铸件冒口设计的原则及方法

冒口设计第一节冒口的种类及补缩原理冒口(riser，feeder head)是铸型内用以储存金属液的空腔，在铸件形成时补给金属，有防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用。

习惯上把冒口所铸成的金属实体也称为冒口。

1.冒口的种类>>1.通用冒口(传统)>>1.普通冒口>>1.依位置分类>>1.顶冒口2.顶冒口2.依顶部覆盖分类>>1.顶冒口2.顶冒口2.特种冒口>>1.依加压方式分>>1.大气压力冒口2.压缩空气冒口3.发气压力冒口2.依加热方式分>>1.保温冒口2.发热冒口3.加氧冒口4.电孤加热冒口、煤气加热冒口3.易割冒口2.铸铁件的实用冒口(均衡凝固)>>1.直接实用冒口(浇注系统当冒口)2.控制压力冒口3.冒口无补缩2.冒口形状冒口的形状有圆柱形、球顶圆柱形、长(腰)圆柱形、球形及扁球形等多种3.通用冒口补缩原理>>1.基本条件>>1.冒口凝固时间大于或等于铸件(被补缩部分)的凝固时间2.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3.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2.选择冒口位置的原则>>1.冒口应就近设在铸件热节(hotspot)的上方或侧旁2.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3.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4.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5.尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件6.冒口布置在加工面上，可节约铸件精整工时，零件外观好7.不同高度上的冒口，应用冷铁使各个冒口的补缩范围隔开3.冒口有效补缩距离的确定>>冒口的有效补缩距离为冒口作用区与末端区长度之和，它是确定冒口数目的依据，与铸件结构、合金成分及凝固特性、冷却条件、对铸件质量要求的高低等多种因素有关，简称为冒口补缩距离1.铸钢件冒口的补缩距离有色合金的冒口补缩距离外冷铁的影响补贴(padding)的应用第二节铸钢件冒口的设计与计算铸钢件冒口属于通用冒口，其计算原理适用于实行顺序凝固的一切合金铸件。

铸铁件冒口设计手册诸葛胜福士科铸造材料（中国）有限公司铸铁冒口设计手册一、概述冒口是一个个储存金属液的空腔。

其主要作用是在铸件成形过程中提供由于体积变化所需要补偿的金属液，以防止在铸件中出现的收缩类型缺陷（如图1和图2所示），而这些需要补偿的体积变化可能有：图1 各种缩孔图2 缩孔生产图a)和冒口的补缩图b)1—一次缩孔 2—二次缩孔 3—缩松 1—缩孔 2—型腔胀大 3—铸件(虚线以内) 4—显微缩松 5—缩陷（缩凹，外缩孔）（1）铸型的胀大（2）金属的液态收缩（3）金属的凝固收缩补偿这些体积变化所需要的金属液量随着铸型和金属种类的不同而异。

