铸造工艺学答案DOC.docx
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铸造工艺学答案DOC
铸造工艺学
1、选择分型面要遵循哪些原则?
答:
1.应使铸件全部或大部置于同一半型内
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
2、砂芯有哪些功用?
砂芯的功用是形成铸件的内腔、孔洞和铸件外形不能出砂的部位。
砂芯局部要求特殊性能的的部分,有时也用砂芯。
3.2砂芯应满足哪几项基本要求?
砂芯的形状、尺寸及在砂型中的位置应符合铸件要求,具有足够的强度和刚度,在铸件形成过程中砂芯所产生的气体能及时排出型外,铸件收缩时阻力小和容易清砂。
3.3*设置砂芯的基本规则是什么?
1保证铸件内腔尺寸精度;
2保证操作方便;
3保证铸件壁厚均匀;
4应尽量减少砂芯数目;
5填砂面应宽敞,烘干支撑面是平面
6砂芯形状适应造型、制芯方法。
3.4芯头有哪三大功能?
芯头可以固定砂芯,使砂芯在铸型中有准确的位置;砂芯能承受砂芯重力及浇注时液体金属对砂芯的浮力;芯头能及时排出浇注后砂芯所产生的气体至型外。
3.5*芯头结构中由哪几项组成?
它们各自起什么作用?
芯头结构包括芯头长度、斜度、间隙、压环、防压环和集砂槽。
芯头长度使芯头和铸件之间形成承压面积,避免砂芯在液体金属冲击下发生偏斜;芯头斜度使合箱方便,避免上下芯头和铸型相碰;芯头间隙使下芯方便,避免擦砂;芯头压环造型后在上芯座上凸起一环型砂,合箱后把砂芯压紧,避免液体金属沿间隙钻入芯头,堵塞通气道;防压环是在水平芯头靠近模样的根部设置凸起圆环,造型后相应部位部位形成下凹的环状缝隙,下芯合箱时可防止此处砂型被压塌,防止掉砂缺陷;集砂槽用来存放散落的砂粒,加快下芯速度。
3.6核算芯头承压面积时,要注意什么?
芯头的承压面积应足够大,以保证在金属液的最大浮力作用下不超过铸型的许用压应力。
若受砂箱等条件限制,不能增加芯头尺寸,可采用提高芯座抗压强度的方法如在芯座部分附加砂芯、铁片、耐火砖等,在许可的情况下,附加芯撑也可增加承压面积。
3.7为何要设计特殊定位芯头?
有的砂芯有特殊的定位要求,如防止砂芯在型内绕轴线转动,不许可轴向位移偏差过大或芯芯时搞错方位,避免下错芯头。
这样的情况必须要设计特殊定位芯头。
3.8*铸造工艺参数包含哪些内容?
请说出10个参数的名称。
铸造工艺参数通常是指铸造工艺设计时所需要确定的某些数据,包括:
铸造收缩率、机械加工余量、起模斜度、最小铸出孔的尺寸、工艺补正量、分型负数、反变形量、非加工壁厚的负余量、砂芯负数及分芯负数等。
3.9几乎每张铸造工艺图上都会用到的工艺参数是哪几项?
铸造收缩率、机械加工余量、起模斜度等是每张铸造工艺图上都会标明的,其它工艺能数只用于特定的条件下。
3.10铸件尺寸公差的定义,共分多少级?
铸件尺寸公差是指铸件公称尺寸的两个允许极限尺寸之差,在这个允许极限尺寸之内铸件可满足加工、装配和使用的要求。
按国家标准《铸件尺寸公差》(GB6414-1999)规定,在正常生产条件下通常所能达到的公差,由精到粗分为16级,命名为CT1~CT16。
3.11*你能列出砂型铸钢件、灰铸铁件的尺寸公差等级范围吗?
为何机器造型和手工造型的等级不一样?
为何成批大量生产和小批单件生产的级别不一样?
砂型铸钢件和灰铸铁件的尺寸公差等级范围均为:
CT11~14,机器造型设备模具先进,工艺过程严谨,人为因素影响较少,比手工造型尺寸公差等级高。
成批大量生产的铸件,可以通过对设备和工装的改进、调整和维修,严格工艺过程的管理,提高操作水平等措施得到更高的公差等级,对小批和单件生产的铸件,不适当地采用过高的工艺要求来提高公差等级,通常是不经济的。
3.12什么是铸件公称重量?
