冒口的案例
重力鑄造：冒口數據庫（支持保溫、發熱冒口）
冒口數據庫（支持保溫、發熱冒口）
智能冒口已經形成了一整條設計鏈，包括：類型、位置和大小的確定、冒口位置的優化、冒口數據庫、手工冒口、冒口庫存管理。
上一節我們講完了智能冒口的設計，主要在考慮材料、厚度、模數等因數下，自動計算冒口大小和位置。同時也介紹了冒口位置的優化功能。
以下，我們再介紹一下冒口數據庫（支持保溫、發熱冒口）
軟件中，已經內置了多個廠家，各種類型的冒口套，工程師可以根據當前的設計，通過收縮，在庫存中選擇合適的冒口套，直接選用，這些數據庫已經是全參數化的三維CAD數據。
最后，冒口設計還支持規律性排布的設計方案，例如圓形、線形和UV陣列式布局。
智能冒口已經形成了一整條設計鏈，包括：類型、位置和大小的確定、冒口位置的優化、冒口數據庫、手工冒口、冒口庫存管理
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展開 鑄造中鑄件需要使用多大直徑的冒口？補縮怎么計算？教你4個簡單易學的計算方法
這種方法的原理是：冒口在補縮鑄件的過程中，質量向鑄件轉移，冒口體積不斷縮小，當凝固結束時，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，可以認為冒口的縮孔側面總的散熱面近似等于冒口頂面的散熱結果。即可近似認為冒口凝固結束時的散熱面積等于冒口凝固初始時的散熱面積。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、補縮液量法
此方法基本原理建立在兩點假設上。
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.假定冒口內用的金屬液的體積(縮孔體積）為某直徑的球體。這樣當冒口直徑和高度相等時，鑄件中最大凝固層厚度為壁厚的一半，根據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
該法又稱經驗法，是在分析總結大量工藝資料的基礎上，總結出來的冒口尺寸經驗確認法。根據相關零件的尺寸形狀查編好的圖表查得。
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展開 冒口位置對鑄件質量的影響 避免接觸熱節
冒口設計對鑄鋼件的內在質量起著非常重要的作用，在鋼液凝固的過程中，體積會有顯著的縮小，體積收縮時所需鋼液要從冒口中獲得，因此冒口設計時，必須充分考慮冒口比鑄件凝固晚，冒口內要有充足的鋼液補充鑄件，鑄件與冒口間要形成順序凝固。
在生產實踐過程中，相同鑄件由于冒口放置的位置不同，會對鑄鋼件的內在質量產生較大影響，下面以圖1所示鑄件進行分析。鑄件質量GC=770㎏，材質ZG275—485H，鑄件化學成分為：wC=0.20%，wSi≤0.5%， wMn=1.0%，wS≤0.035%，wP≤0.035%。鑄件整體模數MC=5.95cm。生產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MR1=7.12cm，冒口完全和鑄件接觸，此時鑄件模數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，澆注后采用人工搗冒口進行干預，鑄件切割冒口時鑄件無縮孔出現，經UT檢測，鑄件中心部位存有缺陷。對鑄件進行精加工，并對加工表面進行噴砂處理后，在鑄件的中心部位出現縮松缺陷（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MR2=7.12cm，冒口不完全和鑄件表面接觸，此時鑄件模數MC2=6.25cm，冒口及補貼所需鋼液重量為437㎏，鑄件工藝出品率為63.6%。鑄件切割冒口后無縮孔，經UT檢測未發現異常，對鑄件精加工，并對加工表面經噴砂處理后，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、冒口補縮效率、熱節圓法及模數法對這兩種工藝方案進行分析，找出問題存在的原因。
展開 凝固熱節和冒口系統設計
