《铸造工艺学》课后习题答案

湖南大学

1、什么是铸造工艺设计？

铸造工艺设计就是根据铸造零件的结构特点、技术要求、生产批量、生产条件等，确定铸造方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等技术文件的过程。

2、为什么在进行铸造工艺设计之前要弄清楚设计的依据，设计依据包括哪些内容？ 在进行铸造工艺设计前设计者应该掌握生产任务和要求，熟悉工厂和车间的生产条件这些是铸造工艺设计的基本依据，还需要求设计者有一定的生产经验，设计经验并应对铸造先进技术有所了解具有经济观点发展观点，才能很好的完成设计任务 设计依据的内容

一、生产任务1）铸件零件图样 提供的图样必须清晰无误有完整的尺寸，各种标记 2）零件的技术要求 金属材质牌号金相组织力学性能要求铸件尺寸及重量公差及其它特殊性能要求 3）产品数量及生产期限 产品数量是指批量大小。生产期限是指交货日期的长短。 二、生产条件 1）设备能力包括起重运输机的吨位，最大起重高度、熔炉的形式、吨位生产率、造型和制芯机种类、机械化程度、烘干炉和热处理炉的能力、地坑尺寸、厂房高度大门尺寸等。 2）车间原料的应用情况和供应情况 3）工人技术水平和生产经验 4）模具等工艺装备制造车间的加工能力和生产经验

三、考虑经济性 对各种原料、炉料等的价格、每吨金属液的成本、各级工种工时费用、设备每小时费用等、都应有所了解，以便考核该工艺的经济性。 3.铸造工艺设计的内容是什么？

铸造工艺图，铸件（毛坯）图，铸型装配图（合箱图），工艺卡及操作工艺规程。 4.选择造型方法时应考虑哪些原则？

1、 优先采用湿型。当湿型不能满足要求时再考虑使用 表干砂型、干砂型或其它砂型。

选用湿型应注意的几种情况1）铸件过高的技术静压力超过湿型的抗压强度时应考虑使用干砂型，自硬砂型等。 2）浇注位置上铸件有较大水平壁时，用湿型易引起夹砂缺陷，应考虑使用其它砂型 3）造型过程长或需长时间等待浇注的砂型不宜选用湿型 4）型内放置冷铁较多时，应避免使用湿型 2、 造型造芯方法应和生产批量相适应 3、 造型方法应适用工厂条件

4、 要兼顾铸件的精度要求和生产成本

5-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

5为什么要设计分型面？怎样选择分型面？

分型面的优劣，在很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率。 选择分型面的原则：1、应使铸件的全部或大部置于同一半型内 2、应尽量减少分型面数目，分型面少，铸件精度容易保证 3、分型面应尽量选用平面 4、便于下芯，合箱，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、注意减轻铸件的清理和机

械加工量。

6、什么叫浇铸位置

浇铸位置是指：浇铸时铸件在型腔内所处的状态和位置

7、芯头长些好，还是短些好？ 间隙留大些好？还是不留好？ 举例说明

只需满足芯头的基本要求，希望芯头不要太长，过长的芯头会增加砂箱的尺寸增加填砂量，芯头过高，不利于扣箱。 芯头间隙，为了下芯方便通常在芯头和芯座之间留有间隙，间隙的大小取决于铸型的种类，砂芯的大小，精度及芯座本身的精度。但应指出1）当一个砂芯上有多个（不止两个）芯头时，应给出较大的间隙，以免下芯困难2）对于普通的湿型小砂芯，可不留间隙。对于垂直小芯头，为了下芯稳固。甚至可以使用过盈的芯头 8、什么叫压环 防压环 积砂槽各起什么作用？什么条件下应用？不用它们行否？

压环：在上模样芯头上车削一道半圆凹沟（r=2~5）造型后在上芯座上凸起一环形砂 作用：合箱后它能把砂芯压紧，避免液体金属沿间隙钻入芯头，堵塞通气道。这种方法只适用于机器造型的湿型。 防压环：在水平芯头靠近模样的根部，设置凸起圆环，高度为0.5~2mm,宽为5~12mm.作用：造型后相应部分形成不凹的环状缝隙。下芯合箱时它可以防止此处砂型被压塌。因而可以防止掉砂缺陷 集砂槽：下芯座模样的边缘上设有一道凸环，造型后砂型内形成一环凹槽。作用：用于存放个别的散落沙粒。这样可大大加快下芯的速度。集砂槽一般深2~5mm宽3~6mm

