冒口冷铁和铸肋.ppt

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1、第5章 冒口、冷铁和铸肋主要用于防止缩孔、缩松、裂纹和变形；冒口种类很多。,第1节 冒口的种类及补缩原理冒口的种类 按工艺：,顶冒口 依位置分 侧(边)冒口 普通冒口 明冒口 依顶部覆盖 暗冒口 通用冒口 大气压力冒口 依加压方式 压缩空气 发气冒口 保温冒口 发热冒口 特种冒口 依加热方式 加氧冒口冒口 电弧、煤气加热冒口 易割冒口 直接实用冒口（浇注系统当冒口）铸铁件实用冒口（均衡凝固）控制压力冒口 冒口无补缩,按形状：圆柱形、球顶圆柱形、长（腰）圆柱形、球形、扁球形等。,常用冒口,通用冒口补缩原理 适用范围：所有合金铸件，实现有效补缩的条件是遵从顺序凝固原则。（1）基本条件a 冒口凝固时

2、间等于或大于铸件（被补缩部分）的凝固时间。b 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。c 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 a 在热节的上方或侧旁 b 尽量在铸件最高、最厚部位。低处热节设补贴或冷铁。图3-5-2.ppt c 不应设在铸件最重要、受力大的部位。d 不要选在铸造应力集中处，应减轻对铸件的收缩阻碍，避免裂纹。e 尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件。图3-5-3.ppt f 冒口布置在加工面上，可节约铸件精整工时，外观好。g 不同高度的冒口，应用冷铁使各个冒口的补缩范围隔开。图3-5-4.ppt,（

3、3）冒口有效补缩距离的确定有效补缩距离：冒口作用区与末端区长度之和。是确定冒口数目的依据。,a 铸钢件冒口的补缩距离 碳钢件如下图：冒口区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。,小结：薄壁件比厚件更难以消除轴线缩松；杆件比板件补缩难度更大；阶梯形铸钢件补缩距离比板件大；垂直补缩距离至少等于水平补缩距离。,b 铸铁件通用冒口的补缩距离 灰铁件：共晶度低，结晶温度范围宽，共晶前析出奥氏体阻碍补缩，故补缩距离短,球墨铸铁：糊状凝固，只有湿型和壳型铸造厚大铸件，铸型刚度较差时才用通用冒口补缩。见表3-5-1。可锻铸铁：补缩距离为4-4.5倍壁厚。c 有色合金的冒口补缩距离 铜

4、合金见表3-5-2锡青铜、磷青铜：糊状凝固，有效补缩距离短，易出现分散缩松。无锡青铜和黄铜：凝固范围窄，补缩距离大。黄铜5-9T。铝、锰青铜5-8T。共晶型铝合金：4.5T。非共晶型的铝合金：2T。,d 外冷铁对补缩距离的影响在两个冒口间放冷铁，形成两个末端区，显著增加有效补缩距离。端部放冷铁延长末端区。,e 补贴的应用实现冒口补缩的基本条件之一：铸件凝固时始终保持向着冒口的补缩通道扩张角。壁厚均匀的板形件往往难以达到这个要求。补贴：在靠近冒口的铸件壁上补加的倾斜的金属块。补贴可从结构上造成向着冒口的补缩通道扩张角，有效延长补缩距离。,补贴种类：金属补贴加热（耐火隔片）补贴发热（保温）补贴,补

5、贴的位置：水平补贴：最大长度为冒口模数的4.7倍，其它尺寸如图。垂直补贴：试验条件和关系曲线如图，生产条件变化时补贴厚度乘以补偿系数。,垂直补贴：试验条件和关系曲线如图，生产条件变化时补贴厚度乘以补偿系数。,局部热节的补贴尺寸：采用AHeuvers氏滚圆法。重要部位的热节可用扩大滚圆法，如图。o,第2节 铸钢件（通用）冒口的设计与计算2.1 模数法 在铸件材质、铸型性质和浇注条件确定后，凝固时间主要决定于铸件的结构形状和尺寸。时间、体积、表面积。体积越大，热量越多。表面积越大，散热越快。铸件的模数 凝固时间,（1）基本原理 遵守顺序凝固的基本条件a 冒口的凝固时间应大于等于铸件被补缩部位的凝固

6、时间。凝固时间遵循Chvorinov公式 式中 Mr、Mc 分别为冒口模数和铸件模数；Kr、Kc 分别为冒口、铸件的凝固系数。,设计冒口不要求求出铸件和冒口绝对凝固时间，只需要求出模数，知道相对凝固时间。对于普通冒口，由于 Kr=Kc，f 冒口的安全系数，f=1.2 碳钢、低合金钢铸件冒口、冒口颈、铸件模数间的关系：侧冒口：内浇道通过冒口：顶冒口：,b 冒口必须提供足够的金属液 式中-金属从浇注完到凝固完毕的体收缩率，见下表。-冒口的补缩效率。=（补缩体积/冒口体积）100%，见表3-5-6。,、对冒口体积的影响如图,（2）铸件形状系数的影响 铸件形状系数 q的意义q值越小，越接近简单实心球体

