2011-2012特种铸造作业及答案

1、2011-2012年特种铸造作业1. 特种铸造的基本特点是什么？对铸件生产有什么影响？2. 了解特种铸造的基本特点对采用和发展特种铸造方法有什么实际意义？3. 熔模铸造的实质、基本特点及应用范围是什么？4. 试说明熔模铸造（精铸）的主要工艺过程，常用的模料有哪几种？他们的基本组成、性能、特点及应用场合如何？5. 常用的制壳用粘结剂有那几种？它们的性能、特点及应用场合如何？6. 常用的压型有哪几种？它们的性能、特点及应用场合如何？7. 金属型铸造时，铸件的成型特点是什么？它对铸件的质量有些什么影响？8. 金属型的主要结构形式有哪几种？其特点及应用场合如何？9. 金属型的破坏原因是什么？在设计、加

2、工制造及使用时，应采取那些措施以防止金属型过早地损坏？10. 压力铸造的实质、基本特点及应用范围是什么？11. 试述压铸过程中作用在液体金属上压力的变化及其对铸件成型过程的影响。12. 压铸温度范围包括哪几个主要参数？它们对铸件质量及压型寿命有那些影响？13. 离心铸造的实质、基本特点及应用范围是什么？14. 离心力场、有效重度及重力系数的物理意义是什么？15. 离心力场对离心铸件的成型过程有哪些影响？16. 试推导立式离心铸造以及卧式离心铸造时铸件的内表面形状公式。17. 陶瓷型铸造的实质、基本特点及应用范围是什么？18. 陶瓷浆料由哪些原材料组成？对浆料及组成物各有些什么要求？19. 低压

3、铸造的实质、基本特点及应用范围是什么？20. 液体金属冲压的实质、基本特点及应用范围是什么？21. 连续铸造的实质、基本特点及应用范围是什么？22. 采用立式离心铸造生产铸件时，若已知铸件的公称内径r，铸件高h，允许铸件上下内径偏差为k，推导铸件成型所须最低转速n。2010-2011年特种铸造作业答案1特种铸造的基本特点是什么？对铸件生产有什么影响？答：与砂型铸造想相比较，其特点为：（1）改变铸型的制造工艺或材料，如：熔模铸造；金属型铸造；压力铸造；离心铸造；陶瓷型铸造等（2）改善液体金属充填铸型及随后的冷凝条件，如：压力铸造；金属型铸造；离心铸造等对铸件生产的影响包括：（1）改善铸件的表面质

4、量，包括尺寸精度及表面光洁度，（2）提高铸件的内部质量，包括内部缺陷、晶粒尺寸和机械性能2了解特种铸造的基本特点对采用和发展特种铸造方法有什么实际意义？答：特种铸造方法有如下优点：（1）铸件的尺寸精度及表面光洁度高可以实现少加工或无加工；（2）铸件的内部质量和机械性能好；（3）降低了金属消耗和铸件的废品；（4）简化了生产工序，易于机械化，自动化；（5）改善劳动条件，提高劳动生产率。因此，熟练掌握各种特种铸造方法可以使我们在生产中灵活运用各种特种铸造方法，进而广泛的采用各种特种铸造方法简化工艺，提高产品质量，降低生产成本，提高零件性能都具有十分重要的意义。3熔模铸造的实质、基本特点及应用范围是什

5、么？答：实质：在蜡模表面涂覆耐火材料，待硬化干燥后，加热将蜡模熔去，得到具有与蜡模形状相应的型壳，再经焙烧之后进行浇注获得铸件的一种方法。特点：（1）采用一次性可熔化的模型，无须起模；（2）型壳为整体的，无分型面；（3）尺寸精度及表面光洁度高；（4）可实现无须加工，故称为熔模精密铸造；（5）其工序繁多，生产周期长，工艺复杂，质量较难控制。应用：熔模铸造已在机械、农机、机床、量具、仪表、纺织机械、医疗器械、兵器、汽车、拖拉机、航空航天等领域得到了广泛的应用。4试说明熔模铸造（精铸）的主要工艺过程，常用的模料有哪几种？他们的基本组成、性能、特点及应用场合如何？答：主要工艺过程包括：模组的除油及脱脂

