铸造工艺学-冒口设计.ppt

铸造工艺学冒口设计 学院机械系主讲人 柴知章 2 第8章冒口系统设计 合金从液态转变为固态的过程称为凝固 铸件的凝固规律是铸造工艺的基本理论 研究凝固的控制 对防止铸造缺陷 改善铸件组织及力学性能 获得优质健全铸件都有重要意义 1铸件的凝固方式 2影响铸件凝固方式的主要因素 1 合金的结晶温度范围 合金的结晶温度范围愈小 凝固区域愈窄 愈倾向于逐层凝固 液 铸件的凝固 2 铸件的温度梯度 在合金结晶温度范围已定的前提下 凝固区域的宽窄取决与铸件内外层之间的温度差 若铸件内外层之间的温度差由小变大 则其对应的凝固区由宽变窄 T1 T2 1收缩的概念 T浇 T液 T固 T室 合金的收缩经历如下三个阶段 1 液态收缩从浇注温度到凝固开始温度之间的收缩 T浇 T液 铸件的收缩 体收缩率是铸件产生缩孔或缩松的根本原因 体收缩率 线收缩率 线收缩率是铸件产生应力 变形 裂纹的根本原因 3 固态收缩从凝固终止温度到室温间的收缩 T固 T室 2 凝固收缩从凝固开始到凝固终止温度间的收缩 T液 T固 2缩孔与缩松 液态合金在冷凝过程中 若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充 则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞 大而集中的称为缩孔 细小而分散的称为缩松 1 缩孔和缩松的形成 冒口 储存补缩用金属液的空腔 顺序凝固 铸件按照一定的次序逐渐凝固 2 缩孔和缩松的防止 防止缩孔和缩松常用的工艺措施就是控制铸件的凝固次序 使铸件实现 顺序凝固 3寻找热节的方法 同时凝固 整个铸件几乎同时凝固 冒口是铸型内用以储存金属液的空腔 在金属冷却和凝固过程中 补给金属液 从而防止缩孔 缩松的形成 同时还有集渣和排气的作用 习惯上 把冒口所铸成的金属实体也称为冒口 8 1冒口的种类及补缩原理 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 1按工艺冒口分为 10 8 1 1冒口的种类和形状 2按形状冒口分为圆柱形 球顶圆柱形 长 腰 圆柱形 球形 扁球形等 11 12 1 冒口的凝固时间必须大于铸件被补缩部分的凝固时间 2 冒口应具有足够大的体积 以保证有足够的金属液补充铸件内部的体收缩 3 在铸件凝固时冒口与被补缩部位之间应有通畅的补缩通道 4 为增加铸件局部冷却速度 在铸型局部区域设置激冷能力强的材料 如铸铁 石墨或铸钢等 作为冷铁 8 1 2冒口的补缩原理 1冒口的补缩原理 2冒口位置的选择原则 在热节的上方或侧旁 尽量在铸件最高 最厚部位 低处热结设补贴或冷铁 不应设在铸件最重要 受力大的部位 不要选在铸造应力集中处 应减轻对铸件的收缩阻碍 避免裂纹 尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件 冒口布置在加工面上 可节约铸件精整工时 外观好 不同高度的冒口 用冷铁使各个冒口的补缩范围隔开 13 14 15 3冒口有效补缩距离的确定 16 有效补缩距离 冒口作用区与末端区长度之和 是确定冒口数目的依据 1 铸钢件冒口的补缩距离碳钢件如下图 冒口区和末端区长度都随铸件厚度增大而增加 且随截面的宽厚比减小而减小 17 总结 薄壁件比厚件更难以消除轴线缩松 杆件比板件补缩难度更大 阶梯形铸钢件补缩距离比板件大 垂直补缩距离至少等于水平补缩距离 18 2 铸铁件通用冒口的补缩距离灰铁件如下图 共晶度低 结晶温度范围宽 