铸件公称重量是包括加工余量和其他工艺余量,作为衡量被检验铸件轻重的基准重量。
3.14*怎样才能给出准确的铸造(件)收缩率?
铸造收缩率(模样放大率)K的定义是:
K=(LM-LJ)/LJ×100%
式中:
LM——模样或芯盒工作面的尺寸;
LJ——铸件尺寸。
铸造收缩率受许多因素的影响,在设计过程中,必须结合合金的种类、成分、铸件结构、冷却、收缩时受到的阻力大小、冷却条件的差异等,要十分准确的给出铸造收缩率很困难,因此,我们在铸造工艺设计时,先确定铸件的尺寸LJ,再通过给出铸造收缩率K来确定模样和芯盒的尺寸LJ。
3.15怎样才能使大量生产的铸件精度提高?
P262
对于大量生产的铸件,一般应在试生产过程中,对铸件多次划线,测定铸件各部位的实际收缩率,反复修改木模,直至铸件尺寸符合铸件图样要求。
然后再依实际铸造收缩率设计制造金属模。
3.16*单件、小批生产的大型铸件新产品,铸件收缩率选不准怎么办?
对于单件、小批生产的大型铸件,铸造收缩率的选取必须有丰富的经验,同时要结合使用工艺补正量,适当放大加工余量等措施来保证铸件尺寸达到合格。
3.17确定起模斜度时应注意些什么?
为了方便起模,在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度,以免损坏砂型或砂芯。
这个斜度,称为起模斜度。
起模斜度应在铸件上没有结构斜度、垂直于分型面的表面上应用,其大小应依模样的起模高度、表面粗糙度以及造型方法而定。
确定起模斜度时应注意:
起模斜度应小于或等于产品图上所规定的起模斜度值,以防止零件在装配或工作中与其它零件相妨碍;尽量使铸件内、外壁的模样和芯盒斜度取址相同,方向一致,使铸件壁厚均匀;在非加工面上留起模斜度时,要注意与相配零件的外形一致,保持整台机器的美观;同一铸件的起模斜度应尽可能只选用一种或两种斜度,以免加工金属模时频繁地更换刀具;非加工的装配面上留斜度时,最好用减小厚度法,以免安装困难;手工制造木模,起模斜度应标出毫米数,机械加工的金属模应标明角度,以利于操作。
3.18如何判别铸件的变形的方向?
为什么要使用“反变形量”?
铸件的变形规律决定于残余应力的分布规律,铸件总是趋向于减轻残余应力而发生变形。
因此,铸件厚壁部分和冷却缓慢的一侧必定受拉应力而产生内凹变形;薄壁部分和冷却较快的一侧必定受压应力而发生外凸变形。
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,使铸件冷却后变形的结果正好将反变形抵消,得到符合设计要求的铸件。
这种在模样上做出的预变形量称为反变形量。
3.19好的浇注系统应满足哪些基本要求?
浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道之总称。
好的浇注系统的基本要求是:
⑴所确定的内浇道位置、方向和个数应符合铸件的凝固原则或补缩方法。
⑵在规定的浇注时间内充满型腔。
⑶提供必要的充型压力头,保证铸件轮廓、棱角清晰。
⑷使金属液流动平稳,避免严重紊流。
防止卷入、吸收气休和使金属过度氧化。
⑸具有良好的阻渣能力。
⑹金属液进入型腔时线速度不可过高,避免飞溅、冲刷型壁或砂芯。
⑺保证型内金属液面有足够的上升速度,以免形成夹砂结疤、皱皮、冷隔等缺陷。
⑻不破坏冷铁和芯撑的作用。
⑼浇注系统的金属消耗小,并容易清理。
⑽减小砂型体积,造型简单,模样制造容易。
4.1金属液在砂型中流动有何特点?
壁的多孔性、透气性和合金液的不相润湿性,给合金液的运动以特殊边界条件:
当合金液流内任一截面上各点的压力均大于型壁处的气体压力时,则呈充满态流动;若等于型壁处气体压力,则呈非充满态流动。
1在充型过程中,合金液和铸型之间有着激烈的热作用、机械作用和化学作用:
炽热的合金液流经浇注系统时,总会伴随着物理、化学过程。
如合金液冲刷和侵蚀型壁,相互热交换,合金液黏度增大和体积收缩,甚至伴有结晶现象,吸收气体、使金属氧化、造成大量氧化夹杂物等。
2浇注过程是不稳定流过程:
在型内合金液淹没了内浇道之后,随着合金液面上升,充型的有效压力头逐渐变小;型腔内气体的压力并非恒定;浇注操作不可能保持浇口杯内液面的绝对稳定。
3合金液在浇注系统中一般呈紊流状态。
4多相流动:
一般合金液总含有某些少量固相杂质、液相夹杂和气泡,在充型过程中还可能析出晶粒及气体。
4.4怎样防止浇口杯中出现水平旋涡?