9、解释名词机械加工余量，尺寸公差 重复公差各分几个级别 铸造的收缩率。最小铸出孔起模斜度？

机械加工余量：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厚度。机械加工余量等级由精到粗为ABCDEFGHJ九个等级。 铸件尺寸公差是指铸件各部分允许的极限偏差。它取决于铸造工艺方法等的各种因素。铸件尺寸公差由精到粗分为16级命名为CT1到CT16 铸件质量公差以占铸件公称质量的百分率为单位的铸件质量的变动允许值由精到粗分为16级命名为MT1到MT16 铸件的收缩率：铸造收缩率K的定义K=(LM-LJ/LJ)X100% LM 为模样（芯盒）工作面的尺寸LJ铸件尺寸 最小铸出孔：有些特殊要求的孔，如弯曲孔，无法实行机械加工，则一定要铸出 起模斜度：为方便起模，在模样，芯盒的出模方向留有一定的斜度以免损坏砂型砂芯这个斜度为起模斜度。 10、优良的浇铸系统能起到什么作用？

1）把液体金属引入型腔，保证金属液有一定的流速。平稳的注满整个型腔 2）具有良好的阻渣能力，金属液进入型腔不会产生飞溅冲刷型壁或砂芯 3）能够避免形成夹砂，皱皮，冷隔等缺陷。 4）金属消耗小并容易清理，可防止吸入气体和金属过度氧化等 5）补充液体金属凝固时的体积收缩，并保证能够提供足够的补缩金属液避免缩孔和缩松。 11、为什么说砂型铸造中，不能出现负压流动？

因为型砂的透气性好，因此在砂型铸造中，型砂内部的压力不会低于外界气压，故不会出现负压流动。

12、怎样才能防止浇口杯内出现水平漩涡流动？

1）使用深度大的浇口杯，深度应大于直浇道上端直径的5倍 2）应用拔塞，浮塞，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。 3）在浇口杯底部安置筛网砂芯或雨淋砂芯来抑制水平漩涡 4）在浇口杯设置“闸门”堤坝等降低浇铸高度以避免水平漩涡，并促使形成垂直漩涡。垂直漩涡有利于熔渣气泡浮至液体的表面，对档渣和冲入的气泡有利。为此，浇包嘴宜设计得长些为好 5）此外还可以采用逆向浇铸液流不要冲着直浇道

13、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。

14、上小下大的直浇道能否呈充满态流动 为什么？

能呈充满态流动 因为金属液具有一定的粘度，另外还受到一定的阻力和渣、气体的影响，使其满足充满条件，故能呈充满态。

15、为什么说传统的“开放式”浇注系统不一定是不充满的浇铸系统？理由何在？

因为传统的“开放式”浇注系统存在多处沿程阻力和局部阻力，所以不一定是不充满的浇注系统。

16、浇注系统的基本类型有哪几种各有何特点？

封闭式浇注系统，开放式浇注系统 封闭式浇注系统的特点：优点；较好的阻渣能力，防止金属卷入气体，消耗金属少清理方便。 主要缺点：进入型腔的金属液高速，产生喷溅和冲砂使金属氧化，使型内金属发生扰动涡流和不平静

开放式浇注系统：优点：进入型腔流速小充型平稳，冲刷力小，金属氧化轻，主要缺点：阻渣效果稍差 内浇道较大，金属消耗略多。

按内浇道在铸件上的位置分类，可分为四类：顶柱式浇注系统，底柱式浇注系统，中间式浇注系统，台阶式浇注系统 顶柱式浇注系统特点 优点：容易充满，可减少薄壁件浇不到，冷隔方面的缺陷，充型后上部温度高于底部，有利于铸件自下而上的顺序凝固和冒口补缩冒口尺寸小节约金属；内浇道附近受热较轻；结构简单，易于清理 缺点：易造成冲砂缺陷；金属液下落过程中接触空气，出现激溅，氧化，卷入空气等现象，使充型不平稳，易产生砂孔，铁豆，气孔和氧化夹杂物缺陷；大部分浇铸时间，内浇道工作在非淹没状态，相对地说，横浇道阻渣条件较差

