少铸 件 的 收 缩 缺 陷 。

2、收 缩 缺 陷 与 合 金 的 凝 固特 性 有 关 ， 也 与 冒 口 自 身 设 计 有 关 对 于 逐 层 凝 固 产 生 集 中 缩 孔 的 合 金 ， 设置 适 当 容 积 、 足 够 的 温 度 梯 度 的 冒 口 ， 就可 以 有 效 地 防 止 缩 孔 和 缩 松 。 对 于 糊 状 凝 固 的 合 金 ， 冒 口 的 作 用 很 小 ，适 当 设 置 小 冒 口 ， 可 以 在 一 定 限 度 上 减 少缩 孔 缺 陷 和 减 少 缩 松 缺 陷 。 二 、 冒 口 的 类 型 及 设 计 原 理 冒 口 种 类 ） 按 冒 口 在 铸 件 上 的 位 置 分 顶 冒 口 ：

3、 位 于 铸 件 的 最 高 处 侧 冒 口 ： 设 置 在 铸 件 的 热 节 点 处 补 贴 冒 口 ： 方 向 凝 固 局 部 冒 口 2） 按 冒 口 结 构 分 矩 形 冒 口 圆 柱 形 冒 口 球 型 冒 口 3） 按 冒 口 内 腔 与 大 气 之 间 关 系 明 冒 口 暗 冒 口 大 气 压 力 冒 口 发 气 压 力 冒 口 三 、 冒 口 的 设 计 原 则（ 一 ） 设 置 冒 口 的 必 要 性 （ 二 ） 、 冒 口 位 置 选 择 原 则 1 方 向 性 （ 顺 序 ） 凝 固 ， 要 使 凝 固 进 行 方 向 超 香 冒 口 2 一 般 在 热 节 上 方

4、， 厚 壁 部 分 设 置 ； 3 冒 口 应 比 铸 件 晚 凝 固 ， 最 后 凝 固 才 能 补 缩 ； 4 冒 口 在 满 足 补 缩 条 件 下 ， 尺 寸 尽 量 小 ， 5 防 止 裂 纹 产 生 ， 冒 口 不 设 在 铸 件 应 力 集 中 处 （ 阻 碍 收 缩 ） ， 防 止 引 起 裂 纹 ； 6 尽 可 能 地 将 冒 口 设 在 方 便 和 容 易 消 除 冒 口 残 根 的 地 方 ； 7 冒 口 的 补 缩 距 离 要 大 于 冒 口 的 有 效 补 缩 范 围 。 图 3-3-8 平 板 铸 件 用 冒 口 补 缩 时 出 现 缩 松 区 的 情 况 b-有

5、效 补 缩 区 c-冒 口 补 缩 区 e- 末 端 边 角 激 冷 区 f- 缩 松 区 （ 三 ） 确 定 冒 口 的 种 类 和 类 型 在 选 定 冒 口 的 种 类 和 类 型 时 要 考 虑 设 置 冒口 的 效 果 和 造 型 及 去 除 冒 口 时 是 否 方 便 。 图3 13是 常 采 用 的 几 种 冒 口 形 式 （ 四 ） 决 定 冒 口 的 尺 寸（ 1） 一 般 来 说 ， 冒 口 系 统 （ 冒 口 和 冒 口 颈 ）的 凝 固 应 晚 于 铸 件 的 凝 固 。（ 2） 冒 口 要 能 根 据 设 计 的 要 求 提 供 足 够 的金 属 来 补 偿 铸 件

6、的 液 态 收 缩 ， 凝 固 收 缩 以 及由 于 型 腔 扩 大 而 增 加 的 体 积 。 而 且 要 力 求 铸件 的 成 品 率 高 。（ 3） 冒 口 和 铸 件 受 补 缩 部 位 之 间 ， 要 保 持一 定 的 温 度 梯 度 和 凝 固 梯 度 ， 以 保 证 补 缩 通道 畅 通 。 （ 五 ） 校 验 方 向 性 （ 顺 序 ） 凝 固 和 多 冒 口 的综 合 效 果 由 于 冒 口 的 有 无 及 其 位 置 、 大 小 等 将 直 接影 响 铸 件 的 温 度 场 ， 从 而 影 响 凝 固 的 进 行 状态 。 此 外 ， 在 多 冒 口 的 情 况 下 还 有

