【正文】 如果生產(chǎn)條件較好，鑄件形狀簡單，或鑄件批量大，能克。為了驗證冒口頸是否正確，需要進行試驗。 25℃。 l）要求鑄型強度高。 3）冒口便于去除，花費少。 2）冒口位置便于選擇，冒口頸可很長。 l）鑄件工藝出品率高。澆注系統(tǒng)當冒口的例子見圖3526，澆溫1320℃。經(jīng)驗證明：薄小的石墨鑄鐵件中很少發(fā)現(xiàn)縮松，當用濕型時也如此。 圖3524上的澆注溫度應(yīng)代表澆注后型內(nèi)的金屬溫度。 仍用圖3524確定冒口頸（內(nèi)澆道）的模數(shù)。 理論上，所有鑄件都能用澆注系統(tǒng)當冒口，但當鑄件較厚時把冒口和澆口分開，工藝出品率將提高。 對于薄壁的鑄鐵件，冒口頸很小，可用澆注系統(tǒng)兼起直接實用冒口的作用，內(nèi)澆道依冒口頸計算，超過鑄件最高點水平面的澆口杯和直澆道部分實質(zhì)上就是冒口。 冒口頸的位置，可選在最關(guān)鍵部分或更厚的任何部分上。 關(guān)鍵部分的膨脹和比它厚的部分的液態(tài)收縮只有同時發(fā)生，且是相互關(guān)聯(lián)的，才可能相互抵償。這時應(yīng)繪制模數(shù)－體積份額圖，這可有助于判定關(guān)鍵部分。對于形狀簡單的鑄件，關(guān)鍵模數(shù)容易確定。 （2）冒口頸的計算原則是：鑄件液態(tài)收縮結(jié)束或共晶膨脹開始時刻，使冒口頸及時凍結(jié)，為計算簡便，設(shè)鑄件形體簡單，只有一個模數(shù)Ms。了更好地發(fā)揮直接實用冒口的補縮作用，推薦采用大氣壓力冒口的形式，在冒口頂部放置大氣壓力砂芯或造型時做出錐頂砂。 冒口體積比鑄件所需補縮的鐵水量要大些。另一方面，隨著冷卻速度加快，會有大量初生奧氏體析出，從而加大了液態(tài)收縮。 用上面二式得出的鑄鐵液態(tài)收縮率ε液和澆注溫度tp、碳當量CE的關(guān)系如圖3523所示。對于共晶成分的鑄鐵液，從澆注溫度tp冷卻到共晶溫度的體收縮率ε液，可用下式表示 ε液=｛α液｝℃（｛tp｝/℃1150）=（90+30）（｛tp｝/℃－1150）106（3515） 對于碳當量CE＝，共晶前設(shè)先析出約30%（體積分數(shù)）的奧氏體，液態(tài)鐵向奧氏體轉(zhuǎn)變體收縮率為3%，這樣就增加了30%3%=%的體收縮率。為了避免鑄件膨脹壓力超過鑄型的承壓能力而導致鑄件脹大變形，產(chǎn)生縮松，要求采用干型、自硬型等高強度鑄型。對灰鑄鐵件。在同樣模數(shù)下：球鐵比灰鑄鐵的膨脹壓力高。 在剛性好的高強度鑄型內(nèi)，鑄鐵的共晶膨脹形成內(nèi)壓，迫使液體流向縮孔、縮松形成之處，這樣就可預(yù)防鑄件于凝固期內(nèi)部出現(xiàn)真空度，從而避免了縮孔、縮松缺陷。 （一）直接實用冒口（包括澆注系統(tǒng)當冒口） 它比通用冒口更實用。 實用冒口（applied risering）設(shè)計法是讓冒口和冒口頸先于鑄件凝固，利用全部或部分的共晶膨脹量在鑄件內(nèi)部建立壓力，實現(xiàn)自補縮，更有利于克服縮松缺陷?？梢娞剂繉ο蜩F件的縮松比硅的作用強7倍之多。 碳、硅含量對球鐵件縮松的影響如圖3521所示。