共晶前析出奥氏体阻碍补缩 故补缩距离短 球墨铸铁 糊状凝固 只有湿型和壳型铸造厚大铸件 铸型刚度较差时才用通用冒口补缩 见表 可锻铸铁 补缩距离为4 4 5T 3 有色合金的冒口补缩距离铜合金见表 锡青铜 磷青铜 糊状凝固 有效补缩距离短 易出现分散缩松 无锡青铜和黄铜 凝固范围窄 补缩距离大 黄铜5 9T 铝 锰青铜5 8T 共晶型铝合金 4 5T 非共晶型的铝合金 2T 4 外冷铁对补缩距离的影响在两个冒口间放冷铁 形成两个末端区 显著增加有效补缩距离 端部放冷铁延长末端区 实现冒口补缩的基本条件之一 铸件凝固时始终保持向着冒口的补缩通道扩张角 壁厚均匀的板形件往往难以达到这个要求 补贴 在靠近冒口的铸件壁上补加的倾斜的金属块 补贴可从结构上造成向着冒口的补缩通道扩张角 有效延长补缩距离 22 8 1 3补贴的应用 补贴种类 金属补贴加热 耐火隔片 补贴发热 保温 补贴补贴的位置 水平补贴 最大长度为冒口模数的4 7倍 其它尺寸如图 垂直补贴 试验条件和关系曲线如图 生产条件变化时补贴厚度乘以补偿系数 23 24 局部热节的补贴尺寸 采用A Heuvers氏滚圆法 重要部位的热节可用扩大滚圆法 25 8 1 4选择冒口位置的原则a在热结的上方或侧旁b尽量在铸件最高 最厚部位 低处热结设补贴或冷铁 c不应设在铸件最重要 受力大的部位 d不要选在铸造应力集中处 应减轻对铸件的收缩阻碍 避免裂纹 e尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件f冒口布置在加工面上 可节约铸件精整工时 外观好 g不同高度的冒口 应用冷铁使各个冒口的补缩范围隔开 26 27 冒口的凝固时间应大于等于铸件被补缩部位的凝固时间 冒口与被补缩部位间应能形成补缩通道的扩张角 实验表明 薄壁件凝固时间与壁厚的平方成正比 即遵循Chvorinov公式 K 2 冒口的凝固时间和铸件的凝固时间 分别可写成如下形式 28 8 2铸钢件冒口的设计与计算 8 2 1什么是模数 式中Mr Mc分别为冒口模数和铸件模数 Kr Kc分别为冒口 铸件的凝固系数 一般Kr Kc 因此 可以用模数来表示铸件凝固的先后 模数 又称为铸件折算厚度 M V A 体积 散热面积 29 1简单几何体模数的计算 模数的计算 30 2相交节点的模数计算a 测量法测量出热节中心处的凝固时间和平壁中心处的凝固时间 用下式计算 b 一倍厚度法 以相交的地方为基准 分别向外移动一倍的板宽的长度 得图中阴影部分 然后用阴影部分的模数 作为热节的模数 32 c 热节圆当量法 33 对于普通冒口 由于Kr Kc Mr f Mcf 冒口安全系数 又称冒口扩大系数 碳钢 低合金钢铸件 冒口r 冒口颈n 铸件c模数间的关系如下 通常用下面的关系来设计冒口和冒口颈尺寸 34 用模数法设计冒口 1计算冒口的模数 设计冒口的形状和尺寸 式中 金属从浇注完到凝固完毕的体收缩率 冒口的补缩效率 补缩体积 冒口体积 通常用上式来校核冒口的尺寸够不够 2检验冒口提供足够的金属液够不够 36 对冒口体积的影响 越大 所需的冒口体积越大 越大 所需的冒口体积越小 冒口除了要求体积够大 能够提供所需的金属液和后凝固的要求外 还需要有冒口到补缩处的通畅的补缩通道 铸钢齿轮如图8 9 材料为ZG310 570 收缩率为5 38 1 轮缘冒口计算把轮缘看作长方形断面的杆 当不采用冷铁时 大致需要设置三个冒口 冒口之间设置冷铁时 可以只设置两个冒口 由图看到 补缩节点的热节圆直径dy为56mm 考虑补贴尺寸及尖砂对散热的影响 将热节圆直径dy为56mm 