铸造工艺学考题

铸造工艺学考题（考试总结）一，冷铁：为增加铸件局部冷却速度，在型腔内部及工作表面安放的金属块作用：①在冒口难于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范围，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和力学性能。如细化基体组织，提高铸件表面硬度和耐磨性。⑥减轻和防止厚壁铸件中的偏析。二，分型面及选择原则分型面是两半铸型接触的的表面，分型面在很大程度上影响铸件的尺寸精度，成本和生产率。选择原则：①应使铸件全部或大部分位于同一砂型内②应尽量减少分型面的数目

③分型面应尽量选用平面④便于下芯，合箱和检查型腔尺寸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注意减轻铸件清理和机械加工量三钠水玻璃砂硬化机理硬化机理：因为水玻璃中本来就有下列平衡，硅酸钠水解，Na2O·mSiO2·nH2O=2NaOH+mSiO2·nH2O向水玻璃中吹入二氧化碳时，由于二氧化碳是酸性氧化物其余水解反应NaoH+CO2=Na2co3+H2O促进水解反应向右进行，硅酸分子增多，其发生缩聚反应≡Si-O-H+H-O-Si≡→≡Si-O-Si≡+H2O其还会进一步缩聚，形成凝胶。钠水玻璃的物理脱水作用，由（液态到固态）和化学反应（形成新物质）的结果。目前铸造生产中常用的一些硬化方法，都是加入能直接或间接影响上述反应平衡点的气态、液态或粉状硬化剂，与OH-作用，从而降低pH值，或靠失水，或靠上述两者的复合作用来达到硬化。（1分）a失水发生由液态到固态的转变：凡是能去除水玻璃中水分的方法，如加热烘干，吹热空气或干燥的压缩空气，真空脱水，微波照射以及加入产生放热反应的化合无等都可以使钠水玻璃硬化。（2分）b化学反应，形成新的产物：钠水玻璃在加入酸性或具有潜在酸性的物质时，其pH值降低，稳定性下降，使得其水解和缩聚过程加速进行。（2分）目前存在的问题及解决方法：①出砂性差——a）在钠水玻璃中加入附加物；b）减少钠水玻璃的用量；c）减低易熔融物质的含量；d）采用以石灰石作原砂的钠水玻璃CO2自硬砂。②铸铁件粘砂——a）刷涂料，最好使用醇基涂料；b）一般铸铁件也可以在钠水玻璃中加入适量的煤粉或者适量具有填料性能的高岭土式粘土③型、芯表面粉化（白霜）——a）控制钠水玻璃的水分不要偏高，吹CO2的时间不宜过长，型、芯不要放置太久；b）据有关工厂的经验，在钠水玻璃中加入占砂质量1%左右，密度为1.3克∕立方厘米的糖浆，可以有效防止粉化。④砂芯抗吸湿性差——a）在钠水玻璃砂中加入锂水玻璃或在钠水玻璃中加入Li2CO3、CaCO3、ZnCO3等无机附加物；b）在钠水玻璃中加入少量有机材料或加入具有表面活性剂作用的有机物，粘结剂。⑤此外，还存在发气量大（注意排气；先烘干砂芯再浇注）、旧砂再生和回用困难、热膨胀（加入质量分数4%的高岭土粘土形式的铝土）等问题。四.阐述用湿型砂铸造时出现水分迁移现象时，其传热、传质有何特征？答：1）热通过两种方式传递，一是通过温度梯度进行导热，未被吸收的热通过干砂区传导至蒸发界面使水分汽化；二是靠蒸汽相传递。蒸汽的迁移依赖于蒸汽的压力梯度。2）干砂区的外侧为蒸发界面及水分凝聚区，没有温度梯度。3）铸件表面温度与干砂区的厚度及蓄热系数有关。五.浇注系统的基本类型有哪几种?各有何特点？答：1.