冷卻和冒口系統設計中的應用
由Flow Science China提供并討論了使用此功能對半汽輪機汽缸，如圖3，進行重力鑄造的冷卻和冒口系統設計。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，對沒有冷卻和冒口的鑄件進行凝固模擬。目的是確定熱節位置，并確定冷鐵和冒口的位置，以及冒口的尺寸。
下圖顯示了凝固時的熱節粒子，分別以凝固時間、粒子ID和熱節大小來顯示。從這些圖直接看出熱節位置和形成縮孔缺陷的可能性。根據鑄件的幾何特征，放置冒口的位置很容易確定，如圖4右側所示。但是，底殼上有一些熱節，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，以驅使最后的凝固位置在冒口區域。
圖4
計算出的熱模數顯示在右側。較大的值與最后凝固位置一致。此外，熱模數可用于確定熱節位置的冒口尺寸。確定冷鐵和冒口后，將運行第二次凝固模擬，以驗證冷鐵和冒口的設計。
展開 
Cast-Designerv7.6將自動進行到底，神秘按鈕一直按到底，冒口自動移動到最優位置
【第三季，第7期】
v7.6將自動進行到底
神秘按鈕一直按到底，冒口自動移動到最優位置
冒口的位置，大小設計，跟材料有關，跟鑄件本身的結構有關，跟補縮通道有關。傳統而言，需要豐富的設計經驗，查表，計算。如果希望有更好的質量，提高補縮效率，減少內部縮孔，還需要反復的模擬計算，并針對已有的方案，進行多次的修改。
在上一版本中，Cast-Designer v7.5 就已經開發出了“smart riser 智能冒口”設計功能。會自動根據材料、EMDI厚度分布，補縮等計算出優化的冒口大小。
V7.6中，我們把冒口位置自動優化進行到底，在智能冒口的基礎上，更開發出神秘按鈕，用戶只需要大概放置冒口的位置，然后不斷點擊該按鈕，冒口會根據算法自動尋找最優的位置，并停留下來。
總之，您要做的事情，就是一直點這個神秘按鈕，直到冒口不再移動，夠簡單了嗎？
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這種方法的原理是：冒口在補縮鑄件的過程中，質量向鑄件轉移，冒口體積不斷縮小，當凝固結束時，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，可以認為冒口的縮孔側面總的散熱面近似等于冒口頂面的散熱結果。即可近似認為冒口凝固結束時的散熱面積等于冒口凝固初始時的散熱面積。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、補縮液量法
此方法基本原理建立在兩點假設上。
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.假定冒口內用的金屬液的體積(縮孔體積）為某直徑的球體。這樣當冒口直徑和高度相等時，鑄件中最大凝固層厚度為壁厚的一半，根據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
該法又稱經驗法，是在分析總結大量工藝資料的基礎上，總結出來的冒口尺寸經驗確認法。根據相關零件的尺寸形狀查編好的圖表查得。
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展開 鑄造中鑄件需要使用多大直徑的冒口？補縮怎么計算？教你4個簡單易學的計算方法
這種方法的原理是：冒口在補縮鑄件的過程中，質量向鑄件轉移，冒口體積不斷縮小，當凝固結束時，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，可以認為冒口的縮孔側面總的散熱面近似等于冒口頂面的散熱結果。即可近似認為冒口凝固結束時的散熱面積等于冒口凝固初始時的散熱面積。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、補縮液量法
此方法基本原理建立在兩點假設上。
