金属工艺学作业

金属工艺学作业本姓名: 姚喜林班级： 09级机械设计制造及其自动化6班 学号： 20091399第一章 铸造成形工艺理论基础1．述铸造成形的实质及优缺点。

铸造是一种将液态金属浇入铸型型腔，冷凝后获得毛坯或零件的成形工艺。

铸造成形工艺的优点是：（1）适合制造形状复杂，特别是内腔形状复杂的铸件。

（2）铸件的大小几乎不受限制。

（3）可使用的材料范围广，凡能熔化成液态的金属材料几乎均可用于铸造。

铸造成型工艺的缺点是：（1）组织性能差，铸件晶粒粗大，不均匀，力学性能差，制造工序繁多，易于产生铸造缺陷。

（2）工作条件差，劳动强度高。

3．何谓同时凝固原则和定向凝固原则？试对图1所示阶梯型试块铸件设计浇注系统和冒口及冷铁，使其实现定向凝固。

同时凝固原则是指使型腔内各部分金属液温差很小，同时进行凝固的原则；定向凝固原则是在熔模铸造型壳中建立特定方向的温度梯度，使熔融合金沿着与热流方向相反的方向按照要求的结晶取向凝固的一种铸造工艺。

第二章 常用铸造合金及其熔炼1、某铸件壁厚有5mm,20mm,52mm三种，要求铸件各处的抗拉强度都能达到150MPa,若选150牌号的灰铸铁为材质，能否满足要求？不能；查表《灰铸铁的抗拉强度，特性及应用举例》可知：壁厚为5mm对应的材质为牌号HT150的铸件壁厚范围为2.5~10mm，相对应的抗拉强度为不小于175MPa，与应用抗拉强度范围0~150MPa无交集，故能满足性能要求。

壁厚为20mm对应的材质为牌号HT150的铸件壁厚范围为20~30mm，相对应的抗拉强度为不小于130MPa，与应用抗拉强度范围0~150MPa有交集，故不能满足性能要求。

壁厚为52mm对应的材质为牌号HT150的铸件壁厚范围为30~50mm，相对应的抗拉强度为不小于120MPa，与应用抗拉强度范围0~150MPa有交集，故不能满足性能要求。

综上所诉要求铸件各处的抗拉强度都能达到150MPa，选取HT150牌号的灰铸铁不能满足性能要求。

2、冲天炉熔炼时，加入废铁、硅钢、锰钢的作用是什么？若采用单一的生铁锭或回炉铁为原料，铸造出的品质如何？若采用单一的废铁来熔炼，铸造出的产品属于什么材质（铸钢、灰铸铁、白口铸铁）？为什么？（1）加入废钢是为了降低铁料的原始含碳量，以获得碳含量较低的铁液；加入硅铁、锰铁的目的是弥补铁料中硅锰的烧损。

（2）采用单一的生铁锭或回炉铁为原料，碳含量得不到稀释，铸件易形成含C化合的白口铸铁，铁料中烧损的硅锰得不到补充，导致铁液中的硫、磷含量偏高，增加了铸件的冷脆性和热脆性。

（3）若采用单一的废铁来熔炼，铸造出的产品属于白口铸铁。

因为，铁料中烧损的硅锰等不到补充，所以没有足够的Mn来与S反应形成MnS上浮，硫含量过高使铸铁形成白口组织，故所得到的铸件的品质为白口铸铁。

第三章 金属的铸造成型工艺A 砂型铸造与壳型铸造砂型铸造工艺是用模样和型砂制造砂型的一种工艺。

砂型铸造是铸造中应用最广泛、最灵活的方法。

它既可以用于单件、小批量生产的手工造型，也可用于成批、大量生产的机器造型和自动化生产线；既能浇注低熔点非铁合金及其合金液，又能浇注高熔点的铁液及钢液；铸件的尺寸可大可小，形状可简单亦可复杂；等等。

但砂型铸造一型智能浇注一次，生产的工序较多，影响铸件品质的因素亦较多。

壳型铸造是用酚醛树脂砂制造薄壳砂型或型芯的方法。

壳型铸造的优点：（1） 覆膜砂可以较长时间储存，且砂的消耗量少；（2） 无须捣砂，能获得尺寸精确的壳型及壳芯；（3） 壳型及壳芯强度高，质量小，易搬运；（4） 壳型及壳芯透气性好，可用细原砂得到表面光洁的表面；（5） 不需砂箱，壳型及壳芯可长期存放；缺点：酚醛树脂覆膜砂价格较高，制壳的能耗高。

