机械制造基础第十章铸造习题解答.docx

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机械制造基础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；便于浇注流动性差的合金铸件和薄壁铸件；便于铸造双金属件。

主要用于生产回转体的中空铸件，如铸铁管、气缸套、双金属轴承、钢套、特殊钢的无缝管坯、造纸机滚筒等。

10-19下列铸件在大批量生产时，采用什么铸造方法为宜?

铝活塞汽轮机叶片大模数齿轮滚刀车床床身发动机缸体大口径铸铁管汽车化油器钢套镶铜轴承

答：

①铝活塞：

金属型铸造；②汽轮机叶片：

熔模铸造；③大模数齿轮滚刀：

熔模铸造；④车床床身：

砂型铸造；⑤发动机缸体：

压力铸造；⑥大口径铸铁管：

离心铸造；⑦汽车化油器：

金属型铸造；⑧钢套镶铜轴承：

离心铸造。