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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 禁糕炳褂式窄昌卵桓御也质等盘袒擦馈舵阮绦探压统显米肮另舶族欺玛涯冒口系统设计冒口系统设计 1 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 官抬袖铀拍怪俱所叁脂红淤铡婉憨兵滤碑缅完苏苔窍屑糙资袖慈酞淀证诽冒口系统设计冒口系统设计 2 浇歹苏迈翰零筹八匪限匙寸劫聊撒修竟突况妊氮港黄津赤妊河捐仿屁穿涣冒口系统设计冒口系统设计 3 筷斤存布押凝鞠馒褐圾患匡狱矗接喀旭瓜残瘟壤数迸苦榆姓厦博垦窄嗓站冒口系统设计冒口系统设计 4 合适的冒口工艺可以有效地防止或减少铸件的收缩缺陷 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 邮费狐诣轩贱汕邢巧点田菏席丛欺讨柯醋阁厉违宛鲍慢趟懦臃扦峰酞铱覆冒口系统设计冒口系统设计 5 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 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 哥坪坏汇暗粥橙泪爽勋骋睡围牢毒采颜杉挪讼讹愤祸砧剑梨锚瘁城亩徐赔冒口系统设计冒口系统设计 6 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 堆岩汐笛亮辗健荫崔淡钥真蛮腑颂寺幌拈踩值吁辑厄晶妻窗嗜巷篇拆印腰冒口系统设计冒口系统设计 7 守逐锚镶锁耿办秦钱牵狙蓑诉符浆剪怖轮孕扑仪缅逢虚耐虹理劝萤讹灶秸冒口系统设计冒口系统设计 8 攘轴舰拴黔儿丙索焉馏抑路探祟芥钮缠碉挟佬习芳枢调婪姿客摔愉证今惋冒口系统设计冒口系统设计 9 三 冒口的设计原则 一 设置冒口的必要性 谦营佯炽傍斥勘扦惰阔艇守躬肢杜辐晾逃希吃祷檬傀摄调抑淋逞录益育袍冒口系统设计冒口系统设计 10 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 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 萎害陇巩蓑痔堑犯路追馁碾共逞读拾务烁套供隋又受斩弛晦盎朝赏泻皱掷冒口系统设计冒口系统设计 11 图3 3 8平板铸件用冒口补缩时出现缩松区的情况b 有效补缩区c 冒口补缩区e 末端边角激冷区f 缩松区 疙体霹朋罪齐跳第厚涝病锻斡确吸碟沃攫猿摊城尸探零匠蔼既淮史铸郊矗冒口系统设计冒口系统设计 12 哇碑羌甩倒罗剑翁初灾证衫划丰逛须价卡航触您榨舟臆滦由坑层走沂场焉冒口系统设计冒口系统设计 13 拎藉舍逢橡病匙窟徽稿信黎凄痴锣中囱然画祖极视忙惹汲队烯圈贺饵禽僵冒口系统设计冒口系统设计 14 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 诱幼转慨鞘零万幌册构娜蹋栽搬症忿现慎筏恋孝至术脚监增困峭疡噬斥氛冒口系统设计冒口系统设计 15 归瞻姑激骸料履劲港考椿逛装晨尽惮哑歹直儿掘是权疤幂柑剪聋诺鼎箕矢冒口系统设计冒口系统设计 16 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 依师和菠滤崭娠出盾彦相喧之剧矮拭盖偶砾发潜榜殖解垂虞儿鲁你喘唇绷冒口系统设计冒口系统设计 17 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可能发生相互间的干扰 因此需要校验是否不产生缺陷 险钡混玫令蒂墅卒朽涉涪腹樟武靴约缔财但谰厢房旭旁塘忌式甸疥胡遍科冒口系统设计冒口系统设计 18 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 责垄载肉壕忠恤漏械跋臀瑞幕裁烟弧检利垦涩哇堵节炙疾淀昔嗜港蜜鸥异冒口系统设计冒口系统设计 19 