7、；q值越大，越接近展开的大平板。对于实心球体q=113，生产中的铸件在113-5000范围内。q值对补缩效率的影响q值越大，冒口的补缩效率越高。见表3-5-7。,（3）通用冒口设计步骤 把铸件划分为几个补缩区，计算各区的铸件模数。按比例计算冒口及冒口颈的模数。确定冒口的形状及尺寸。检查顺序凝固条件（补缩距离是否足够、补缩通道是否畅通）。校核冒口的补缩能力。,（4）铸件模数的计算模数：又称为铸件折算厚度 简单几何体的模数计算,相交节点的模数a 测定热节中心和平板中心的凝固时间。b 热节圆当量板（或杆）法。把热节部位视为以热节圆直径为厚度的板或杆件。表3-5-8,c 用“一倍厚度法”求热节模数。,

8、2.2 三次方程法原理：凝固结束时冒口模数应该等于铸件模数，最理想,2.3 补缩液量法假定：铸件、冒口凝固层增长速度相等；冒口内补缩用的金属液体为直径 球。铸件中最大凝固层厚度为铸件壁厚的一半，冒口凝固层厚度也为铸件壁厚的一半。冒口中缩孔球直径 等于冒口直径与铸件的壁厚差：其中直径为 的球体体积等铸件被补缩部分的体积。,2.4 比例法热节圆直径与冒口的比例关系,2.5 铸件工艺出品率,第3节 铸铁件实用冒口的设计3.1 铸铁的体收缩特点 具有石墨化膨胀。球铁凝固过程 三个阶段：一次收缩 体积膨胀 二次收缩 三个阶段的收缩、膨胀并非定值，在很大范围内变化。,球铁体积膨胀的特点 温度可高于共晶温度

9、。实验数值大于计算数值，认为体积膨胀还与气体的析出有关。影响铸铁收缩、膨胀的因素a 冶金质量影响 在其它工艺因素相同的条件下，冶金质量好的铸件一次收缩、体积膨胀、二次收缩的值都小。冶金质量的评定：从Y形式样上取样做金相检验，以1mm2面积上的石墨球数为准。150 好；90 差。,影响冶金质量的工艺因素：炉料的组成及品质。炉型。铁液的停留时间。孕育。b 冷却速度的影响：冷却速度越大，铸铁的液态收缩、体积膨胀和二次收缩值也越大。影响冷却速度的因素：铸造方法。铸件模数。对小模数的铸件，应安放冒口。,c 化学成分如图3-5-21，高于wc+1/7wSi=3.9线的区域为致密区。碳量对消除球铁件的缩松比

10、硅的作用强7倍。wc/wSi比对v、l、的影响如图。当为wc/wSi1.18时体收缩率最小。,3.2 实用冒口设计法设计原则冒口和冒口颈先于铸件凝固，利用部分或全部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。实用冒口的优势 出品率高 对缩松防止效果好，成本低。,实用冒口的种类及适用范围,(1)直接实用冒口（包括浇注系统当冒口）基本原理 当铸件处于液态收缩期，冒口能够进行补缩；当液态收缩终止或体积膨胀开始时，让冒口颈及时冻结，利用铸铁的共晶膨胀在高强度铸型内形成内压力，迫使液体流向缩孔、缩松处。这样就可预防铸件于凝固期出现真空度，从而避免出现缩孔、缩松。也称为压力冒口。,应

11、用铸型强度较高，如干型、自硬型。湿型：球铁件模数小于0.48cm，灰铁件模数小于0.75cm。薄件,铸件模数大，膨胀压力高。球铁比灰铸铁的膨胀压力高。,冒口和冒口颈的设计 a 冒口的体积 铸铁液态收缩率的计算：对铸铁=（90+30C）x10-6,根据平衡相图，铸铁的碳含量每增大1%，液相线温度下降90。所以：,亚共晶灰铸铁收缩率与碳当量有关。冒口有效体积的确定：冒口的有效体积比铸件须补缩的铁水量要大些。冒口的形式：大气压力冒口。,b 冒口颈的计算 设计原则：铸件液态收缩结束或共晶膨胀开始时刻，冒口颈应及时冻结。传热学推导：冒口颈模数的修正：浇注时的温度损失、铸件外壳薄层凝固的热损失。修正结果见

12、图3-5-24。,关键模数的确定：它本身的体积膨胀量能补偿所有更厚部分的液态收缩量，直到比它厚的部分开始膨胀为止。关键部分的膨胀和比它厚的部分的液态收缩只有同时发生，且是相互关联的，才可能相互抵偿。,这也表明，更厚的部分也可以满足关键部分的要求。注意：冒口只须补偿关键部分共晶之前的液态收缩体积。直接实用冒口的有效补缩距离是无限的。,用浇注系统当冒口 应用：薄壁铸件，球铁件 灰铁件 时采用。设计：内浇道做冒口颈，按图3-5-24确定，但要控制浇注温度。冒口高于铸件最高水平面的只浇道和浇口杯部分。例：下图球铁件,直接实用冒口的优缺点 优点：铸件工艺出品率高。冒口位置便于选择，冒口颈可很长。冒口便于

