铸件冒口设计的原则及方法

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1、2008NO.27科技创新导报ScienceandTechnologyInnovationHerald工程技术铸件冒口设计的原则及方法陈淑惠(陕西工业职业技术学院陕西咸阳712000)摘要:本文归纳了铸件冒口设计的五条原则。分析了铸钢件不同冒口设计的理论依据和计算公式,强调冒口离开热节动态顺序凝固的适用性。介绍了铸铁件均衡凝固冒口设计的理论及应用实例。关键词:铸件冒口设计原则方法中图分类号:TG142文献标识码:A文章编号:1674-098X(2008)09(c)-0100-031前言按照模数理论,无论铸件形体如何,只a—与合金有

2、关的常数;20世纪30年代,著名冶金工程师N.要模数相同,凝固时间就大抵相近。模数Vr—冒口的体积;Chvorinov提出了凝固模数的概念,在考虑了大,铸件厚实,凝固时间长;反之亦然。根Vc—铸件被补缩部分的体积;据平方根定律(τ=K·M2),冒口的凝固模ε—凝固收缩率(%);合金、铸型等热物理参数和浇注条件的基础上,按照铸件形体所决定的热量传输特征,数Mr与铸件的凝固模数Mc,必须满足如下c—与冒口和铸件的相对冷却速度有建立了凝固模数与凝固时间关系的平方根关系:关的系数。定律,为冒口设计提供了科学依据。60年(2)取ε=5%,a

3、=0.1,c=1.0,式(5)可以变为代,R.Wlodawer完善并发展了Chvorinov式(2)中的f为冒口的平衡系数,R.(6)1的理论,在平方根定律的基础上,建立了冒Wlodawer提出f≥1.2即可实现补缩结束V/V—f曲线关系如图1。图中虚线为1rc口—铸件间模数关系式,总结出适用于各时冒口的残留模数大于或等于铸件的模美国铸造实践委员会由试验数据得出的曲种复杂铸件的模数计算方法,把冒口参数数,补缩时间得以保证。线。可以看出,式(6)曲线与实测结果十分设计定量化。至今,各种冒口设计方法的采用模数法计算出的冒口体积,应该吻

4、合。该法主要用于检验铸钢件冒口设计演变和发展,还没有脱离模数理论体系。用补缩液量法进行校核,即冒口体积V应结果是否合理。r满足式(1)。3.5冒口三次方程法[2]2铸件冒口补缩设计原则3.2热节圆比例法铸件凝固过程中,冒口液面不断下降,2.1凝固时间热节圆比例法是一种经验性方法。采体积减少,散热表面积增加,冒口模数动态冒口的凝固时间大于或等于铸件(被补用作图法或几何公式计算出热节圆直径T,变小;铸件获得补缩液体后热量增加,凝固缩部分)的凝固时间,对有石墨化膨胀的铸然后根据铸件不同截面形状确定比例系数时间相对延长,凝固模数动态扩大,

5、根据顺铁件,冒口的凝固时间大于铸件的表观收α,冒口直径d的计算公式为序凝固时间准则,τ>τ,由平方根定律得rrc缩时间。2.2补缩液量比例系数α的数值多来源于工程实冒口应能提供足够的补缩液量,以满(7)践,有经验图表可供选用。但计算结果往足铸件补缩的需要,即往偏于保守,必须用工艺出品率进行校核,式中,δ—安全系数;(1)才能满足经济性要求。K、K—分别为冒口和铸件的凝固系式中,V、V—分别为铸件和冒口的体积;3.3补缩液量法rccr数,当冒口和铸件周围介质相同时,K=K,η—冒口补缩效率;补缩液量法的基本原理建立在两种假rc设:V

6、=v·d3,A=a·d2,可以推出冒口直径dε—凝固体收缩率,对铸铁件,式(1)中设之上:①铸件与冒口的凝固层增长速度rrrrrrr与铸件模数M,体积V的三次方程关系式:的ε应该用补缩率F替代。补缩率F不仅相等;②冒口内供补缩用的金属液体积(缩cccc与ε有关,还与浇注条件、浇冒口安放位孔容积)为直径d的球。当冒口高度和直径(8)0置、铸件结构、铸型冷却特性及铸型硬度式中的K、K分别为与系数v、a、体相等时,铸件凝固完毕,冒口中凝固层厚度12rr等工艺条件有关,属动态特性。应为铸件壁厚的一半,冒口中缩孔球直径收缩率、冒口高径比有关

7、的参数。其中第2.3补缩通道d与铸件厚度T之和即为冒口直径d:二项表达铸件模数(冷却速度)对冒口尺寸0r为了保证凝固期间金属液体能够畅通的影响,第三项表达冒口补缩区内铸件体(3)无阻地由冒口向铸件补缩流动,冒口与铸积(与补缩液量有关)对冒口尺寸的影响,三球形缩孔体积应该等于铸件(被补缩部件之间必须形成楔形通道。次方程应有定解,采用计算机数值解法,可分)和冒口的总体收缩:2.4冒口位置以方便地求出冒口直径d。r冒口的位置应偏离铸件的几何热节,(4)以减小冒口与铸件连接处形成的接触热节对铸件凝固的热干扰。补缩液量法表达了一定材质铸件采

8、用2.5补缩压力特定形状冒口和浇注方法时铸件与冒口之冒口体内要有足够的补缩压力头,以间的关系,没有考虑冒口形状和铸件结构克服补缩液体的流动阻力;同时保证铸件等因素,也不能说明冒口一定会晚于铸件在凝固过程中一直处于正压状态。凝固,独立使用受到限制。为