比较下列各组铸造方法：A 砂型铸造与壳型铸造；B 金属型铸造与砂型铸造；C 熔模铸造与陶瓷型铸造；D 气化模铸造与熔模铸造；E 低压铸造与压力铸造。

B 金属型铸造与砂型铸造液态金属在重力作用下注入金属型中成形的方法，称为金属型铸造。

金属型铸造的优点：（1） 金属型可“一型多铸”，省去了砂型铸造中的配砂、造型、落砂等许多工序，节省了大量造型材料和生产场地，提高了生产率，易于实现机械化和自动化生产。

（2） 铸件的尺寸精度和表面粗糙度指标均优于砂型铸件，铸件的加工余量少，晶粒细密，力学性能高。

（3） 劳动条件好。

金属型铸造的缺点（1） 金属型的铸造成本高，周期长，不适合单件、小批量生产。

（2） 不适合制造形状复杂、薄壁和大型的铸件。

（3） 用来铸造铸钢等高熔点合金铸件时，金属型寿命较短，同时，还易使铸铁产生硬、脆的白口组织。

C熔模铸造与陶瓷型铸造熔模铸造：熔模铸造是液态金属在重力作用下浇入由蜡模熔失后形成的中空壳并在其中成形、从而获得精密铸件的方法，又称为失蜡铸造。

熔模铸造的优点：（1） 铸件的精度高，表面粗糙度低。

（2） 可以铸造出形状复杂的薄壁铸件。

（3） 铸造的合金种类不受限制，钢铁及非铁合金均可适用。

（4） 生产批量不受限制。

熔模铸造的缺点：（1） 工序复杂，生产周期长。

（2） 原材料价格高，铸件成本高。

（3） 铸件的尺寸不能太大，否则蜡模易变形，丧失原有精度。

陶瓷型铸造液态金属在重力作用下注入陶瓷型中形成铸件的方法称为陶瓷型铸造。

陶瓷型铸造的特点：（1） 铸件的尺寸精度和表面粗糙度指标优异。

（2） 铸件的大小不受限制，质量从几公斤到几吨均可。

（3） 在单件、小批量生产条件下，需要的投资小，生产周期短，在一般的铸造车间较易实现。

不足的地方：不适于批量大、质量小或形状复杂的铸件，生产过程中难以实现机械化和自动化。

D气化模铸造与熔模铸造气化模铸造：用聚苯乙烯发泡的模样代替木模或金属模，用干砂、水玻璃砂等型砂进行造型，无须起膜，直接将高温液态金属浇注到型中客气化的模样上，使模样燃烧、气化、消失而形成铸件的方法，称为气化模铸造或消失模铸造。

气化模铸造的特点：（1） 气化模铸造是一种少无余量、精密成型的新工艺。

（2） 铸件的结构设计提供了充分的自由度。

（3） 气化模铸造的工序比砂型铸造和熔模铸造大大简化，对操作工人的技术要求不高。

气化模铸造的使用范围：（1） 各类合金，包括铝、镁、铜合金、灰铸铁、球墨铸铁及除低碳钢以外的铸钢。

（2） 壁厚在4mm以上的铸件。

（3） 质量几公斤至几十吨的铸件。

（4） 生产批量不受限制。

（5） 只要利于气化模砂型的紧实，对铸件的结构形状几乎无任何特殊限制。

E低压铸造与压力铸造低压铸造：低压铸造是介于金属型铸造和压力铸造之间的一种铸造方法，它是在0.02~0.07MPa的低压下将金属液体注入型腔，并在压力下凝固成形而获得铸件的方法。