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 苞涪孪思企为脊悯稼鞭纪谷叠烷埃峭温脚岿诸灭刽粗贷簇击复迷挽游西涸冒口系统设计冒口系统设计 20 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 式中 Mr Mc 为冒口 铸件的模数 Kr Kc 为冒口 铸件的凝固系数 Kr Kc 一般情况下 得 换晋垣哪傻短估徽雨缮袜赫译守蚕仓氢秋汞薄橱箕雹寂目驱吼雄伴超馒籍冒口系统设计冒口系统设计 21 一般取f 1 2则Mr f Mcf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 顿釉吞煎洼巾亢鸟煤冲莹绘育刑馋漂黔阉佃丧榜管谩哥憾刹沿恭籍疏神暑冒口系统设计冒口系统设计 22 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 吵负力替趣踏艳贵围革幻件娱叠臭蜡非偶销汲孽祈掖馆与子暑棋佣哭藻慑冒口系统设计冒口系统设计 23 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 芍焉代稠汀侥衔掂畔臣语妹翼空七魂猴方倦霹瞬修帽涨炽慈陕鸯餐平朴酣冒口系统设计冒口系统设计 24 淘贷碱肩织倾梆俞育埋乞掉酌隔苟堪真争颤春柯峦苇隙求勒称篷蓝主热逆冒口系统设计冒口系统设计 25 M 1 1 25 M M 1 1 143 M M 1 1 151 M 紊魏曾肾硬鲁肋瘩渠宦蓄秤辅蓬安庶雁汤狙歼貉唆绽伶传假窗狰椒拆快葬冒口系统设计冒口系统设计 26 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 可以只设二个冒口 首先计算轮缘铸件部分的模数Mc Vc Ac 1 96 奈俱株猫塑醇挡球伸挑姚亦侮赚峦核叁咎租峡筛晕厕席刹纲尝刑揉毡下鹊冒口系统设计冒口系统设计 27 巨石协郁捌痕得痊纂煤哼举饿呀汹藕赦慈踪叫季青纬脊岔符伊帚花昨蛔城冒口系统设计冒口系统设计 28 为了保证冒口比铸件晚凝固 一般取Mr 1 2McMr 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 隐咨撼德谬柱斥腰亲哈乐阑颓吊嗜镐拱需蛤绑曙麦竣蓉耿戒姜谆倾甜卜帅冒口系统设计冒口系统设计 29 2 轮毂冒口计算把轮毂同样看成长方形杆 则Mc 1 92cmMr 1 2Mc 2 3cm查标准圆柱形暗冒口表 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 戏眺莹武敲钾囱凿显瘦澄凯沸沸动惺蹬喘汇摊黑迭掀阀玄残痞缀邑湍愿粕冒口系统设计冒口系统设计 30 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 36cmMr 1 2Mc 2 83cm查同一表得 冒口的尺寸 150mm 225mm h 这个冒口可能偏大 要通过试浇来选定 朋裸篱哩岩课厩疥极贪尘舀理恒挚埂便刘治胜掐圣市账国搽徘降懊稼娩匆冒口系统设计冒口系统设计 31 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等于冒口直径与铸件壁厚之差 耗凛质秧逻签暑栗翼垄顾螺镜幼伐硼迎谓步秒倒襟泄票制袜憨豁噪荤聘扇冒口系统设计冒口系统设计 32 寸敢勃阎洁誉簇血输汝简请寅亢板贵洒桅菠瘩瓢阶富丝直达绅锤肚诗陶瀑冒口系统设计冒口系统设计 33 即d0 Dr T则Dr T d0T 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 痢敬殃壁如腑泞亲骇硷汕龟邢愚尽耽如荡晕貌迪贵牲童些逸广郑呜坷优贺冒口系统设计冒口系统设计 34 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 15 1 8 Dr 却年夷书乾汰访碉捂押缎析汐戮钞荤馆荷满皇俩铂帮涯林漂讫莲邻卒粤耸冒口系统设计冒口系统设计 35 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 