相反，大模數(shù)鑄件，Mc≥，凝固時間長、降溫慢，對補縮要求低，創(chuàng)造適當工藝條件，甚至可用無冒口工藝。在砂型鑄造條件下，鑄件冷卻速度主要取決于鑄件模數(shù)。 當把該鑄鐵的冷卻速度提高到200℃/min時（與直徑30mm球試樣的干砂型冷卻條件相當），%（體積分數(shù)）。 （3）鐵液的停留時間 鐵液停留時間長，溫度高（超過1500℃），降低冶金質(zhì)量。新生鐵本身的品質(zhì)優(yōu)或劣，對收縮、膨脹特性影響很大。設(shè)計冒口時要密切注意現(xiàn)場鐵液的冶金質(zhì)量，它可以用試樣的石墨球數(shù)來評定：（M=）的Y形試樣上取樣作金相檢查，以1mm2面積上的石墨球數(shù)為準，即當球數(shù)150個/mm2評為冶金質(zhì)量好，90～150個/mm2為 “中”，90個/mm2為差。 而實驗數(shù)據(jù)表明，每析出1%質(zhì)量的石墨，鑄鐵體積增大約2%。 球鐵凝固期出現(xiàn)的體積膨脹，許多文獻中稱為石墨化膨脹或縮前膨脹，但也有人認為不單純是因奧氏體－石墨共晶轉(zhuǎn)變引起的。 2）一次收縮、體積膨脹和二次收縮的大小并非確 定值，而是在很大范圍內(nèi)變化。以球鐵為代表，其凝固過程可分為：一次收縮（primary contraction）、體積膨脹（volume expansion）和二次收縮（secondry contraction）等三階段（見圖3520）。第三節(jié) 鑄鐵件實用冒口的設(shè)計 一、鑄鐵的體收縮 相對地，模數(shù)法比較科學。可以預(yù)料，隨著技術(shù)進步和生產(chǎn)管理水平的提高，鑄件的工藝出品率會逐漸提高的。顯然，采用補縮效率高的冒口類型會導致高的工藝出品率。應(yīng)用普通冒口時，應(yīng)視不同情況加以調(diào)整。 3. 鑄件工藝出品率的校核經(jīng)過長期的生產(chǎn)統(tǒng)計，各種鑄鋼件的工藝出品率如表3510所示，可供校核之用。 由于各地區(qū)、各工廠的生產(chǎn)條件不同，所給出的經(jīng)驗比例也不完全一致。 冒口直徑D=φ2－（15～20）mm，φ2是輪轂外徑。 d1=（～）dy r的值待d1值確定后，按圖作出。 （1）冒口補貼 按下列經(jīng)驗比例關(guān)系確定 d1=（～）dy R1=R件+dy+（1～3）mm R2=（～1）dy δ=5～15mm （2）冒口尺寸 用下述比例關(guān)系計算： 暗冒口寬 B=（～）dy 明冒口寬 B=（～）dy 冒口長 A=（～）B （3）冒口補縮距離L=4dy，當兩冒口之間距離超過此值時，應(yīng)放冷鐵或設(shè)水平補貼。 現(xiàn)以常見的輪形鑄鋼件（如齒輪、車輪、皮帶輪、摩擦輪和飛輪等）為例，介紹用比例法確定冒口尺寸的方法、步驟（見圖3519）。詳見有關(guān)手冊。 3. 比例法比例法是在分析、統(tǒng)計大量工藝資料的基礎(chǔ)上，總結(jié)出的冒口尺寸經(jīng)驗確定法。但實際應(yīng)用中冒口高度都大于其直徑，故安全系數(shù)足夠大，補償了計算的誤差。 該方法還認為：直徑為d0的球體積應(yīng)等于鑄件（被補縮部分）的總體收縮容積。 