13、去除，花费少。缺点要求高强度铸型。要求严格控制浇注温度范围 25，以保证冒口颈冻结时间准确。复杂铸件关键模数不易确定。为验证冒口颈是否正确需生产试验。,（2）控制压力冒口（释压冒口）基本原理控制压力在湿型可承受的范围。当用湿型铸造球墨铸铁件0.48 2.5cm时，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，可使铸件内铁液回填冒口以释放部分压力。通过控制回填程度在铸件内建立适中的内压来克服二次收缩缺陷缩松。,控制压力的机理：如图，以D曲线为例。二次收缩：体积膨胀：铸型所能容纳的膨胀：T1以上。不足以补偿二次收缩的膨胀：T0以上。膨胀量控制范围：（Cs+Z/2）Z/2 铁液回填冒口的终止

14、目标：T2。,三种控制方法：a 冒口颈适时冻结。用冒口颈尺寸控制。浇注温度、冶金质量的变动可能导致控制失败，不可靠。b 用暗冒口的容积实现控制。暗冒口被回填满后建立内压，浇注温度不能超过T0对应的温度。否则回填不满。c 采用冒口颈尺寸和暗冒口容积双重控制。控制浇注温度和冶金质量。冶金质量好的铁液（图中b），二次收缩小，扩大了Z区，并且不会使铸件胀大变形。，容易实现压力控制,设计方法 a 冒口和冒口颈冒口模数 Mr：主要取决于铸件厚大部分的模数Ms和冶金质量。按下图确定。冒口位置和形式：靠近铸件厚大部位，暗冒口，以冒口模数确定其尺寸，以有效体积大于铸件所需补缩的体积校核（图3-5-30）。冒口颈

15、：采用短冒口颈，模数按下式：Mn=0.67Mr冒口颈的形状可选圆形、正方形和矩形。,b 冒口的补缩距离 概念：由凝固部位向冒口回填铁液的距离。影响因素：模数、冶金质量。如下图 冶金质量好、模数大，则输送距离大。输送距离达不到的部位，铸件内膨胀力过大，可能使铸件胀大、变形及产生缩松。,c 冒口的位置和数目冒口应安放到模数大的位置。复杂铸件：依铁液输送距离和模数体积分额图决定冒口位置及数目，如图。若，则可判定分体1可通过分体2将多余的铁液输送到安放在分体3的冒口内，此时只需一个冒口；否则，则应在分体1、3上分别安放冒口。,d其它经验尽量采用内浇道通过边冒口引入的方式。采用大气压力暗冒口。采用扁薄内

16、浇道，长度至少为厚度的4倍。要求浇注后迅速凝固以在冒口中形成缩孔。要求快浇。宜高温浇注。1371-1427oC希望采用冶金质量好的铁液。适用于湿型中铸造模数的球铁件、的灰铁件。要求铸型的硬度大于85。,（3）无冒口补缩法的应用条件 a 铁液的冶金质量好。b 球铁的平均模数大于2.5cm。c 铸型的强度、刚度足够，上下箱牢固锁紧。d 低温浇注1300-1350。e 快浇，防止铸型顶部被过分烘烤和减小膨胀损失。f 采用小的扁薄内浇口，分散引入，每个面积不超过15X60mm，以尽早凝固。g 设明出气孔，直径20mm，相距1m，均匀布置。h 为安全起见，可采用安全冒口。,例：前盖板下压模工艺。o,3.

17、3 铸铁件的均衡凝固技术均衡凝固的定义利用铸铁液收缩和膨胀的动态叠加，采取工艺措施，使单位时间的收缩与补缩、收缩与膨胀按比例进行的一种凝固原则，可理解为有限的顺序凝固。均衡凝固的工艺原则 a 铸铁件的体收缩率是不确定的，与所有的工艺条件有关。b 越是薄小件越要强调补缩，厚大件补缩要求低。c 铸铁件的冒口不必晚于铸件凝固，因此，冒口模数可以小于铸件模数。应充分利用石墨化膨胀。,d 冒口不应放在铸件热节点上，要靠近热节以利于补缩，又要离开热节，以减少冒口对铸件的干扰。e 开设浇冒口时，要避免浇冒口和铸件接触处形成接触热节。f 推荐耳冒口、飞边冒口等冒口颈薄、宽、短的形式，图3-5-35。,g 铸件