7、 可 能 发 生相 互 间 的 干 扰 。 因 此 需 要 校 验 是 否 不 产 生 缺陷 。 冒 口 的 设 计 及 计 算 以 铸 钢 件 冒 口 设 计 为 主 ， 凡 实 行 顺 序凝 固 的 一 切 合 金 铸 件 均 适 用 。 冒 口 的 设 计 ： 凝 固 时 间 原 则 ： 模 数 法 几 何 关 系 原 则 ： 缩 管 法 热 节 圆 法 （ 一 ） 模 数 法 模 数 ： 体 积 和 散 热 表 面 积 的 比 值 称 模 数 M=V/A 其 中 ： M 模 数 （ m） ； V 铸 件 体 积 （ m3） A 散 热 表 面 积 （ m2） 模 数 法 ： 根 据 铸

8、 件 凝 固 理 论 ， 铸 件 凝 固 时 间 决 定 于它 的 体 积 和 表 面 积 的 比 值 ， 即 铸 件 的 模 数 。 M小 的铸 件 凝 固 时 间 短 ； M大 的 铸 件 凝 固 时 间 长 ， 模 数 方法 计 算 冒 口 尺 寸 就 是 建 立 在 模 数 的 基 础 之 上 。 模 数 法 基 本 原 理 ： 、 按 顺 序 凝 固 的 基 本 条 件 ， 冒 口 凝 固 时 间 r应 大 于 铸 件 被 补 缩 部 位 的 凝 固 时 间 c。 已 知 ： 2cc cMK 式 中 ： Mr, Mc 为 冒 口 、 铸 件 的 模 数 ； K r, K c 为 冒

9、口 、 铸 件 的 凝 固 系 数 ； K r=K c（ 一 般 情 况 下 ）得 ： 22r cr cM MK K 2rr rMK 一 般 取 f 1.2 则 Mr=fMc f 为 冒 口 系 数 （ f ） 对 碳 钢 、 低 合 金 钢 铸 件 ， 冒 口 、 冒 口 颈 和 铸 件模 数 关 系 ： 侧 冒 口 Mc:Mn:Mr=1:1.1:1.2 顶 冒 口 Mr=(1.2-1.0)Mc 内 浇 道 通 过 冒 口 Mc:Mn:Mr=1: (1-1.03) :1.2 、 冒 口 必 须 能 提 供 足 够 的 金 属 液 以 补 偿 铸 件 在 凝 固结 束 前 体 收 缩 （ 包

10、括 型 壁 移 动 扩 大 的 容 积 ） 故 应 满 足 ： 式 中 ： Vc、 Vr、 Ve 铸 件 、 冒 口 、 型 壁 移 动 扩 大 的 体 积 ； 金 属 液 的 收 缩 率 冒 口 补 缩 效 率 ( )c r e rV V V V 结 果 ： 铸 件 模 数 （ 查 表 ） 按 Mr 1.2Mc计 算 得 出 冒 口 的 模 数 再 查 表 （ ） 分别 求 出 圆 柱 形 、 腰 圆 形 （ 明 冒 口 ） 或 圆 柱 形 按冒 口 的 尺 寸 设 计 步 骤 ： 将 铸 件 划 分 几 个 补 缩 区 ， 计 算 各 区 的 铸 件 模 数 计 算 冒 口 、 冒 口 颈

11、 的 模 数 确 定 冒 口 的 形 状 和 尺 寸 检 查 顺 序 凝 固 条 件 、 补 缩 距 离 核 验 冒 口 补 缩 能 力 （ 按 表 ） Vr 冒 口 体 积 ； v 铸 钢 件 的 收 缩 率 M=(1-1.25)M M=(1-1.143)M M=(1-1.151)M 计 算 实 例 ： ZG 齿 轮 如 图 所 示 ， 其 收 缩 率 约为 ） 轮 缘 冒 口 计 算 把 轮 缘 看 作 长 方 形 断 面 的 杆 ， 当 在 冒 口 之 间 不采 用 冷 铁 时 ， 大 致 需 要 设 置 三 个 冒 口 。 在 冒 口之 间 设 置 冷 铁 ， 可 以 只 设 二 个

12、冒 口 。 首 先 计 算 轮 缘 铸 件 部 分 的 模 数 Mc=Vc Ac 1.96 为 了 保 证 冒 口 比 铸 件 晚 凝 固 ， 一 般 取 Mr1.2Mc Mr=1.2Mc 2.35 查 标 准 腰 圆 形 冒 口 表 ： 当 收 缩 率 、Mr 2.42cm、 每 个 冒 口 能 补 缩 最 大 铸 件体 积 4.8L（ 重 量 37kg） 时 冒 口 的 尺 寸为 a=100mm, b=200mm, h=150mm(h=1.5a)。 2） 轮 毂 冒 口 计 算 把 轮 毂 同 样 看 成 长 方 形 杆 ， 则 Mc 1.92cm Mr=1.2Mc=2.3cm 查 标 准