1 1 62mm 于是Mc dy 10 6 2 dy 10 6 6 2 10 6 2 6 2 10 6 1 96cm为了保证冒口比铸件晚凝固 取Mr 1 2Mc 2 35cm 当收缩率为5 Mr 2 42cm 每个冒口能补缩最大铸件体积为4 8L 质量37kg 时 冒口尺寸a 100mm b 200mm h 150mm h 1 5a 模数法计算举例 2 轮毂冒口计算把轮毂看作长方形断面的杆 用类似的方法计算 该补缩节点的热节圆直径为50mm 于是50mm 1 1 55mm 计算得 Mc 5 5 12 7 2 5 5 12 7 1 92cmMr 1 2Mc 2 30cm查标准圆柱形冒口表 当Mr 2 38cm收缩率5 每个冒口能补缩最大铸件体积为4 2L 质量32kg 时 冒口尺寸 120mm 180mm h 1 5d 可见设置一个冒口已足够 39 如果考虑砂芯的影响 按表8 3k 1 5 则50 1 5 75mm 计算得Mc 7 5 12 7 2 7 5 12 7 2 36Mr 1 2 Mc 2 83cm查标准圆柱形冒口表 当Mr 2 85cm收缩率5 每个冒口能补缩最大铸件体积为7L 质量54kg 时 冒口尺寸 150mm 225mm h 1 5d 这个冒口可能偏大 要通过试浇来选定 40 8 2 2三次方程法 假设 铸件凝固层增长速度与冒口凝固层增长速度相等 假设冒口内供补缩用的金属液体积为直径d0的球 由于铸件中最大凝固层厚度为壁厚T的一半 因此冒口直径Dr与冒口中缩孔球直径关系为 d0 Dr T 缩孔球的体积应该大于铸件和冒口本身体收缩的容积 41 8 2 3补缩液量法 求出需要补缩的体积V补 再折合成缩孔球的直径d0 用公式Dr d0 T求出冒口直径 冒口高度Hr一般取Hr 1 15 1 8 Drdo 6 Vc 42 8 2 4比例法 现以常见轮形铸钢件为例 介绍比例法确定冒口尺寸的方法 步骤图8 11 1 热节圆直径dy的确定量出热节圆直径dy 2 按比例确定轮缘冒口尺寸1 冒口补贴按下列经验比例关系确定 d1 1 3 1 5 dy R1 R件 dy 1 3 mm R2 0 5 1 dy 5 15mm2 冒口尺寸用下述比例关系计算 暗冒口宽 B 2 2 2 5 dy明冒口宽 B 1 8 2 0 dy冒口长 A 1 5 1 8 B3 计算冒口补缩距离 L 4dy 当两冒口距离超过此值时 应放置冷铁或设水平补贴 43 3 轮毂冒口尺寸1 轮毂补贴按下列关系确定D1 1 1 1 3 dy2 当轮毂较小时用一个冒口 冒口尺寸为 冒口直径 D 2 15 20 mm 2是轮毂直径冒口高度 H 2 2 5 d1 rr的值待d1确定后按图作出 当轮毂较大时用两个冒口和多个 冒口尺寸按轮缘冒口的确定方法计算 8 2 5铸件工艺出品率 把铸件划分为几个补缩区 计算各区的铸件模数 按比例计算冒口及冒口颈的模数 确定冒口的形状及尺寸 检查顺序凝固条件 补缩距离是否足够 补缩通道是否畅通 校核冒口的补缩能力 45 8 2 6通用冒口设计步骤 典型铸钢件冒口设计实例图8 12 质量为370kg 采用圆柱形明冒口 5 时的最大补缩量m补为548kg 冒口区长度L1为250mm 末端区的长度L3为350mm 冒口高度为长度的1 5倍 H冒 1 5D冒 试计算冒口数量和尺寸 解 已知m件 370kg H冒 1 5D冒 L1 250mm L3 350mm 5 m补 548kg1 计算模数M件铸件体积 46 V 63 33 43 4 2 48607 2cm 铸件的表面积 两个平面 两个侧面 上下端面A 63 