冒口
關(guān)注創(chuàng)建者：夢_6365 創(chuàng)建時(shí)間：2021-03-09
冒口的實(shí)例教程
冒口數(shù)據(jù)庫（支持保溫、發(fā)熱冒口）
智能冒口已經(jīng)形成了一整條設(shè)計(jì)鏈，包括：類型、位置和大小的確定、冒口位置的優(yōu)化、冒口數(shù)據(jù)庫、手工冒口、冒口庫存管理。
上一節(jié)我們講完了智能冒口的設(shè)計(jì)，主要在考慮材料、厚度、模數(shù)等因數(shù)下，自動(dòng)計(jì)算冒口大小和位置。同時(shí)也介紹了冒口位置的優(yōu)化功能。
以下，我們?cè)俳榻B一下冒口數(shù)據(jù)庫（支持保溫、發(fā)熱冒口）
軟件中，已經(jīng)內(nèi)置了多個(gè)廠家，各種類型的冒口套，工程師可以根據(jù)當(dāng)前的設(shè)計(jì)，通過收縮，在庫存中選擇合適的冒口套，直接選用，這些數(shù)據(jù)庫已經(jīng)是全參數(shù)化的三維CAD數(shù)據(jù)。
最后，冒口設(shè)計(jì)還支持規(guī)律性排布的設(shè)計(jì)方案，例如圓形、線形和UV陣列式布局。
智能冒口已經(jīng)形成了一整條設(shè)計(jì)鏈，包括：類型、位置和大小的確定、冒口位置的優(yōu)化、冒口數(shù)據(jù)庫、手工冒口、冒口庫存管理
C家精講，初衷是用最短的時(shí)間，分享一些鑄造工藝設(shè)計(jì)與分析的經(jīng)驗(yàn)。雖然是點(diǎn)點(diǎn)滴滴，愿能匯流成河，如果鑄友們喜歡，
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展開 冒口設(shè)計(jì)對(duì)鑄鋼件的內(nèi)在質(zhì)量起著非常重要的作用，在鋼液凝固的過程中，體積會(huì)有顯著的縮小，體積收縮時(shí)所需鋼液要從冒口中獲得，因此冒口設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮冒口比鑄件凝固晚，冒口內(nèi)要有充足的鋼液補(bǔ)充鑄件，鑄件與冒口間要形成順序凝固。
在生產(chǎn)實(shí)踐過程中，相同鑄件由于冒口放置的位置不同，會(huì)對(duì)鑄鋼件的內(nèi)在質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，下面以圖1所示鑄件進(jìn)行分析。鑄件質(zhì)量GC=770㎏，材質(zhì)ZG275—485H，鑄件化學(xué)成分為：wC=0.20%，wSi≤0.5%， wMn=1.0%，wS≤0.035%，wP≤0.035%。鑄件整體模數(shù)MC=5.95cm。生產(chǎn)方式采用水玻璃石英砂重力鑄造。
圖1 鑄件毛坯
工藝方案1：采用φ400mm冒口，高度500mm，冒口模數(shù)MR1=7.12cm，冒口完全和鑄件接觸，此時(shí)鑄件模數(shù)MC1=6.52cm，冒口容積63.2 dm3，冒口鋼液重量為430㎏，鑄件工藝出品率為64.2%。采用此方案生產(chǎn)，澆注后采用人工搗冒口進(jìn)行干預(yù)，鑄件切割冒口時(shí)鑄件無縮孔出現(xiàn)，經(jīng)UT檢測，鑄件中心部位存有缺陷。對(duì)鑄件進(jìn)行精加工，并對(duì)加工表面進(jìn)行噴砂處理后，在鑄件的中心部位出現(xiàn)縮松缺陷（見圖2）。
圖2 鑄件缺陷