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.假定冒口內用的金屬液的體積(縮孔體積）為某直徑的球體。這樣當冒口直徑和高度相等時，鑄件中最大凝固層厚度為壁厚的一半，根據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
該法又稱經驗法，是在分析總結大量工藝資料的基礎上，總結出來的冒口尺寸經驗確認法。根據相關零件的尺寸形狀查編好的圖表查得。
展開 以發動機缸蓋類、輪類鑄件為案例，分析鑄件澆注系統、冒口設計、上下箱設計！
2.3可優化設置冒口系統
圖5至圖8所示的鑄件澆注位置及分型面設置方案，因鑄件結構全部設置于下箱、及創造工藝條件將鑄件全部結構或鑄件重要結構設置于下箱，也為鑄件冒口系統的優化設計創造了基礎（工藝）條件，鑄件可很好地設計出壓邊冒口系統型式或其它類似于壓邊冒口之優化型式的頂冒口系統。
壓邊冒口系統型式（或其它優化型式的頂冒口系統），結合上述金屬液在型腔中的溫度梯度分布呈上高下低的正溫度梯度狀態，一方面十分有利于冒口系統對下層低溫金屬液的液態冷卻收縮進行有效地補縮；另一方面，壓邊冒口系統型式因其在金屬液自始至終充型的過程中處于鑄件結構的最高處（或冒口因其在金屬液自始至終充型的過程中處于鑄件重要結構的最高處），極為有利于型腔中及金屬液中氣體的溢出。
2.4鑄件錯箱缺陷少
鑄件結構全部設置于下箱，即用圖5至圖8所示的鑄件澆注位置及鑄件分型面設置方案，鑄件全部（或絕大部分鑄件結構）由下型鑄出，有內腔結構的鑄件亦可用砂芯或上型“砂胎”較精確的定位后鑄出。由此可見，用圖5至圖8所示的分型面設置方案比之于鑄件用圖1至圖4所示傳統的澆注位置鑄造工藝方案鑄出的鑄件，避免了或有效地降低了鑄件錯箱缺陷的產生，大大地降低了由于鑄件尺寸不合格而導致的鑄件廢品率。
2.5鑄件加工余量少
鑄件結構全部設置于下箱、及創造工藝條件將鑄件全部結構或鑄件重要結構設置于下箱，用圖5至圖8所示的鑄件澆注位置及分型面設置方案，可較好地減小鑄件的加工余量，減小（少）鑄件飛刺。
展開 球鐵無冒口工藝的鐵液成份、澆注溫度、冷鐵工藝、鑄型強度、孕育處理、鐵液過濾和鑄件模數參數分析
根據以往的經驗，開始試制時，我們決定使用無冒口鑄造工藝，也就是圖1去掉冒口的工藝。雖然客戶請專業人員對所試制鑄件做超聲探傷并未發現有內部缺陷，解剖結果也未發現縮孔缺陷。但對照其它相關資料及客戶提供的參考工藝，我們對這么重要的鑄件批量生產后一旦發生縮孔缺陷的后果甚為擔心，所以對圖1工藝進行了凝固模擬試驗，模擬結果如圖2。
圖1 推薦的冒口補縮工藝
圖2 根據圖1工藝的模擬結果
從模擬結果可見，液態收縮已經將包括內部的3個Φ140×170mm圓形發熱保溫冒口及外側的3個320×200×320mm腰圓形發熱保溫冒口內的鐵液全部用盡；因而，我們在原有320×200×320mm發熱保溫冒口的上面再加上1個同等大小的冒口，即將冒口尺寸改為320×200×640mm。但是，澆鑄后的結果卻是所有冒口一點收縮的痕跡也沒有，從而證實了這個鑄件完全可以實現無冒口鑄造。
3.2
小模數鑄件有冒口鑄造實例
圖3所示的蜂窩板材料牌號為QT500-7，長×寬×高尺寸為1 230×860×32 mm，鑄件模數M=3.2/2=1.6 cm。
圖3 蜂窩板毛坯圖
此鑄件模數遠小于3.1cm，顯然不適用于無冒口鑄造工藝，但試制時為了提高工藝出品率，采用了立澆雨淋式澆口（圖4），原意是想使鑄件在凝固時產生自上而下的溫度梯度，以利用橫澆口補縮，但結果卻是在鑄件的中間部位加工后產生了大面積連通性縮孔（圖4中雙點劃線處）。試制4件無一件成品。
圖4 試制工藝方案示意圖
于是，我們改變思路，制定了如圖5所示的臥澆、冷鐵加冒口工藝。
展開 重力鑄造：自動尋找最佳冒口位置
自動尋找最佳冒口位置
在新版本中，智能冒口設計又有了新的功能，冒口設計提高了智能判斷的能力，對于設置位置與大小更加智能和準確。
1） 智能設計：在考慮了材料、厚度、模數等因數下，智能設計可自動提供冒口大小、高度，新版本中，提供了該冒口的安全系數，負數表示不足。通常我們建議安全系數在5%-10%左右。
2） 自動選擇最佳位置。冒口的中心點，是我們通過厚度，模數等自己選擇的。點擊了優化之后，新版本會考慮到原始的點，和依據EMDI還是補縮，優化出一個新的位置。能更好實現補縮，同時考慮到幾何因數，可放置直徑最大等。