33 43 63 33 43 2 63 33 4 10031 76M件 V A 48607 2 10031 76 4 85 5cm 2 计算冒口模数 M冒 1 2M件M冒 1 2M件 1 2 5 6cm 3 确定 5 4 确定冒口尺寸 H冒 1 5D冒 H冒 V冒 A冒 D H 4 D 2 4 D H 6cm 所以D 32cm H 48cm 5 据L冒校核冒口数目半圆周长 47 L 63 2 98 91 100cm冒口补缩距离L冒 L1 L3 250 350mm 60cm故冒口放在中间正好补缩 且只用一个冒口即可 6 校核冒口最大补缩能力m件 370kg m补 548kgm补 m件 故所设计的冒口合适 1铸铁体收缩过程灰铁 球铁 蠕铁在凝固过程中 由于析出石墨而体积膨胀 称为石墨化膨胀 凝固过程分三个阶段 一次收缩阶段 体积膨胀阶段 二次收缩阶段 以球铁为例 理论上每析出1 的石墨 铸件体积会增大0 89 0 95 而实际上铸铁体积增大2 因此认为体积膨胀还与气体的析出有关 48 8 3铸铁件实用冒口的设计 8 3 1铸铁的体收缩 2影响铸铁体收缩 膨胀的因素1 冶金质量的影响在其它工艺因素相同的条件下 冶金质量好的铸件一次收缩 体积膨胀 二次收缩的值都小 冶金质量的评定 从Y形式样上取样做金相检验 以1mm2面积上的石墨球数为准 150好 废钢 回炉料炉型 冲天炉 反射炉 无芯感应炉 电弧炉铁液停留时间 停留时间长 温度高 降低冶金质量孕育 孕育质量好 冶金质量高 49 2 冷却速度的影响 冷却速度越大 非平衡凝固越严重 亚共晶合金的初生奥氏体数量越多 造成铸铁凝固前的体收缩增加 冷却速度越大 铸铁的液态收缩 体积膨胀和二次收缩值也越大 铸件模数越大 冷却速度越低 对小模数 Mc2 5cm 铸铁件 可不安放冒口 50 3 化学成分的影响高于wc 1 7wSi 3 9线的区域为致密区 碳量对消除球铁件的缩松作用比硅的作用强7倍 当为wc wSi 1 18时体收缩率最小 51 安放冒口的目的是为了补给铸件的一次 液态 收缩 并使冒口颈先于铸件凝固 在刚度好的高强度铸型内 利用石墨化膨胀 共晶膨胀 在铸件内部建立压力 迫使液体流向缩孔和缩松形成处 实现自补缩 实用冒口的优势 出品率高 对缩松防止效果好 成本低 实用冒口的种类如下 52 8 3 2实用冒口设计法 1直接实用冒口 包括浇注系统当冒口 1 基本原理当铸件处于液态收缩期 冒口能够进行补缩 当液态收缩终止或体积膨胀开始时 让冒口颈及时冻结 利用铸铁的共晶膨胀在高强度铸型内形成内压力 迫使液体流向缩孔 缩松处 这样就可预防铸件内凝固期出现真空度 从而避免出现缩孔 缩松 膨胀压力的影响因素铸件模数大 膨胀压力高 球铁比灰铸铁的膨胀压力高 铸型强度高 膨胀压力高 53 适用于0 480 6MPa M 1cm的球铁件可用直接实用冒口 M 1 5cm的灰铁件可用直接实用冒口 一般湿型 M 0 48cm的球铁件可用直接实用冒口 M 0 75cm的灰铁件可用直接实用冒口 54 2 冒口和冒口颈的设计a冒口的体积铸铁液态收缩率的计算 也可查右边表 55 根据平衡相图 铸铁的碳含量每增大1 液相线温度下降90 冒口有效体积的确定 冒口的有效体积是高于铸件最高点水平面的那部分体积 它比须补缩的铁水量要大些 一般可取铸件体积的5 6 b冒口颈的计算设计原则 铸件液态收缩结束或共晶膨胀开始时刻 冒口颈应及时冻结 56 57 关键模数的确定 它本身的体积膨胀量能补偿所有更厚部分的液态收缩量 直到比它厚的部分开始膨胀为止 关键部分的膨胀和比它厚的部分的液态收缩只有同时发生 