13、 圆 柱 形 暗 冒 口 表 ： 当 Mr=2.38cm, 收 缩 率为 5 、 每 个 暗 冒 口 能 补 缩 的 最 大 铸 件 体 积 为4.1L（ 重 量 32kg） 时 ， 冒 口 的 尺 寸 为 120mm 188mm(h) (h=1.5d)。 可 见 设 计 一 个冒 口 已 经 足 够 。 如 果 考 虑 砂 芯 的 影 响 ， 按 照 表 取 k 1.5， 则 散 热 面 积 减 小 、 相 当 于 铸 件 厚 度增 加 。 于 是 ， 重 新 计 算 铸 件 的 体 积 和 散 热 面 积（ 加 大 杆 的 厚 度 ） Mc=2.36cm Mr=1.2Mc=2.83cm 查

14、 同 一 表 得 ： 冒 口 的 尺 寸 150mm 225mm(h)。这 个 冒 口 可 能 偏 大 ， 要 通 过 试 浇 来 选 定 。 （ 二 ） 补 缩 液 量 法假 设 ： 铸 件 凝 固 层 增 长 速 度 与 冒 口 相 等 ； 冒 口 内 供 补 缩 用 金 属 液 体 积 （ 缩 孔 体 积 ） 为直 径 d0的 球 所 以 ， 当 冒 口 高 度 与 直 径 相 等 时 ， 铸 件 中最 大 凝 固 层 厚 度 为 壁 厚 的 一 半 。 则 冒 口 中 凝 固层 厚 度 也 为 铸 件 厚 度 的 一 半 ， 因 而 冒 口 中 缩 孔球 直 径 d0等 于 冒 口 直

15、 径 与 铸 件 壁 厚 之 差 。 H d0DrT 即 d0=Dr-T则 Dr=T+d0 T - 铸 件 壁 厚 d0 - 冒 口 直 径 而 且 直 径 d0的 球 体 积 应 等 铸 件 （ 被 补 缩 部 分 ）的 总 体 收 缩 容 积 。 即 ： d03= Vc 630 cVd 16 Vc 铸 件 体 积 金 属 凝 固 体 收 缩 率 值 查 表 ， 然 后 计 算 出 Vc， 再 通 过 d0计 算 公 式 求出 补 缩 球 直 径 d0， 最 后 用 Dr公 式 求 出 冒 口 直 径Dr。 实 际 应 用 中 ， 冒 口 高 度 大 于 冒 口 直 径 ， 取Hr=(1.1

16、5 - 1.8)Dr (三 ) 热 节 圆 法 实 践 中 总 结 出 ， 冒 口 尺 寸 相 对 于 热 节 圆 直 径 的 比例 关 系 ， 即 热 节 圆 法 ： 以 热 节 圆 直 径 dy作 为 冒 口 计 算 的 基 本 参数 的 方 法 计 算 （ 绘 图 ） 原 理 ： 1） 确 定 热 节 圆 直 径 ， 一 般 用 做 图 法 求 出 。 热 节 圆 直 径 零 件 尺 寸 加 工 余 量 总 尺 寸 线 收缩 率 量 出 热 节 圆 直 径 T或 用 几 何 公 式 算 出 热 节 圆 直 径 TRc a 2( /2)2R cT a a R T 热 节 圆 直 径 2）

17、按 比 例 确 定 冒 口 尺 寸 冒 口 补 贴 冒 口 尺 寸 的 确 定冒 口 直 径 B(宽 )： 明 冒 口 B=(1.8 - 2.0)T （ 热 节 圆 直 径 ）暗 冒 口 B=(2.2 - 2.5)T （ 热 节 圆 直 径 ）冒 口 高 度 : H=(1.15 - 1.18)B 冒 口 直 径 或 宽冒 口 长 度 ： A=(1.5 - 1.8)B 冒 口 宽 冒 口 补 缩 距 离 : Ln=4dy=(4 - 5)T 铸 件 工 艺 出 品 率 校 核 :应 用 实 例 ： 已 知 ZG45铸 钢 轮 尺 寸 如 图 所 示 ， 试 用 热 节 圆 法计 算 明 冒 口 尺

