铸造工程基础习题及答案

一、砂型铸造部分一填空及名词解释1设置冒口、冷铁和铸肋的主要目的是防止缩孔、缩松、裂纹和变形等铸造缺陷。

2脱模时间stripping time指从混砂结束开始在芯盒内制的砂芯或未脱模的砂型硬化到能满意地将砂芯从芯盒中取出或脱模而不致发生砂芯或砂型变形所需的时间间隔。

3。

补贴为实现顺序凝固或加强补缩效果在靠近冒口的铸件壁厚上补加的倾斜的金属块。

4 水玻璃是各种硅酸盐的统称。

在铸造上常用的有钠水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃分别为硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂的水溶液其化学式分别为Na2O。

mSiO2 。

nH2O、K2O。

mSiO2。

nH2O、Li2OmSiO2。

nH2O。

5流动性型砂在外力或自重作用下沿模样与砂粒之间相对移动的能力称为流动性。

6气硬冷芯盒法vapor cold box process将混好的双组份树脂砂填入芯盒然后在室温下通过吹气硬化制成砂芯的方法。

7.型、芯砂将原砂或再生砂粘结剂其它附加物等所混制成的混合物为型砂或芯砂其中将其用于铸型者被称为型砂用于制砂芯者称为芯砂。

8可使用时间bench lifeworking time指自硬树脂砂其它化学粘结剂也相同混砂后能够制出合格砂芯的那一段时间。

9。

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。

10热芯盒法hot-box process用液态热固性树脂粘结剂和催化剂配制成的芯砂吹射入加热到一定温度的芯盒内180-250C贴近芯盒表面的砂芯受热其粘结剂在很短时间即可缩聚而硬化而制成砂芯的方法。

二问答题1. 铸铁件、铸钢件和铸造非铁合金件用的湿型砂各具有什么特点答题要点①由于铸铁件、铸钢件和铸造非铁合金件的合金特性和浇注温度不同因此它们用的湿型砂不宜一样。

铸铁件的合金熔点较高略低于铸钢浇注温度一般在1200℃一1400℃左右因此对湿型砂耐火度的要求可比铸钢件低。

铸铁件湿型砂的显著特点是其中普遍加入了煤粉煤粉的作用主要在于防止粘砂。

②铸钢件的合金熔点很高浇注温度高达1500-1650℃因此要求混型砂有较高的耐火度和透气性。

铸钢件湿型砂一般应具有以下一些特点采用耐火度高的硅砂膨润土加入量相应增多以提高型砂强度以有利于降低水分以有利于防止粘砂、夹砂和气孔缺陷严格控制湿型砂水分提高型砂的透气性③铸造非铁合金件的合金熔点一般不高铜合金浇注温度约1200℃铝合金浇注温度一般不超过700℃一800℃镁合金浇注温度更低因此时湿型砂的耐火度和化学热稳定性要求不高但非铁合金液一般极易氧化主要要求是防止合金液渗入铸型要求铸件有较清晰轮廓和光洁的表面。

2根据确定铸件浇注位置的一般原则指出下列每一组图形中的哪一个是合理的并说明其理由。

图1 图2 图3 答图1 a 不合理 b 合理
铸件的重要加工面、工作面、受力面应尽量放在底部或侧部以防止这些面产生铸造缺陷。

图示的齿轮轮齿是加工面和使用面应将其朝下。

图2 a 不合理 b 合理浇注位置应有利于所确立的顺序凝固对于体收缩较大的合金浇注位置应尽量满足定向凝固的原则铸件厚实部分应在浇注位置上方以利于冒口补缩。

图3a 不合理 b 合理浇注位置应有利于砂芯的定位支撑使排气顺畅尽量避免吊芯、悬臂砂芯。

3试介绍酚醛—酯自硬砂法的基本工艺和它的优点及不足之处答题要点酚醛—酯自硬法用树脂为在强碱性条件下合成的碱性甲阶酚醛树脂水溶液其pH值高达11—135。

用于这种粘结剂的催化剂为一系列的液态酯。

酚醛—酯自硬法的一个特殊优点是有机酯固化剂能直接参与树脂的硬化反应但在室温下有机酯仅能使大部分树脂交联故它有一定的塑性。

在浇注时的热作用下未交联的树脂继续进行缩聚反应称二次硬化这种先表现出塑性然后再转为刚性而产生较高强度的特点导致树脂砂具有一定的热塑性和容让性可减少硅砂的热膨胀对铸件的收缩阻力从而减轻铸件、特别是薄壁铸钢件
产生热裂纹倾向。