這樣，當冒口高度和直徑相等時，鑄件中最大凝固層厚度為壁厚的一半，依假定①，冒口中凝固層厚度也為鑄件厚度之半，因而，冒口中縮孔球直徑d0等于冒口直徑與鑄件厚度之差，見圖3518。 公式（3510）就是計算冒口直徑dr的三次方程。 把上述關(guān)系代入（359）中得 dr3－K1Mc dr2－K2Vc=0 （3510） KK2——常數(shù)，與冒口形式和合金體收縮ε有關(guān)。例如，對圓柱形明冒口有： Vr=πBdr2/4，Ar=πdr2/ （B+1/4）。 對普通冒口；近似地認為冒口散熱表面積在補縮過程中無變化。這樣的冒口才是最節(jié)約的。 原理 ： 補縮時冒口中的金屬液不斷進入鑄件，冒口體積Vr和模數(shù)Mr逐漸減小。分區(qū)計算模數(shù)如下： 缸底：直徑φ400mm，側(cè)面為非冷卻面，可視為140mm的板件，M=d/2=7cm； 帽狀部分視為板件，厚100mm，M=5cm； 缸體主壁部分：視為厚120mm的板件，M=6cm； 上部平板部分：厚80mm，板件，M=4cm； φ120mm孔的四周部分：視為板件，厚80mm，M=4cm； 熱節(jié)：缸體主壁與斜壁相交處，熱節(jié)圓φ180mm，視為厚180mm的當量板，M=d/2=9cm。總的來說，用上述不同方法計算出的模數(shù)值相近，皆能滿足工藝設(shè)計的精度要求。此外還有其他方法。 3）用一倍厚度法求熱節(jié)模數(shù) 如圖3516所示，溫度測定試驗表明，離熱節(jié)處一倍壁厚以外的溫度，基本與壁體的溫度相同。 2）熱節(jié)圓當量板（或桿）法設(shè)鑄件平板壁厚為T，凝固時間為τ，熱節(jié)中心處凝固時間為τj。復雜鑄件總是由簡單幾何體與其相交節(jié)點所構(gòu)成。5. 校核冒口補縮能力。4. 檢查順序凝固條件，如補縮距離是否足夠，補縮通道 是否暢通。3. 確定冒口形狀和尺寸（應(yīng)盡量采用標準系列的冒口尺 寸）。2. 計算冒口及頸的模數(shù)。在設(shè)計和校核冒口時，q值大的鑄件應(yīng)選取冒口補縮效率的上限值。在其他條件相同時，q值大則冒口補縮效率高。而大平板件q值非常之大。 鑄件形狀系數(shù)（shape coefficent）q又名周界商，定義為鑄件體積Vc與其模數(shù)Mc3之比值，即 q＝Vc/ Mc3 (357) q值使鑄件形狀數(shù)量化，q值的大小表明了鑄件形狀的特征——形狀越接近于簡單的實心球體，q值越??；反之，鑄件形狀越接近展開的大平板，q值越大。鑄件凸形表面的凝固層增長速度高于平面和凹形表面。A. 鑄件形狀系數(shù)的影響以Chvorinov公式為基礎(chǔ)的模數(shù)法忽略了鑄件形狀對凝固時間的影響，而實際上，在其他條件（模數(shù)、合金、鑄型等）相同時，球體件凝固時間最短，圓柱體次之，平板件最長。 a. 冒口的凝固時間τr應(yīng)大于等于鑄件被補縮部位的凝固時間τc。通用冒口的計算方法很多，現(xiàn)僅介紹幾種常用的冒口計算方法。 冒口的有效補縮距離為冒口作用區(qū)與末端區(qū)長度之和，它是確定冒口數(shù)目的依據(jù)，與鑄件結(jié)構(gòu)、合金成分及凝固特性、冷卻條件、對鑄件質(zhì)量要求的高低等多種因素有關(guān)，簡稱為冒口補縮距離 1. 