低压铸造的优点：（1） 浇注压力和速度便于调节，可适应不同材料的铸型。

同时，充型平稳，对铸型的冲击力小，气体较易排除，尤能有效克服铝合金的针孔缺陷。

（2） 便于实现定向凝固，以防止缩孔和缩松，是铸件组织致密，力学性能好。

（3） 不用冒口，金属的利用率可高达90%~98%。

（4） 铸件的表面品质高于金属型，可生产出壁厚为1.5~2mm的薄壁铸件。

此外，低压铸造设备费用较压铸设备低。

低压铸造的缺点：升液管的寿命短，金属液在保温过程中易产生氧化和夹渣，且生产效率低于压力铸造。

压力铸造：压力铸造是在高压作用下将液态或半液态金属快速压入金属压铸型中，并在压力下凝固而获得铸件的方法。

压力铸造的优点：（1） 生产率高，每小时可压铸50~150次，最高可达500次，便于实现自动化、半自动化。

（2） 铸件的尺寸精度高，表面粗糙度低，并可直接铸出极薄件或带小孔、螺纹的铸件。

（3） 铸件冷却快，又是在压力下结晶，故晶粒细小，表层紧实，铸件的强度、硬度高。

（4） 便于采用嵌铸法。

压力铸造的缺点：（1） 压铸机费用高，压铸型制造成本极高，工艺准备时间长，不适宜单件、小批量生产。

（2） 由于压铸型寿命原因，目前压铸尚不适宜铸钢、铸铁等高熔点的合金的铸造。

（3） 由于金属液体注入和冷却速度过快，型腔气体难以完全排出，壁厚处难以进行补缩，故压铸件内部常存在气孔、缩孔和缩松。

1、试确定图4-30所示铸件的浇注位置及分型面。

平板：平板的大平面属重要面，根据确定浇注位置的原则，应将其朝下放置。

如图（a）方案（1）。

油盘：油盘铸件的底部为面积大而薄壁的平面，为了使浇注时金属液易于充满型腔，放置产生浇不到或冷隔缺陷，应将底盘朝下。

如图（b)方案（1）。

卷扬机滚筒：卷扬筒铸件的法兰大端与筒体交界处的热节圆直径d比下部的壁厚大，应将该处朝上放置，以利于设置冒口，对该处进行补缩。

如图（d）方案（1）。

若滚筒的外圆或内孔为必须保证品质的重要面，可以采用“平做立浇”的方法，即图（d）方案（2）。

车床车身：在中小批量生产条件，采用导轨面朝下的如图（c）方案（1）较为理想。

在成批、大量生产、机器造型时宜采用两箱造型方案，这时导轨面处于侧立位置，上箱顶面附近的部分导轨的品质，可以通过改进浇注系统、冒口，加强撇渣，排气等措施加以保证。

宜采用如图（c）方案（2）。

1、铸造一个φ1500mm的铸铁顶盖，有如图5-23所示的两个设计方案，试问哪个方案易于铸造，并简述理由。

锥顶结构方案易于设计。

从铸件设计的3方面内容可以得出：（1）外形设计：a方案的外形具有起模斜度，便于起模，锥顶的纵向剖面具有足够的斜度这是方案b所无法企及的。

（2）内腔设计：a方案中的圆锥体型芯具有更强的稳定性和排气性。

圆锥体内腔各壁间均以大角度链接这样能简化铸件的清理。

（3）壁间的连接设计：因为铸铁顶盖的尺寸为φ1500mm，若按b设计方案这会出现大从尺寸的水平面易使顶盖产生冷隔、气孔和夹渣等缺陷。

若采用a设计方案则可避免较大尺寸水平面，从而可以消除前述缺陷。

2、为防止图5-24所示的铸件产生角变形，可以采取哪几种措施保证角α的准确性？。

两种。

（1）设加强肋，以满足强度要求。

（2）采取过渡形式避免锐角连接，以避免出现应力集中现象，导致出现裂纹。

图示连接能减少热节和缓解应力。

3、某厂生产如图5-26所示的支腿铸铁件，其受力方向如图中箭头所示。

该件在使用过程中多次发生断腿事故。

试分析原因，并重新设计腿部结构。

结构的缺点有：（1）小圆环与大圆筒之间的水平肋在F水平分力作用下受拉这与灰铸铁的特性相背，是不良结构。

（2）水平肋与小圆环及大圆筒的连接处在F纵向分力作用下易产生应力集中。

改进措施如图：（1） 将大圆筒铸置小圆环的右侧该水平肋水平受拉状态为水平受压状态。

（2） 将水平肋置与小圆环顶部水平平齐，并在其下方加设纵向加强肋，以增强中间肋的抗弯能力。

第六章 金属塑性成形的工艺理论基础1、要制造一件直径为90mm、高为40mm的碳钢齿轮锻件，试确定其坯料的尺寸D。

和H。

制造该齿轮需要镦粗工序：由镦粗时的锻造比为：Y镦=H。