18、的厚壁热节应放在浇注位置的下部。当厚薄相差较大时，厚壁热节处安放外冷铁，铸件可不安放冒口。如果铸件大平面处于上箱，可采用溢流冒口保证大平面的表面质量。h 采用冷铁，平衡壁厚差，消除热节。不仅能防止厚处热节的缩松，且可使石墨化膨胀提前，减小冒口尺寸，增强自补缩作用。i 优先采用顶注工艺。提高自补缩程度。,均衡凝固与顺序凝固的异同都强调铸件的补缩。均衡凝固的补缩技术，强调铸件的自补缩，冒口只是补缩不足的差额，冒口不必晚于铸件凝固，冒口不应该放在铸件的热节上，冒口的补缩是有限的；顺序凝固的冒口，强调冒口要晚于铸件凝固，冒口放在铸件最高的厚实部位或热节处。,均衡凝固与同时凝固的异同都强调浇口、冒口要从

19、铸件的薄壁处引入，使铸件温差减小，以避免局部过热。同时凝固强调的是减小应力、裂纹与变形，而不考虑补缩；由于均衡凝固使冒口避开了铸件的热节，使铸件得到补缩的同时，也减小了应力、变形和裂纹。,冒口设计基础 铸铁件体积收缩与膨胀的叠加原理,P 点称为均衡点，对应着铸件收缩值等于膨胀值的时间，此时表观收缩为零，既冒口补缩的终止时间。,几个参数a 收缩时间分数 铸铁件表观收缩时间与铸件凝固时间的比值。或在生产中可用观测冒口或浇口杯液面停止下降的时间来判定 值。,b 收缩模数均衡点P对应的模数，即凝固时间为AP的铸件的模数 式中-铸件的模数；-收缩模数系数，。,c 周界商可以看出几何体模数是相等的（凝固时

20、间相同），周界商大，体积大的，同样时间内凝固的体积大，自补缩能力强。,d 铸铁件的补缩率铸件从冒口和浇口中得到的补缩液体体积与铸件、冒口体积的比值。100%与工艺条件、铸件结构密切相关。,冒口设计的收缩模数法均衡凝固冒口的补缩时间、冒口大小、冒口位置及个数都和顺序凝固有很大差别，是有限补缩。,a 冒口模数 式中、冒口、铸件的模数；冒口平衡系数，为冒口原始模数与残余模数之比，取；收缩模数系数，和铸件模数、质量、周界商有关；安全系数，。冒口补缩时间：铸铁件冒口不必要补缩到铸件凝固完毕，但要补缩到表观收缩时间AP，P点后铸件进行自补缩。图3-5-35.ppt,b 冒口的体积参与补缩的液态金属量式中

21、冒口补缩效率，一般取10%-30%；铸件补缩率；冒口的体积；铸件的体积。冒口大小：冒口提供给铸件的补缩量不是液态收缩和固态收缩总和，而只是表观收缩值。图3-5-35.ppt,c 冒口颈模数理论上应等于铸件的收缩模数，但考虑到冒口、铸件对冒口颈的热影响，铁液流通热效应，冒口颈的凝固时间会延长，约为其几何模数的2-4倍，因此，而 故式中 考虑流通热效应后的冒口颈模数；流通效应的模数增大系数，。,d 冒口位置：由于冒口不必晚于铸件凝固，冒口处的凝固时间只要大于或等于AP时间即可，冒口不要放在热节上或厚壁处，这样就不会延长铸件的凝固时间。e 冒口的补缩距离和个数：冒口补缩是在比较早的时间阶段完成的，处

22、于液态，补缩畅通无阻，补缩距离教远，一般只安装1-2个冒口。,冒口设计的分段比例法 小件：D=（）T 中件：D=（）T 大件：D=（）T,第四节 提高通用冒口的补缩效率的措施和特种冒口主要措施提高冒口中金属液的补缩压力；延长冒口中金属液的保持时间。4.1 大气压力冒口结构 如图：型时作出锥顶砂或在暗冒口顶部插砂芯。,效果 可补缩比冒口高出1480mm的钢、铁铸件。实际上由于枝晶阻力、析出气体的作用，补缩高度200mm左右。,设计铸钢件：按普通冒口确定尺寸，冒口高度取允许的最小值。大气压力侧冒口可按下式确定。冒口颈截面为椭圆形，短轴为b，长轴为（）b。,4.2 保温、发热冒口 结构：用保温材料或

23、发热材料作冒口套、顶部使用保温剂、发热剂的冒口。,效果：延长冒口中金属液的保持时间，见表3-5-10。,冒口套的组成 a 耐火材料石英砂、镁砂、铬铁矿砂等。b 保温材料膨胀珍珠岩、蛭石、大孔陶粒、发电厂粉煤灰、陶瓷棉等纤维材料。这些材料的主要化学成分为氧化硅和氧化铝，且呈多孔状。,c 发热剂和点火剂发热剂常用铝粉、硅铁粉和氧化铁的混合物，称为铝硅发热剂。在金属液的热作用下，温度超过1250摄氏度时，发生剧烈的化学反应而放出大量的热，因而延长了冒口的凝固时间。用于铸钢大型冒口效果较好。但用于小型冒口或有色金属难以达到反应温度，这时应加入点火剂和氧化剂，如硝酸钠、硝酸钾等。2AI+Fe2O3AI2