工藝方案2：采用φ400mm冒口，高度500mm，冒口模數(shù)MR2=7.12cm，冒口不完全和鑄件表面接觸，此時(shí)鑄件模數(shù)MC2=6.25cm，冒口及補(bǔ)貼所需鋼液重量為437㎏，鑄件工藝出品率為63.6%。鑄件切割冒口后無縮孔，經(jīng)UT檢測未發(fā)現(xiàn)異常，對(duì)鑄件精加工，并對(duì)加工表面經(jīng)噴砂處理后，無任何缺陷。
兩種工藝方案的冒口完全相同，出品率相近，方案1鑄件存有縮松缺陷，方案2無缺陷，下面通過CAE模擬、冒口補(bǔ)縮效率、熱節(jié)圓法及模數(shù)法對(duì)這兩種工藝方案進(jìn)行分析，找出問題存在的原因。
展開 這種方法的原理是：冒口在補(bǔ)縮鑄件的過程中，質(zhì)量向鑄件轉(zhuǎn)移，冒口體積不斷縮小，當(dāng)凝固結(jié)束時(shí)，冒口體積減小，冒口的散熱面積由于中間縮孔總是位于冒口中間的位置，可以認(rèn)為冒口的縮孔側(cè)面總的散熱面近似等于冒口頂面的散熱結(jié)果。即可近似認(rèn)為冒口凝固結(jié)束時(shí)的散熱面積等于冒口凝固初始時(shí)的散熱面積。利用鑄件散熱表面積前后不變和鑄件體積前后變化，以及由于體積變化帶來的密度變化，建立三次方程，從而確定冒口的直徑。
第三、補(bǔ)縮液量法
此方法基本原理建立在兩點(diǎn)假設(shè)上。
1.假定鑄件凝固層增長速度與冒口凝固層增長速度相同。
2.假定冒口內(nèi)用的金屬液的體積(縮孔體積）為某直徑的球體。這樣當(dāng)冒口直徑和高度相等時(shí)，鑄件中最大凝固層厚度為壁厚的一半，根據(jù)假定一冒口中的凝固層厚度也為鑄件的厚度的一半，因此縮孔球直徑等于冒口直徑與鑄件厚度之差。因此冒口直徑等于縮孔球體直徑加壁厚，而縮孔球體的直徑由該球體積等于鑄件總的體收縮容積算出。
第四、比例法
該法又稱經(jīng)驗(yàn)法，是在分析總結(jié)大量工藝資料的基礎(chǔ)上，總結(jié)出來的冒口尺寸經(jīng)驗(yàn)確認(rèn)法。根據(jù)相關(guān)零件的尺寸形狀查編好的圖表查得。
免責(zé)聲明：本文系網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸原作者所有。如涉及作品版權(quán)問題，請(qǐng)與我們聯(lián)系，我們將根據(jù)您提供的版權(quán)證明材料確認(rèn)版權(quán)并于接到證明的一周內(nèi)予以刪除或做相關(guān)處理
展開 冷卻和冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
由Flow Science China提供并討論了使用此功能對(duì)半汽輪機(jī)汽缸，如圖3，進(jìn)行重力鑄造的冷卻和冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì)。零件的外部尺寸為2.83×2.34×1.10米，總體積約為0.95立方米，如下所示。鑄造材料為碳鋼，澆注溫度為1530°C。
圖3 鑄件
首先，對(duì)沒有冷卻和冒口的鑄件進(jìn)行凝固模擬。目的是確定熱節(jié)位置，并確定冷鐵和冒口的位置，以及冒口的尺寸。
下圖顯示了凝固時(shí)的熱節(jié)粒子，分別以凝固時(shí)間、粒子ID和熱節(jié)大小來顯示。從這些圖直接看出熱節(jié)位置和形成縮孔缺陷的可能性。根據(jù)鑄件的幾何特征，放置冒口的位置很容易確定，如圖4右側(cè)所示。但是，底殼上有一些熱節(jié)，不適合放置冒口。為了防止這些位置的縮孔缺陷，可以使用冷鐵來改變凝固方式，以驅(qū)使最后的凝固位置在冒口區(qū)域。
圖4