封闭式浇注系统冒口是铸型内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。冒口形状：圆柱形、球顶圆柱形、长(腰)圆柱形、球形及局球形等多种。七.侵入性气孔与反应性气孔的本质区别是什么？分析两种气孔的形成条件及形成过程，并提出防止措施。答：（1）侵入性气孔与反应性气孔的形成原因不同。前者是由于砂型（芯）空隙中蒸发出的气体进入铸型中来不及逸出形成的较大的不圆整，梨形的气孔；后者是由于铸件与砂型中的物质反应，生成的气体在型中形核长大，来不及逸出，在铸件表面形成的针状或蝌蚪状垂直于铸件壁的气孔。（2分）（2）侵入性气孔形成的条件：形成过程：气体在空隙内有气相处形成气核，气体逐渐向气泡核中聚集，使气泡长大，压力增大，当气泡长到一定大小时，下部出现腰或颈，最后断开，逃离型壁进入金属液中。（1分）防止措施：a减少铸型发气量；b提高金属液的静压力，即形成时的阻力；c使砂型的紧实度适中，有利于气体排出。（1分）（3）反应性气孔的形成条件：金属液或金属液的氧化物与型内的附加物或加热时生成的气体反应，生成较多的气体。（1分）形成过程：（2分）aCO形成学说：Fe与金属液中的CO2反应生成CO，CO不溶于金属液，在固相或夹杂物上成核，生成的气体聚集，沿阻力小，柱状晶方向生长，来不及逸出，形成气孔；b氢引起学说：FeO与金属液中的H反应生成H2O，钢液脱氧不好时，生成的H2O质点为气泡核，气体聚集来不及逸出时，形成气孔；c氮引起学说：有机粘结剂砂型中，各组分发生反应生成NH3等气体，分解形成[N][H]，吸附、溶解、聚集，打一定量时，金属液温度降低，氮气析出成为气泡核，气体聚集，来不及析出时形成气孔。防止措施：a防止金属液与铸型发生化学反应；b尽量减少有机粘结剂的使用，或用涂料或添加剂等；c避免铸型发生吸气；d在保证砂型强度的基础上尽量降低型中水分含量。（1分）九，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，关系到铸件的内在质量、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十，用模数法计算冒口的原理，浇冒口设计步骤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，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。浇冒口设计步骤：1)把铸件分为几个补缩区，按简单几何体即热节点模数公式计算各区模数2）计算冒口及冒口颈的模数确定冒口的形状和尺寸检查顺序凝固条件，如补缩液是否足够，补缩通道是否畅通。校核冒口补缩能力十一、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）内浇道的位置关系要正确a内浇道距直浇道应足够远，使渣团有条件浮起到超过内浇道的吸动区b有正确的横浇道末端延长段c封闭式浇铸系统的内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内浇道应远离横浇道的弯道；用直的横浇道；内浇道同横浇道的链接，呈锐角时初期进渣较多；呈钝角时增加紊流程度。19.十二，铸件的内浇道开设的原则是什么？答：内浇道设计的基本原则内浇道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a同时凝固：内浇道在薄壁处，数量多且分散分布。