24、O3+2Fe+Q 3Si+Fe2O33SiO2+4Fe+Q,d 延缓、填充剂起延缓放热反应进行的作用，常用硅砂、耐火砖粉、刚玉砂。e 粘结剂 常用膨润土、矾土水泥、水玻璃、酚醛树脂等。冒口套实例陶瓷棉保温冒口大孔陶粒保温冒口电厂灰、膨胀珍珠岩复合保温冒口烟道灰复合保温冒口发热冒口套,保温、发热冒口的计算 式中 保温冒口模数 普通冒口模数 铸件模数 保温（发热）冒口的模数增大系数 可用实验法测定：,与 冒口套厚度 有关系。冒口越厚，越大一般 如图，用来确定经济、合理的保温套厚度。,4.3 易割冒口结构如图，在冒口根部放一片耐火陶瓷或耐火材料制成的带孔隔板，使冒口中金属液通过孔对铸件补缩。,隔板的

25、组成与制作：成分见表3-5-12。混碾均匀后在芯盒内成型，自然干燥24-48小时后，再经烘干，或继续烧结。隔板的尺寸 对圆补缩颈：对长方形补缩颈：,第五节 冷铁冷铁：加快局部冷却，使铸件实现同时凝固或顺序凝固。冷铁种类 外冷铁：在铸件表面，可以回收；内冷铁：在铸件内部，与铸件成为一体。.冷铁的材质外冷铁材质:金属类：钢,铸铁,铜 其他类：比石英砂蓄热系数大的材料，如铬砂、镁砂、锆砂和石墨，在局部都可以起到外冷铁的作用。内冷铁材质：与铸件的材质相同。,冷铁的作用1）在冒口难于补缩的部位防止缩孔、缩松。2）防止壁厚交叉部位及急剧变化部位产生裂纹。3）与冒口配合使用，能加强铸件的顺序凝固条件，扩大冒

26、口补缩距离或范围，减少冒口数目或体积。,4）用冷铁加速个别热节的冷却，使整个铸件接近于同时凝固。既可防止或减轻铸件变形，又可提高工艺出品率。5）改善铸件局部的金相组织和力学性能。如细化基体组织，提高铸件表面硬度和耐磨性等。6）减轻或防止厚壁铸件中的偏析。,一.外冷铁(一)种类:1.直接外冷铁:直接与铸件接触的冷铁,2.间接外冷铁:冷铁与铸件热节之间用型砂隔开.目的：防止球铁,灰铁产生白口.防止合金钢材质的铸件 产生裂纹，其激冷作用不如直接外冷铁。,(二)作用特点用接触面积为76mm76mm、厚度不同的外冷铁，浇注127mm127mm203mm的碳素钢长方体进行凝固速度的系统试验。其结果为：,1

27、）在开始阶段，外冷铁处钢的凝固速度大，以后外冷铁处的凝固速度同型砂处差不多。说明外冷铁吸热后激冷作用减弱。2）冷铁厚度大，激冷作用强。但当厚度达一定值后，钢的凝固速度将不再增加。如厚度13、25、75mm的冷铁效果几乎一样。因而没有必要用过厚的外冷铁。3)外冷铁处钢的凝固层约为砂型处的2倍多。在冷铁与砂型的交接处，由于凝固层厚度不同，线收缩开始的时间不同，容易产生裂纹。,4）冷铁的形状对冷却速度有较大的影响 图中的两个形状冷铁会在冷铁与砂型接触的界面前沿有一个过渡，或让冷铁的厚度有个过渡，因而，使结晶前沿也有一个过渡，保证铁水凝固过程中没有大的温度差，避免产生裂纹。,（三）使用注意事项1）外冷

28、铁的位置和激冷能力的选择，不应破坏顺序凝固条件，不应堵塞补缩通道。2）每块冷铁勿过大、过长，冷铁之间应留间隙。避免铸件产生裂纹和因冷铁受热膨胀而毁坏铸型。3）外冷铁厚度可参照 表3-5-14 选取。,4）尽量把外冷铁放在铸件底部和侧面。顶部外冷铁不易固定，且常影响型腔排气。5）外冷铁工作表面应平整光洁，去除油污和锈蚀，涂以涂料。钢中铁和碳将有如下反应 FeO+CFe+CO Fe2O3+C2Fe+3CO 6）铸铁外冷铁多次使用后，易使铸件产生气孔。用于要求高的铸件应限制使用次数。使用中氧及其他气体会沿石墨缝隙进入冷铁内部，造成其氧化、生长。当再次应用时，遇热就会析出气体，导致铸件气孔。,(四)外