目前还有待改进之处是在树脂加入量相同的条件下酯硬化砂的实际粘结强度没有酸催化的树脂砂和尿烷自硬砂的高存放稳定性差旧砂用干法再生后的使用率平不高。

总之酚醛-酯自硬法是有发展前途的新型树脂体系之一其树脂砂的成本可能较高但它在生态学、工人操作和铸造质量上的许多优点有可能弥补成本较高这一缺点。

4在酸催化剂自硬法中催化剂对硬化过程的控制起着决定性作用。

用于呋喃系、酚醛系树脂自硬砂的酸性催化剂哪些以国内常用的磷酸、硫酸酯和芳基磺酸为例分别说明它们对树脂自硬砂硬化特性的影响。

答题要点从呋喃系、酚醛系树脂自硬砂用酸性催化剂有芳基磺酸、无机酸、以及它们的复合物。

常用的无机酸为磷酸、硫酸单酯、硫酸乙酯芳基磺酸为对甲苯磺酸PTA、苯磺酸BSA、二甲苯磺酸、苯酚磺酸、萘磺酸、对氯苯磺酸等。

磷酸多用于高氮呋喃树脂的硬化砂芯型有好的表安性热强度高而且高氮低糠醇树脂采用磷酸作催化剂可获得很好的终强度而低氮高糠醇用磷酸作催化剂时终强度较低。

硫酸酯是酸性最强的无机酸催化剂它能加速硬化速度缩短脱模时间同时对防止砂芯长期存放过程中的软化有利。

但残存于树脂膜中的硫酸酯对树脂膜有腐蚀作用而且硬化和脱水速度快树脂膜易产生应力和裂纹使终强度降低表安性也较差浇注过程中将产生SO2气体不仅污染环境而且易引起钢液增硫和球墨铸铁球化不良。

采用芳基磺酸作催化剂可得到与相应的无机酸同样的硬化速度且终强度较高酸的残存率比无机酸低对再生砂有利。

另外用芳基磺酸作催化剂混砂时常散发出难闻气味在浇注过程中用甲苯磺酸作催化剂时会产生少量SO2和H2也会使球墨铸铁、蠕墨铸铁铸件出现异常表层组织和铸钢件增硫。

5常用于确定冒口尺寸的方法有哪些其原理是什么但当冒口尺寸确定后还应怎么办答题要点常用于确定冒口尺寸的方法有比例法、模数法和补偿液量法。

比例法是根据铸件热节处的内切圆直径按比例确定冒口各部分的尺寸比较简便应用也比较广泛。

模数法是根据铸件被补缩部分的模数和冒口补缩范围内铸件的凝固收缩量两个条件确定冒口的尺寸计算比较繁杂但比较可取适用于要求致密高的铸件。

一般冒口模数Mm应略大于铸件模数Mj。

补偿液量法是先假定铸件的凝固速度和冒口的凝固速度相等冒口内供补缩的金属液是直径为d0的球当铸件凝固完毕时d0为冒口直径Dm和铸件厚度δ之差即d0Dm一δ另外直径为d0的球的体积应该与铸件被补缩部分总的体积收缩值相等即πd036εV件ε为体收缩率。

这样只要算出铸件被补缩部分的体积V件即可得到补缩球的直径d0然后用公式Dm d0δ求出冒口直径。

冒口高度可取Hm1.5—1.8Dm使冒口补缩可靠。

冒口尺寸确定后应对其进行补缩能力的校核。

一般应用铸件的工艺出品率进行校核如果计算的工艺出品率过低说明冒口重量过大应考虑能否采取措施减少冒口尺寸和数量如果计算的工艺出品率过高则应考虑是否增加冒口尺寸和数量。

6请简述湿型的生产特点优缺点。

答题要点特点1生产灵活性大适用面广既可手工又可机器、以及流水线生产既可生产大件也可生产小件可铸钢中小件也可铸铁、有色合金件等2生产效率高生产周期短便于流水线生产可实现机械化及自动化。

汽车、柴油机和拖拉机制造业应用最广300500kg铸铁薄壁件3用原材料成本低来源广4节省能源、烘干设备和车间生产场地面积5因不经烘干砂箱寿命长6缺点操作不当易产生一些铸造缺陷夹砂结疤鼠尾砂眼胀砂粘砂等。