且是相互关联的 才可能相互抵偿 这也表明 更厚的部分也可以满足关键部分的要求 注意 冒口只须补偿关键部分共晶之前的液态收缩体积 直接实用冒口的有效补缩距离是无限的 58 3 用浇注系统当冒口应用 薄壁铸件 球铁件MS 0 48cm 灰铁件MS 0 75cm时采用 设计 内浇道做冒口颈 依据铸件模数确定冒口颈模数 但要控制浇注温度 这里的冒口就是 高于铸件最高水平面的直浇道和浇口杯部分 例 下图球铁件 59 4 直接实用冒口的优缺点优点 铸件工艺出品率高 冒口位置便于选择 冒口颈可很长 冒口便于去除 花费少 缺点 要求高强度铸型 要求严格控制浇注温度范围 25 以保证冒口颈冻结时间准确 复杂铸件关键模数不易确定 为验证冒口颈是否正确需生产试验 60 1 基本原理当用湿型铸造球墨铸铁件0 48 MS 2 5cm时 安放冒口补给铸件的液态收缩 在共晶膨胀初期冒口颈畅通 可使铸件内铁液回填冒口以释放部分压力 61 2控制压力冒口 释压冒口 通过控制回填程度在铸件内建立适中的内压来克服二次收缩缺陷 缩松 从而达到既无缩松又避免铸件胀大变形的缺陷 控制压力的机理 如图 以D曲线为例 二次收缩 CS体积膨胀量控制范围 CS 0 Z 其中值为CS Z 2 T0以上不足以补偿二次收缩的膨胀 T2以下 会使铸件胀型 铸型所能容纳的膨胀 T1以上 62 三种控制方法 a冒口颈适时冻结用冒口颈尺寸控制 浇注温度 冶金质量的变动可能导致控制失败 不可靠 b用暗冒口的容积实现控制暗冒口被回填满后建立内压 浇注温度不能超过T0对应的温度 否则回填不满 c采用冒口颈尺寸和暗冒口容积双重控制 控制浇注温度和冶金质量 冶金质量好的铁液 图中B 二次收缩小 扩大了Z区 并且不会使铸件胀大变形 容易实现压力控制 63 2 设计方法a冒口和冒口颈冒口模数Mr主要取决于铸件厚大部分的模数Ms和冶金质量 按右图确定 以冒口模数确定冒口尺寸 64 冒口位置靠近铸件厚大部位 暗冒口 冒口颈采用短冒口颈 模数按下式 Mn 0 67Mr冒口颈的形状可选圆形 正方形和矩形 65 以有效体积大于铸件所需补缩的体积校核 冒口的校核 b冒口的补缩距离概念 由凝固部位向冒口回填铁液的距离 影响因素 模数 冶金质量 如右图 冶金质量好 模数大 则输送距离大 输送距离达不到的部位 铸件内膨胀力过大 可能使铸件胀大 变形及产生缩松 灰铁的补缩距离比球铁大 66 冒口应安放到模数大的位置 对复杂铸件 根据 铁液输送距离和模数 体积份额图 决定冒口位置及数目 若M2 M1 0 8 则可判定分体1可通过分体2将多余的铁液输送到安放在分体3的冒口内 此时只需一个冒口 否则 则应在分体1 3上分别安放冒口 67 c冒口的位置和数目 尽量采用内浇道通过边冒口引入的方式 采用大气压力暗冒口 采用扁薄内浇道 长度至少为厚度的4倍 要求浇注后迅速凝固以在冒口中形成缩孔 要求快浇 宜高温浇注 1371 1427oC 希望采用冶金质量好的铁液 适用于湿型中铸造模数0 48 2 5cm的球铁件 0 75 2 0cm的灰铁件 要求铸型的硬度大于85 68 d其它经验 a铁液的冶金质量好 b球铁的平均模数大于2 5cm c铸型的强度 刚度足够 上下箱牢固锁紧 d低温浇注1300 1350 e快浇 防止铸型顶部被过分烘烤和减小膨胀损失 f采用小的扁薄内浇口 分散引入 每个面积不超过15X60mm 以尽早凝固 g设置明出气孔 直径20mm 相距1m 均匀布置 h为安全起见 可采用安全冒口 69 3无冒口补缩法的应用条件 例 前盖板下压模工艺 设置了安全冒口 顶暗冒口 