球墨铸铁件冒口设计方法分析

球墨铸铁（还有灰铸铁、蠕墨铸铁）在凝固过程中要经历共晶膨胀期，因此给冒口设计提供了多种方法。球墨铸铁冒口设计法可分两类：通用（传统）冒口设计法和实用冒口设计法。通用冒口遵循传统的顺序凝固原则，冒口和冒口颈迟于铸件凝固，铸件进入石墨化膨胀期会把多余的铁液挤回冒口，依靠冒口的金属液柱重力克服凝固末期的二次收缩缺陷——缩松；而实用冒口设计法不实行顺序凝固，让冒口和冒口颈先于铸件凝固，利用全部或部分的共晶膨胀量在铸件内部建立压力，实现“自补缩”，更有利于克服缩松缺陷。相比之下，实用冒口的工艺出品率高，铸件质量好，成本低，它比通用冒口更实用。

球墨铸铁件有5种冒口类型或补缩方法供选用：通用冒口、控制压力冒口、浇注系统当冒口、直接实用冒口和无冒口补缩法，如图3-64所示。

通用冒口的主要优点是：可用于任何壁厚的球墨铸铁件和各种铸型，对铸型强度、刚度无特殊要求，只要浇注温度不过低即可，无严格限制。主要缺点是工艺出品率过低。

图3-64 球墨铸铁冒口设计图

在铸型强度较低湿砂型中（硬度低于85）铸造较厚的球铁件时，仍然建议用通用冒口。为节约起见，推荐应用瓶形的“缩管”冒口。

1.直接实用冒口（包括浇注系统当冒口）

（1）基本原理 直接实用冒口的特点是：利用全部共晶膨胀以补偿铸件的二次收缩。安放冒口是为了补给铸件的液态收缩，当液态收缩终止或共晶膨胀开始时，冒口颈即行冻结。在刚性好的高强度铸型内，铸铁的共晶膨胀形成内压，迫使型腔作弹性扩大。于铸铁二次收缩时期，随内压逐渐降低，型壁回弹挤压铸件。这样就可防止铸件凝固时期内部出现真空度，避免了缩孔、缩松缺陷。这种冒口又称为压力冒口。

（2）直接实用冒口的优缺点

1）主要优点：

①铸件工艺出品率高。

②冒口位置便于选择，冒口颈可很长。

③冒口便于去除，花费少。

2）主要缺点：

①要求铸型强度高。模数超过0.48cm的球铁件，要求使用高强度铸型，如干型、自硬砂型和V法砂型等；

②要求严格控制浇注温度范围，±25℃。保证冒口颈冻结时间准确。(www.xing528.com)

③对于形状复杂的多模数铸件，关键模数不易确定。为了验证冒口颈是否正确，需要进行试验。

2.控制压力冒口

（1）基本原理 控制压力冒口适于在湿型中铸造中等厚度的球墨铸铁件。其特点是：只利用部分共晶膨胀量补偿铸件的二次收缩。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，可使铸件内部铁液回填冒口以释放“压力”。控制回填程度使铸件内建立适中的内压用来克服二次收缩缺陷——缩松。从而达到既无缩孔、缩松，又能避免铸件胀大变形。这种冒口又叫“释压冒口”。

（2）用浇注系统当冒口 对于薄壁的铸铁件，冒口颈很小，可用浇注系统兼起直接实用冒口的作用，内浇道依冒口颈计算，超过铸件最高点水平面的浇口杯和直浇道部分实质上就是冒口。由于湿型的承压能力所限，确定球铁件的模数小于等于0.48cm时，适宜采用浇注系统当冒口。

3.无冒口补缩法的应用条件

无冒口铸造是令人感兴趣的高经济效益的方法，早在25年前就已开始研究和应用，但得到公认是最近30年的事。如前所述，只要球铁冶金质量高，铸件模数大，采用低温浇注和坚固的铸型，就能保证浇注型内的铁液，从一开始就膨胀，从而避免了形成液态收缩缺陷——缩孔的可能性，因而无需冒口。尽管以后的共晶膨胀率较小，但因为模数大，即铸件壁厚大。仍可以得到很高的膨胀内压（高达50MPa），在坚固的铸型内，足以克服二次收缩缺陷。在生产中要认真满足下列应用条件：

1）要求铁水的冶金质量好。

2）球铁件的平均模数应在2.5cm以上。当铁液冶金质量非常好时，模数比2.5cm小的铸件也能成功地应用无冒口工艺。

3）使用强度高、刚性大的铸型。可用干型、自硬砂型、水泥砂型等铸型。上下箱之间要用机械法（螺栓、卡钩等）牢靠地锁紧。

4）要低温浇注。浇温控制在1300～1350℃。

5）要求快浇。防止铸型顶部被过分地烘烧和减少膨胀的损失。

6）采用小的扇形薄内浇道，分散引入金属。每个内浇道的断面积不超过15mm×60mm，以求尽早凝固，促使铸件内部尽快建立压力。

7）开设明出气孔。

生产中容易出现工艺条件的某种偏差，为了更完全、可靠，可以采用一个小的顶暗冒口，重量可不超过浇注重量的2%，通常称为安全冒口。其作用仅是为弥补工艺条件的偏差，以防万一，当铁液呈现轻微的液态收缩时可以补给，避免铸件上表面凹陷。在膨胀期，它会被回填满。这仍属于无冒口补缩范畴。