18、 寸 ， 并 计 算 该 产 品 件 工 艺 出 品 率（ 浇 口 重 87kg） 100 铸 件 重工 艺 出 品 率 铸 件 重 冒 口 重 浇 注 系 统 重 （ 四 ） 提 高 冒 口 补 缩 效 率 的 方 法 一 般 通 用 冒 口 占 铸 件 重 30 50 耗 费 金属 材 料 ,为 此 ： 提 高 冒 口 中 金 属 液 补 缩 压 力 大 气 压 力 冒口 延 长 冒 口 中 金 属 液 保 持 时 间 保 温 冒 口 、发 热 冒 口 1) 大 气 压 力 冒 口 在 暗 冒 口 顶 部 安 装 细 砂 芯 ， 伸 入 冒 口 中 心 ，为 大 气 压 力 冒 口 。 浇

19、 注 冒 口 表 面 结 壳 ， 外 界 大气 压 力 仍 可 作 用 至 金 属 液 面 上 ， 可 以 增 加 冒 口的 补 缩 压 力 。 2) 保 温 冒 口 使 用 保 温 材 料 、 发 热 材 料 作 冒 口 套 。 冒 口 套 ： 耐 火 材 料 石 英 砂 、 镁 砂 、 铬 铁矿 砂 保 温 材 料 膨 胀 珍 珠 岩 、 陶 瓷 棉 、 发 泡 石 膏 发 热 剂 铝 粉 、 氧 化 铁 粉 2Al+Fe2O3=Al2O3+2Fe+208 4184J 粘 结 剂 膨 润 土 、 水 玻 璃 、 酚 醛 树 脂 保 温 冒 口 套 实 例 :膨 胀 珍 珠 岩 复 合 保

20、温 冒 口 套 珍 珠 岩 8-10%， 铝 矾 土 27-28%， 水 泥 23-25%，陶 瓷 棉 38-40%， 适 量 水 (3)易 割 冒 口 3 8 冷 铁 和 铸 筋 （ 一 ） 冷 铁 为 了 增 加 铸 件 局 部 冷 却 速 度 ， 在 型 腔 内 或 表面 安 放 金 属 块 ， 增 加 金 属 冷 却 作 用 ， 把 这 种 起 激冷 作 用 的 金 属 块 称 为 冷 铁 。 冷 铁 分 为 内 冷 铁 、 外冷 铁 。 内 冷 铁 安 放 在 铸 型 壁 内 或 型 腔 内 ， 其 材 质要 求 与 铸 件 材 质 相 同 并 要 求 二 者 能 很 好 的 融 合

21、 为一 体 ； 外 冷 铁 安 放 在 砂 型 （ 芯 ） 壁 上 ， 不 溶 入 铸件 内 。 冷 铁 作 用 ： 加 快 铸 件 热 节 部 分 的 冷 却 速 度 ， 使 铸 件 趋于 同 时 凝 固 ， 有 利 于 防 止 铸 件 变 形 或 出 现 裂 纹 。并 有 可 能 减 少 偏 析 。 与 冒 口 配 合 使 用 ， 使 铸 件 局 部 冷 却 加 速 ，强 化 了 铸 件 顺 序 凝 固 的 条 件 ， 有 利 于 冒 口 补 缩和 扩 大 冒 口 补 缩 范 围 。 这 样 不 仅 有 利 于 防 止 铸件 产 生 缩 孔 、 缩 松 缺 陷 ， 还 有 可 能 减 少

22、冒 口 的数 目 或 体 积 及 补 贴 的 斜 度 ， 提 高 工 艺 出 品 率 。 加 快 铸 件 某 些 特 殊 部 位 的 冷 却 速 度 ， 以 期达 到 提 高 铸 件 表 面 硬 度 和 耐 磨 性 、 细 化 基 体 组织 的 目 的 。 在 难 于 设 置 冒 口 或 冒 口 不 易 补 缩 到 的 部 位放 置 冷 铁 以 减 少 或 防 止 出 现 缩 孔 、 缩 松 。 对 球 铁 ， 用 冷 铁 进 行 激 冷 可 以 增 大 铸 件 表面 和 中 心 的 温 度 梯 度 ， 有 利 于 提 高 石 墨 化 膨 胀的 利 用 程 度 和 提 高 冒 口 补 缩 效