b顺序凝固：内浇道开在厚壁或冒口处c复杂铸件：采用顺序凝固与同时凝固相结合的原则。方向不要冲着细小砂芯、型壁、冷铁和芯撑内浇道应尽量薄。对薄铸件可用多内浇道的浇注系统实现补缩。内浇道避免开设在铸件品质要求很高的部位。（6）各内浇道中金属液的流向应尽量一致。（7）尽量开在分型面上。（8）对收缩大易裂纹的合金铸件，内浇道的设置不应阻碍收缩。十三、湿型砂中加入煤粉起什么作用、对煤粉有什么要求？作用：（1）、产生大量还氧性气体，防止金属液被氧化并使铁液表面的氧化铁被还原和提高型砂的背压，有利于防止粘砂缺陷（2）煤粉受热形成的半焦充填堵塞型砂表面颗粒间的孔隙，阻碍金属液的渗透防止粘砂缺陷煤粉受热后变成胶质体，具有可塑性，可吸收原砂的受热膨胀力，减少夹砂结疤类缺陷（4）煤粉在高温下受热分解在铸型界面上析出光亮碳，使型砂不为金属液所润湿减少粘砂类缺陷要求：挥发分含量，灰分、固定碳、光亮碳析出能力，不能太细。十四，覆膜砂：砂粒表面在造型前即覆有一层固体树脂膜的型砂或芯砂。有冷法和热法两种覆膜工艺：冷法用乙醇将树脂溶解，并在混砂过程中加入乌洛托品，使二者包覆在砂粒表面，乙醇挥发，得覆膜砂；热法把砂预热到一定温度，加树脂使其熔融，搅拌使树脂包覆在砂粒表面，加乌洛托品水溶液及润滑剂，冷却、破碎、筛分得覆膜砂。用于铸钢件、铸铁件。特点：版本1具有适宜的强度性能，对于高强度的壳芯砂，对于中强度的热芯盒砂、低强度的有色合金砂均能满足要求。流动性优良，砂芯成型性好、轮廓清晰，能够制造最复杂的砂芯，如缸盖缸体等水套芯。铸件表面质量好，致密无疏松，不用涂料也能得到较好的铸件表面质量。溃散性好，有利于铸件清理，提高产品使用性能。砂芯不易吸潮，长时间存放后强度不易下降，有利于储存运输及使用。覆膜砂可作为商品供应，使用单位有较大的选择余地。缺点是成本相对较高；能耗较大；在造型、制芯、及浇筑过程中产生的刺激性气味较大，覆膜砂在高温、高湿季节储存时易结块，影响使用等。版本二：1、振动清砂、高强度、低发气、低膨胀；2、涣散性好、铸件表面光洁度高；3、壳型不起层、热稳定性好、导热性好、流动性好,铸件表面平整；4、高强度、耐高温、低膨胀、.脱模性好、抗粘砂性好；5、壳层均匀不脱壳、固化速度快；十五，型砂结构组元及作用各组元的作用原纱：为铸型提供必要的耐高温性能和热物理性能，有助于高温金属液顺利充型，以及使金属液在铸型中冷却、凝固并得到所要求形状和性能的铸件。粘结剂：主要起粘结沙粒的作用，对金属流变性起着主要作用。附加物：煤粉、渣油、淀粉等，使型砂具有特定性能，并改善铸件表面质量。微孔：由原纱砂粒提供，保证型芯具有一定的透气性，在浇注过程中，使金属液受热急剧膨胀形成的气体和铸型本身产生的气体能顺利逸出。十六、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，内浇道的截面积之比（即S直：S横：S内）横浇道内，在内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内浇道，该区域称为吸动区。十七、横浇道为何要有末端延长端。第一个内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。内浇道应距直浇道足够远，使渣团有条件浮起到超过内浇道的吸动区。非重点部分一阐述应用奥赞(Osann)公式进行铸铁件浇注系统设计计算的步骤。答：通常在确定铸造方案的基础上设计浇注系统，用奥赞(Osann)公式进行铸铁件浇注系统设计计算的步骤如下：1)