使用深度大的浇口杯,深度应大于直浇道上端直径的5倍;应用拔塞、浮塞和铁隔片等方法,使浇口杯内液体达到深度要求时,再向直浇道提供洁净的金属;在浇口杯底部安置筛网砂芯或雨淋砂芯来抑止水平旋涡;在浇口杯中设置闸门、堤坝等,降低浇注高度以避免水平旋涡并促使形成垂直旋涡;加长浇嘴和采用反向浇注,使液流一要直冲直浇道,也有利于产生水平旋流。
4.5要想让横浇道充分发挥阻渣作用应具备哪些条件?
1横浇道应呈充满流态,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,其功用为容纳最初浇注的低温、含气及渣污的金属液,防止其进入型腔;吸收液流动能,使金属流入型腔平稳。
C,封闭式浇注系统的内浇道应位于横浇道的下部,且和横浇道具有同一底面,使最初浇入的冷污金属液能靠惯性流越内浇道,纳于末端延长段而不进入型腔;开放式浇注系统的内浇道应重叠在横浇道之上,且搭接面积要小,但应大于内浇道的截面积。
4封闭式浇注系统的横浇道应高而窄,一般取高度为宽度之2倍,内浇道应扁而薄,以降低其吸动区。
5内浇道应远离横浇道的弯道;应尽量使用直的横浇道;内浇道同横浇道的连接,呈锐角时初期进渣较多;呈钝角时增加紊流程度。
4.6什么叫“浇口比”?
它对内浇道的流态有何影响?
P279
直浇道、横浇道和内浇道截面积之比称为浇口比。
以内浇道为阻流时,金属液流入型腔时喷射严重;以直浇道下端或附近的横浇道为阻流时,充型较平稳。
4.7设计内浇道基本原则有哪些?
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。
1方向不要冲着细小砂芯、型壁、冷铁和芯撑,必要时采用切线引入。
2内浇道应尽量薄,薄的内浇道的可降低内浇道的吸动区,有利于横浇道阻渣,减少进入初期渣的可能性,减轻清理工作量,
3对薄铸件可用多浇道的浇注系统实现补缩。
4内浇道避免开设在铸件品质要求很高的部位,以防止金相组织粗大。
5为了使金属液快速而平稳地充型,有利于排气和除渣,各个内浇道中的金属流向应力求一致,防止金属液在型内碰撞,流向混乱而出现过度紊流。
6尽量在分型面上开设内浇道,使造型方便。
7对收缩大易形成裂纹的合金铸件,内浇道的设置应尽量不阻碍铸件的收缩。
4.8顶注式浇注系统中常用哪些几种形式?
它们各自适用于哪些铸件?
以浇注位置为其准,内浇道设在铸件顶部的,称为顶注式浇注系统。
1简单式:
用于要求不高的简单小件。
2楔形式:
浇道窄而长,断面积大,适用于薄壁容器类铸件。
3压边式:
金属液经压边窄缝进入型腔,充型慢,有一定补缩和阻渣作用。
多用于中、小型各种厚壁铸铁件。
4雨淋式:
金属液经型腔顶部许多小孔(内浇道)流入,比其他顶注式对型腔冲击力小。
适用于要求较高的筒类铸件。
5搭边式:
自上而下导入金属液,避免直接冲击型的侧壁。
适用于湿型铸造薄壁铸件。
4.10底注式浇注系统中常用哪几种形式?
它们各自适用于哪些铸件?
以浇注位置为其准,内浇道设在铸件底部的,称为底注式浇注系统。
a)底注式(基本形)浇注系统:
适用于容易氧化的非铁合金铸件和形状复杂、要求高的各种黑色铸件。
b)牛角式(horngate):
用于各种铸齿齿轮和有砂芯的盘形铸件。
c)底雨淋式:
适用于内表面质量要求高的筒类铸件等。
4.11为什么很高大的铸件多使用阶梯式浇注系统?
