冒口种类及其补缩原理

冒口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

按冒口形状有圆柱形、球顶圆柱形、长（腰）圆柱形、球形及扁球形等多种，如图3-51所示。按安放位置则可分为顶冒口、侧冒口、明冒口、暗冒口等如图3-52所示。

2.通用冒口补缩原理

（1）基本条件 通用冒口适用于所有合金铸件，它遵守顺序凝固的基本条件：

图3-51 常用冒口形状

a）球形 b）球顶圆柱形 c）圆柱形（带斜度） d）腰圆柱形（明） e）腰圆柱形（暗） f）整圈接长冒口

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，如图3-53所示，造成补缩的有利条件。

图3-52常用冒口种类（按安放位置）

a）铸钢件 b）铸铁件

1—明顶冒口 2—暗顶冒口 3—边冒口 4—铸件

图3-53 压力缸体铸钢件（方案1）

缸底厚140mm处用滚圆法导出至冒口

图3-54 铸钢三通管工艺方案

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，如图3-54所示。

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，如图3-55所示。

（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。

图3-55 压力缸体铸钢件（方案1） 用暗冒口补缩缸底

图3-56 板件及杆件铸钢冒口的补缩距离

a）板形件 b）杆形件

1—冒口 2—铸件(www.xing528.com)

1）铸钢件冒口的补缩距离。碳钢铸件的冒口补缩距离如图3-56所示。还可依图3-57、图3-58的曲线查出。这些曲线是用w（C）=0.2%～0.3%的碳铸钢件的试验取得的。

图3-57

a）冒口区长度与壁厚的关系b）末端区长度与壁厚的关系铸件断面的宽厚比：1—5∶12—4∶13—3∶14—2∶15—1.5∶16—1∶1

容易看出，冒口区长度和末端区长度都随铸件厚度增大而增加，且随截面的宽厚比减小而减小。说明薄壁件比厚壁件更难于消除轴线缩松，而杆件比板件补缩难度大。阶梯形铸钢件的冒口补缩距离比板形件的大。冒口的垂直补缩距离至少等于冒口的水平补缩距离。

2）外冷铁的影响。试验证明，在两个冒口之间安放冷铁，相当于在铸件中间增加了激冷端，使冷铁两端向着两个冒口方向的温度梯度扩大，形成两个冷铁末端区，显著地增大了冒口的补缩距离。当把冷铁置于板或杆件末端时，会使铸件未端区长度略有增加。

用多边布置多块外冷铁的方法可以大大延长冷铁末端区的长度。如图3-59所示，因采用多边外冷铁，铸件只用一个冒口。外冷铁之间距离为0.5～1倍冷铁长度。图下部示出其等温线分布。

3）补贴的应用。为实现顺序凝固和增强补缩效果，铸造工艺人员在靠近冒口的铸件壁厚上补加的倾斜的金属块，称为补贴（衬补、增肉）。冒口附近有热节或铸件尺寸超出冒口补缩距离时，利用补贴可造成向冒口的补缩通道，实现补缩。应用补贴可消除铸件下部热节处的缩孔，还可延长补缩距离，减少冒口数目。

去除金属补贴会增加铸件清理和机械加工的工时，为克服金属补贴的这一缺点，可以应用“加热补贴”和发热（保温）块补贴，如图3-60所示。加热补贴的耐火隔片至少要被钢液加热到1480℃才有效。发热（保温）块补贴的应用具有良好的经济效益。

图3-58 冷铁对冒口补缩距离的影响

a）板件 b）杆件

1—冒口 2—冷铁 3—铸件

图3-59 带内圈的联套铸铁工艺

图3-60 补贴种类

a）无补贴 b）金属补贴 c）加热补贴 d）发热（保温）块补贴

依在铸件上的位置，补贴又分为垂直补贴和水平补贴。

水平补贴如图3-61所示的最大长度为冒口模数的4.7倍，Ⅰ-Ⅰ断面处的补贴模数M_i=ab/[2（a+b-c）]应按冒口颈模数计算。

图3-61 水平补贴的尺寸

图3-62 垂直补贴尺寸

1—冒口 2—补贴 3—铸件

垂直补贴的尺寸可依图3-62确定。该图是对板形碳钢铸件进行顶注、立浇试验，后经X射线透视检查而总结出来的关系曲线——补贴厚度a和铸件壁高H、壁厚T间的关系曲线。

当生产条件同上述试验条件有差别时，如用于杆件（断面宽厚比小于5∶1），采用底注式浇注系统，高合金钢铸件等，都需要将补贴厚度数据乘以补偿系数。铸钢件垂直补贴的补偿系数见表3-6。

铸件上局部热节的补贴尺寸，常用A·Heuvers氏滚圆法确定。对于重要部位的热节用扩大滚圆法；对于次要部位的热节用不扩大滚圆法。图3-63示出铸钢齿轮毛坯的轮缘和轮毂处补贴的具体求法。a图为轮缘补贴的确定方法；d_y为热节处内切圆直径；d₁=1.05d_y，d₂=1.05d₁为直径；d₁和d₂均与轮缘内壁相切，圆心依次取在d_y和d₁的圆周上，最后画出一条曲线与各圆相切，即为补贴外形曲线。

对于轮毂，如图3-63b所示，一般用d_y沿轮毂内壁连续滚圆到冒口根部，

然后作各圆外切线即得到冒口补贴。

表3-6 重直补贴的补偿系数

图3-63 求冒口补贴尺寸的滚圆法

a）轮缘的补贴 b）轮毂的补贴