此外，冒口还有排气及浮渣和非金属夹杂物的作用。

铸件制成后，冒口部分（残留在铸件上的凸块）将从铸件上除去。

由此，在保证铸件质量要求的前提下，冒口应尽可能的小些，以节省金属液，提高铸件成品率。

由此冒口的补缩效率越高，冒口将越小，铸件成品率越高、越经济。

FOSECO公司的发热保温冒口具有高达35%的补缩效率；因而，具有极高的成品率和极其优越的经济性。

在金属炉料价格飞涨的情况下，其优越性显得尤其突出。

另外，高品质发热保温冒口，及其稳定可靠的产品质量是获得高品质铸件的重要手段和可靠的质量保证。

二、铸铁的特点铸钢和铸铁都是铁碳合金，它们在凝固收缩过程中有共同之处）如凝固前期均析出初生奥氏体树枝晶，都存在着液态、凝固态和固态下的收缩），但也有不同的特点。

其根本不同之处是铸铁在凝固后期有“奥氏体+石墨”的共晶转变，析出石墨而发生体积膨胀，从而可部分地或全部抵消凝固前期所发生的体积收缩，即，具备有“自补缩的能力”。

因此在铸型刚性足够大时，铸铁件可以不设冒口或采用较小的冒口进行补缩。

灰铸铁在共晶转变过程中析出石墨，并在与枝晶间的液体直接接触的尖端优先长大，其石墨长大时所产生的体积膨胀直接作用在晶间液体上，进行“自补缩”。

对于一般低牌号的灰铁铸件，因碳硅含量高，石墨化比较完全，其体积膨胀量足以补偿凝固时的体收缩，故不需要设置冒口，只放排气口。

冒口系统设计一﹑冒口设计1. 冒口设计的基本原则1）冒口的凝固时间应大于或等于铸件(被补缩部分)的凝固时间。

2）冒口应有足够大的体积，以保证有足够的金属液补充铸件的液态收缩和凝固收缩，补缩浇注后型腔扩大的体积。

3）在铸件整个凝固的过程中，冒口与被补缩部位之间的补缩通道应该畅通，即使扩张角始终向着冒口。

对于结晶温度间隔较宽、易于产生分散性缩松的合金铸件，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2. 冒口设计的基本内容1）冒口的种类和形状（1)冒口的种类⎧⎧⎧⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎩⎪⎪⎪⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩⎩⎪⎧⎧⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎩⎪⎪⎪⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎩顶冒口依位置分侧冒口贴边冒口普通冒口明冒口依顶部覆盖分暗冒口大气压力冒口依加压方式分压缩空气冒口通用冒口（传统）发气压力冒口保温冒口发热冒口特种冒口依加热方式分加氧冒口电弧加热冒口，煤气加热冒口易割冒口直接实用冒口（浇注系统当铸铁件的实用冒口（均衡凝固）⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎩⎩冒口）控制压力冒口冒口无补缩 图1 冒口分类（2）冒口的形状常用的冒口有球形、圆柱形、长方体形、腰圆柱形等。

对于具体铸件，冒口形状的选择主要应考虑以下几方面:a）球形 b)球顶圆柱形 c）圆柱形 d）腰圆柱形（明） e）腰圆柱形（暗）图2 常用的冒口形状①冒口的补缩效果: 冒口的形状不同，补缩效果也不同，常用冒口模数（M）的大小来评定冒口的补缩效果(M=冒口体积/冒口散热面积)，在冒口体积相同的情况下，球形冒口的散热面积最小，模数最大，凝固时间最长，补缩效果最好，其它形状冒口的补缩效果，依次为圆柱形，长方体形等。

②铸件被补缩部位的结构情祝: 冒口形状的选泽还要考虑铸件被补缩部位的结构形状和造型工艺是否方便。

§4 铸钢件冒口设计设计步骤：1）确定冒口的安放位置2）初步确定冒口数量3）划分每个冒口的补缩区域，选择冒口类型4）计算冒口的具体尺寸冒口计算方法：模数法＋比例法+补缩液量法（参考资料）一模数法1 计算原理要保证冒口晚于铸件凝固，需冒口的模数大于铸件被补缩部位的模数。

总结：M冒=1.2M件P127式4-5，左边为总收缩量，右边为由冒口补充量。

2 计算步骤1）计算铸件模数根据铸件需补缩部位，划分补缩区，分别计算铸件的模数。

计算方法：公式计算＋图表计算－表4-5（p128-130）。

计算M件用L形体计算公式，为什么不用法兰体公式去套呢？（法兰体高度b无法确定）图4-33B-B剖面图中200应改为220，因计算M B时用的数值是220；另外，冒口直径为φ220，其冒口颈宽也应为220。

（A-A剖面图中200改否.）采用右边的A-A剖面冒口颈满足了要求，A-A剖面冒口颈尺寸怎么得来的呢？不要瞎懵，可列式M颈=3.74=20X/[2（20+X）]，求出X=12.生产中可根据M冒数值查出标准侧冒口，得冒口尺寸（直径、高等），冒口颈尺寸，冒口体积、重量，能补缩的铸件体积及重量（M冒结合εV查）。

3）确定铸钢件体收缩率由表4-3求出。

例如，已知ZG270-500的平均W C=0.35%，若浇注温度为1560°C，可从表4-3查出εV=4.7%（碳钢εV=εC）。

如何查出的呢？浇注温度为1560°C；W C=0.40%，εV=5%；W C=0.20%，εV=3.8%；据此列式（5-3.8）/（0.4-0.2）=（5-X）/（0.4-0.35），解出X=4.7（插入法，比例法）4）确定冒口形状和尺寸查相关表格。

5）确定冒口数目6）校核冒口的最大补缩能力。

二比例法（热节圆法）见p133例题。

1 模数法轮缘与轮辐的交接处为热节，其直径d按作图法得50（大于轮缘厚40）；按作图法且考虑热节增大，见P126图4-31,dy=d+(10~30),取d=60（见P134比例法）。

