铸造工艺学课后复习题答案 董选普

《铸造工艺学》课后习题答案

大学

1、什么是铸造工艺设计？

铸造工艺设计就是根据铸造零件的结构特点、技术要求、生产批量、生产条件等，确定铸造方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等技术文件的过程。

2、为什么在进行铸造工艺设计之前要弄清楚设计的依据，设计依据包括哪些容？

在进行铸造工艺设计前设计者应该掌握生产任务和要求，熟悉工厂和车间的生产条件这些是铸造工艺设计的基本依据，还需要求设计者有一定的生产经验，设计经验并应对铸造先进技术有所了解具有经济观点发展观点，才能很好的完成设计任务

设计依据的容

一、生产任务1）铸件零件图样提供的图样必须清晰无误有完整的尺寸，各种标记 2）零件的技术要求金属材质牌号金相组织力学性能要求铸件尺寸及重量公差及其它特殊性能要求 3）产品数量及生产期限产品数量是指批量大小。生产期限是指交货日期的长短。二、生产条件 1）设备能力包括起重运输机的吨位，最大起重高度、熔炉的形式、吨位生产率、造型和制芯机种类、机械化程度、烘干炉和热处理炉的能力、地坑尺寸、厂房高度大门尺寸等。 2）车间原料的应用情况和供应情况 3）工人技术水平和生产经验 4）模具等工艺装备制造车间的加工能力和生产经验

三、考虑经济性对各种原料、炉料等的价格、每吨金属液的成本、各级工种工时费用、设备每小时费用等、都应有所了解，以便考核该工艺的经济性。

3.铸造工艺设计的容是什么？

铸造工艺图，铸件（毛坯）图，铸型装配图（合箱图），工艺卡及操作工艺规程。

4.选择造型方法时应考虑哪些原则？

1、优先采用湿型。当湿型不能满足要求时再考虑使用表干砂型、干砂型或其它砂型。

选用湿型应注意的几种情况1）铸件过高的技术静压力超过湿型的抗压强度时应考

虑使用干砂型，自硬砂型等。 2）浇注位置上铸件有较大水平壁时，用湿型易引起

夹砂缺陷，应考虑使用其它砂型 3）造型过程长或需长时间等待浇注的砂型不宜

选用湿型 4）型放置冷铁较多时，应避免使用湿型

2、造型造芯方法应和生产批量相适应

3、造型方法应适用工厂条件

4、要兼顾铸件的精度要求和生产成本

5-浇注位置的选择或确定为何受到铸造工艺人员的重视？应遵循哪些原则？

确定浇注位置是铸造工艺设计中重要的一环，关系到铸件的在质量、铸件的尺寸精度铸造工艺过程中的难易，因此往往须制定出几种方案加以分析，对此择优选用。

应遵循的原则为：1、铸件的重要部分应尽量置于下部 2、重要加工面应朝下或呈直立状态3、使铸件的大平面朝下，避免夹砂伤疤类缺陷 4、应保证铸件能充满 5、应有利于铸件的补缩 6、避免用吊砂，吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯，合箱及检验 7、应使合箱位置，浇注位置和铸件冷却位置相一致

5为什么要设计分型面？怎样选择分型面？

分型面的优劣，在很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率。选择分型面的原则：1、应使铸件的全部或大部置于同一半型 2、应尽量减少分型面数目，分型面少，铸件精度容易保证 3、分型面应尽量选用平面 4、便于下芯，合箱，检查型腔尺寸。 5、不使砂箱过高 6、受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度 7、注意减轻铸件的清理和机械

加工量。

6、什么叫浇铸位置

浇铸位置是指：浇铸时铸件在型腔所处的状态和位置

7、芯头长些好，还是短些好？间隙留大些好？还是不留好？举例说明

只需满足芯头的基本要求，希望芯头不要太长，过长的芯头会增加砂箱的尺寸增加填砂量，芯头过高，不利于扣箱。芯头间隙，为了下芯方便通常在芯头和芯座之间留有间隙，间隙的大小取决于铸型的种类，砂芯的大小，精度及芯座本身的精度。但应指出1）当一个砂芯上有多个（不止两个）芯头时，应给出较大的间隙，以免下芯困难2）对于普通的湿型小砂芯，可不留间隙。对于垂直小芯头，为了下芯稳固。甚至可以使用过盈的芯头