鑄鋼件冒口的補縮距離有色合金的冒口補縮距離外冷鐵的影響補貼(padding)的應(yīng)用第二節(jié) 鑄鋼件冒口的設(shè)計與計算 冒口的形狀有圓柱形、球頂圓柱形、長(腰)圓柱形、球形及扁球形等多種3. 通用冒口補縮原理 1. 基本條件 1. 冒口凝固時間大于或等于鑄件(被補縮部分)的凝固時間2. 有足夠的金屬液補充鑄件的液態(tài)收縮和凝固收縮，補償澆注后型腔擴大的體積3. 在凝固期間，冒口和被補縮部位之間存在補縮通道，擴張角向著冒口2. 選擇冒口位置的原則 1. 冒口應(yīng)就近設(shè)在鑄件熱節(jié)(hotspot)的上方或側(cè)旁2. 冒口應(yīng)盡量設(shè)在鑄件最高、最厚的部位。習慣上把冒口所鑄成的金屬實體也稱為冒口。對于輕合金也可用更廉價的普通玻璃纖維網(wǎng)。三、耐火纖維編織過濾網(wǎng) 國內(nèi)應(yīng)用比較多的是高硅氧玻璃纖維網(wǎng)，為提高其剛性和耐火度，預(yù)先經(jīng)過浸涂耐火涂料及烘干處理。 作為流變劑的有： 膨潤土、粘土 作為粘結(jié)劑或空氣硬化劑的有： 鋁的正磷酸鹽、鎂正硼酸鹽、氯化鋁的羥基氧化物、硅酸鈉（或鉀）、硅酸乙酯等。陶瓷漿料組成為：陶瓷材料粉，流變劑，粘結(jié)劑或空氣硬化劑及適量水，有的還加入有機泡沫浸蝕劑、陶瓷纖維，以提高過濾板的強度。過濾板四周的壓砂深度大些為好，至少應(yīng)大于3mm，并同砂型緊密接觸，以免金屬液從四周縫隙流過，起不到過濾作用。一、陶瓷網(wǎng)格過濾板（cellular ceramic filter） 設(shè)計帶有過濾板的澆注系統(tǒng)時，應(yīng)考慮：過濾板容易安放在砂型中，使金屬液全部穿過過濾板而進入型腔，過濾板盡量靠近型腔，澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)宜簡化，過濾板可以水平、傾斜或垂直放置。(6)不污染金屬，不發(fā)氣。(4)有足夠的金屬液通過速度。(2)能濾去金屬液中盡可能小的微觀雜質(zhì)，使金屬液凈化。市場供應(yīng)三種典型的過濾板：陶瓷網(wǎng)格過濾板、泡沫陶瓷過濾板和編織的玻璃纖維過濾網(wǎng)。第六節(jié) 金屬過濾技術(shù)近年來，由于金屬過濾技術(shù)的發(fā)展，為得到高純凈度的金屬鑄件和鑄錠提供了條件。黃銅的鑄造性能接近于鋁青銅等無錫青銅，黃銅液中因有鋅蒸氣的保護和自然脫氣作用，故很少形成氧化膜和析出性氣孔?？刹捎糜炅苁?、壓邊式等頂注式澆注系統(tǒng)。多應(yīng)用底注、開放式澆注系統(tǒng)，并常用濾渣網(wǎng)和集渣包。三、銅合金澆注系統(tǒng)的特點 鑄造常用的銅合金有鋁青銅、錫青銅和黃銅。 依選取的澆口比，可求出其他組元面積。根據(jù)水力模擬試驗及實際澆注試驗，確定出輕合金充型時的最大允許雷諾數(shù)如表3416所示。澆口比如下： 鑄件 小于20kg S直：S橫：S內(nèi)＝1：2：（2～4） 20～50kg S直：S橫：S內(nèi)＝1：3：（4～5） 大于50kg S直：S橫：S內(nèi)＝1：4：（5～6）推薦以容許最小紊流程度為依據(jù)的阻流計算法。