23、果 。 1、 外 冷 铁 直 接 外 冷 铁 、 间 接 外 冷 铁 外 冷 铁 是 自 铸 件 外 壁 施 加 激 冷 作 用 ， 它 不 与 铸件 表 面 溶 接 ， 可 以 回 收 重 用 。 所 以 外 冷 铁 的 材料 以 选 择 导 热 性 好 、 有 足 够 高 的 熔 点 的 为 好 。 直 接 外 冷 铁 金 属 激 冷 材 料 直 接 与 铸 件 相 接触 称 为 直 接 外 冷 铁 间 接 外 冷 铁 金 属 激 冷 材 料 通 过 一 薄 层 非 金属 材 料 （ 如 砂 子 、 涂 料 等 厚 度 在 10 15mm） 与铸 件 相 接 触 称 为 间 接 冷 铁 要

24、 求 ： 外 冷 铁 与 表 面 接 触 面 光 洁 、 去 污 锈 、 刷 涂 料 外 冷 铁 呈 45 角 型 砂 与 铁 过 渡 冷 却 与 壁 相 连 接 处 不 易 有 尖 角 ， 随 形 外 冷 铁 厚 度 过 厚 铸 件 易 裂 ， 过 薄 易 熔 合 ， 激 冷 作 用 时 间 短 ， 一 般 为 壁 厚 的 0.5-0.7倍 厚 度 长 间 距 圆 柱 形 D25 100 150 10-20 板 形 B10 100 - 150 6-10 冷 铁 尺 寸 及 分 布 距 离 2、 内 冷 铁 内 冷 铁 浇 注 后 与 铸 件 熔 合 在 一 起 ， 其 材 料应 与 铸 件

25、材 料 相 同 ， 激 冷 效 果 好 ， 作 用 优 于 外冷 铁 ， 可 以 消 除 铸 件 的 缩 孔 、 缩 松 。 但 是 ， 重量 过 小 不 易 消 除 缩 孔 、 缩 松 ， 过 大 不 易 熔 合 产生 裂 纹 降 低 性 能 。其 重 量 计 算 ： G冷 0.28(G2-G1) G冷 内 冷 铁 重 G2 铸 件 厚 壁 处 重 量 G1 铸 件 薄 壁 处 重 量 要 求 ： 内 冷 铁 应 喷 砂 （ 丸 ） 处 理 ， 去 锈 污 ， 或 镀 锡 等 型 内 放 好 冷 铁 ， 3 4小 时 内 浇 注 ， 防 止 吸 潮 产 生 气 孔 薄 壁 件 不 放 置 内

26、 冷 铁 ， 承 受 高 温 、 高 压 等 铸 件 不 应 该 放 置 内 冷 铁 内 冷 铁 上 方 设 出 气 孔 加 工 余 量 应 小 于 冷 铁 尺 寸 ， 加 工 后 不 裸 露 。 （ 二 ） 铸 筋 铸 筋 是 保 证 铸 件 质 量 的 一 种 工 艺 措 施 。收 缩 筋 - 为 防 止 铸 件 产 生 热 裂 的 称 为 收 缩 筋（ 割 筋 ） 清 理 去 除拉 筋 - 为 防 止 铸 件 产 生 变 形 的 称 为 拉 筋 （ 割筋 ） 热 处 理 后 清 理 去 除 1） 收 缩 筋 ： 铸 件 凝 固 收 缩 受 型 （ 芯 ） 阻 碍 ，在 受 拉 应 力 壁

27、 上 易 产 生 热 裂 。 加 筋 后 ， 凝 固 早 、强 度 建 立 早 ， 可 承 受 较 大 的 拉 应 力 ， 防 热 裂 。当 1-2， 不 设 收 缩 筋 承 受 拉 应 力 壁 为 主 壁 ， 而 与 之 相 交 形 成 热节 、 是 主 壁 产 生 邻 壁 长 度 L， 主 邻 壁 之 间 关 系 ，拉 应 力 的 壁 为 邻 壁 ， 决 定 收 缩 应 力 大 小ab a, b 2） 拉 筋 ： 若 断 面 呈 U形 ， 半 圆 时 ， 凝 固 、冷 却 后 出 现 变 形 ， 而 防 止 拉 筋 （ 在 变 形 处 ） ，热 处 理 后 去 除 。 拉 筋 厚 度 小 于 铸 件 厚 度 ， 保 证 拉 筋 先 于 铸件 凝 固 ， 拉 筋 厚 度 为 铸 件 厚 度 的 倍 。 实 际 用 反 变 形 模 样 反 变 形 量 C。