C家精講，初衷是用最短的時間，分享一些鑄造工藝設計與分析的經驗。雖然是點點滴滴，愿能匯流成河，如果鑄友們喜歡，
請點“在看”或分享，也歡迎留言。
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展開 球鐵無冒口工藝的鐵液成份、澆注溫度、冷鐵工藝、鑄型強度、孕育處理、鐵液過濾和鑄件模數參數分析
根據以往的經驗，開始試制時，我們決定使用無冒口鑄造工藝，也就是圖1去掉冒口的工藝。雖然客戶請專業人員對所試制鑄件做超聲探傷并未發現有內部缺陷，解剖結果也未發現縮孔缺陷。但對照其它相關資料及客戶提供的參考工藝，我們對這么重要的鑄件批量生產后一旦發生縮孔缺陷的后果甚為擔心，所以對圖1工藝進行了凝固模擬試驗，模擬結果如圖2。
圖1 推薦的冒口補縮工藝
圖2 根據圖1工藝的模擬結果
從模擬結果可見，液態收縮已經將包括內部的3個Φ140×170mm圓形發熱保溫冒口及外側的3個320×200×320mm腰圓形發熱保溫冒口內的鐵液全部用盡；因而，我們在原有320×200×320mm發熱保溫冒口的上面再加上1個同等大小的冒口，即將冒口尺寸改為320×200×640mm。但是，澆鑄后的結果卻是所有冒口一點收縮的痕跡也沒有，從而證實了這個鑄件完全可以實現無冒口鑄造。
3.2
小模數鑄件有冒口鑄造實例
圖3所示的蜂窩板材料牌號為QT500-7，長×寬×高尺寸為1 230×860×32 mm，鑄件模數M=3.2/2=1.6 cm。
圖3 蜂窩板毛坯圖
此鑄件模數遠小于3.1cm，顯然不適用于無冒口鑄造工藝，但試制時為了提高工藝出品率，采用了立澆雨淋式澆口（圖4），原意是想使鑄件在凝固時產生自上而下的溫度梯度，以利用橫澆口補縮，但結果卻是在鑄件的中間部位加工后產生了大面積連通性縮孔（圖4中雙點劃線處）。試制4件無一件成品。
圖4 試制工藝方案示意圖
于是，我們改變思路，制定了如圖5所示的臥澆、冷鐵加冒口工藝。
展開 
大型鑄鋼件補縮3大常見問題，詳細探究各解決方案
圖12
（5）腰形冒口
鑒于采用整圈冒口可以解決鑄件的致密度問題，但存在著清理工作量大、出品率低等問題，仍設想是 否能在達到整圈冒口效果的前提下，能對整圈冒口的問題予以克服的方案。為此設想使用腰形冒口，冒口 間距僅為 60mm，冒口排列一圈（如圖 13 所示），對此工藝也進行模擬，結果下圖展示，從結果中看，尚還 有一點縮松，也就是這樣的工藝，雖出品率是提高了，整圈冒口的缺陷也克服了一些，但鑄件質量仍存在 小問題，不夠穩定。
圖13
從上面的工藝分析和實際生產結果看，對于輪帶這樣的厚大斷面鑄鋼件，冒口水平方面的補縮距離和 通常的理論存在著相當大的出入。可以認為厚大斷面鑄鋼件的水平方向補縮距離幾乎沒有。
5.2 冒口壁厚問題
大型鑄鋼件冒口尺寸很大，在這種情況下，冒口套對于冒口內鋼水的保溫發熱效果究竟有多大，這值 得研究，在一般情況下，發熱保溫冒口制造商建議在 650mm 以下用 30 ㎜厚的發熱保溫冒口，在 650-900mm 用 60 ㎜厚的保溫板，而對于 1000 ㎜發上的用 90mm 厚的保溫板。但在 1000mm 以上的冒口通用 90mm 厚的 冒口有些不太合理，應隨著冒口尺寸的增大，冒口壁的厚度將進一步加大，應該有 120mm 或 150mm。
展開 大型鑄鋼件補縮3大常見問題，詳細探究各解決方案
圖12
（5）腰形冒口
鑒于采用整圈冒口可以解決鑄件的致密度問題，但存在著清理工作量大、出品率低等問題，仍設想是 否能在達到整圈冒口效果的前提下，能對整圈冒口的問題予以克服的方案。為此設想使用腰形冒口，冒口 間距僅為 60mm，冒口排列一圈（如圖 13 所示），對此工藝也進行模擬，結果下圖展示，從結果中看，尚還 有一點縮松，也就是這樣的工藝，雖出品率是提高了，整圈冒口的缺陷也克服了一些，但鑄件質量仍存在 小問題，不夠穩定。
圖13
從上面的工藝分析和實際生產結果看，對于輪帶這樣的厚大斷面鑄鋼件，冒口水平方面的補縮距離和 通常的理論存在著相當大的出入。可以認為厚大斷面鑄鋼件的水平方向補縮距離幾乎沒有。