蛇形直澆道增加流動阻力，降低流速使充型平穩(wěn)。據(jù)經(jīng)驗，低于100mm的矮鑄件才可用頂注式或中間注入式澆注系統(tǒng)。 因此，要求合金在澆注系統(tǒng)中流動平穩(wěn)，不產(chǎn)生渦流、噴濺，以近乎層流的方式充型。有的糊狀凝固特性強，難于消除縮松，澆注系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)注意發(fā)揮冷鐵、冒口的作用，要求有較大的縱向溫度梯度才能消除縮松缺陷。輕合金降溫快，應(yīng)快澆。 過熱的鋁合金有很高的氫的溶解度，因而應(yīng)嚴格控制熔煉溫度，脫氫和變質(zhì)處理應(yīng)精心，否則易引起析出性氣孔。輕合金的澆注溫度低，對型砂的熱作用較輕。二、輕合金鑄件的澆注系統(tǒng) 輕合金是鋁、鎂合金的統(tǒng)稱，特點是密度小，熔點低，容積熱容量小而熱導率大，化學性質(zhì)活潑，極易氧化和吸收氣體。只要知道底注澆包的內(nèi)尺寸、出鋼的噸位和渣量，根據(jù)上面的一組方程就可以計算并繪出底注澆包的澆注工藝特性曲線。（二）底注包澆注工藝特性的應(yīng)用傳統(tǒng)計算法簡便易行，但存在著重要缺點，澆注速度采用“平均值”，這與實際情況不符。其他組元截面積以包孔截面積為基準，參照下述澆口比確定澆注系統(tǒng)各組元截面積 S包孔：S直：S橫：S內(nèi) ＝1：（～）： （～） :（～）生產(chǎn)中為加強冒口的補縮效果，常在每個冒口下部設(shè)置內(nèi)澆道，冒口數(shù)量多時，內(nèi)澆道數(shù)目也相應(yīng)增多，結(jié)果使?jié)沧⑾到y(tǒng)更加“開放”。經(jīng)校核、如果鋼液上升速度達不到要求，應(yīng)采取措施，使之滿足表347的要求。澆注時間和液面上升速度可用公式（3426）或表344給出的數(shù)據(jù)初步確定澆注時間，作為選擇包孔的依據(jù)。應(yīng)指出，同一澆包和包孔的澆注速度，隨包內(nèi)鋼液深度變化而變化。每個包孔的鋼液流量——澆注速度，不僅決定于包孔直徑，還與包內(nèi)鋼液深度有關(guān)。澆包容量及包孔選擇澆包總?cè)萘繎?yīng)大于鑄型內(nèi)金屬需要量。（一）底注包澆注系統(tǒng)的經(jīng)驗計算法鑄鋼車間的澆包容量和熔爐噸位一致，一般只有一種或幾種容量的澆包和數(shù)種直徑的包孔。用底注澆包澆注時，澆注系統(tǒng)必須是開放式的，直澆道不被充滿，保證鋼液不會溢出澆道以外。塞桿阻流有一定限度，依經(jīng)驗，超過此限度時鋼液流股分散，無法正常澆注。只在造型流水線上澆注小件的個別情況下才使用轉(zhuǎn)包澆注。絕大多數(shù)工廠使用保溫性能好、阻渣能力強的底注澆包，中大型鑄件的直澆道用耐火磚管砌成。對較大的熱節(jié)或鑄件，則另設(shè)冒口，使內(nèi)澆道通過冒口，以提高冒口的補縮效率。根據(jù)經(jīng)驗，澆注時間的變化如果超過1秒，廢品就會大幅度增加。澆口杯應(yīng)足夠大。盡量使各層型腔同時充滿。實踐表明，對垂直分型無箱造型，可以采用恒壓等流量澆注系統(tǒng)——強封閉式澆注系統(tǒng)。三、垂