铸造工艺学冒口设计方案引言铸造作为一种重要的制造工艺，在工业领域中得到广泛应用。

冒口设计是决定铸件质量的关键要素之一。

合理的冒口设计可以提高铸件的质量，减少缺陷率，提高生产效率。

本文将介绍铸造工艺学中的冒口设计方案。

冒口设计的基本原则冒口设计的基本原则是确保铸液顺利进入铸型腔体，并使气体和杂质得以排出，同时避免冒口产生不良缺陷。

以下是冒口设计的基本原则：1.冒口应位于铸件最后凝固的部位，以避免冒口残留在最终铸件中。

2.冒口位置应选择在铸件上部，以利于铸液的顺利流入铸型腔体。

3.冒口的形状应考虑冷却过程中的热传递和凝固规律，以避免冷挤缩并保证铸件的凝固完整性。

4.冒口尺寸应根据铸件的大小和冷却速率进行合理的选择。

冒口设计的步骤进行冒口设计时，需要按照以下步骤进行：1.确定铸件的凝固模式：根据铸件的形状和材料特性，确定铸件的凝固模式，例如自上而下凝固、自下而上凝固等。

2.确定冒口位置：根据铸件的凝固模式和形状，选择冒口位置，使冒口尽量位于铸件的上部，以利于铸液的顺利流入铸型腔体。

3.确定冒口形状：根据铸件的形状和凝固规律，选择合适的冒口形状，例如斗形冒口、圆形冒口等。

4.确定冒口尺寸：根据铸件的大小和冷却速率，选择合理的冒口尺寸，以确保铸液足够流动，并使冷却过程中的缩孔最小化。

冒口设计的优化方法为了进一步提高冒口设计的准确性和效果，可以采用以下优化方法：1.模拟计算：利用铸造工艺学软件进行模拟计算，通过模拟铸造过程，预测冒口设计的效果，以减少试验次数和成本。

2.经验参数法：根据类似铸件的经验参数，选择合适的冒口尺寸和形状。

3.图形化分析法：通过绘制铸件的凝固曲线和冷却曲线，分析冒口设计的合理性，并进行必要的调整和优化。

结论冒口设计是铸造工艺学中的重要环节，对铸件的质量和生产效率具有直接的影响。

合理的冒口设计可以提高铸件的质量，减少缺陷率。

在冒口设计过程中，需要根据铸件的凝固模式、形状和材料特性，选择合适的冒口位置、形状和尺寸。

铸钢件冒口设计的最优化方法铸钢件冒口设计的最优化方法铸钢件冒口设计是铸造工艺中的重要环节，它直接影响到铸件的质量和成型结果。

冒口的设计应考虑到铸造过程中的各种因素，并寻求最佳的设计方案。

为了达到这一目标，可以采用以下的最优化方法。

首先，需要对铸钢件的几何形状、尺寸和材料特性进行分析。

通过对铸件的结构进行全面的了解，可以确定所需的冒口形式和位置。

同时，还需评估铸件的材料特性，如熔化温度、流动性等参数，以确保冒口设计的可行性。

其次，可以使用数值模拟软件进行铸造过程的数值模拟。

数值模拟可以模拟铸造过程中的各个阶段，包括铸液的充型、凝固和冷却等过程。

通过模拟，可以分析不同冒口设计方案对铸件的影响，如温度分布、凝固缩孔等缺陷的形成情况。

根据模拟结果，可以选择最佳的冒口设计方案。

此外，还可以考虑使用优化算法进行冒口设计的最优化。

优化算法可以通过多次迭代，不断调整冒口的位置和形式，以寻求最佳的设计方案。

常用的优化算法包括遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法等。

通过优化算法的应用，可以找到冒口设计中的最优解，使铸钢件的质量得到最大程度的提高。

最后，还需考虑到实际生产的可行性和经济性。

冒口设计不仅需要满足铸件的质量要求，还需考虑到实际生产中的可操作性和成本控制。

因此，在优化冒口设计时，还需综合考虑生产工艺、设备条件和成本等因素，以确保最终的设计方案能够实际应用于生产中。

综上所述，铸钢件冒口设计的最优化方法包括对铸件几何形状和材料特性的分析、数值模拟的应用、优化算法的使用以及考虑实际生产条件的综合考虑。

通过这些方法的应用，可以寻求最佳的冒口设计方案，提高铸钢件的质量和生产效率。