形状及安放位置

第一节　冒口的种类、形状及安放位置

在铸型内储存供补缩铸件用熔融金属的空腔，称为冒口。它通常位于铸型的顶部或铸件厚大部分附近，具有补缩、排气、集渣以及作为浇注时的充满标志等作用。冒口是生产健全致密铸件的主要控制手段。要使用好冒口，首先要了解冒口的种类、形状和安放位置。

一、冒口的种类

冒口从类型上可分为明冒口和暗冒口两种。明冒口顶面与大气相通；暗冒口则全部在铸型内形成。

冒口按其在铸件上的位置又可分为顶冒口和边冒口（又称侧冒口），边冒口多为暗冒口。铸钢和铸铁件常用的冒口种类如图4-1所示。

明冒口造型方便，并能观察型中合金液的上升情况，便于在冒口顶面撒发热剂和保温剂，对于厚大铸件还能进行捣动冒口液面和补浇、点注等操作，以提高冒口的补缩效果。缺点是补缩效率比暗冒口低。暗冒口要求砂箱高于冒口，使砂箱体积增大。因此中、大型冒口多数采用明冒口；而小冒口以暗冒口为主。顶冒口一般位于铸件最高最厚的部位。

图4-1　常用冒口类型

（a）明冒口（b）大气压力暗冒口（c）暗侧冒口（d）保温明冒口（e）易割冒口（f）发气压力冒口

当铸件侧面有热节时常采用边冒口，在生产中多采用暗冒口。它依铸件热节设置冒口，不受位置限制，补缩效果好，造型方便，冒口清除容易，广泛用于灰铸铁、可锻铸铁件和球墨铸铁的中、小铸件上，特别是机器造型普遍采用。其缺点是需占用较大的砂箱面积。当暗边冒口低于铸件时，要防止高处铸件补缩低处冒口的“倒补缩”现象。

二、冒口的形状

冒口的形状直接影响它的补缩效果。在相同的体积下，应选择冒口散热表面积为最小的形状，可用模数大小评定。模数是体积与表面积的比值。相同体积的冒口，球形冒口模数最大，凝固时间最长，补缩效果最好；而平板形冒口的模数最小，凝固时间最短，补缩效果最差。所以，相同体积的冒口，球形最为合理，球形冒口一般为暗冒口。实践证明，球形冒口补缩效率较同体积其他形状冒口提高近10%。但球形冒口因起模困难，目前尚未普遍使用，实际生产中常用的是圆柱形、球顶圆柱形、腰圆柱形及整圈冒口等，如图4-2所示。

图4-2　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

圆柱形冒口造型方便，它的模数虽比球形小，但比方形、长方形的大，仍有较好的补缩效果，因此生产中最常用。对于齿圈、轮形类铸件，其热节形状为长条形，圆柱形冒口的补缩效果就不如腰圆柱形（长圆形）的好，因腰圆柱形冒口能比使用圆柱形冒口节约金属。对于筒类、套类件及轮毂部位多采用整圈接长冒口。

以上分析的是冒口横截面形状对补缩效果的影响，其纵剖面形状对冒口中缩孔深度也有影响。转炉钢液浇注钢锭的实验结果见图4-3，图中h₁=0.49H；h₂=0.75H；h₃=0.29H。由此可知，采用上大下小形状的冒口能缩短冒口中缩孔深度，一般铸件明冒口的斜度约为6°。

图4-3　钢锭纵剖面形状对缩孔深度的影响

三、冒口安放位置

冒口在铸件上的安放位置，对于保证铸件质量、节约金属有着重要作用。冒口位置选择不当，就不能有效地消除铸件中的缩孔，有时还能引起裂纹等缺陷。因此，对于冒口在铸件上的安放位置，一定要根据铸件的结构认真分析才能确定。

通常，为了加强铸件的顺序凝固，冒口应安放在铸件模数较大，位置较高处。如果同一个铸件存在几个模数较大，而高度又不同的部位时，可在不同的高度上安放冒口，冒口之间用冷铁隔开，如图4-4（a）所示。若冒口之间不用冷铁隔开，则会出现高处冒口补缩低处冒口的现象，铸件可能产生缩孔和缩松，如图4-4（b）所示。