选择浇注系统类型（封闭式、开放式、半封闭式、顶注式、中间注入式等）。2)

确定内浇道在铸件上的位置、数目和金属引方向；3)

决定直浇道的位置和高度。一般应使直浇道高度等于上砂箱高度，为了保证金属液能充满离直浇道最远的铸件最高部位，铸件高点离浇口杯内液面的高度必须有一最小值ＨＭ，（称为剩余压力头，ＨＭ＝Ｈ０－Ｐ）。4)

计算浇注时间并核算金属上升速度核算铸件最大横截面处的型内金属液上升速度。当不满足要求时，应缩短浇注时间或改变浇注位置。5)

计算阻流截面积：依水力学公式（奥赞公式）计算阻流截面积S阻。6）确定浇口比并计算各组元截面积：浇注系统中主要组元的截面的截面积比例关系称为浇口比。以阻流截面积为基数（作为１）计算其他组元的断面积。7）绘出浇注系统图形二，内冷铁的熔接过程1）浇注后，在很短的时间内，冷铁吸热升温，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；2）自粒状等轴晶表面陆续生长树枝晶，随时间延长，结晶速度减小，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。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4）内冷铁局部或完全融化，最后由于铸件外壁结晶前沿向中心推进而使凝固结束三、浇注系统的组成及各部分的作用1.浇口杯：承受来自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢出，便于浇注；减轻液流对型腔的冲击；分离渣滓和气泡，阻止其进入型腔；增加充型的压力头2.直浇道：从浇口杯引导金属向下，进入横浇道、内浇道或直浇道导入型腔。提供足够的压力头，使金属液在重力作用下能克服各种流动阻力，在规定的时间内充满型腔3.直浇道窝：缓冲作用；缩短直—横拐弯处的高度紊流区；改善内浇道的流量分布；减小直—横浇道拐弯处的局部阻力系数和水头损失；浮出金属液中的气泡4.横浇道：向内浇道分配洁净的金属液；储留最初浇入的含气和渣污的低温金属液并阻留渣滓；使金属液流平稳和减少产生氧化夹渣物5.内浇道：控制充型速度和方向，分配金属，调节铸件各部位的温度和凝固顺序，浇注系统的金属液通过内浇道对铸件有一定的补缩作用四、芯头的组成、作用和设计芯头组成：芯头长度、斜度、间隙、压环、防压环和积砂槽等结构作用：固定型芯，避免型芯漂浮，将芯子中浇注时产生的气体导出设计1芯头高度：对于细而高的砂芯，上下都应留有芯头，以免在液体金属冲击下发生偏斜，而且下芯头应取高一些。对于湿型可不留间隙，以便下芯后能使砂芯保持直立，便于合箱对于粗而矮的砂芯，常不可用上芯头（高度为零），这可使造型、合箱方便3）对于等截面的或上下对称的砂芯，上下芯头可用相同的高度和斜度，而对需要区分上下芯头的砂芯，一般应使下芯头高度高于上芯头的。2芯头斜度：为合箱方便，避免上下芯头和铸型相碰，上芯头和上芯头座的斜度应大些。对水平芯头，如果造芯时芯头不留斜度就能顺利从芯盒中取出，那么芯头可不留斜度。芯座—模样的芯头总是留有斜度的，至少在断面上要留有斜度，上箱斜度比下箱的大，以免合箱时和砂芯相碰3芯头间隙：为下芯方便，通常在芯头和芯座之间留有间隙。机器造型、制芯时间隙一般较小，而手工造型、制芯则间隙较大，湿型的间隙小，干砂型、自硬型的间隙大；芯头尺寸大，间隙大五、铸造工艺设计参数1.铸件尺寸公差：铸件尺寸公差是指铸件各部分尺寸允许的极限偏差，取决于铸造工艺方法等多种因素2.机械加工余量：为保证铸件的加工面尺寸和零件精度，应有加工余量，即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层厚度，成为机械加工余量，简称加工余量。3.铸造收缩率：K=[（Lm-Lj）/Lj]*100%Lm—模样（或芯盒）工作面的尺寸Lj—铸件尺寸起模斜度：为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定的斜度，以免损坏砂型或砂芯，这个斜度称为起模斜度。反变形量：铸造较大的平板类、床身类等铸件时，由于冷却速度的不均匀性，铸件冷却后常出现变形。为了解决挠曲变形问题，在制造模样时，按铸件可能产生变形的相反方向做出反变形模样，使其于变形量抵消，这样在模样上做出的预变形量称为反变形量。而支座没有较大平板故基本不会产生挠曲变形，所以不用设置反变形量。6分型负数：干