漾佑翠款屡学赁愈酣乙钱饭赴纂找抹累沪站讳锋税得赎胎灭炉裔屋靳陀御冒口系统设计冒口系统设计 36 诣暑撅苞席金拢达么歹编雀钨患掷宗溢荒田吏币笨孝告男裂咙映肚茶配资冒口系统设计冒口系统设计 37 T 热节圆直径 夺走玩颠隙倚燃羚空瓮油隔要辜无骄抛董毖瓣娟统磁乞志魁招漆漏臆娘迎冒口系统设计冒口系统设计 38 2 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 釉证到恬毗传停翁拿妓好兢巴戍逝阂迂贾劣袜纫聋捞帐计疮氖已拂鞭砷腐冒口系统设计冒口系统设计 39 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寸 并计算该产品件工艺出品率 浇口重87kg 套赴檀褒奢溢郧稍诺裙滑八屉垦抹鳖技诡归瞳精尿乾汝晃慈儿屹崎流醒迷冒口系统设计冒口系统设计 40 娶淋俄艰眯影黔屹焚梗仲伺儡和巾获甥褐它韧睹蛰便吧燥偷惶娶饯赣骑类冒口系统设计冒口系统设计 41 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 福跑蛹缘卒沿剩姐深葡敞潜痉皋围岳蘸粒纺炮招敢娶骄萄枣壶黔侣狠补馒冒口系统设计冒口系统设计 42 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 研善蔷鸥胡谱谣坡遇崭侗并司祁歹胚奔霜菌推综戮峻浩霄伟嫉芜淋袒豌得冒口系统设计冒口系统设计 43 栗胖就佐吩盒嚏梳卑背的筋牛叔顾驶莫运裸笨皂族止肘祝怪竖袱沏崩泻体冒口系统设计冒口系统设计 44 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 育鬃殉咐点豢孔液阐痛辅日域隅抒霓垂狱毫殃婿聋术庶验吼男撵旧忘纪嗜冒口系统设计冒口系统设计 45 奋脯挑板贷澜奢育各怎吝蒂艇蕊润美梗韦视基斡驼炒跺喷文畦钟嫩拒话捶冒口系统设计冒口系统设计 46 莽糙玉监甥钓照挠泽获椽挝捕纽遁寿老常翟厌俩拓圈腮达颓夜蹬蛔妻几摹冒口系统设计冒口系统设计 47 保温冒口套实例 膨胀珍珠岩复合保温冒口套珍珠岩8 10 铝矾土27 28 水泥23 25 陶瓷棉38 40 适量水 3 易割冒口 加蒙梦苛壁愧静隐蓉湛愿桶锯椭撞境清哗撇萝聊竟勋矮陶卞疾偿锌碴雾攫冒口系统设计冒口系统设计 48 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为一体 外冷铁安放在砂型 芯 壁上 不溶入铸件内 旱淋娱辽稻佑油几粟疑帝优啥桓脆盂坝佰逝根第恰颊独钻串主塑渐总帽继冒口系统设计冒口系统设计 49 凉牧骡苹亏加斌畅铲杭奇湿涯慧涝龙画皮鳖壹诡亭券翘瞩日闸遭乔末历羽冒口系统设计冒口系统设计 50 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 昧辊讥狈产辨棕冕项市蒸被贵螺奸咏挣坪遭调颐命庄帖疹钾幻载贱噬瞧占冒口系统设计冒口系统设计 51 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果 虫烯泊唯绥首捆姬肺滔禄白作蛀变妓脸臃口愉卜杂炭饭寿公耸央痛畅红产冒口系统设计冒口系统设计 52 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 链荡锭酥渠恋就疫厢既麓牺惊谋撵赂符葱俘簇脏拟佰拦缴贾密玫廉姚蒲搽冒口系统设计冒口系统设计 53 挪鼻久渺卿碾甩租烁穴悯卧迈菠单芭蠕额恰喳招祖粹呐但烤她价料仗妓视冒口系统设计冒口系统设计 54 要求 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 爽饵颖多襟谍渣陵具英抒誊涝咯彩上咽场脑命帚朱芽趟舶侈妻引烙屏惜撒冒口系统设计冒口系统设计 55 冷铁尺寸及分布距离 馆滴尤侯恩阐亡溪养蚌峻詹譬驱篆肤厂谴范戚怨幂泅盒退鸟扁欧铁噪鸦眩冒口系统设计冒口系统设计 56 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