图4-4　铸件不同高度上冒口的隔离

（a)阶梯形热节（b）上下有热节

四、铸造生产中冒口的应用

铸造生产中，什么样的铸件需要安放冒口，什么样的铸件不需要安放冒口，这是一个关系铸件质量的很重要的问题。

1．铸钢件

由于铸钢的熔点高，且收缩大（比灰铸铁大3倍左右），因此，在生产铸钢件时，必须加冒口补缩。冒口应放在铸件的热节附近。冒口形状根据热节的形状确定，最好选暗冒口，因其补缩效果好。

2.灰铸铁件

灰铸铁的熔点比铸钢低，并且在凝固过程中析出石墨，产生体积膨胀。因此，灰铸铁件在铸造时，要视铸件的结构和壁厚而定。一般低牌号壁厚均匀，厚度在20mm以下的灰铸铁件，可不设冒口补缩，依靠灰铸铁在凝固时析出的石墨化膨胀就可补缩铸件，使铸件不产生缩孔。

对于高牌号、壁厚较大的灰铸铁件，由于凝固时的石墨化膨胀不足以补充冷却时铸件的体积收缩，因此需加冒口补缩。冒口应放在铸件最厚处。

3.球墨铸铁件

球墨铸铁在凝固过程中虽然有石墨化膨胀，但由于其是体积凝固方式，不能形成坚硬的铸件硬壳，同时还有较大的膨胀压力使型壁外移，因此易形成缩孔和缩松，需要设冒口补缩。但也可以制成刚度大的铸型，如覆砂金属型，利用球墨铸铁的石墨化膨胀来补充铸件的收缩，实现无冒口铸造。这种方法已被很多工厂使用。

4.可锻铸铁件

可锻铸铁由于收缩大，凝固时又不析出石墨，无石墨化膨胀，因此在生产可锻铸铁件时，必须设置冒口补缩。通常采用暗冒口，设在热节处。

5.铝合金铸件

铝硅合金铸件，由于硅在合金中几乎不收缩，当含硅9%以上时，已无缩松现象，可不安放冒口。

铝铜、铝锌、铝镁合金和纯铝铸件，由于体收缩大，线收缩也大，凝固温度范围大，所以都需要安放冒口补缩。

为解决缩松问题，要增加铸型的冷却能力，最好采用金属型铸造。冒口的形状要依热节形状而定。

6.铜合金铸件

（1）锡青铜铸件。锡青铜的线收缩较小，为1%～1.6%，但其结晶温度范围大，易产生缩松，应采用金属型铸造（或用外冷铁），可以消除缩松。

对于厚度较大的铸件要安放冒口，并要增大冒口的压头，并与冷铁配合使用。冒口安放在铸件最厚处，冒口形状随热节形状而定。

（2）铝青铜铸件。铝青铜结晶温度小，是逐层凝固，且体收缩大，易形成集中缩孔，因此要设置大冒口。

（3）黄铜铸件。

1）普通黄铜铸件。普通黄铜是铜锌合金。由于铜镍合金收缩较小，所以一般壁厚均匀，且不太厚的铸件可不设冒口补缩，而厚度较大的铸件需设冒口补缩。

2）特殊黄铜铸件。特殊黄铜是普通黄铜再加入铝、硅、铅、镍、铁等合金元素构成的。

由于硅黄铜体积收缩较小，所以壁厚不大的铸件可不设冒口补缩，厚大铸件需设冒口。

由于锰黄铜收缩很大，因此锰黄铜铸件要设冒口补缩。

为了加强铸件内朝向冒口的顺序凝固，应尽可能使内浇道通过冒口，以增加向着冒口的温度梯度。图4-5为ZG35铸钢轴承盖铸件的补缩方案。

图4-5　轴承盖铸件补缩方案（一个冒口补缩四件）（材质ZG35，重4kg湿型浇注）

尽量用一个冒口同时补缩一个铸件的几个热节或几个铸件的热节，如图4-6所示，以提高冒口补缩效率。

图4-6　一个冒口补缩几个热节

（a）补缩同一个铸件上三个热节（b）补缩不同铸件上的热节1-冒口2-铸件3-浇道

冒口应尽量放在铸件被补缩部位顶部或侧面，以便补缩。图4-7为耐酸泵壳体合金钢铸件的浇冒口方案。应该指出，把冒口设置在铸件最厚最高的地方，可以充分利用重力补缩，但却会使冒口与铸件接触处的热节增大，需要更大体积冒口才能补缩。使用边冒口，接触处热节增大不多，冒口也不需要增大，但其高度应大于热节高度。

图4-7　壳体铸件的浇冒口位置图

1-直浇道　2-暗边冒口　3-暗顶冒口　4-内浇道　5-冒口颈　6-外冷铁