如何计算冒口尺寸——钢铸件冒口设计方案优化

1）有壁厚为8mm的薄壁箱体，其模数M_件=0.4cm，浇注温度为1300℃，浇注时间约为10s，铁液中w（C）=3.35%，w（Si+P）=2.5%，试确定是否需要安放冒口。

解 先从图4-74中沿着，查出ε=-3.8%，再从图4-75中，找出浇注时间为10s和模数M_件=0.4cm的两点作连线相交于铁液后补量坐标上，查出后补量N=-3.8%。

图4-74 确定铸铁体收缩和收缩时间的线图

由于|ε|-|N|=|-3.8%|-|-3.8%|=0

故不需要安放冒口。

2）铁液化学成分同上例，铸件壁厚为40mm，模数M_件=2cm，浇注时间为18s，浇注温度为1300℃，试确定是否需要安放冒口。

解 先从图4-74中查得ε=-1.5%，再从图4-75中查得N=-1.0%。

|ε|-|N|=|-1.5%|-|-1.0%|=0.5%＞0

故此铸件需安放冒口进行补缩。

图4-75 确定铁液后补量的线图

从以上两个例子看出，尽管铸件的化学成分相同，浇注温度一样，但是由于铸件的模数与浇注时间不同，而缩孔情况则完全两样。

3）已知铸件重量m_件=120kg，模数M_件=1.5cm，收缩时间t_收缩=50%t_凝固，收缩量ε=0.5%，试求灰铸铁冒口h=2d时的冒口直径d。

解 查图4-76，在ε=0.5%的左上图找出M_件=1.5cm与t_收缩=50%t_凝固的交点，由此向右与m_件=120kg的线相交，便可读出相交点处冒口直径d=70mm，而冒口在完全凝固状态下的重量为3.2kg。

4）试求图4-77所示法兰的模数。

解 法兰与管壁的交接处形成热节，用作图法估计热节的冷却速度，相当于法兰增厚到72mm，再将增厚的法兰看成是交接截面的杆状件，故其模数为

图4-76 灰铸铁冒口尺寸图

h=2d（收缩ε=0.5%及1.0%）

图4-77 法兰

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5）图4-78所示为双法兰铸钢件，材质为ZG310-570，但上下法兰均需设冒口补缩。已知铸件重量为710kg，试求冒口各部分的尺寸。

图4-78 双法兰铸钢件的冒口布置图

1—侧暗冒口 2—明顶冒口

解 ①求铸件模数M_件。已知a=10cm，b=20cm，非冷却面d=8cm，则M_件=ab/[2（a+b）-d]=10cm×20cm/[2×（10cm+20cm）-8cm]≈3.85cm。

②求M_冒及M_颈。由M_件与M_冒的比例关系可知

M_冒 =1.2M_件=1.2×3.85cm=4.62cm

底部法兰采用浇注系统通过侧暗冒口，故

M_颈 =1.03M_件=1.03×3.85cm≈4cm

③确定铸件金属的体收缩率ε。因为铸件材质为ZG310-570，浇注温度取t_浇=1500℃，查表4-17得ε=4.5%。

④确定冒口的形状和尺寸。根据有关模数法计算冒口的方法可得出：顶部明冒口取M_冒=4.5cm；b=2a，h=1.5a的腰圆柱形冒口，其冒口根部宽、长分别是a=190mm，b=380mm，高度h=285mm，单个冒口重量为123kg。当钢液的收缩率为4.5%时，每个冒口的最小补缩能力约为250kg。

底部侧暗冒口取M_冒=4.5cm的圆柱形侧暗冒口，根部直径为240mm，高h=360mm，冒口颈宽b=240mm，颈高h=127mm，单个冒口重量为95kg，每个冒口的最大补缩能力约为200kg。

⑤验算冒口数目。冒口在铸件上的布置如图4-78所示。近似地用圆筒周长πD=3.14×400mm=1256mm代替法兰热节中心的圆周长，上下法兰厚度均为100mm，宽、厚比为2∶1，查图4-60得冒口区长度为150mm，冒口的总作用范围（以侧暗冒口为依据）是：（240+2×150）×2mm=1080mm，略小于1256mm，说明侧暗冒口的数目不足，但对于没有气密性要求的铸件来说，上述4个冒口可以基本满足铸件质量要求。

⑥校核冒口的最大补缩能力。从上述计算结果知道，四个冒口最大补缩能力的总重量是m_补=250kg×2+200kg×2=900kg，铸件重量m_件=710kg。可见冒口有足够的金属液供给铸件补缩。

表4-17 确定钢的体收缩率ε图表

注：w（C）为碳的质量分数。

6）图4-79所示的厚实铸件（铸钢）用一个顶冒口补缩。铸件m_件=546kg，V_件=70dm³，M_件=5cm，ε=5%，试计算所需的发热冒口尺寸。

图4-79 发热冒口的补缩能力

1—冒口的残留体积 2—铸件

解 铸件的体收缩量V_缩=70dm³×5%=3.5dm³。使用普通冒口时M_普冒=1.2×5cm=6cm。M_热冒=M普冒/1.43=6cm÷1.43≈4.2cm。根据铸件的结构特点，决定采用直圆筒形的发热冒口套。根据以往的生产经验，暂定冒口尺寸为ϕ230mm×345mm。此冒口的M_冒=4.3cm，m_冒=9.8kg，V_冒=14.4dm³。模数已满足了铸件的要求，但能否满足对铸件补缩的要求，还要进行验算。，因V_补大于V_缩，故冒口足够大。