6、上涂料和撒砂型壳的干燥及硬化脱模型壳的焙烧浇铸。常用的模料有：（1）：蜡基模料由烷烃蜡（石蜡，地蜡），脂肪酸蜡，脂蜡组成。包括：a：石蜡-松香-地蜡模料-石蜡40% + 松香40% + 地蜡20%，这种模料韧性好，强度和软化点高；b：石蜡低分子聚乙烯模料-石蜡95% + 低分子聚乙烯5%，这种模料强度高，韧性好，收缩率低，熔模表面光洁，模料回收方便，复用性好；c：石蜡-褐煤蜡模料-石蜡60% + 精制褐煤料30% + 聚合松香10%。这种模料强度和软化点高，熔模表面光洁(2)：松香基模料由天然树脂经分离松节油而得到。其配方为：松香60% + 川蜡30% + 地蜡5% + 聚乙烯5%；或：松香7

7、5% + 川蜡15% + 地蜡5% + 聚乙烯5%，这类模料的熔点在86-94之间，强度高，热稳定性差。(3)：其它模料：塑料模料-由聚苯乙烯（C6H5CHCH2）n构成；尿素模料-由尿素（CO（NH2）2）构成；填充模料在模料中加入固体、液体、气体等填充物质。对模料性能的要求是 ：1）熔点适中-在60-100之间； 2）流动性应较好，以利于充型； 3）软化点不应低于35-40（标准试样加热时，挠度为2mm时的温度） 4） 收缩率不应大于1% 5）一般铸件模料的抗拉强度不低于14105N.m-2，大型铸件不低于25105N.m-2； 6）模料应具备良好的可焊性和较高的焊接强度7）模料应很好的为

8、耐火材料所润湿8）模料经灼烧后的残留物（灰份）应尽可能的少5常用的制壳用粘结剂有那几种？它们的性能、特点及应用场合如何？粘结剂有：硅酸乙酯水解液，水玻璃，硅溶胶。a.硅酸乙酯水解液：可很好的润湿模组，与耐火材料结合力强，高温下化学性能稳定，粘度适当，涂挂性及渗透性好，但价格较高；适用于批量大，要求高的零件。b.水玻璃：来源丰富，价格低廉，铸件的精度及表面光洁度较差；用于要求不高的碳素钢和有色合金铸件。c.硅溶胶：可简化工序，而且型壳强度高。对粘结剂性能的要求：(1)与模组的润湿性要好(2)与耐火材料结合的要好(3)高温下热稳定性要好(4)应具有一定的黏度(5)价格低、来源丰富、便于贮存6常用的

9、压型有哪几种？它们的性能、特点及应用场合如何?答：常用的压型有：机械加工压型，易熔合金压型，石膏压型，橡胶及塑料压型。a.机械加工压型 强度高，刚度好，尺寸稳定，变形小，生产的熔模精度及表面光洁度好；压型的导热性好，压型的寿命长。加工周期长。适用于大批大量生产。b.易熔合金，石膏，橡胶及塑料压型 制造周期短，熔模的精度及表面光洁度低，生产率低，寿命低。适用于单件小批、要求不高或艺术品铸造。7金属型铸造时，铸件的成型特点是什么？它对铸件的质量有些什么影响？答：金属型铸造的实质：在重力作用下，液体金属充填金属铸型，冷却凝固形成铸件的铸造方法。答 ：（1）由金属型材料的导热性能引起的铸件成型特点：金

10、属型具有高的导热性和蓄热性，铸件的凝固速度较砂型大的多，不仅影响铸件的质量，也影响金属型铸造的应用范围；（2）由金属型材料无退让性引起的铸件凝固收缩特点：由于金属型材料无退让性，铸件收缩时会出现裂纹及内应力，造成铸件废品及变形；（3）由金属型材料无透气性引起的铸件成型特点：由于金属型材料无透气性，型腔中的气体、涂料及砂芯中的气体会形成气阻，造成铸件浇不足、侵入性气孔及针孔等缺陷。特点：优点：（1）无须造型 （2）冷却速度快 （3）工序少，质量稳定 （4）尺寸精度及表面光洁度高 （5）易于机械化和自动化 缺点：（1）金属型的加工成本高 （2）铸件易出现浇不足、冷隔、裂纹等缺陷 （3）灰铸铁件易出

11、现白口缺陷8金属型的主要结构形式有哪几种？其特点及应用场合如何？答：金属型的结构形式有四种：（1） 整体金属型 无分型面，结构简单，用于形状简单，无型芯的铸件；（2） 水平分型金属型 分型面在水平位置，浇铸系统可设在铸件的中心，铸件的出型困难，一般用于形状简单，可用砂芯形成铸件的浇冒口系统的铸件；（3） 垂直分型金属型 分型面在垂直位置，浇铸系统对称地分布在两个半型内，铸型开合方便，易于机械化，常用于小型铸件的生产；（4）综合分型金属型 分型面有两个或两个以上，既有水平又有垂直，用于生产形状复杂的铸件。9金属型的破坏原因是什么？在设计、加工制造及使用时，应采取那些措施以防止金属型过早地损坏？答