5.2 冒口壁厚問題
大型鑄鋼件冒口尺寸很大，在這種情況下，冒口套對于冒口內鋼水的保溫發熱效果究竟有多大，這值 得研究，在一般情況下，發熱保溫冒口制造商建議在 650mm 以下用 30 ㎜厚的發熱保溫冒口，在 650-900mm 用 60 ㎜厚的保溫板，而對于 1000 ㎜發上的用 90mm 厚的保溫板。但在 1000mm 以上的冒口通用 90mm 厚的 冒口有些不太合理，應隨著冒口尺寸的增大，冒口壁的厚度將進一步加大，應該有 120mm 或 150mm。
展開 30年生產實踐總結：4類常用鑄件的工藝不足分析+改進方法！
2.3可優化設置冒口系統
圖5至圖8所示的鑄件澆注位置及分型面設置方案，因鑄件結構全部設置于下箱、及創造工藝條件將鑄件全部結構或鑄件重要結構設置于下箱，也為鑄件冒口系統的優化設計創造了基礎（工藝）條件，鑄件可很好地設計出壓邊冒口系統型式或其它類似于壓邊冒口之優化型式的頂冒口系統。
壓邊冒口系統型式（或其它優化型式的頂冒口系統），結合上述金屬液在型腔中的溫度梯度分布呈上高下低的正溫度梯度狀態，一方面十分有利于冒口系統對下層低溫金屬液的液態冷卻收縮進行有效地補縮；另一方面，壓邊冒口系統型式因其在金屬液自始至終充型的過程中處于鑄件結構的最高處（或冒口因其在金屬液自始至終充型的過程中處于鑄件重要結構的最高處），極為有利于型腔中及金屬液中氣體的溢出。
2.4鑄件錯箱缺陷少
鑄件結構全部設置于下箱，即用圖5至圖8所示的鑄件澆注位置及鑄件分型面設置方案，鑄件全部（或絕大部分鑄件結構）由下型鑄出，有內腔結構的鑄件亦可用砂芯或上型“砂胎”較精確的定位后鑄出。由此可見，用圖5至圖8所示的分型面設置方案比之于鑄件用圖1至圖4所示傳統的澆注位置鑄造工藝方案鑄出的鑄件，避免了或有效地降低了鑄件錯箱缺陷的產生，大大地降低了由于鑄件尺寸不合格而導致的鑄件廢品率。
2.5鑄件加工余量少
鑄件結構全部設置于下箱、及創造工藝條件將鑄件全部結構或鑄件重要結構設置于下箱，用圖5至圖8所示的鑄件澆注位置及分型面設置方案，可較好地減小鑄件的加工余量，減小（少）鑄件飛刺。
展開 汽車鑄鐵件氣孔缺陷的形成原因及防止措施
從圖8看出，該鑄件的砂芯較大，芯頭非常細小，無法有效設置排氣通道，當鑄件法蘭豎直放置時，冒口設置在側面，此時鑄件的上表面微形狀復雜且壁厚不均的復雜形狀面，且為零件的重點使用面，即使設置溢流冒口，但冒口頸較細長，氣體不可能有效溢出，從而產生嚴重氣孔缺陷。但大法蘭形狀簡單且厚大，如果法蘭水平放置，在砂芯的正上方法蘭位置放置冒口，該冒口既是補縮冒口，也是溢流冒口，由于冒口的鐵液溫度高，不易凝固，大量氣體仍可以有效溢出鑄件，防止氣孔產生。因此，對一些具有復雜砂芯的鑄件，應該遵循壁厚較大，形狀簡單的部位朝上，有利于設置冒口，加強氣體的溢出。
2.3 鐵液溫度的影響
從根本上來說，溢流冒口的合理設置可以使鐵液中的氣體能夠有效溢出，但與鐵液的溫度又很大關系，鐵液流動性差和表面氧化膜能夠阻止氣體的溢出，提高澆注溫度可以延緩鐵水表面氧化膜的生成和提高流動性，對防止氣孔是非常有效的措施。筆者發現，把澆注溫度由1380~1420℃提高至1420~1450℃，可以保證在鑄件不產生收縮缺陷的前提下，盡可能延緩氧化膜形成的時間，氣體能夠有效溢出。因此在解決氣孔類缺陷時，尤其是容易產生氣孔的鑄件，提高澆注溫度是較有效的方案，是生產具有復雜覆膜砂砂芯汽車鑄件的必要條件之一。
2.4 措施的有效性
氣孔的產生的原因是砂芯或砂型的氣體的釋放，最終氣體以氣泡的形式停留在鑄件內形成氣孔缺陷，往往表現為氣孔、嗆火、局部凹陷、翹皮等氣孔類缺陷。如何有效解決氣孔是鑄造工作者經常思考的問題，但往往解決方法比較片面。根據氣孔形成的原因，假設澆注過程中氣體能夠全部排出，自然不會產生氣孔，因此提出了“排、減、溢”的原則。首先，在澆注過程中氣體能沿砂芯中的排氣通道順利排出，則不會產生氣孔，因此，這種措施經常采用，這是“排”的原則。但是往往效果不好，因為即使制作了排氣通道，產生的氣體也不可能全部及時排出，這種方案無效。
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