7。

铸件的凝固补缩方式与内浇道的开设位置有很大关系一般要求内浇道的开设位量应符合铸件的凝固补缩方式。

请问要考虑那些因素答题要点1要求同时凝固的铸件内浇道应开设在铸件薄壁处快速均匀地充满型腔避免内浇道附近的砂型局部过热。

2要求
定向凝固的铸件内浇道应开设在铸件厚壁处。

在铸件与内浇道之间使金属液经冒口引入型腔以提高冒口的补缩效果如球铁曲轴、齿轮以及铸钢齿轮等。

3对于结构复杂的铸件往往采用定向凝固与同时凝固相结合的所谓“较弱定向凝固”原则安排内浇道位置开设即对每一个补缩区按定时凝固的要求设置内浇道而对整个铸件则按同时凝固的要求采用多个内浇道分散充型这样设置既可使铸件各厚大部位得到充分补缩而不产生缩孔及缩松而又可将应力和变形减到最小程度。

4当铸件壁厚相差悬殊而又必须从薄壁处开设内浇道引入金属液时则应注意同时使用冷铁加快厚壁处的凝固及加大冒口浇注时还应采取点冒口等工艺措施以保证厚壁处的补缩。

三综合题1试述钠水玻璃砂的吹C02硬化、加热烘干硬化和有机酯硬化的硬化工艺及硬化机理和对粘结强度的影响。

答题要点钠水玻璃硅酸钠是弱酸强碱盐在水溶液中几乎完全电离所以钠水玻璃实际是部分电离的聚硅酸负离子和钠离子在水中的分散体系。

其中最有意义的反应是硅酸钠以Si一0一Na表示的钠-氧键水解hydrolysis向右进行和酸-碱反应向左进行不同硅酸盐负离子的平衡是错综复杂的它取决于pH值、模数和温度在若干特有的反应过程中达到平衡。

如果没有任何胶凝作用的影响钠水玻璃则可保存很长时间但它对引起平衡变化的任何因素却非常敏感这一潜在不稳定特性通常被用来加速钠水玻璃的缩聚以形成坚硬的三维的网状结构使型砂粘结在一起。

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、液态或粉状固化剂与OH-作用从而降低pH值或靠失水或靠上述二者的复合作用来达到硬化。

1 加热硬化----失水发生由液态到固态的转变凡是能去除钠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物等都可使钠水玻璃硬化。

2化学反应形成新的产物钠水玻璃在pH值大于10以上很稳定加入适量酸性或具有潜在酸性的物质时其pH值降低稳定性
下降使水解和缩聚过程加速进行。

A吹C02硬化C02与钠水玻璃中的水作用形成碳酸CO2 H20---- 2H C03- 产生的H使表面钠水玻璃的pH值不断降低并达到迅速硬化。

钠水玻璃同C02反应消耗Na20把凝胶化的水玻璃推到图的不稳定液体和凝胶区域区域11。

这种Si02凝胶含Si02高并使砂芯和砂型建立强度。

B 有机酯液态硬化剂酯促使钠水玻璃砂硬化建立强度分两阶段酯使钠水玻璃胶凝化产生强度最终强度来自硅酸钠脱水。

用酯硬化时酯在钠水玻璃中进行水解生成有机酸和醇有机酸提供氢离子其反应通式是RCOOR’H2O-------RCOOHR’OH RCOO-与钠水玻璃电离的钠离子Na发生皂化反应生成脂肪酸钠H与钠水玻璃的OH-结合均有利于酯的进一步水解和使钠水玻璃析出硅酸溶胶并促使朝着生成大的凝聚的硅酸分子方向移动当它在三维空间任意生长时就形成凝胶这就导致钠水玻璃硬化。

各种硬化方法所得钠水玻璃砂的强度是不同的.其原因为: a得到的粘结剂膜组织的密度和有序性排列不同
因而影响强度的大小其顺序为加热硬化、酯硬化、铬铁渣硬化、CO2硬化相应的粘结膜的内聚强度为410MPa、298MPa、205MPa、149MPa b相应地所得的钠水玻璃的凝胶胶粒大小明显不同C02硬化的胶粒直径为02—048??m酯硬化的为007-018??m真空硬化的为006-016??m加热硬化的只有0035-004??m因而强度会明显不同。

2在化学粘结剂砂制芯型中壳法和热芯盒法同属加热硬化法请分别简述其基本工艺、优缺点、应用范围和应用前景。

答题要点将砂粒表面上已覆有一层固态树脂膜的称为覆膜砂又其与加热到160-260℃的金属模接触从而形成与金属模外形轮廓一致的型腔、厚度为6-12mm的坚硬薄壳的造型方法称为壳法。