8、什么叫压环防压环积砂槽各起什么作用？什么条件下应用？不用它们行否？

压环：在上模样芯头上车削一道半圆凹沟（r=2~5）造型后在上芯座上凸起一环形砂作用：合箱后它能把砂芯压紧，避免液体金属沿间隙钻入芯头，堵塞通气道。这种方法只适用于机器造型的湿型。防压环：在水平芯头靠近模样的根部，设置凸起圆环，高度为0.5~2mm,宽为5~12mm.作用：造型后相应部分形成不凹的环状缝隙。下芯合箱时它可以防止此处砂型被压塌。因而可以防止掉砂缺陷集砂槽：下芯座模样的边缘上设有一道凸环，造型后砂型形成一环凹槽。作用：用于存放个别的散落沙粒。这样可大大加快下芯的速度。集砂槽一般深2~5mm宽3~6mm

9、解释名词机械加工余量，尺寸公差重复公差各分几个级别铸造的收缩率。最小铸出孔起模斜度？

机械加工余量：在铸件工艺设计时预先增加的，而后在机械加工时又被切去的金属厚度。机械加工余量等级由精到粗为ABCDEFGHJ九个等级。铸件尺寸公差是指铸件各部分允许的极限偏差。它取决于铸造工艺方法等的各种因素。铸件尺寸公差由精到粗分为16级命名为CT1到CT16 铸件质量公差以占铸件公称质量的百分率为单位的铸件质量的变动允许值由精到粗分为16级命名为MT1到MT16 铸件的收缩率：铸造收缩率K的定义K=(LM-LJ/LJ)X100% LM 为模样（芯盒）工作面的尺寸LJ铸件尺寸最小铸出孔：有些特殊要求的孔，如弯曲孔，无法实行机械加工，则一定要铸出起模斜度：为方便起模，在模样，芯盒的出模方向留有一定的斜度以免损坏砂型砂芯这个斜度为起模斜度。10、优良的浇铸系统能起到什么作用？

1）把液体金属引入型腔，保证金属液有一定的流速。平稳的注满整个型腔 2）具有良好的阻渣能力，金属液进入型腔不会产生飞溅冲刷型壁或砂芯 3）能够避免形成夹砂，皱皮，冷隔等缺陷。 4）金属消耗小并容易清理，可防止吸入气体和金属过度氧化等 5）补充液体金属凝固时的体积收缩，并保证能够提供足够的补缩金属液避免缩孔和缩松。

11、为什么说砂型铸造中，不能出现负压流动？

因为型砂的透气性好，因此在砂型铸造中，型砂部的压力不会低于外界气压，故不会出现负压流动。

12、怎样才能防止浇口杯出现水平漩涡流动？

1）使用深度大的浇口杯，深度应大于直浇道上端直径的5倍 2）应用拔塞，浮塞，铁隔片等方法，使浇口杯液体达到深度要求时再向直浇道提供洁净的金属。 3）在浇口杯底部安置筛网砂芯或雨淋砂芯来抑制水平漩涡 4）在浇口杯设置“闸门”堤坝等降低浇铸高度以避免水平漩涡，并促使形成垂直漩涡。垂直漩涡有利于熔渣气泡浮至液体的表面，对档渣和冲入的气泡有利。为此，浇包嘴宜设计得长些为好 5）此外还可以采用逆向浇铸液流不要冲着直浇道