在铸件不同高度上开设多层内浇道的称为阶梯式浇注系统。
阶梯式浇注系统具有以下优点:
金属液首先由最底层内浇道充型,随着型内液面上升,自下而上地、顺序地流经各层内浇道,因而充型平稳,型腔内气体排出顺利;充型后,上部金属液温度高于下部,有利于顺序凝固和冒口的补缩,铸件组织致密;易避免缩孔、缩松、冷隔及浇不足等铸造缺陷,利用多内浇道,可减轻内浇道附近的局部过热现象。
正因为阶梯式浇注系统这些优点,能较可靠地控制浇注顺序,并获得有利的金属温度分布,所以很高大的铸件多使用阶梯式浇注系统。
4.14设计阶梯式浇注系统应注意防止哪两种不良现象出现?
怎样防止?
造型复杂,有时要求几个水平分型面,要求正确的计算和结构设计,否则,容易出现上下各层内浇道同时进入金属液的“乱浇”现象。
1底层进入金属液过多,形成下部温度高的不理想的温度分布。
首先工艺上要进行正确的计算和结构设计,也可根据不同的铸件结构采用不同类型的阶梯式浇注系统:
如多直浇道的阶梯式、用塞球法控制的阶梯式、控制各组元比例的阶梯式和带缓冲或反直浇道的阶梯式。
4.15什么叫“恒压等流量”浇注系统?
恒压等流量浇注系统是强封闭式浇注系统,恒压是有足够大的浇口杯,使各层铸件的内浇道在充型时保持恒定的压力,等流量是使各个内浇道流量相等,实现各层铸件的同时充型,同时充满。
4.17铸钢件的浇注系统有哪些特点?
(相对于铸铁件)
铸钢熔点高,流动性差,收缩大,易氧化,而且夹杂物对铸件力学性能影响严重,多使用底注浇包,要求浇注系统结构简单、截面积大,使充型快而平稳,流股不宜分散,有利于铸件的顺序凝固和冒口的补缩,不阻碍铸件的收缩。
4.18非铁合金(特别是铝合金)的浇注系统有何特点?
非铁合金包括铝镁合金、铜合金等,铝合金密度小、熔点低、容积热容量小而热导率大,化学性质活泼、极易氧化和吸收气体。
浇注系统的设计应注意发挥冷铁、冒口的作用,要求有较大的纵向温度梯度,合金在浇注系统中流动平稳,不产生涡流、喷溅,以近乎层流的方式充型。
适合应用开放式的底注浇注系统。
5.1常用的冒口种类有哪些?
冒口的功用是什么?
P302
冒口是铸型内用以储存金属液的空腔,在铸件成形时被给金属,有防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用。
习惯上把冒口所铸成的金属实体也称为冒口。
常用的冒口种类有圆柱形、球顶圆柱形、长(腰)圆柱形、球形及扁球形等。
冒口功用是:
储存金属液,在铸件形成时补给金属;防止缩孔、缩松;排气和集渣等。
5.2为什么说通用冒口可以用于各种合金铸件?
P302
通用冒口适用于所有合金铸件,它遵守顺序凝固的基本条件:
1冒口凝固时间不小于铸件(被补缩部分)的凝固时间;
2有足够的金属液补充铸件的液态收缩和凝固收缩,补偿浇注后型腔扩大的体积。
3在凝固期间,冒口和被补缩部位之间存在补缩通道,扩张角向着冒口。
5.3哪些铸铁件可以用自补缩冒口、而不遵守顺序凝固条件?
自补缩冒口有如下类型:
浇注系统当冒口,压力冒口,控制压力冒口,无冒口补缩。
应用范围如下:
1铸型强度高,模数小于2.5,严格控制浇注温度范围可使用压力冒口;
2铸型强度低,模数小于0.48,薄壁的铸铁件,冒口颈很小,可用浇注系统兼起直接实用冒口的作用。
3铸型强度低,Mc=0.48~2.5cm的球墨铸铁件可使用控制压力冒口。
4铁液冶金质量好、球铁件平均模数在2.5以上、使用强度高、刚性大的铸型的铸件可使用无冒口补缩法。
5.4确定通用冒口位置的基本原则有哪几条?
P303
1冒口应就近设在铸件热节的上方或侧旁。
2冒口应尽量设在铸件最高、最厚的部位。
3对低处的热节增设补贴或使用冷铁,造成补缩的有利条件。
4冒口不应设在铸件重要的、受力大的部位,以防组织粗大降低强度。
5冒口位置不要选在铸造应力集中处,应注意减轻对铸件的收缩阻碍,以免引起裂纹。
6尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件。
7冒口布置在加工面上,可节约铸件精整工时,零件外观好。
8不同高度上的冒口应用冷铁使各个冒口的补缩范围隔开。
95.5冒口区和末端作用区是怎样形成的?
