铸钢件冒口：尺寸、补缩、标准与设计

1.铸钢件冒口和铸铁件冒口的区别

（1）铸钢件冒口大于铸铁件冒口 同一种结构铸件，铸钢冒口比铸铁冒口大。

（2）补缩通道区别 铸钢件补缩通道，是从凝固开始到凝固结束应一直存在；而铸铁件是在凝固初期（共晶转变以前）要存在，当大量共晶凝固开始后就不需要了。这是因为石墨化膨胀量足以补充其收缩量，因而用冒口补缩铸铁均匀板件和杆件时，一般不必加补贴。

（3）冒口颈大小有原则区别 铸钢件冒口颈一定要大于被补缩铸件的壁厚或热节，而灰铸铁件、球墨铸铁件冒口颈尺寸一定要小于铸件被补缩处的尺寸。一般只占被补缩处铸件壁厚的60%～70%，最大占85%。这是为了使铸件在大量共晶凝固以前，冒口颈先凝固，形成一个封闭系统。共晶凝固开始后，充分利用石墨化膨胀力，达到自补缩作用。若灰铸铁件冒口颈尺寸大于被补缩处铸件尺寸，当共晶凝固开始后，冒口颈还没有凝固，在石墨化膨胀力作用下，铁液可能反馈进入冒口，冷凝后在冒口根部往往出现缩孔和缩松。

2.冒口的计算方法

（1）比例法（又称热节圆法）其经验性较强，简单可靠，工厂里普遍应用。通常是在零件图上加上加工余量和收缩率作图（最好1∶1），直接量出或计算出热解圆直径。再按一定经验比例，确定冒口补贴和冒口尺寸。此法适用于各种不同结构的铸钢件。

1）不同结构铸件的冒口尺寸

①齿轮轮缘的冒口尺寸比例见表3-100。

表3-100 齿轮轮缘的冒口尺寸比例

注：补贴a值见表3-95。

②齿轮轮毂的冒口尺寸比例见表3-101。

表3-101 齿轮轮毂的冒口尺寸比例

（续）

③某些铸钢件局部位置的冒口尺寸比例见表3-102。

表3-102 某些铸钢件局部位置的冒口尺寸比例

④水平补缩时的冒口尺寸见表3-103。

表3-103 水平补缩时的冒口尺寸 （单位：mm）

（续）

注：1.本表仅适用于碳素钢和低合金钢。当铸件的高度相对于长度和宽度小得多时，可认为冒口对这种铸件主要作水平方向补缩。

2.当冒口补缩距离与冒口直径（或宽度）之比不大于2时，或补浇冒口时，d∶T取低值或中间值。

3.球形冒口取H_R∶d=1。

⑤垂直补缩时的冒口尺寸见表3-104。

2）用工艺出品率核算冒口尺寸和数量，见3.5.2节。

表3-104 垂直补缩时的冒口尺寸 （单位：mm）

注：1.本表仅适用于碳素钢和低合金钢。当铸件的高度相对于其他方向的尺寸大得多时，则可认为冒口主要按垂直方向补缩铸件。

2.采用点浇冒口时，d∶T取下限。

3.补贴L仅在冒口下方的模样部分（尺寸B）作出。

（2）补缩液量法

1）补缩液量法的原理如图3-20所示。

2）冒口直径计算公式的建立。假设：①铸件的凝固速度和冒口的凝固速度相等，即不考虑铸件形状对凝固速度的影响，这样当铸件完全凝固时凝固层厚度为壁厚之半，冒口的凝固层厚度也为铸件厚度之半；②冒口内供补缩的金属液是直径为d₀的球，当铸件凝固完毕时，d₀为冒口直径和铸件厚度之差。则：

d₀=D_冒-T

D_冒=d₀+T （3-11）

图3-20 补缩液量法的原理

1—铸件 2—冒口

式中 d₀——冒口内供补缩的金属球直径（mm），；

D_冒——冒口直径（mm）；

T——铸件厚度（mm）。

由上式可知：消耗于补缩铸件的金属液体积是，这个体积应该等于铸件被补缩部分总的体积收缩值。即

式中ε可由表3-96查得。只需算出铸件被补缩部分的体积V_件。

3）冒口直径计算步骤。①查表得出体收缩率ε；②计算铸件被补缩部分的体积V_件；③通过公式计算补缩球的直径d₀；④应用公式D_冒=d₀+T，计算出冒口直径D_冒。

（3）模数法 模数理论认为，模数是铸件凝固时间长短的标志。不管铸件形状如何，模数小则凝固时间短；模数大则凝固时间；模数相等，则凝固时间就相等或相近。根据这个理论，在冒口分布合理情况下，所选择冒口的模数大于铸件（或热节处）的模数，就能保证冒口晚于铸件（或热节）的凝固，从而获得内部组织致密的铸件。

铸件的体积与散热表面积的比值，称为凝固模数（简称模数）。用下式表示：

式中 M——模数（cm）；

V——体积（cm³）；

A——散热表面积（cm²）。

模数法设计冒口的具体程序如下：计算铸件模数M_件→确定模数比→计算冒口模数→查表，确定冒口尺寸和重量→用补缩液量法进行验算。

1）计算铸件模数M_件。先根据铸件特点，将复杂结构的铸件（或铸件上被补缩的部位）划分成若干简单的几何体（或加以简化），再参考第13章13.13节，算出铸件模数M_件。

