及344 铸钢及铸铁件冒口设计

1、,3.4.3 铸钢件冒口设计与计算,一、 模数法（modulus method) 基本原理：冒口应比铸件受补缩的部分晚凝固，以冒口中的金属液补缩铸件使铸件致密。,3.4 冒口设计,平方根定律Chvorinov公式,3.4.3 铸钢件冒口设计与计算,二、铸件形状系数的影响 以Chvorinov公式为基础的模数法忽略了铸件形状对凝固时间的影响。而实际上，在其他条件（模数、合金、铸型等）相同时，球体件凝固时间最长，圆柱体次之，平板件最短,铸件形状系数（shape coefficent）q又名周界商：铸件体积Vc与其模数之比值,3.4.3 铸钢件冒口设计与计算,q值的大小表明了铸件形状的特征形状越接近

2、于简单的实心球体，q值越小则冒口补缩效率高,三、模数法计算冒口步骤,1. 计算Mc 2. 按Mc：Mn：Mr的经验比求Mn及Mr 3. 确定体收缩率v（volume contraction ratio） 4. 确定冒口具体形状及尺寸 5. 据L校核冒口个数（对板件及杆件，先大致确定冒口个数，再校核个数） 6. 按v（Vr+Vc）+VsVr校核冒口的最大补缩能力。,3.4.3 铸钢件冒口设计与计算,3.4.3 铸钢件冒口设计与计算,四、铸件模数的计算 模数：冷凝物体的模数等于它的体积 与散热面积之比，M=V/A 1. 正立方体 2. 圆柱体 3. 具有“无限大”尺寸的物体（infinity）,3

3、.4 冒口设计,四、铸件模数的计算 1. 正立方体 2. 圆柱体 3. 具有“无限大”尺寸的物体 4. 圆筒壁,3.4.3 铸钢件冒口设计与计算,四、铸件模数的计算 1. 正立方体 2. 圆柱体 3. 具有“无限大”尺寸的物体 4. 圆筒壁 5. 交接立方体,3.4.3 铸钢件冒口设计与计算,四、铸件模数的计算 4. 圆筒壁 5. 交接立方体 6. 冒口颈的模数（riser neck） 铸钢件：MnMc 铸铁件：MnMc,3.4.3 铸钢件冒口设计与计算,Mc= 2010 2（20+10）-5=3.64 (一般碳钢铸件：Mc:Mn:Mr=1:1.1:1.2Mn=1.13.64=4.004) 当

4、浇口通过冒口时，Mn=1.03Mc=3.76,冒口颈模数计算举例：,将轮缘看作长方形断面的杆 Mc=ab/2（a+b） a=561.1=62 b=106 Mc=1.96 Mr=1.2Mc=2.35 查标准冒口表得腰圆柱形冒口尺寸：（、M） a=100,b=200,h=150,模数法计算冒口尺寸举例：,校核冒口个数： L=220 +200=357 3.14412=1294 12943574 不加冷铁：4200420 1429.9 大于1249 校核冒口补缩能力,模数法计算冒口尺寸举例：,将轮毂看作圆筒壁 Mc=ab/2（a+b） a=501.5=75 b=127 Mc=2.36 Mr=1.2Mc

5、=2.83 查标准冒口表得冒口尺寸（、M）,大平板件尺寸为100060050mm，ZG45，用模数法计算冒口。已知体收缩率v=5%，=15% 解：Mc=a/2=5/2=2.5（cm） Mr=1.22.5=3 （cm） 选择圆柱形冒口，由标准冒口表查得冒口尺寸： D=160mm，H=24mm 校核冒口个数： 估计冒口个数1000/（D+4.5a2）1.6 2 按两个冒口校核长度方向 4.550+450+4.550+2160=9701000,增加一个冒口，按三个冒口校核 970+160+450=13301000 宽度方向校核 4.5502+160=610 600 校核冒口最大补缩能力： v（Vr+

6、Vc）=5%（100605+（16/2）2 243）=2223（cm3） Vr=15 %（16/2）2 243=2170 （cm3） 增大冒口尺寸，D=180mm v（Vr+Vc） = 2415 cm3 Vr=2746 cm3,铸铁同其它合金一样，凝固时发生收缩，但它在凝固后期有“奥氏体+石墨”的共晶转变，析出石墨而发生体积膨胀。 从而可部分或全部地抵消凝固前期所发生的体积收缩，即具有“自补缩的能力”。,3.4.4 铸铁件实用冒口（applied riser）设计,以球铁为代表，其凝固过程可分为：一次（液态）收缩（primary contraction）、体积膨胀和二次收缩等三阶段,图3.64

7、 球墨铸铁的体积变化 虚线冷却速度低、冶金质量高; 实线冷却速度高、冶金质量差 a1、a2-次收缩; b1、b2体积膨胀; c1、c2二次收缩,均衡凝固（proportion solidification）：一个铸铁件各个区域的冷却速度不同，各个区域进入收缩、膨胀的时间也不同，有先有后，相互交错重叠，而铁水是相通的，这时膨胀、收缩就可以叠加相抵，铸件表现出来的收缩实质上是胀缩相抵的剩余量。然而就某一点而言，是收缩在前，膨胀在后，二者是不能相抵的。,3.4.4 铸铁件实用冒口设计,图3-3-24 铸铁件凝固时收缩和膨胀的叠加 曲边三角形ABC铸件的总收缩 曲边三角形ADC 铸件总膨胀 曲边三角形

8、ABP铸件的表观收缩 AC铸件凝固时间 AP铸件表观收缩时间（冒口作用时间） P均衡点（收缩量等于膨胀量的时间）,3.4.4 铸铁件实用冒口设计,铸铁件具有”自补缩能力“。 铸铁件：不设冒口；实用冒口, 直接实用冒口（directly applied riser）（包括使用浇注系统）：利用冒口补缩铸件的液态收缩，而当共晶膨胀开始，或者开始后的短时间内，冒口颈就凝固。这样，金属液不会因为共晶膨胀而返回冒口，从而使金属液处于正压力之下，只要铸型有足够的强度，就可避免二次收缩引起的缺陷。 适用：湿型中模数小于0.4cm的铸件,3.4.4 铸铁件实用冒口设计, 控制压力冒口（pressure control riser）：在内浇道凝固后，由冒口补偿铸件的液态收缩，而当铸件发生共晶膨胀时，冒口又接受来自型腔的金属液，以释放型腔