29、冷铁计算1.工作表面积(1)冷铁的位置对激冷作用的影响无气隙冷铁:在铸件内侧或底部放置的冷铁，当铸件收缩时,铸件能与冷铁紧密接触，称无气隙外冷铁。有气隙外冷铁:在铸件顶部和外侧的冷铁，为有气隙外冷铁。,铸钢件:无气隙外冷铁的激冷效果，相当于在原有砂型的散热表面积上净增了两倍的冷铁工作表面积（As=Ao+2Ac1）;有气隙外冷铁的效果，相当于在原有砂型散热表面积上净增了一倍的冷铁工作表面积（As=Ao+Ac2）。应用外冷铁可使铸件凝固时间缩短，相当于使铸件模数由Mo减小为M1，由此可导出外冷铁工作表面积Ac。,对无气隙外冷铁有:（As=Ao+2Ac1）对有气隙外冷铁有:（As=Ao+Ac2）,上

30、两式中:V0铸件（被激冷处）的体积；Ac、As、A0冷铁工作表面积、砂型等效面积、铸件的表面积；M0、M1铸件原模数、使用冷铁后铸件的等效模数,其中Ac1、Ac2为无气隙、有气隙冷铁工作面积,2.冷铁应用的条件:1)顺序凝固如图没加冷铁时的模数是M0,加冷铁后的模数M1,相邻壁厚的模数为Mp。顺序凝固条件:M1=(0.83-0.91)MP2）同时凝固M1必须四周薄壁部分的模数。,3.外冷铁的重量为防止外冷铁被铸件熔接，应计算或校核外冷铁的质量。计算原理为：铸件（热节部分）的质量为W0，用外冷铁激冷后，铸件模数M0减小为等效模数M1，对应Ml的铸件质量为W1,则质量差（W0-W1）所含的过热热量

31、和结晶潜热应为外冷铁所吸收并使之升温。设cL、cs为金属液、固体的比热容,铸件凝固结束时允许外冷铁最高温度为600,依热平衡原理可导出外冷铁的质量Wc为,式中 t过热度。L结晶潜热。,二.内冷铁（一）注意事项：内冷铁的激冷作用比外冷铁强，使用时应注意：1）对内冷铁表面必须处理，以减少缺陷，2）内冷铁材质与铸件相同；3）尺寸与重量必须合适；4）外冷铁激冷作用不足时使用内冷铁；5）用于技术要求不太高的件，主要用于铸钢件。一般应用的是“熔接内冷铁”，要求内冷铁和铸件牢固地熔合为一体。只在个别条件下才允许应用“非熔接内冷铁”，例如，在铸件加工孔中心放置的内冷铁，在以后加工时被钻去。,常用内冷铁的形式,

32、内冷铁的熔接过程 四个阶段：如图。尺寸和材质：应使冷铁出现第三阶段。尺寸适中，材质熔点比铸件材质略高。,（二）内冷铁质量和尺寸的确定 1.模数法 原理：先确定冷铁作用处的等效模数内冷铁的作用使铸件的模数。对同时凝固 比相邻薄壁处的模数小10%对顺序凝固=实体铸件减小冒口，冒口模数,列出热平衡方程：铸件热节部分所释放的多余热量（为过热热量及1/3的熔化热），应使内冷铁升温到固相线温度，并吸收1/2的熔化热。,冷铁质量的热平衡方程式,*当内冷铁质量超过表3-5-16中的数值时，就不应单用内冷铁，而应同时采用外冷铁。,b 经验法 经验公式：式中：K-系数，即内冷铁占铸件（热节）的质量分数。G-铸件或

33、被激冷的热节处的质量。,铸钢L、T、X形热节中心使用圆钢内冷铁,第6节 铸肋（筋）铸肋 割肋（收缩肋）：防止铸件热裂。拉肋（加强肋）：防止铸件变形。6.1 割肋作用先于铸件凝固，获得强度以承受铸件收缩而受到的拉应力。,易于形成热裂的典型结构如图。,形状、结构与形式 比铸件薄，与拉应力方向一致而与裂纹方向垂直。有三角肋、弧形肋和长肋三种形状（如图）,确定割肋的结构尺寸主要考虑联结截面的主壁和邻壁之间的关系。主壁：承受拉应力的壁。邻壁：与主壁相交，并使主壁产生拉应力的壁。形式和尺寸如表,6.2 拉肋作用为防止断面呈U、V形铸件铸造后产生变形，开口尺寸增大而设置。结构尺寸拉肋壁厚应小于铸件壁厚，保证

34、拉肋先于铸件凝固。拉肋厚度为铸件厚度的倍。个别情况下可以利用浇注系统做拉肋。注意 拉肋并不消除铸件的应力。所以往往在拉肋的两端加工艺补正量或在模样上做出反变形量，以补偿拉肋在应力作用下产生的弹性变形。（如图）,铸件冒口、冷铁计算实例 工艺条件 某铸钢落锤近似为750mm的球形体，质量2900kg。试计算：a 普通冒口尺寸；b 保温冒口尺寸；c 内冷铁质量和保温冒口尺寸。,解 a 普通冒口（模数法）对于顶冒口：铸件模数：冒口模数：取H/D=1的圆柱形冒口。查得冒口尺寸 900mm，H=900mm。冒口质量2.9t。工艺出品率K=42%,b 保温冒口 按公式 ME=Mr/E=1.2Mc/E 取E=