13、怎样发挥横浇道阻渣作用

1）横浇道应呈充满液态，即满足充满条件 2）流速应尽可能低 3）浇道的位置关系要正确

a浇道距直浇道应足够远，使渣团有条件浮起到超过浇道的吸动区 b有正确的横浇道末端延长段 c封闭式浇铸系统的浇道应位于横浇道的下部，且和横浇道同一底面d封闭式浇注系统的横浇道应高而窄，一般取高度为宽度的2倍 e浇道应远离横浇道的弯道；用直的横浇道；浇道同横浇道的，呈锐角时初期进渣较多；呈钝角时增加紊流程度。

14、上小下大的直浇道能否呈充满态流动为什么？

能呈充满态流动因为金属液具有一定的粘度，另外还受到一定的阻力和渣、气体的影响，使其满足充满条件，故能呈充满态。

15、为什么说传统的“开放式”浇注系统不一定是不充满的浇铸系统？理由何在？

因为传统的“开放式”浇注系统存在多处沿程阻力和局部阻力，所以不一定是不充满的浇注系统。

16、浇注系统的基本类型有哪几种各有何特点？

封闭式浇注系统，开放式浇注系统封闭式浇注系统的特点：优点；较好的阻渣能力，防止金属卷入气体，消耗金属少清理方便。主要缺点：进入型腔的金属液高速，产生喷溅和冲砂使金属氧化，使型金属发生扰动涡流和不平静

开放式浇注系统：优点：进入型腔流速小充型平稳，冲刷力小，金属氧化轻，主要缺点：阻渣效果稍差浇道较大，金属消耗略多。

按浇道在铸件上的位置分类，可分为四类：顶柱式浇注系统，底柱式浇注系统，中间式浇注系统，台阶式浇注系统顶柱式浇注系统特点优点：容易充满，可减少薄壁件浇不到，冷隔方面的缺陷，充型后上部温度高于底部，有利于铸件自下而上的顺序凝固和冒口补缩冒口尺寸小节约金属；浇道附近受热较轻；结构简单，易于清理缺点：易造成冲砂缺陷；金属液下落过程中接触空气，出现激溅，氧化，卷入空气等现象，使充型不平稳，易产生砂孔，铁豆，气孔和氧化夹杂物缺陷；大部分浇铸时间，浇道工作在非淹没状态，相对地说，横浇道阻渣条件较差

底柱式浇注系统的特点：优点：浇道基本上在淹没状态下工作，充型平稳；可避免金属液发生激溅氧化及由此而形成的铸件缺陷；无论浇口比是多大，横浇道基本工作在充满状态下，有利于阻渣；型腔的气体容易顺序排出。缺点是：充型后金属的温度分布不利于顺序凝固和冒口补缩；浇道附近容易过热，导致缩孔缩松和结晶粗大等缺陷；金属液面在上升中容易结皮，难于保证高大的薄壁铸件充满，易形成浇不到冷隔等缺陷；金属消耗较大。

中间式浇注系统特点：兼有顶柱式和底柱式湿型浇铸系统的优缺点。

阶梯式浇注系统特点：优点：金属液首先由最底层浇道充型，随着型液面上升，自下而上地顺序地流经各层浇道。因而充型平稳，型腔气体排出顺利。充型后上部金属液温度高于下部，有利顺序凝固和冒口的补缩，铸件组织致密。易避免缩孔，缩松，冷隔，及浇不到等铸件缺陷缺点：造型复杂，有时要求几个水平分型面，要求正确的计算和结构设计，否则容易出现上下各层浇道同时进入金属液的“乱浇”现象，或底层进入金属液过多，形成下部湿度高的不理想的温度分布。

17、什么是奥赞公式？

S阻=m/ρτμ√2gHp S阻——阻流截面积 m—流经阻流的金属总质量ρ—金属液的密度μ—充填全部型腔时，浇注系统阻流截面积的流量系数 Hp充填型腔时的平均计算压力头τ—充填型腔时的总时间 g—重力加速度

18、设计阶梯式浇铸系统应注意防止哪两种不良现象出现？怎么防止？

容易出现的两种不良现象为1）上下各层浇道同时进入金属液的“乱浇”现象2）分配不均，底层进入金属液过多形成下部温度高的不理想的温度分布防止的方法 a多直浇道的阶梯式 b用球塞法控制的阶梯式 c控制各组元比例的阶梯式 d带缓冲或反直浇道的阶梯式