計(jì)算出的熱模數(shù)顯示在右側(cè)。較大的值與最后凝固位置一致。此外，熱模數(shù)可用于確定熱節(jié)位置的冒口尺寸。確定冷鐵和冒口后，將運(yùn)行第二次凝固模擬，以驗(yàn)證冷鐵和冒口的設(shè)計(jì)。
展開 這種方法的原理是：冒口在補(bǔ)縮鑄件的過程中，質(zhì)量向鑄件轉(zhuǎn)移，冒口體積不斷縮小，當(dāng)凝固結(jié)束時(shí)，冒口體積減小，冒口的散熱面積由于中間縮孔總是位于冒口中間的位置，可以認(rèn)為冒口的縮孔側(cè)面總的散熱面近似等于冒口頂面的散熱結(jié)果。即可近似認(rèn)為冒口凝固結(jié)束時(shí)的散熱面積等于冒口凝固初始時(shí)的散熱面積。利用鑄件散熱表面積前后不變和鑄件體積前后變化，以及由于體積變化帶來的密度變化，建立三次方程，從而確定冒口的直徑。
第三、補(bǔ)縮液量法
此方法基本原理建立在兩點(diǎn)假設(shè)上。
1.假定鑄件凝固層增長速度與冒口凝固層增長速度相同。
2.假定冒口內(nèi)用的金屬液的體積(縮孔體積）為某直徑的球體。這樣當(dāng)冒口直徑和高度相等時(shí)，鑄件中最大凝固層厚度為壁厚的一半，根據(jù)假定一冒口中的凝固層厚度也為鑄件的厚度的一半，因此縮孔球直徑等于冒口直徑與鑄件厚度之差。因此冒口直徑等于縮孔球體直徑加壁厚，而縮孔球體的直徑由該球體積等于鑄件總的體收縮容積算出。
第四、比例法
該法又稱經(jīng)驗(yàn)法，是在分析總結(jié)大量工藝資料的基礎(chǔ)上，總結(jié)出來的冒口尺寸經(jīng)驗(yàn)確認(rèn)法。根據(jù)相關(guān)零件的尺寸形狀查編好的圖表查得。
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展開 
冒口的最新內(nèi)容
深入解析鑄造金屬收縮：成因、影響及精密零件制造中的解決方案11個(gè)月前
6.0 - 8.0
鎂合金
5.5 - 7.5
鋅合金
1.0 - 2.5
鋼合金
2.0 - 3.0
影響因素包括：
材料的熱收縮系數(shù)高
澆口與冒口設(shè)計(jì)不合理
圖 8(a)為縮孔開始形成的位置，SH1均厚殼模會(huì)從鑄件較薄處的上下兩端開始凝固，導(dǎo)致縮孔會(huì)于鑄件內(nèi)部形成；同時(shí)可由圖 8(b)觀察到未完全凝固金屬(黃色區(qū)域)生成于SH1均厚殼模鑄件內(nèi)部，隨著殼模厚薄比增加，冒口處保溫效果讓殼模冒口與鑄件兩區(qū)域溫度差距變大，各區(qū)塊凝固速度差異亦隨的增加，導(dǎo)致形成縮孔起始位置及未完全凝固區(qū)域會(huì)往冒口處向上移動(dòng)。
為了解決鑄件中最后凝固位置的縮孔缺陷，冒口是最佳的選用方式，冒口的補(bǔ)縮是通過鑄件凝固時(shí)向內(nèi)部提供熔融金屬來防止缺陷產(chǎn)生。為了使冒口有效補(bǔ)縮，放置的位置及大小就非常重要，這樣才能有足夠的熔體來補(bǔ)償收縮。在FLOW-3D CAST中，已經(jīng)開發(fā)出兩個(gè)新工具來幫助設(shè)計(jì)無缺陷鑄件的冷卻和冒口系統(tǒng)，預(yù)測最后的凝固位置和計(jì)算熱模數(shù)。
在過去，鑄造件算是一種典型的廣義積層制造，我們?cè)O(shè)計(jì)鑄件產(chǎn)品必須考慮精加工裕度的保留，在防止材料收縮變型的過程，還要增加某些特征來抵抗變形和補(bǔ)充材料（澆口=射出模具的進(jìn)膠口、冒口=射出模具的加大排氣），然后在定型后脫模再以二次處理清除這些輔助的特征。
誰說MAM產(chǎn)品和模具可以不需要材料安全和尺寸安全的設(shè)計(jì)？