底柱式浇注系统的特点： 优点：内浇道基本上在淹没状态下工作，充型平稳；可避免金属液发生激溅氧化及由此而形成的铸件缺陷；无论浇口比是多大，横浇道基本工作在充满状态下，有利于阻渣；型腔内的气体容易顺序排出。 缺点是：充型后金属的温度分布不利于顺序凝固和冒口补缩；内浇道附近容易过热，导致缩孔 缩松 和结晶粗大等缺陷；金属液面在上升中容易结皮，难于保证高大的薄壁铸件充满，易形成浇不到 冷隔等缺陷；金属消耗较大。

中间式浇注系统特点：兼有顶柱式和底柱式湿型浇铸系统的优缺点。

阶梯式浇注系统特点： 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，及浇不到等铸件缺陷 缺点：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，或底层进入金属液过多，形成下部湿度高的不理想的温度分布。 17、什么是奥赞公式？

S阻=m/ρτμ√2gHp S阻——阻流截面积 m—流经阻流的金属总质量 ρ—金属液的密度 μ—充填全部型腔时，浇注系统阻流截面积的流量系数 Hp充填型腔时的平均计算压力头 τ—充填型腔时的总时间 g—重力加速度

18、设计阶梯式浇铸系统应注意防止哪两种不良现象出现？怎么防止？

容易出现的两种不良现象为1）上下各层内浇道同时进入金属液的“乱浇”现象2）分配不均，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 防止的方法 a多直浇道的

阶梯式 b用球塞法控制的阶梯式 c控制各组元比例的阶梯式 d带缓冲或反直浇道的阶梯式

19、内浇道设计的基本原则

1、内浇道上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 2、方向不要冲着细小砂芯，型壁，冷铁，芯撑必要时采用切线引入。 3内浇道应尽量薄 4、对薄铸件可用多内浇道的浇铸系统实现补缩，这时内浇道尺寸应符合冒口颈的要求。 5、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。 6、为了使金属液体快速而平稳地充型，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。 7、尽量在分型面上开设内浇道，使造型方便。 8、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 20、封闭式浇注系统与开放式浇注系统内、横浇道各怎么搭接？为什么？ 封闭式浇注系统内浇道应位于横浇道的下部，且和横浇道具有同一底面

开放式：内浇道应重迭于横浇道之上，且搭接面积要小，但大于内浇道截面积

封闭式：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:开放式浇注系统的内浇道比阻流大得多，若将内浇道置于横浇道底部，则横内浇道都呈非充满流态，无法实现阻渣，故需把内浇道重迭在横浇道上方，用横浇道的顶面及末端延长段粘附和储留渣滓

21、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。

22、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。 23、冒口的功用是什么？常用哪几种冒口？

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。

24、铸钢冒口和铸铁（灰铸铁和球铁）冒口在设计原则上有哪些相同点，哪些不同点

相同点:1)冒口应设在铸件热节上方，侧旁 2）冒口应设在铸件最高，最厚部位 3）冒口不应设在铸件的重要的受力大的部位，以防止组织粗大降低强度。 4）冒口应不设在铸件应力集中处，应注意减轻对铸件的收缩阻碍以免引起裂纹 5）尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件 6）冒口布置在加工面上，可节约铸件精整工时，零件外观好 7）不同高度上的冒口，应用冷铁使各个冒口补缩范围隔开， 不同点：铸钢件补缩距离比铸铁件补缩距离大

25、用模数法计算冒口的原理

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，顶面形成缩孔使散热表面积增大，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。

26、球墨铸铁件的实用冒口有几种？

实用冒口有四类分别是控制压力冒口，浇铸系统当冒口，直接使用冒口，无冒口补缩法