质量不超过浇注质量的2 起弥补工艺条件的偏差的作用 70 1均衡凝固的定义利用铸铁液态收缩和膨胀的动态叠加 采取工艺措施 使单位时间的收缩与补缩 收缩与膨胀按比例进行的一种凝固原则 可理解为有限的顺序凝固 2均衡凝固的工艺原则a铸铁件的体收缩率是不确定的 与所有的工艺条件有关 b越是薄小件越要强调补缩 厚大件补缩要求低 c铸铁件的冒口不必晚于铸件凝固 因此 冒口模数可以小于铸件模数 应充分利用石墨化膨胀 71 8 3 3铸铁的均衡凝固理论 d铸件的厚壁热节应放在浇注位置的下部 当厚薄相差较大时 厚壁热节处安放外冷铁 铸件可不安放冒口 如果铸件大平面处于上箱 可采用溢流冒口保证大平面的表面质量 e采用冷铁 平衡壁厚差 消除热节 不仅能防止厚处热节的缩松 且可使石墨化膨胀提前 减小冒口尺寸 增强自补缩作用 f优先采用顶注工艺 提高自补缩程度 72 73 几种冒口类型 74 3冒口设计基础铸铁件体积收缩与膨胀的叠加原理 77 P点称为均衡点 对应着铸件收缩值等于膨胀值的时间 此时表观收缩为零 既冒口补缩的终止时间 4几个参数a收缩时间分数铸铁件表观收缩时间与铸件凝固时间的比值 Pt AP AC在生产中可用观测冒口或浇口杯液面停止下降的时间来判定AP值 b收缩模数MP均衡点P对应的模数 即凝固时间为AP的铸件的模数 式中MC 铸件的模数 f2 收缩模数系数 78 铸件从冒口和浇口中得到的补缩液体体积与铸件 冒口体积之比 铸铁件的补缩率与工艺条件 铸件结构密切相关 79 d铸铁件的补缩率 c周界商即铸件形状系数q 在模数等条件相等的条件下 周界商大的铸件在单位时间 单位面积的散热能力相对较小 铸件的自补缩能力就较大 a冒口模数式中Mr MC 冒口 铸件的模数 冒口平衡系数 为冒口原始模数与残余模数之比 取 收缩模数系数 和铸件模数 质量 周界商有关 安全系数 5冒口设计的收缩模数法 b冒口的体积推导 参与补缩的液态金属量式中 冒口补缩效率 一般取10 30 铸件补缩率 冒口的体积 铸件的体积 81 理论上应等于铸件的收缩模数 但考虑到冒口 铸件对冒口颈的热影响 铁液流通热效应 冒口颈的凝固时间会延长 约为其几何模数的2 4倍 因此 故式中 考虑流通热效应后的冒口颈模数 流通效应的模数增大系数 82 C冒口颈模数 小件 D 1 2 2 0 T中件 D 1 0 1 2 T大件 D 0 6 1 0 T 83 6冒口设计的分段比例法 84 8 4 1大气压力冒口 造型时在暗冒口顶部插一个砂芯 或在冒口上部作出锥顶砂 伸入到冒口中心区 称为大气压力冒口 浇注后冒口虽然结壳 但外界的大气压力仍可通过砂芯的孔隙作用于内部金属液面上 由于铸件结壳后铸型中的金属液上有大气压力作用 这样就增加了冒口的补缩压力 8 4提高冒口补缩效率的措施和特种冒口 主要措施为提高冒口中金属液的补缩压力或保持时间 85 大气压力冒口可补缩比冒口高出1480mm的铸件 实际上由于枝晶阻力 析出气体的作用 补缩高度H为200mm左右 大气压力冒口设计对铸铁件 多采用带锥顶砂的冒口 对铸钢件 按普通冒口确定尺寸 冒口高度取允许的最小值 大气压力侧冒口可按下式确定 b 1 3 1 7 dyDr 2 0 2 5 dy冒口颈截面为椭圆形 长轴为b 短轴为 1 2 1 6 b 1原理用保温材料或发热材料作冒口套 顶部使用保温套 发热套的冒口叫保温冒口和发热冒口 使用保温套 发热套 能大大延长冒口中金属液的保持时间 冒口的补缩效率能达到30 50 使铸件的工艺出品率提高10 25 8 4 2保温 发热冒口 2冒口套的组成a耐火材料 石英砂 镁砂 铬铁矿砂等 