35、1.6，得ME=15/1.6=9.4，近似取10。取H/D=1.5 的圆柱形冒口，查得冒口尺寸 535mm，H=800mm。冒口质量1.3t。工艺出品率K=69%,c 熔接内冷铁加保温冒口*计算内冷铁 加冷铁后铸件模数 M1=M0/1.5=12.5/1.5=8.3cm 浇注温度1550，得系数 f=0.1096，由公式（3-5-38）得：Wd=0.1096 2900（1-0.83/1.25）kg=106kg 按设定的铸件等效模数 计算保温冒口 设E=1.6 ME=1.2 8.3/1.6=6.2cm取H/D=1.5 的圆柱形冒口，查表冒口 320mm，H=480mm。冒口质量0.34t。工艺出品

36、率K=90%,本章小结1 冒口的种类、作用；2 铸钢件、铸铁件冒口的设计方法，均衡凝固技术；3 冷铁的种类、作用，外冷铁的计算方法、应用。,第6章 铸造工艺装备设计,第1节 模样及模板铸造工艺装备 造型、制芯及合箱过程中所使用的模具、工具和装置的总称。包括 模样、模板、模板框、砂箱、芯盒等。,1.1 模样1.1.1 模样的材质木模 优点：轻便、容易加工、来源广、价格低廉、适应性好。缺点：强度低、易吸潮、变形。木模的等级：按铸件的精度等级和重复使用次数分三级。常用木模材料：红松、柏木、柚木 适合作级模型与芯盒。桂木、银杏木、白松 适合作芯盒与模型。白杨、落叶松、衫木 适合作级模型与芯盒。菱苦土模

37、（芯盒）优点：节约木材、制作简便、成本低，表面光洁，不吸潮，变形小，易修理。缺点：质量大，抗弯、耐冲击性较差，混合料不能回用，边角易损。,组成：菱苦土粉：卤水：锯末=1：（1-2）：（2-4）体积比硬化反应：结构实例：如图。,金属模样 优点：表面光洁、尺寸精确、强度刚度大，使用寿命长。缺点：生产周期长，成本高，加工难度大。塑料模 优点：制造、修理简便，表面光洁，不吸潮，变形小，轻巧耐磨、寿命长，成本为金属模的20-50%。缺点：原材料有毒、导热性差，不能加热。消失模（聚苯乙烯塑料）优点：简化造型、节约砂芯，铸件尺寸精度高，易实现机械化、自动化生产。缺点：只能用一次，造型时模样易变形，多用于实型

38、、磁丸铸造。其它,1.1.2 金属模的结构设计工艺流程 模具图设计制造木模铸造金属模具毛坯机械加工及装配验证投产。金属模常用材料 铝合金、铜合金、球墨铸铁、钢。模样本体结构类型 模样结构类型：按分模面：整体式、分开式。按装配：整铸式、装配式（平装式、嵌入式）。模样外形：按铸造工艺图确定。,壁厚及加强筋 壁厚：按模样轮廓尺寸，见图3-6-3。高压造型应加大50%-100%。加强筋形式：落地筋。高度低于100mm，长宽尺寸较大的模样。稍高于模样底面的筋。高度小于75mm的中小模样。拱形筋。适用于高模样。筋距：150-400mm。厚度为倍的壁厚。,模样在模底板上的定位和紧固 定位：用定位销（如图），

39、位置应尽量在模样上矮而平的部位。两孔距离尽量远，每块模样上至少设2块。紧固：螺钉或螺栓。按倍模样壁厚尺寸选用螺栓直径，均匀分布模样四周。有上固定法和下固定法，如图。,113 模样及芯盒的尺寸标注与铸件相关尺寸：式中：与铸件有关的模样尺寸 零件尺寸 铸造工艺尺寸 K 铸件的铸造收缩率。非关联尺寸：按铸造工艺图上的尺寸标注，不加铸造收缩率 尺寸偏差及分模面平面度：见表3-6-2、3-6-3模样在模底板上的装配偏差：在保证上下模样的装配相对位移偏差不大于0.1mm的条件下，模样在模板上的位置偏差规定如下：双面模板：单面模板：浇冒口模的尺寸和位置偏差：,1.2 模板模板（型板）一般由模底板、模样、浇冒

40、系统模、加热元件、定位元件等组成。1.2.1 对模板的要求a 符合造型机的要求b 保证模底板、模样、砂箱定位准确。c 足够的强度、刚度、耐磨性。d 制造工艺简单，使用方便，标准化。1.2.2 模板的种类种类：见表3-6-4。实例：如下图。,1.2.3 模底板结构材料：为保证强度和刚度，常用灰铸铁、球铁、铸钢。为防止使用中变形，要进行人工时效。结构：外廓通常与砂箱相同。高度：根据造型机的工艺要求。壁厚、加强筋。参阅设计手册。,1.2.4 模板和砂箱的定位直接定位法 定位销（套）直接安装在模底板上。间接定位 定位销（套）安装在模板框上，模板和模板框之间另有定位。,配合精度 大批大量生产：H8/h8

