第十章铸造习题解答

第十章铸造习题解答10-1试述铸造生产的特点，并举例说明其应用情况。答：铸造生产的特点有：①铸造能生产形状复杂，特别是内腔复杂的毛坯。例如机床床身、内燃机缸体和缸盖、涡轮叫叶片、阀体等。②铸造的适应性广。铸造既可用于单件生产，也可用于成批或大量生产；铸件的轮廓尺寸可从几毫米至几十米，重量可从几克到几百吨；工业中常用的金属材料都可用铸造方法成形。③铸造成本低。铸造所用的原材料来源广泛，价格低廉，还可利用废旧的金属材料，一般不需要价格昂贵的设备。④铸件的力学性能不及锻件，一般不宜用作承受较大交变、冲击载荷的零件。⑤铸件的质量不稳定，易出现废品。⑥铸造生产的环境条件差等。10-2型砂由哪些材料组成？试述型砂的主要性能及其对铸件质量的影响。答：型砂由原砂、粘结剂和附加物组成。型砂的主要性能有：①耐火度。型砂的耐火度好，铸件不易产生粘砂缺陷。②强度。若强度不足，铸件易产生形状和砂眼等缺陷。③透气性。透气性差，浇注时产生的气体不易排出，会使铸件产生气孔缺陷。④可塑性。可塑性好，造型时能准确地复制出模样的轮廓，铸件质量好。⑤退让性。退让性不好，易使铸件收缩时受阻而产生内应力，引起铸件变形和开裂。10-3试列表分析比较整模造型、分模造型、挖砂造型、活块造型和刮板造型的特点和应用情况。答：列表进行比较：手工造型方法特点应用整模造型模样为一整体，放在一个砂箱内，能避免铸件出现错型缺陷，造型操作简单，铸件的尺寸精度高。适用于形状简单、最大截面在端部且为平面的铸件。分模造型模样沿最大截面处分开。由于造出的铸型型腔不在同一砂箱中，若上下铸型错移会造成铸件错型。操作简便，对各种铸件的适应性好。应用最为广泛。挖砂造型技术要求较高，生产率低。适用于单件、小批量生产，最大截面不在端部且模样又不便分开的铸件。活块造型活块造型操作技术要求较高，生产率低。适用于单件小批量生产。刮板造型节省了模样材料和模样加工时间，但操作费时，生产率较低。适用于单件小批量生产，尤其是尺寸较大的旋转体铸件的生产。10-4试结合一个实际零件用示意图说明其手工造型方法和过程。答：以双联齿轮毛坯手工造型为例，手工造型过程如下：①造下砂型——②造上砂型——③开外浇口、扎通气孔——④起出模样——⑤合型——⑥浇注铁水——⑦带浇口铸件。10-5典型浇注系统由哪几个部分组成？各部分有何作用？答：典型浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。浇口杯的作用是将来自浇包的金属引入直浇道，缓和冲击分离熔渣。直浇道为一圆锥形垂直通道，其高度使金属液产生一定的静压力，以控制金属液流入铸型的速度和提高充型能力。横浇道分配金属液进入内浇道，并起挡渣的作用，它的断面一般为梯形，并设在内浇道之上，使得上浮的熔渣不致流入型腔。内浇道是引导金属液进入型腔的部分，其作用是控制金属液的流速和流向，调整铸件各部分的温度分布。10-6铸铁通常是在什么炉中熔炼的？所用炉料包括哪些？答：铸铁通常在冲天炉中熔炼。冲天炉的炉料分为金属料、燃料和熔剂三大类。金属料包括新生铁、回炉铁、废钢与铁合金等。燃料一般为铸造焦炭。熔剂通常是石灰石(CaCO3)或氟石(CaF2)。10-7什么是合金的铸造性能?试比较铸铁和铸钢的铸造性能。答：合金的铸造性能是指合金在铸造生产中表现出来工艺性能，主要是流动性性、收缩性、吸气性和偏析倾向等性能。铸钢的熔点高，钢液过热度比铸铁小，浇注时金属液流动时间短，所以流动性差。浇注薄壁复杂铸件容易出现冷隔和浇不足。同时，由于铸钢从浇注到冷却至室温降温幅度大，且无石墨化的膨胀，所以体积收缩和线收缩均较大，容易产生变形、裂纹。铸钢的熔点高，容易使铸件产生粘砂，要求型砂的耐火性高。铸钢的熔炼设备、熔炼工艺复杂。10-8什么是合金的流动性?合金流动性对铸造生产有何影响?答：流动性是指液态合金的流动能力。