b保温材料 主要化学成分为氧化硅和氧化铝 且呈多孔状 膨胀珍珠岩 蛭石 大孔陶粒 粉煤灰 陶瓷棉等 c发热剂和点火剂 发热剂常用铝粉 硅铁粉和氧化铁的混合物 称为铝硅发热剂 温度超过1250时 2AI Fe2O3 AI2O3 2Fe Q3Si Fe2O3 3SiO2 4Fe Q用于铸钢大型冒口效果较好 但用于小型冒口或有色金属时难以达到反应温度 这时应加入点火剂和氧化剂 如硝酸钠 硝酸钾等 87 d延缓 填充剂 起延缓放热反应进行的作用 常用硅砂 耐火砖粉 刚玉砂 e粘结剂常用膨润土 矾土水泥 水玻璃 酚醛树脂等 保温 发热冒口的计算ME MrE 1 2McE式中 ME保温冒口模数 Mr普通冒口模数 Mc铸件模数 E保温 发热 冒口的模数增大系数 E可用实验法测定 用来确定经济 合理的保温套厚度 88 89 市售的保温冒口套 其E 1 3 1 4 一般保温冒口的套厚取 1 1 5 ME 在冒口根部放一片耐火陶瓷或耐火材料制成的带孔隔板 使冒口中金属液通过孔对铸件补缩 易于从铸件上去除冒口 大大降低去除冒口的费用 90 8 4 3易割冒口 91 隔板的成分和制备工艺见书 隔板的尺寸见下表 为增加铸件局部冷却速度 在型腔内部或型腔表面安放的金属块 称为冷铁 其它蓄热系数大的材料也行 冷铁分为 内冷铁 外冷铁 放置在型腔内与铸件熔合在一起的金属激冷块 称为内冷铁 内冷铁成为铸件的一部分 应和铸件的材质相同 放置在型腔表面上 使型腔内的局部金属液快速冷却凝固的金属激冷块 称为外冷铁 外冷铁可回收多次使用 外冷铁的材料有 钢 铸铁 铜 铝等金属材料 激冷能力强 石墨 碳素砂 铬砂 镁砂 锆砂等 92 8 5冷铁 冷铁的作用 a冷铁用在冒口难以补缩的部位 防止缩孔 缩松 b冷铁用在壁厚交叉部位及壁厚急剧变化部位 防止裂纹产生 c冷铁与冒口配合使用 能加强铸件的顺序凝固条件 扩大冒口补缩距离范围 减少冒口数目或体积 d加剧个别热节的冷却 促进同时凝固 减小铸造应力 提高铸造工艺出品率 e改善局部的组织和金相性能 93 94 8 5 1外冷铁 1分类外冷铁分为 直接外冷铁 间接外冷铁 直接外冷铁 与铸件表面直接接触 分有气隙和无气隙两种 间接外冷铁 冷铁同被急冷铸件之间有10 15mm厚的砂层相隔 2外冷铁的凝固速度实验浇注碳素钢件 铸件尺寸127x127x203 mm 冷铁面积76x76 厚度如图 96 a外冷铁吸热后急冷作用减弱 b冷铁厚度大 急冷作用强 当厚度达到一定值后 凝固速度不再增加 c外冷铁处钢的凝固层厚度约为砂型处的两倍多 由于凝固层厚度不同 线收缩开始时间不同 易产生裂纹 所以 外冷铁侧面作成45度角 以平缓过度 另外 需急冷表面积大时 易采用多块小型外冷铁 交错布置 留有间隙 97 3使用外冷铁时注意a不应破坏顺序凝固和补缩通道 b外冷铁不宜过大 块间留间隙 c外冷铁厚度参照表3 5 14 d外冷铁尽量放在底部和侧部 e冷铁表面干净 平整 光洁 f限制外冷铁的使用次数 98 1 工作表面积外冷铁相当于增加了铸件散热表面积 从而减小了铸件模数 模数由M0 M1 M0为热节处模数 M1为加冷铁后的模数 对无气隙外冷铁 砂型等效散热面积 AS A0 2AC1对有气隙外冷铁 砂型等效散热面积AS A0 AC1 A0 铸件表面积 AC1 冷铁工作表面积 99 4外冷铁的计算 铸件壁下面圆盘厚4cm M0 2 0 上下表面面积均为100cm2 若上下表面均用面积为100cm2的外冷铁 AS 200 2 100 100 500cm2 带M1 V A 100 4 500 0 8cm 铸件壁厚3cm 模数