覆膜砂具有良好的流动性和存放性
用它制作的砂芯强度高、尺寸精度高便于长期存放用覆膜砂既可制作铸型又可制作砂芯实体芯和壳芯不仅可以用于生产黑色金属铸件还可以用于生产有色金属铸件等等。

壳型工艺和铁模覆砂工艺已在曲轴、凸轮轴、复杂壳体铸件、集装箱箱角、摩托车缸体等典型铸件上应用。

覆膜砂壳芯已广泛地用于气道芯、缸体水套芯、排气管及进气管芯以及液压件的砂芯。

因此可以讲壳芯、壳型和覆膜砂射芯工艺近几年在我国发展相当迅速。

现在覆膜砂已广泛应用于汽车、拖拉机、柴油机、机床、离心铸造、液压件及泵类等行业可满足各种材料各种生产条件的复杂精密铸件的生产要求。

热芯盒法是将液态热固性树脂粘结剂和催化剂配制成的芯砂填入加热到一定温度的金属芯盒内贴近芯盒表面的砂芯受热其粘结剂在很短时间内缩聚而硬化而且只要砂芯的表层有数毫米结成硬壳即可自芯盒取出中心部分的砂芯利用余热和硬化反应放出的热量可自行硬化的制芯方法。

热芯盒法与壳芯型法相比具有更高的生产率造芯速率从几秒至数十秒造芯用粘结剂成本低砂芯的混砂设备简单投资少等优点。

热芯盒法在20世纪60年代后陆续在欧美等国被逐步开发应用其发展速度极为迅速至今它在全世界的汽车、拖拉机及柴油机等行业广泛应用。

热芯盒法存在的主要问题是1树脂品种少呋喃类真正能满足不同生产要求的品种不多不同含氮量而酚醛类因固化热脆性大在国内外应用更少2与树脂配套的潜伏性好、无毒、硬化快的高效热激活催化剂少3在制芯过程中产生有刺激性的烟气芯砂中游离甲醛含量高给操作环境造成污染4在相对湿度大的地区砂芯抗? 圆畹贾麓娣牌谇慷认陆?5用于生产铸钢件、部分球墨铸铁件和复杂薄壁的铸铁件时易产生皮下气孔和针孔。

6树脂砂可使用时间有限给生产的组织与管理带来不便。

由于热芯盒法存在的上述问题至今未能很好解决致使其在有机化学杉结剂砂制芯市场份额逐步被壳芯型法和气硬冷芯盒法挤占如果今后若干年热芯盒法存在的上述问题、特别是1、2条问题不能很好解决它将会被壳芯型法和气硬冷芯盒法完全取代。

二、液态金属非重力铸造及金属型铸造成形部分一填空1在金属型铸件的成形中金属型与普通砂型铸造不同的是金属型材料导热系数大、没有退让性和没有透气性。

2在熔模铸造主要工序有制蜡模、制壳和熔炼浇注。

3压力铸造的两大特点是高压和高速其压射比压范围为几兆帕至几十兆帕和其充填速度范围为0.5120m/s 。

4低压铸造的定义是液体金属在20kPa60kPa压力的作用下自下而上地充型并凝固而获得铸件的一种铸造方法。

5球墨铸铁管最适合离心铸造方法其制造工序是熔炼铁水、进行球化孕育处理、离心浇注、热处理和后处理等5道工序。

6在压铸过程中充填充型速度是指金属液自内浇口进入型腔的线速度。

7在反重力铸造中低压铸造方法与差压铸造方法在设备结构上的差别在于差压铸造采用上下室形式即保温炉置于下室铸型置于上室而低压铸造只使用下室铸型置于大气环境中。

8消失模铸造又称气化模铸造其英文名称是Lost Foam Casting。

二回答题1在低压铸造中如何从工艺设计及工艺规范等方面保证获得无缩孔、无气孔的铸件答①工艺设计方面保证自下而上的顺序凝固原则如加工艺补贴、加冷铁、采用通风、水冷等强制冷却措施②工艺规范方面控制好充型及凝固各阶段的压力、速度的变化以及型温和浇注温度等。

2在压铸中对各阶段的压射比压和压射速度有什么要求目的是什么答压铸过程中作用在液体金属上的压力不是—个常数它是随着压铸过程的不同而变化的液体金属在压室及压型中的变动情况可分为四个阶段。