P303
10冒口作用区和末端区长度之和为冒口的有效补缩距离,它是确定冒口数目的依据。
它与铸件结构、合金成分及凝固特性、冷却条件、对铸件质量要求的高低等多种因素有关。
距离冒口底部2倍铸件壁厚的长度为冒口区,距离冒口底部2.5倍铸件壁厚的长度为末端作用区。
冒口在此区哉内发挥补缩作用。
11
125.6外冷铁是怎样影响冒口补缩距离(补缩范围)的?
P306
13外冷铁安放在冒口之间,相当于在铸件中间增加了激冷端,使冷铁两端向着两个冒口方向的温度梯度扩大,形成两个冷铁末端区,可以显著地增大冒口补缩距离或补缩范围;外冷铁置于板或杆件末端时,会便铸件末端区长度略有增加;用多边布置多块外冷铁的方法查以大大延长冷铁末端区的长度,从而增大冒口的补缩距离。
总之,通过放置外冷铁,改变温度梯度,延长末端区,从而增加补缩距离。
145.16为什么说,铸件越薄越要注重补缩?
根据何在?
P319
15铸件越薄,模数越小,冷却速度越大,铸铁的液态收缩、体积膨胀和二次收缩值也越大,需要安放冒口补缩。
因此说,铸件越薄越要注重补缩。
5.18铸铁件有几种冒口可供选用?
它们应用的条件是什么?
P321-326
铸铁件可采用四种实用冒口。
5压力冒口:
要求铸型强度高,模数小于2.5,严格控制浇注温度范围;
6浇注系统当冒口:
铸型强度低,模数小于0.48,薄壁的铸铁件,冒口颈很小,可用浇注系统兼起直接实用冒口的作用。
7控制压力冒口:
铸型强度低,Mc=0.48~2.5cm的球墨铸铁件。
8无冒口补缩法:
要求铁液冶金质量好、球铁件平均模数在2.5以上、使用强度高、刚性大的铸型、要求低温快速浇注、采用小的扁薄内浇道,分散引入金属、设明出气孔。
5.19压力冒口和浇注系统当冒口为何可以用同一设计原理和方法?
P320-321
压力冒口的设计原理是安放冒口只补给铸件的液态收缩,冒口颈在液态收缩终止或体积膨开始时,及时冻结,利用高强度铸型在共晶膨胀时形成内压,迫使液体流向缩孔、缩松形成处预防铸件出现缩孔、缩松缺陷。
而浇注系统当冒口的应用条件为薄壁的铸铁件,用内浇道充当冒口颈,浇完时型内铁液温度远低于浇注温度,凝固速度很快,不易出现缩孔、缩松缺陷。
应此可用同一设计原理和方法。
5.26正确使用冷铁可以起到哪些作用?
P331
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称为冷铁。
正确使用具有下列作用:
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弯化部位产生裂纹。
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等。
6减轻或防止厚壁铸件中的偏析。
5.28设置外冷铁时,要掌握哪些要点?
P333-334
1外冷铁的位置和激冷能力的选择,不应破坏顺序凝固条件,不应堵塞补缩通道。
2每块冷铁勿过大、过长,冷铁之间应留间隙,避免铸件产生裂纹和因冷铁受热膨胀而毁坏铸型。
3外冷铁厚度可参照经验选取。
4尽量把外冷铁放在铸件底部和侧面。
顶部外冷铁不易固定,且常影响型腔排气。
5外冷铁工作表面应平整光洁,去除油污和锈蚀,涂以涂料。
6铸铁外冷铁多次使用后,易使铸件产生气孔。
用于要求高的铸件应限制使用次数。
5.29设置内冷铁时,要注意什么?
P335/338
1内冷铁材质不应含有过多气体。
表面须十分洁净,应去除锈斑和油污。
2对于干砂型,内冷铁应于铸型烘干后再放入型腔;对于湿砂型,放置内冷铁后应尽快浇注,不要超过3~4h,以免冷铁表面氧化、凝聚水分而引起铸件气孔。
3内冷铁表面应镀锡或锌,以防存放时生锈。
4放置内冷铁的砂型应有明出气孔或明冒口。
通常在外冷铁激冷不足时才用内冷铁,主要用于壁厚大而技术要求不太高的铸件上,特别是铸钢件。
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