2）计算冒口模数M_冒。根据冒口应晚于铸件凝固的原理，冒口模数M_冒应大于铸件模数M_件，则关系式为。不同类型冒口的模数计算见表3-105。

表3-105 冒口模数M_冒

3）根据计算的冒口模数、冒口颈的模数，可查标准冒口表，选择一个合适的标准冒口（尺寸）。(www.xing528.com)

适于中小型铸钢件的部分标准圆柱形暗冒口表见表3-106。

表3-106 部分标准圆柱形暗冒口

（续）

适于中小型铸钢件的部分标准腰形暗冒口表见表3-107。

表3-107 部分标准腰形暗冒口

（续）

4）根据冒口的有效补缩距离校核冒口的数目。

5）校核冒口的补缩能力。铸钢件的冒口，除必须具备畅通的补缩通道、满足晚于铸件凝固外，还必须有足够钢液量补偿铸件的体收缩。用公式或公式校核冒口的补缩能力。

若算出的数值大于被补缩铸件（或冒口担负的补缩的那部分）的实际体积，说明冒口补缩能力有余。

若算出的数值小于被补缩铸件（或冒口担负的补缩的那部分）的实际体积，说明冒口补缩能力不足，需要增大冒口尺寸，直到能满足对铸件的补缩为止。

也可以直接查有关于册，查得冒口最大补缩重量与被补缩铸件重量的关系，来校对冒口的补缩能力。

3.特种冒口

常用的特种冒口有：大气压力冒口、保温冒口、发热冒口、易割冒口等。

（1）大气压力冒口 大气压力冒口是指通过砂芯或尖角砂型，保持冒口内与大气连通的暗冒口，如图3-21所示。浇注后，冒口表面结壳，外界大气压力通过砂芯的孔隙作用在冒口内部液面上，形成由大气压力和冒口液柱重力共同作用，增强了冒口的补缩效果。

图3-21 大气压力冒口

a）带锥尖角砂的冒口（适用于中、小铸铁件机器造型） b）带砂芯的冒口（多用于铸钢件）

1—铸件 2—大气压力冒口 3—锥尖角砂 4—大气压砂芯

大气压力冒口顶部的砂芯和出气孔的尺寸见表3-108。

表3-108 大气压力冒口的砂芯和出气孔的尺寸 （单位：mm）

（2）保温冒口 采用热导率和堆密度非常小的保温材料作为冒口的造型材料，就可以减小冒口的直径，称为保温冒口。

保温冒口常做成保温冒口套的形式。保温冒口套的种类（按主要成分分类）有：①珍珠岩复合型保温套、②纤维复合型保温套、③空心微珠复合型保温套、④陶粒保温套。

保温冒口套的堆密度一般控制在0.6～0.8g/cm³，保温冒口套的厚度一般等于保温冒口模数的1～1.5倍。保温冒口的补缩效率η=25%～45%。

对于明保温冒口，也要在冒口顶部覆盖发热保温剂或保温剂（如炭化稻壳、柳毛石墨粉、保温套碎片等，保温剂用量为冒口重量的1%～1.7%）。

保温冒口的尺寸计算：

M_R=（0.92～0.85）M_C （3-14）

V_F=（0.25～0.45）V_R （3-15）

式中 M_R——保温冒口的模数（cm）；

M_C——铸件的模数（cm）；

V_F——保温冒口中的缩孔体积（cm³）；

V_R——保温冒口初始体积（cm³）。

按照式（3-14）计算得出的冒口，同时又能满足式（3-15）的要求，则该冒口就是合适的冒口。

保温冒口计算案例：如图3-22所示的厚实铸件。铸件重量546kg，铸件体积70dm³，铸件模数M_C=5cm，体收缩率ε=5%。采用保温冒口，试计算保温冒口尺寸。

计算：

1）铸件所需要的补缩液量V_S=70dm³×5%=3.5dm³。

2）计算保温冒口模数M_R：按式（3-14）取M_R=0.8M_C，则保温冒口模数M_R=0.8×5cm=4cm。

图3-22 厚实铸件的保温冒口

1—保温冒口 2—厚实铸件

3）查表3-109得保温冒口尺寸：φ240mm×240mm（高）。该冒口的模数M_R=4cm，体积V_R=10.8dm³。

表3-109 部分标准圆柱形保温小明冒口（h=d）

（续）

4）验算：冒口模数已满足铸件对保温冒口模数的要求，但能否满足对铸件补缩液量的要求，还要通过式（3-15）进行验算。

取保温冒口中的缩孔体积V_F=0.25V_R=0.25×10.8dm³=2.7dm³。

判断：因V_F＜V_S，故冒口不够大。需要从表3-109（或表3-110）中找一个较大的冒口以满足V_F≥V_S。

（3）发热冒口 发热冒口包括两种：发热套冒口和发热剂冒口。发热套冒口是指在铸型内安装发热和保温材料做成的，其内壁与冒口外形相同的保温套。发热剂冒口是指在普通冒口的上表面上撒入和覆盖发热剂。两者的作用相同，都是起加热钢液的作用。见表3-111。

表3-110 部分标准圆柱形保温明冒口（h=1.5d）

表3-111 发热保温冒口

（4）易割冒口 易割冒口是指冒口根部放有易割片的冒口。易割片很薄，中间有补缩孔，见表3-112。

表3-112 易割片材料及主要尺寸 （单位：mm）