第一阶段I慢速封孔阶段压射冲头以慢速向前移动液体金属在较低压力的作用下推向内浇口。

低的压射速度是为了防止液态金属在越过压室
浇注孔时溅出和有利于压室中气体的排出减少液体金属卷入气体。

此时压力Pd只用于克服压射缸内活塞移动和压射冲头与压室之间的摩擦阻力液体金属被推至内浇口附近。

第二阶段Ⅱ充填阶段二级压射时压射活塞开始加速并由于内浇口处的阻力而出现小的峰压液体金属在压力Pt的作用下以及高的速度在很短时间内充填型腔
第三阶段Ⅲ增压阶段充型结束时液体金属停止流动由动能转交为冲击压力。

压力急剧上升并由于增压器开始工作使压力上升至最高值。

这段时间极短一班为002—00 4s称为增压建压时间。

第四阶段Ⅳ保压阶段亦称压实阶段金属在最终静压力作用下进行凝固以得到组织致密的铸件。

由于压铸时铸件的凝固时间很短因此为实现上述的目的要求压缩机构在充型结束时能在极短时间内建立最终压力使得在铸件凝固之前压力能顺利地传递到型腔中去。

3在熔模铸造型壳的干燥硬化过程中硅溶胶型壳通常会出现型壳鼓泡和裂纹请分析其原因。

答硅溶胶型壳中的水大部分在干燥过程中排除干燥过程实质上就是硅溶胶的胶凝过程。

硅溶胶胶凝后被包在冻胶网格中的物理吸附水在干燥期间逐渐蒸发硅溶胶胶粒吸附层中的化学吸附水在加热至100200C时失去胶粒表面残存的硅醇SiOH在400800℃范围内通过自缩聚而脱水。

干燥的最终结果是不断发生硅醇聚缩反应形成牢固的硅氧键而胶凝。

如果型壳的硅溶胶还未转变成凝胶或者刚胶凝尚含有较多溶剂马上涂挂下一层必然会发生冻胶回溶现象或者吸收下层溶胶引起型壳溶胀鼓泡甚至使制壳工艺无法进行下去。

干燥过程中随着溶剂的蒸发型壳将发生收缩若各部分干燥不均匀收缩不一致就会形成内应力而导致型壳开裂。

影响型壳干燥的因素很多其中环境湿度的影响最大其次是风速和环境温度等。

三综合题试归纳总结压力铸造、低压铸造和离心铸造的特点及应用范围。

压力铸造、低压铸造和离心铸造同属非重力铸造。

①压力铸造简称压铸的实质是使液态或半液态金属在高压的作用下以极高的速度充填压型并在压力作用下凝因而获得铸件的一种方去。

高压力和高速度是压祷时液体金属充填成型过程的两大特点也是压铸与其他铸造方法最根本区别之所在。

与其它铸造方法相比压力铸造具有以下优点1 产品质量好。

由于压铸型导热快金属冷却迅速同时在压力下结晶铸件具有细的晶粒组织表面坚实提高了铸件的强度和硬度此外铸件尺寸稳定互换性好可生产出薄壁复杂零件2 生产率高压铸模使用次数多3 经济效益良好。

压铸件的加工余量小一般只需精加工和铰孔便可使用从而节省了大量的原材料、加工设备及工时。

压铸的缺点是压铸型结构复杂制造费用高准备周期长仅适用于定型产品的大量生产压铸速度高型腔中的气体很难完全排出加之金属型在型中凝固快实际上不可能补缩致使铸件容易产生细小的气孔和缩松铸件壁越厚这种缺陷越严重因此压铸一般只适合于壁厚在6mm以下的铸件压铸件的塑性低不宜在冲击载荷及有震动的情况下工作另外高熔点合金压铸时铸型寿命低影响压铸生产的扩大应用。

综上所述压力铸造适用于有色合金小型、薄壁、复杂铸件的生产。

②低压铸造是液体金属在
20kPa60kPa压力的作用下自下而上地充型并凝固而获得铸件的一种铸造方法。

低压铸造所用的铸型可以是金属型、砂型干型或湿型、石膏型、石墨型及熔模壳型等。

低压铸造时铸件形成过程的基本特点是根据铸件的结构特点、铸型的种类及形成过程各个阶段的要求充填速度及压力可以在一定范围内进行调整。

因此低压铸造有如下的优点1液体金属是自下而上平稳池充填铸型且型腔中泄流的方向与气体排出的方向一致因而避免了液体金属对型腔和型芯的冲刷作用以及卷入气体和氧化夹杂物防止铸件产业气孔和非金属夹杂物等铸造缺陷。

2铸件的凝固过程是在压力作用下进
行的补缩效果好故铸件的.。