19、浇道设计的基本原则

1、浇道上在铸件上的位置和数目应服从所选定的凝固顺序或补缩方法

2、方向不要冲着细小砂芯，型壁，冷铁，芯撑必要时采用切线引入。 3浇道应尽量薄 4、对薄铸件可用多浇道的浇铸系统实现补缩，这时浇道尺寸应符合冒口颈的要求。 5、浇道避免开设在铸件品质要求很高的部位，以防止金相组织粗大。 6、为了使金属液体快速而平稳地充型，有利于排气和除渣，各个浇道中的金属流向应力求一致，防止金属液在型碰撞，流向混乱而出现过度紊流。 7、尽量在分型面上开设浇道，使造型方便。 8、对收缩大易形成裂纹的合金铸件，浇道的设置应尽量不阻碍铸件的收缩

20、封闭式浇注系统与开放式浇注系统、横浇道各怎么搭接？为什么？

封闭式浇注系统浇道应位于横浇道的下部，且和横浇道具有同一底面

开放式：浇道应重迭于横浇道之上，且搭接面积要小，但大于浇道截面积

封闭式：使最初浇入的冷污金属液能靠惯性流越浇道，纳于末端延长段而不进入型腔；开放式:开放式浇注系统的浇道比阻流大得多，若将浇道置于横浇道底部，则横浇道都呈非充满流态，无法实现阻渣，故需把浇道重迭在横浇道上方，用横浇道的顶面及末端延长段粘附和储留渣滓

21、何为浇口比，吸动区

浇口比指的是浇注系统中直浇道，横浇道，浇道的截面积之比（即S直：S横：S：）

横浇道，在浇道入口周围存在一个区域只要金属液进入该区就会自动流入浇道，该区域称为吸动区。

22、横浇道为何要有末端延长端。第一个浇道为何不能紧临直浇道？

末端延长段作用：1）容纳最初浇铸的低温，含气及渣污的金属液，防止其进入型腔；吸收液流动能，使金属液流入型腔平稳。末端呈坡形可阻止金属液流到末端时出现折返现象。浇道应距直浇道足够远，使渣团有条件浮起到超过浇道的吸动区。

23、冒口的功用是什么？常用哪几种冒口？

冒口是铸型用以储存金属液的空腔，在铸件形成时补给金属，有防止缩孔，缩松，排气和集渣的作用。

常用冒口种类：明顶冒口，暗顶冒口，侧冒口。

24、铸钢冒口和铸铁（灰铸铁和球铁）冒口在设计原则上有哪些相同点，哪些不同点

相同点:1)冒口应设在铸件热节上方，侧旁 2）冒口应设在铸件最高，最厚部位 3）冒口不应设在铸件的重要的受力大的部位，以防止组织粗大降低强度。 4）冒口应不设在铸件应力集中处，应注意减轻对铸件的收缩阻碍以免引起裂纹 5）尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件 6）冒口布置在加工面上，可节约铸件精整工时，零件外观好 7）不同高度上的冒口，应用冷铁使各个冒口补缩围隔开，不同点：铸钢件补缩距离比铸铁件补缩距离大

25、用模数法计算冒口的原理

遵守顺序凝固的基本原理，冒口的凝固时间τr应大于等于铸件被补缩部位的凝固时间τc，遵循公式(Mr/Kr) 2≧(Mc/ Kc)2 Mr 、Mc 分别为冒口模数，铸件模数 Kr 、Kc分别为冒口、铸件的凝固系数。在铸件补缩过程中冒口金属逐渐减少，顶面形成缩孔使散热表面积增大，因而冒口模数逐渐减少。铸件模数由于得到炽热金属液的补充模数相对的有所增大。