41、 成批生产：H9/h9 单件小批生产：H10/h10定位销尺寸 按照砂箱名义尺寸选用20、25、30、35、40。实例 如图。,设计模板图的注意事项 a 模样和浇冒口模的位置、尺寸是否符合铸造工艺图的要求。吃砂量是否合适。b 上下模板中模样的布局、方向、尺寸标注是否一致，能否满足合箱要求。c 根据造型机的具体要求，验算模板高度应低于起模高度。d 直浇道的位置，合箱后应靠近浇注平台一侧。e 各种紧固、定位元件是否合适，装卸是否方便。,第2节 砂箱主要设计内容 类型、材质、尺寸、结构、定位、紧固。1.1 设计和选用砂箱的基本原则a 满足铸造工艺要求。b 尺寸和结构应符合造型机、起重设备、烘干设备的

42、要求。c 有足够的强度和刚度，使用中不变形、断裂。d 对型砂有足够的附着力e 久经耐用，便于制造。f 尽量标准化、系列化和通用化。,12 类型和选择专用砂箱和通用砂箱以制造方法分 整铸式 焊接式 装配式依造型方法和使用条件 手工造型用砂箱 机器造型用砂箱 高压、气冲用砂箱。实例,13 砂箱结构砂箱名义尺寸 名义尺寸：指砂箱的内框尺寸（长宽高）确定：每型铸件数、铸件尺寸、浇注系统布置、吃（持）砂量。所设计的砂箱长度和宽度尽量是50或100的整数倍；高度是20或50mm的倍数。吃砂量如下表。,箱壁 普通砂箱如图3-6-13。高压、气冲造型用砂箱如图3-6-14。,选用箱壁形式的几点经验 a 简易手

43、工造型砂箱，常用较厚的直壁箱，不设内外凸缘。简化制造和落砂。b 普通机器造型砂箱，常用向下扩大的倾斜壁，底部设凸缘，防止塌箱，保证刚性，便于落砂，箱壁留出气孔。c 中箱箱壁多为直壁，上下都设凸缘。大砂箱内应有箱带以防止塌箱。中箱因无贯通的箱带，故应加厚。d 高压造型和气冲造型用砂箱，尽量不加箱带，以便于落砂。因受力大，因此要求刚性大。小砂箱用单层壁，大砂箱用双层壁。箱壁上不设出气孔。,箱带 作用：防止塌箱和掉砂，增加砂型、砂箱的总体强度和刚度。应用：中大型砂箱 形状尺寸如图。专用砂箱：按铸件的形状及持砂量。通用砂箱：箱带高度取倍的砂箱高度。箱带间距：120-600mm。宽度小于500mm的砂箱

44、只设横向箱带。,砂箱定位 定位形式：泥号、箱锥、箱朵、止口、定位销。机器造型只用定位销。定位销：座销 用于大量生产的各种砂箱。插销 用于成批生产的矮砂箱。,定位销套和导向销套。,搬运、翻箱机构 形式手把：用于小型砂箱。吊轴：用于中大型砂箱。吊环：用于重型砂箱。材质及连接方式：钢材，铸接、整铸、螺纹连接。砂箱的紧固 目的：防止涨箱、跑火。形式上箱自重法压铁法手工夹紧法自动夹紧法。,第3节 芯盒（core box）3.1 芯盒的类型和材质类型 普通芯盒、热芯盒、壳芯盒、冷芯盒。普通芯盒的的结构脱落式、对开式材质铸铁：用于大芯盒；铝合金：中小芯盒；铜合金、钢材：用于制作芯盒镶块和活快。,3.2 芯盒

45、结构设计,设计模板图的注意事项 a 模样和浇冒口模的位置、尺寸是否符合铸造工艺图的要求。吃砂量是否合适。b 上下模板中模样的布局、方向、尺寸标注是否一致，能否满足合箱要求。c 根据造型机的具体要求，验算模板高度应低于起模高度。d 直浇道的位置，合箱后应靠近浇注平台一侧。e 各种紧固、定位元件是否合适，装卸是否方便。,壁厚、加强筋（肋）和边缘 参照有关设计手册。活块、镶块 活块：用于妨碍起模的的地方，用定位销、燕尾槽、榫定位，重心应在芯盒窝座之内。镶块：为加工方便，将局部分开镶装在本体上。定位、夹紧机构 定位：定位销、铰链、止口。,夹紧：手工芯盒：钢丝制作的弓形夹。成批生产芯盒：标准夹紧元件。手柄、吊轴3.4 一般芯盒的精度尺寸偏差：见表3-6-2。分盒面的平面度：见表3-6-3。分盒面间隙：小于0.1mm，两半芯盒的重合性尺寸偏差应符合以下规定：分盒面上工作内腔平均轮廓尺寸 偏差500 0.12定位销孔中心距偏差：活块与窝座间隙：,全部课程结束,