合金的流动性越好，充型能力越强，越便于浇注出轮廓清晰、壁薄而复杂的铸件。10-9铸件为什么会产生缩孔、缩松?如何防止或减少它们的危害?答：液态合金充满铸型，因铸型的快速冷却，铸件外表面很快凝固而形成外壳，而内部仍为液态随着冷却和凝固，内部液体因液态收缩和凝固收缩，体积减小，液面下降，铸件内出现了空隙，铸件内最后凝固的部分形成了缩孔。缩松实际上是分散在铸件上的小缩孔。铸件首先从外层开始凝固，凝固前沿表面凹凸不平。当两侧凹凸不平的凝固前沿在中心会聚时，剩余液体被分隔成许多小熔池。最后，这些众多的小熔池在凝固收缩时，因得不到金属液的补充而形成缩松。因此，液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的主要原因。防止方法：采用冒口、冷铁等，实现铸件定向凝固，补充金属液体体积的收缩。10-10什么是铸造应力?铸造应力对铸件质量有何影响?如何减小和防止这种应力?答：1、铸件凝固后，在继续冷却的过程中，将开始固态收缩，若收缩受到阻碍，则会在铸件内部产生应力，称为铸造应力。2、铸造应力将使铸件出现变形、裂纹。3、通过调整内浇道的位置、安放冷铁等措施，使铸件各部分温度趋于均匀，实现铸件各部分同时凝固，可使热应力大为减小。10-11砂型铸造时铸型中为何要有分型面?举例说明选择分型面应遵循的原则。答：制造铸型时，为方便取出模样，将铸型做成几部分，其结合面就是分型面。分型面选择原则为：便于起模、简化造型和尽量使铸件位于同一砂箱内。10-12零件、铸件、模样之间有何联系?又有何差异?答：模样是考虑铸件收缩率后将零件尺寸按一定比例放大后所做的；然后用模样做成铸型，做好后将模样取出，进行浇注；铸件相当于零件的毛坯，由于考虑到加工因素，因此铸件的尺寸要比零件大，去掉浇冒口后按零件图样进行加工后就是零件。所以它们的尺寸关系是：模样×收缩率＝铸件；铸件－加工余量＝零件。10-13试确定图10-56灰铸铁零件的浇注位置和分型面，绘出其铸造工艺图(批量生产、手工造型，浇、冒口设计略)。答：说明：1、本题的解答可能不是最佳方案，仅供参考；2、以下各题解答中，为使各指标参数、结构清晰和方便区分，本部份习题采用下图所示的画法图例a)图a)轴承盖由于是批量生产，所以造型时采用“一箱两做”方式，分两种情况：1、当轴承盖尺寸较大时，考虑顶部孔可以铸出，此时采用挑担式型芯，一次造两个毛坯，可以提高工效，使成本降低。其铸造工艺图如下图所示：2、当轴承盖尺寸较小时，不考虑顶部孔铸出，分型面和分模面选择不变，仍然采用挑担式型芯，一次造两个毛坯，提高了造型工效，使成本较低。其铸造工艺图如下图所示：b)图b)零件的铸造工艺图如下图所示：c)图c)零件采用“一箱两做”、对称卧铸方式，型芯为挑担式整体结构，其定位及安放方便，造型效率提高、成本较低，如下图所示：d)图d)所示轴承座，俯视图上80尺寸的下端面相对重要，因此将其置于型腔下部，可以减少铸造缺陷。铸造工艺图如下图所示：e)图e)所示端盖零件，大批量生产时采用下图所示分型面，可以减少机械加工量，至于应错箱而引起的Φ74和Φ126的毛坯同轴度误差，在切削加工中可以用互为基准的方式消除。铸造工艺图如下图所示：f)图f)所示零件的Φ260端面重要程度高，造型时将其置于下腔，至于由于错箱产生的Φ260和Φ210的同轴度误差可以采用互为基准方式在机械切削加工中消除。铸造工艺图如下图所示：g)图g)所示轮型零件，由于是批量生产，为简化造型工艺，采用两箱造型，且用环状型芯造出绳轮槽口。铸件工艺图如下图所示：h)图h)所示支撑台零件，批量生产时采用图示的对称分型面和分模面，使造型工艺大为简化，降低了生产成本，其铸件工艺图如下图所示：10-14为什么要规定铸件的最小壁厚?灰铸铁件的壁过薄或过厚会出现哪些问题?答：1、在一定的工艺条件下，由于受合金流动性的限制，铸造合金能浇注出的铸件壁厚存在一个最小值，所以要规定铸件的最小壁厚。