26、球墨铸铁件的实用冒口有几种？

实用冒口有四类分别是控制压力冒口，浇铸系统当冒口，直接使用冒口，无冒口补缩法27、补贴有什么作用？

形成向冒口的补缩通道，实现顺序凝固，增强补缩效果，可消除铸件下部热节处的缩孔，还

可延长补缩距离，减少冒口数目。

28、冷铁有何用处？

1）在冒口难以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，扩大冒口补缩距离或围，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的力学性能。如细化基本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

29、割肋，拉肋各在什么条件下使用？

易产生热烈的铸件铸件在凝固收缩时，承受拉应力的壁称为主壁，与主壁相变形成热节，并使主壁产生拉应力的壁称为邻壁，邻壁长度和主邻壁厚之间的关系，决定着收缩应力的大小，依实践经验，当a/b＞（1~2）或a/b＞（2~3），l/b＜1时，可以不设割肋超出上述围就应该设割肋以防热烈。断面呈UV字形的铸件，铸出后经常出现变形，结果使开口尺寸增大，防止这类铸件变形可设拉肋。

30、铸铁件的收缩有何特点？

在凝固完毕前要经历一次（液体）收缩，体积膨胀和二次收缩过程。一次收缩，体积膨胀和二次收缩的大小并非确定值而是在很大围变化

31、如何确定铸件的关键模数？

关键部分应满足的条件是：它本身的体积膨胀量能抵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，且是相互关连的，才可能相互抵偿。这也表示更厚的部分也可以满足关键部分的要求。

32、直接实用冒口有何特点？

主要优点：1）铸件工艺出品率高 2）冒口位置便于选择，冒口颈可很长 3）冒口便于去除花费小。主要缺点：1）要求铸件强度高 2）要求严格控制浇铸温度围±25° 3）对于形状复杂的模数铸件，关键模数不易确定。

33、冷铁有哪几个熔接阶段？选择冷铁应达到哪几个熔接阶段？

冷铁的熔接过程可分为四个阶段阶段1：浇铸后，在很短的时间，冷铁的热升温，使靠近冷铁表面的金属液过冷。产生类似纯金属组织的粒状等轴晶。阶段2：自粒状等轴晶表面陆续生长树枝晶，随时间延长，结晶速度减少，直到结晶前沿停止前进，此时，冷铁的温度已上升到固相线附近阶段3：冷铁作用区温度升高，冷铁周围已形成的树枝晶重新熔化，冷铁表面达到熔点阶段4：冷铁局部或完全熔化，最后由于铸件外壁结晶前沿向中心推进而使凝固结束。选择冷铁到达阶段3

34、选择过大过厚的冷铁有何问题？外冷铁有何问题？

冷铁尺寸过大，其最高温度达不到固相线，在第二阶段铸件凝固过程即令冷铁降温，因而冷铁不能和铸件熔合，成了“非熔接冷铁”，影响铸件的力学性能，甚至可能引起裂纹；外冷铁的厚度大，激冷作用强，但当厚度达到一定值后，钢的凝固速度将不再增加，因而设有必要用过厚的外冷铁，浪费材料。外冷铁面积太大，已凝固层向冷铁中心收缩的应力也大，容易引起热烈。

35、冒口补贴有几种？

金属补贴，加热补贴，发热（保温）块补贴，垂直补贴，水平补贴。

36、提高通用冒口补缩效率的措施是什么？

1）提高冒口中金属液的补缩压力。如采采用大气压力冒口等 2）延长冒口中金属液的保持时间，如采用保温冒口。发热冒口等

37、大气压力冒口能否补缩比冒口高的铸件？为什么？

能，浇铸后冒口表面结壳，外界大气压力仍可通过砂芯的孔隙作用在部金属液面上，从而增

加了冒口的补缩压力

38、湿型铸造特点？为什么采用湿型铸造时外使用单一砂？有何利弊？

湿型铸造的基本特点是砂型（芯）无需烘干，不存在硬化的过程。使用单一砂能够简化型砂的管理和造型的操作过程，提高造型生产率。优点：生产灵活性大，生产率高，生产周期短，便于组织流水生产，易于实现生产过程的机械化和自动化；材料成本低；节省了烘干设备、燃料、电力及车间生产面积；延长了砂箱使用寿命等。缺点：容易使铸件产生一些铸造缺陷，夹砂结疤、鼠尾、粘砂、气孔、砂眼、胀砂等。