12、：金属型的破坏原因（1）热应力与残余应力的叠加 金属型内部的残余应力与浇铸后型内的热应力如果同号，则产生新的应力，如果此应力超过金属型材料的强度极限，则产生开裂；采取的措施为：金属型毛坯需经退火处理，浇注时金属型应先预热。（2）热疲劳应力 每生产一个铸件，金属型受到的加热及冷却作用，型内就会产生一个周期变化的应力，反之导致金属型的破坏；采取的措施为：采用涂料减轻金属型表面的热冲击，铸型内表面一出现裂纹就马上磨去，防止裂纹的扩展。（3）铸铁生长 如果金属型用铸铁制造，则珠光体在液体金属的热作用下发生分解，形成铁素体及石墨，使型的体积变大失去精度；采取的措施为：采用单一组织的金属型，如单一奥氏体组

13、织。（4）氧气侵蚀 裂纹处的金属在高温下易与氧发生氧化反应，使组织疏松并使裂纹进一步扩展；采取的措施为：采取降低金属型温度，采用抗氧化涂层以及其他表面强化措施。（5）金属液的冲刷 浇注时金属液对型的冲击则金属液易与铸型发生粘付；采取的措施为：合理设计浇注系统，合理使用涂料。（6）铸件的摩擦 铸件在取出时引起表面的摩擦磨损；采取的措施为：选择合适的涂料，及时取出铸件。10压力铸造的实质、基本特点及应用范围是什么？答：实质：使液态或半液态金属在高压下以高速充填铸型，在高压下凝固而获得铸件的一种方法。特点：优点：（1）尺寸精度及表面光洁度高 （2）强度及表面硬度高 （3）可生产复杂及薄壁铸件 （4）

14、生产率极高 （5）尺寸稳定，互换性好，简化装配操作缺点：（1）铸件中存在气体，一般不能热处理及在高温下使用 （2）黑色金属由于压型寿命短而难于实际应用（3）压型加工成本高、周期长，故只适用于大批量生产 应用：压力铸造的应用范围广，广泛应用于铝合金、镁合金的压铸铝合金铸件最大重量达50Kg，铜合金压铸也得到了广泛的应用。压力铸造应用的部门有：汽车、仪表、电工与电表仪器、农业机械、航空航天、兵器、电子计算机、照相机及医疗器械等。11叙述压铸过程中作用在液体金属上压力的变化及其对铸件成型过程的影响。答：如图阶段 慢速封孔阶段 低速压射防止液体金属溅出及有利于气体的排除，减少金属卷入气体；此时的压力p

15、d只用于克服各种阻力将液体金属推至内浇口附近；阶段 充填阶段 压射活塞开始加压，此时，由于内浇口的阻力，压力曲线出现小的峰值，液体金属在压力Pc作用下高速充填铸型；阶段 增压阶段 充型结束，液体金属停止流动，其动能转化为压力能，压力很快上升至极限值，建压时间为0.020.05s；阶段 保压阶段 金属在最终压力Pj作用下凝固，得到致密铸件。压力范围一般为50500Mpa。12压铸温度范围包括哪几个主要参数？它们对铸件质量及压型寿命有那些影响？答：压铸的温度规范包括：合金的浇注温度和压型的工作温度。（1）合金的浇注温度：浇注温度过高，铸件凝固收缩大，易产生裂纹、晶粒粗大及粘型，温度过低则易产生浇不

16、足、冷隔及表面流纹等缺陷。合适的浇注温度是在保证充满铸型的前提下较抵浇注温度适宜，甚至采用“粥状”合金压铸。（2）压型的工作温度：在压铸生产过程中，压型的工作温度影响压型的寿命和铸件质量。压铸开始前，铸型应进行预热，预热温度为： tx = 1/3tj t tX - 压性的工作温度() tj - 合金的浇注温度() t - 温度的波动范围(一般取25)13离心铸造的实质、基本特点及应用范围是什么？答：将液体金属浇入旋转的铸型中，在离心力场的作用下凝固成型的铸造方法。特点：优点：（1）由于不须型芯，故可简化筒类和管类铸件的生产工艺过程 （2）充型条件得到改善，可浇注流动性差的金属 （3）可实现无冒