2、铸件的壁过薄若过小，易出现冷隔、浇不足等缺陷；铸件壁厚过大将导致晶粒粗大、缩孔和缩松等缺陷，铸件结构的强度也不会因其厚度的增加而成正比地增加。10-15为什么铸件壁的连接要采用圆角和逐步过渡的结构?答：铸件壁间的连接采用铸造圆角和逐步过渡，可以避免连接处引起的热节和应力集中，减少缩孔和裂纹。10-16试述铸造工艺对铸件结构的要求。答：铸造工艺对铸件结构的要求有：①铸件应具有尽量少而简单的分型面；②铸件结构应便于起模；③避免不必要的型芯；④应便于型芯的固定、排气和清理。10-17图10-57所示铸件各有两种结构，哪一种比较合理?为什么?答：上图中：b）图结构较为合理。原因是：封闭内腔接头处形成交错结构，避免了内腔连接壁之间的直接连接导致热应力加剧，有效避免和减少了热变形和收缩应力.答：上图中：b）图结构较为合理。原因是：a）图中由于上下两个圆弧凸台影响起模，凸台处要用活块才能顺利起模，导致造型麻烦。而b）将两个圆弧改为直线结构，使起模顺利便捷，而且可以不用活块造型。答：上图中：a）图结构较为合理。原因是：b）图中顶盖上端面为大面积的水平面，在浇注充型时不容易充满整个平面，因而会产生浇不足和冷隔缺陷。而a）图将其改为斜锥体结构，浇注中合金液流动阻力小，充型能力强，可以较好地避免浇不足和冷隔缺陷。答：上图中：b）图结构较为合理。原因是：a）图结构中型芯中心与分型面不重合，也与分模面不重合，只能用三箱造型，使造型工艺复杂和型芯安放困难，增加了错箱机会。而改用b）图则使型芯中心与分型面、分模面重合，用两箱造型即可。答：上图中：a）图结构较为合理。原因是：a）图中铸件壁厚较为均匀，不易产生缩松和裂纹，而且轮辐上的孔加工方便。而b）图壁厚不均匀，易产生缩松和裂纹；轮辐与轮缘和轮毂连接为锐角，会产生热量的集聚和应力集中。答：上图中：b）结构较为合理。原因是：a）图中铸件内腔为封闭空腔结构，其型芯安放较为困难、充型中排气不畅、凝固后清砂困难。而b）图将封闭内腔改为开放结构，使上述问题迎刃而解。解：上图中：a）图结构较为合理。原因是：b）图结构中，上部法兰要用外型芯；内腔由于下部内环台孔直径较内腔小，要用内型芯造内腔；左边横内孔壁厚过厚及轴向过长，加上与下立壁成直交，形成交接不合理和较大的热节存在。造型时要用三箱造型，一是造型工艺复杂，二是增加错箱机会。而改为a）图结构则只需用整模两箱造型，内腔用自带型芯结构即可，大大简化了造型工艺。10-18熔模铸造、金属型铸造、压力铸造和离心铸造各有何特点?应用范围如何?答：列表阐述如下：铸造方法特点应用范围熔模铸造铸件精度高，表面质量好；可制造形状复杂的铸件；适用于各种合金铸件；生产批量不受限制。主要用于生产形状复杂、精度要求高、熔点高和难切削加工的小型(质量在25kg以下)零件，如汽轮机叶片、切削刀具、风动工具、变速箱拨叉，枪支零件以及汽车、拖拉机、机床上的小零件等。金属型铸造金属型铸件的尺寸精度高，表面质量好，加工余量小；金属型铸件的组织致密，力学性能好；金属型可以一型多铸，生产率高，劳动条件好。主要应用于有色金属铸件的大批量生产中。如铝合金的活塞、汽缸体、汽缸盖、铜合金轴瓦、轴套等。对于黑色金属，只限于形状简单的中、小零件。压力铸造铸件尺寸精度高，表面质量好；可压铸出形状复杂、轮廓清晰的铸件；铸件强度高；生产率高。压铸存在缺点：压铸设备投资大，制造压型费用高、周期长；压铸高熔点合金(如钢、铸铁)时，压型寿命低。内腔复杂的铸件也难以适应；铸件内部常有小气孔，影响铸件的内部质量；压铸件不能进行热处理，也不宜在高温下工作。不适合单件、小批量生产。内腔复杂的铸件也难以适应。离心铸造铸件组织致密，无缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷,力学性能好；简化工艺，提高金属利用率；便于浇