在頂端或殘余物擠至死角處設(shè)置集渣冒口，或加大切除量，將皺皮集中去除。
(3)提高澆注溫度和澆注速度，使鐵液有充分熱量將模料氣化，減少其分解物中的固相、液相及玻璃態(tài)成分。鐵液澆注溫度宜比砂型鑄造高30-80℃，或再高些，對(duì)于負(fù)壓干砂消失模鑄造鐵液澆注溫度以1 420~ I 480℃為佳。澆注液流股由細(xì)、小，變粗、大，再轉(zhuǎn)細(xì)、小。收包時(shí)，冒口要補(bǔ)澆。
圖1 前蓋結(jié)構(gòu)
圖2 前蓋初始工藝
根據(jù)前蓋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，外圓法蘭盤直徑約450 mm，平均壁厚40 mm，存在厚大的環(huán)形熱節(jié)，因此工藝設(shè)計(jì)采用冒口加外冷鐵相結(jié)合的方式消除該位置熱節(jié)。兩個(gè)側(cè)冒口設(shè)計(jì)為60 mm×80 mm×70 mm的壓邊冒口，同時(shí)在砂芯內(nèi)設(shè)置六塊外冷鐵進(jìn)行激冷，消除法蘭環(huán)位置熱節(jié)，使整個(gè)法蘭環(huán)實(shí)現(xiàn)順序凝固。
，保證了冒口間區(qū)域的夾雜運(yùn)動(dòng)，減少冒口間上浮的夾雜停留時(shí)間，使得液面高于冒口根部時(shí)，冒口間區(qū)域的夾雜流入冒口區(qū)城中，最終減少夾雜在鑄件中的數(shù)量；圖6d)是金屬液面高于冒口根部，接近上次內(nèi)澆口的流體流動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)液面趨于平緩，冒口中的夾雜可以有效平穩(wěn)地上浮至液面上，減少夾雜從冒口流出至鑄件內(nèi)的可能性，可以有效減少夾雜缺陷。
離心鑄造的優(yōu)點(diǎn)：
1）幾乎不存在澆注系統(tǒng)和冒口系統(tǒng)的金屬消耗，提高工藝出品率；
2）生產(chǎn)中空鑄件時(shí)可不用型芯，故在生產(chǎn)長管形鑄件時(shí)可大幅度地改善金屬充型能力，降低鑄件壁厚對(duì)長度或直徑的比值，簡化套筒和管類鑄件的生產(chǎn)過程；
3）鑄件致密度高，氣孔、夾渣等缺陷少，力學(xué)性能高；
4）便于制造筒、套類復(fù)合金屬鑄件，如鋼背銅套、雙金屬軋輥等；成形鑄件時(shí)，可借離心力提高金屬的充型能力
后汽缸下半鑄件的排汽口法蘭位于鑄件底部，需放置邊冒口補(bǔ)縮。為了避免內(nèi)澆道與鑄件交界處的熱節(jié)產(chǎn)生縮松缺陷，通常把內(nèi)澆道設(shè)置在邊冒口底部，這樣設(shè)置既避免了內(nèi)澆道產(chǎn)生的縮松，又可以提高邊冒口的溫度，更有利于冒口補(bǔ)縮。鋼液上升速度是否合適是獲得優(yōu)質(zhì)鑄鋼件的重要因素之一[2]。根據(jù)后汽缸蝸殼主壁厚30 mm 查工藝手冊(cè)可知，合理的液面上升速度為不小于30~36 mm/s[2]。
2.2參數(shù)設(shè)置
使用模流分析軟件對(duì)帶澆冒口的工藝方案進(jìn)行模擬分析，結(jié)合我司重力鑄造平臺(tái)的實(shí)際情況，主要的工藝參數(shù)，設(shè)置如下；
2.3傾轉(zhuǎn)充型過程模擬分析
鑄件的充型過程與澆注系統(tǒng)有很大的關(guān)系，合理的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠使鋁液流動(dòng)平穩(wěn)，避免鋁液在填充過程中卷氣。使用工具軟件模擬澆注過程中的鋁液流動(dòng)。