17、口浇注，降低金属消耗 （4）可双金属复合铸造缺点：（1）易产生重度偏析 （2）内表面粗糙，尺寸难于控制应用范围：一般用于生产铸管、铜套、钢套、双金属钢背铜套、双金属轧辊、热处理炉滚道、造纸机干燥滚筒等旋转体，异形铸件离心铸造也有广泛的应用。14离心力场、有效重度及重力系数的物理意义是什么？答：（1）离心力场：在旋转的液体金属占据的空间中，每一个质点都受到一个力m2r的作用,因此，把这一受力空间称为离心力场。 （2）有效重度：在离心力场中，作用在单位体积物质上的离心力叫做有效重度，即：/ = m2r/V = 2r （3）重力系数：表示在旋转状态下物质重度增大的倍数，即： G =/ / = 2r/

18、g15离心力场对离心铸件的成型过程有哪些影响？答：（1）离心铸造时，液体金属中的异相质点的沉浮速度比重力场时的大G倍，重度小的气体，夹杂物就容易移至自由表面，因此，铸件中的气体及夹杂物较少，内表面的气体较多。（2）由于刚析出的晶粒的重度一般大于液体金属，因此有向外表面移动的倾向，金属液中温度低的部分也容易向外表面移动，造成铸件的重度偏析（3）由于重力系数的作用，铸件凝固时的补缩条件好离心铸件的组织致密。16试推导立式离心铸造以及卧式离心铸造时的内表面形状公式。（1） 立式离心铸造由流体力学欧拉公式Xdx + Ydy + Zdz = 0X、Y、Z 是质点M在（x,y,z）上的分力，dx,dy,d

19、z是x,y,z上的微位移。则有： Z 0故：dxdy = 0不定积分：gdy = 2xdx得：y = x2 /2g - 此为抛物线方程。在（x1，y1）（x2,y1）之间定积分：y1y2gdy = x1x22xdx得：y1 y2 = (x12 - x22) /2g - 此为旋转抛物面。（2）卧式离心铸造同理，由流体力学欧拉公式Xdx + Ydy + Zdz = 0X、Y、Z 是质点M在（x,y,z）上的分力，dx,dy,dz是x,y,z上的微位移。则有：Y Z 0故：dxY dy = 0积分：0x2xdx = 0YY dy得：x2 + y2= r02 - 此为圆柱面。17陶瓷型铸造的实质、基本

20、特点及应用范围是什么？答：实质：采用耐火度高且高温下化学稳定性好的颗粒耐火材料，与硅酸乙酯制成的浆料灌注成型，经干燥、焙烧而形成铸型包括：（1）单一型：整个铸型全部用陶瓷浆灌注 （2）复合型：型腔的工作表面由陶瓷浆灌注，背衬用型砂或金属特点：（1）铸件的表面光洁度高，尺寸精度高 （2）可以铸造大型的精密铸件 （3）投资少、生产快、生产准备周期短 （4）节约金属材料、降低生产成本适用于：用于生产冲模、锻模、玻璃器皿及塑料制品模具，还用于压铸模型、金属型、热芯盒等金属模具18陶瓷浆料由哪些原材料组成？对浆料及组成物各有些什么要求？答 ：由四种基本材料组成耐火材料：刚玉、铝矾土、锆英石、石英（1）对

21、耐火材料的要求是：杂质含量少，耐火度高，高温下化学稳定性好，热膨胀系数小（2）粘结剂：硅酸乙酯水解液 对粘结剂的要求是：在室温，焙烧，浇注温度下粘结剂与耐火材料的结合力强；粘结剂在高温下形成的氧化物具有高温化学稳定性；粘结剂应具有适当的黏度；粘结剂还应具有良好的贮存性，来源丰富，价格低廉（3）催化剂：氢氧化钙、氧化镁对催化剂的要求是：催化作用适中，加入量不大，催化效果好，不降低铸型强度（4）透气剂：松香、糊精、糖浆、酚醛树脂、碳酸钡、双氧水对透气剂的要求是：高温下容易挥发，残留物少，无污染，使用方便19低压铸造的实质、基本特点及应用范围是什么？答 ：低压铸造：液体金属在压力作用下充型、凝固、获得铸件的方法由于压力较低，又称低压铸造低压铸造的特点：（1）气体及非金属夹杂较少 （2）铸件的机械性能、耐压性能、防渗漏性能好 （3）充型条件好，可铸造形状复杂的铸件 （4）节约金属消耗，铸件收得率可达90% （5）劳动条件好、设备简单、易实现机械化和自动化 低压铸造的应用：一般用于生产要求高的铝、镁合金铸件，如：汽缸体、汽缸盖、活塞，大型船用螺旋桨和大型球墨铸铁曲轴等20液体金属冲压的实质、基本特点及应用范围是什么？答 ：液体金属冲压：浇入铸型中的金属，在冲头压力的作用下充填、成型、结晶形成铸件的方法特点 ：（1）优点：（1）尺寸精度高，表面粗糙度低 （2