39、铸造用原砂，型砂中的含泥量是否就是粘土？两者有何区别？

不是，含泥量是指原砂或型砂环中直径小于0.02mm（20μm）的细小颗粒的含量而言，其中既有粘土，也包括极细的沙子和其它非粘土质点。粘土是湿型砂的主要粘结剂。粘土主要是由细小结晶质的粘土矿物所组成的土状材料。

40，试说明膨润土，普通粘土的主要矿物成分？

膨润土主要由蒙脱石组矿物组成的，主要用于湿型铸造的型砂粘结剂。粘土主要是由细小结晶质的粘土矿物所组成的土状材料。

41、阐述粘土的粘结力是怎样产生的？湿型砂中的水分对粘结力有何影响？

粘土在水中形成的粘土—水系是胶体，带负电的粘土颗粒将极性水分子吸引在自己的周围，形成胶团的水化膜。依靠粘土颗粒间的公共水化膜通过其中的水化阳离子所起的“桥”或键的作用，使粘土颗粒相互联接起来。湿型砂中的水分过低，则不能形成完整的水化膜，若水分过高，就会出现自由水，在这两种情况下，湿态粘结力都不大，只有在粘土喝水量比例适宜时，才能获得最佳的湿态粘结力。

42、湿型中常加煤粉能起哪些作用？为什么铸钢件用湿型砂中不加煤粉？

1、在铁液的高湿作用下，煤粉产生大量的还原性气体，防止金属液被氧化，并使铁液表面的氧化铁还原，减少了金属氧化物和造型材料进行化学反应的可能性。

2、煤粉受热形成的半焦充填堵塞砂型表面颗粒间的孔隙，使金属液不能渗入

3、煤粉受热后变为胶体具有可塑性，可以减少因砂型受热膨胀而产生的铸件缺陷。

4、煤粉在受热时产生的碳氧化物挥发分在650~1000°高温下于还原性气氢中发生气相热解而在金属和铸型界面上析出一层带有光滑的碳。称为光亮碳。会使铸钢件增碳，影响铸件质量，因而型砂中不能含煤粉和煤粉烧损的残留物。

43、以旧砂为主配制湿型砂，为什么必须补加一定量的新砂，膨润土，煤粉？补加量如何确定？

距表面一定深度之的粘土在高温作用下，失去结构水，丧失了粘结能力，成为失效粘土，这部分的型砂约占整个砂型重的2%~5%。实效粘土的一部分在高湿作用下包裹在砂粒表面上，烧结形成一层牢固的膜，不能用水流掉，成为砂粒的一部分这层膜又称为惰性膜，型砂经历无数次循环混制和浇注受热，惰性膜将多层重叠包覆，使砂粒直径增大。这个过程可称为鲕化现象。所以每次回用旧砂时都需要加入一些新砂以冲淡旧砂，避免鲕化物过高，每次混砂时都要加入适量膨润土，用来代替被烧损和部分烧损的膨润土，也用来粘结进入砂系统的新砂和砂芯旧砂。煤粉等碳质附加物受热后也同样分解，失去挥发性物质。残留的焦炭是多孔性的，它降低了型砂中石英含量和膨胀性，同时提高了型砂的需水量。其数量取决于铸件的壁厚。浇注湿度，砂铁比和铸件在型中的冷却时间，也取决于品种和质量加入适量的膨润土和煤粉。

44、什么是型砂中的热砂问题？有何不良影响？请论述解决的途径和可能的措施？

湿型铸铁件落砂后型砂湿度一般达70~180°。铸钢件则可达90~260°C。机械化流水生产的车间。一班中型砂可能周转3~6次。如果处理不当就会出现型砂湿度过高的问题。一般型砂温度高于室温10°C以上称为热砂热砂的不良影响为：1）砂温高，水分容易蒸发，使型