材料成型期末复习题

《材料成型基础》复习题成型—利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序一、金属液态成型1. 何谓铸造**？铸造有哪些特点？试从铸造的特点分析说明铸造是生产毛坯的主要方法？答：熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法，称为铸造1）可以生产出形状复杂，特别是具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、床身、机架等。

2）铸造生产的适应性广，工艺灵活性大。

工业上常用的金属材料均可用来进行铸造，铸件的重量可由几克到几百吨，壁厚可由0.5mm到1m左右。

3）铸造用原材料大都来源广泛，价格低廉，并可直接利用废机件，故铸件成本较低。

缺点1）铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷，因此，铸件的力学性能，特别是冲击韧度低于同种材料的锻件。

2）铸件质量不够稳定。

2. 何谓合金的铸造性能**?它可以用哪些性能指标来衡量**？铸造性能不好，会引起哪些缺陷？铸造性能——合金易于液态成型而获得优质铸件的能力。

合金的铸造性能包括金属的流动性、凝固温度范围和凝固特性、收缩性、吸气性等。

3. 什么是合金的流动性**？影响合金流动性的因素有哪些？（P2）流动性流动性是指熔融金属的流动能力；合金流动性的好坏，通常以“螺旋形流动性试样”的长度来衡量流动性的影响因素1）合金的种类及化学成分{1、越接近共晶成分，流动性就越好。

2、选用结晶温度范围窄的合金，以便获得足够的流动性。

}2）铸型的特点3）浇注条件4. 从Fe－Fe3C相图分析，什么样的合金成分具有较好的流动性**？为什么？越接近共晶合金流动性越好。

凝固温度范围越窄，则枝状晶越不发达，对金属流动的阻力越小，金属的流动性就越强5. 试比较灰铸铁、碳钢和铝合金的铸造性能特点。

6. 铸件的凝固方式依照什么来划分？哪些合金倾向于逐层凝固？1. 合金的凝固方式（1）逐层凝固方式（图1-5a）合金在凝固过程中其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开，这种凝固方式称为逐层凝固。

常见合金如灰铸铁、低碳钢、工业纯铜、工业纯铝、共晶铝硅合金及某些黄铜都属于逐层凝固的合金。

2）糊状凝固方式（图1-5c）合金在凝固过程中先呈糊状而后凝固，这种凝固方式称为糊状凝固。

球墨铸铁、高碳钢、锡青铜和某些黄铜等都是糊状凝固的合金。

（3）中间凝固方式（图1-5b）大多数合金的凝固介于逐层凝固和糊状凝固之间，称为中间凝固方式。

中碳钢、高锰钢、白口铸铁等具有中间凝固方式。

7. 缩孔和缩松是怎样形成的？可采用什么措施防止？形成缩孔和缩松的主要原因都是液态收缩和凝固收缩所致；防止措施：a）采用定向凝固的原则b）合理确定铸件的浇注位置、内浇道位置及浇注工艺c）合理应用冒口、冷铁和补贴8. 合金收缩由哪三个阶段组成**？各会产生哪些缺陷？影响因素有哪些？如何防止？1.液态收缩金属在液态时由于温度降低而发生的体积收缩。

2. 凝固收缩熔融金属在凝固阶段的体积收缩。

液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。

3. 固态收缩金属在固态时由于温度降低而发生的体积收缩。

固态收缩对铸件的形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。

二）影响收缩的因素1. 化学成分不同成分的合金其收缩率一般也不相同。

在常用铸造合金中铸钢的收缩最大，灰铸铁最小。

2. 浇注温度合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。

3. 铸件结构与铸型条件铸件冷却收缩时，因其形状、尺寸的不同，各部分的冷却速度不同，导致收缩不一致，且互相阻碍，又加之铸型和型芯对铸件收缩的阻力，故铸件的实际收缩率总是小于其自由收缩率。

这种阻力越大，铸件的实际收缩率就越小。

缩孔、缩松的防止措施9. 何谓同时凝固原则和定向（顺序）凝固原则**？对图1所示阶梯型铸件设计浇注系统和冒口及冷铁，使其实现定向凝固。

凝固的原则同时凝固是指通过设置冷铁、布置浇口位置等工艺措施，使铸件温差尽量变小，基本实现铸件各部分在同一时间凝固定向凝固，是使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程采用的是定向凝固，如图10. 铸造应力有哪几种？如何形成的？如何防止铸造应力、变形和裂纹？铸造应力在铸件的凝固以及以后的冷却过程中，随温度的不断降低，收缩不断发生，若收缩受阻，铸件内将产生应力，称为铸造应力，这是铸件产生变形或开裂的主要原因，将严重影响铸件的质量。

产生原因：a）热应力铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。

b）固态相变应力铸件由于固态相变，各部分体积发生不均衡变化而引起的应力。

c）收缩应力铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、箱挡等外力的阻碍而产生的应力。

铸造应力的防止和消除措施：a）采用同时凝固的原则b）提高铸型温度c）改善铸型和型芯的退让性d）进行去应力退火铸件的变形防止：a) 采用反变形法b) 进行去应力退火c) 设置工艺筋铸件裂纹的防止为有效地防止铸件裂纹的发生，应尽可能采取措施减小铸造应力；同时金属在熔炼过程中，应严格控制有可能扩大金属凝固温度范围元素的加入量及钢铁中的硫、磷含量。

11．灰铸铁最适合铸造什么样的铸件？举出十种你所知道的铸铁件名称及它们为什么不采用别的材料的原因。

答：灰铸铁的铸造工艺特点铸造性能好，工艺简单，成品率高。

适用于对强度、硬度和耐磨性要求较高的重要铸件，尤其是厚大铸件，如床身、凸轮、凸轮轴、气缸体和气缸套12．可锻铸铁是如何获得的？为什么它只适宜制作薄壁小铸件？答：可锻铸铁是白口铸铁通过石墨化或氧化脱碳可锻化处理，改变其金相组织或成分而获得的有较高韧性的铸铁；可锻铸铁的碳、硅质量分数低，熔点比灰铸铁高，凝固温度范围大，故铁液的流动性差，必须适当提高铁液的出炉温度，以防产生冷隔、浇不足等缺陷。

同时，可锻铸铁的凝固过程没有石墨化膨胀阶段，体积收缩和线收缩较大，易形成缩孔和裂纹等缺陷在设计铸件时除应考虑合理的结构形状外，在铸造工艺上应采用定向凝固的原则设置冒口和冷铁，适当提高型砂的耐火度，退让性和透气，为挡住熔渣，在浇注系统中应安放过滤网。

13. 什么是手工造型与机器造型**？各有何特点**？应用范围如何？各有哪些常用造型方法？答：手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序。

手工造型操作灵活、适应性广、工艺装备简单、成本低，但其铸件质量差、生产率低、劳动强度大、技术水平要求高，所以手工造型主要用于单件小批生产，特别是重型和形状复杂的铸件。

手工造型方法可分为：两箱造型、三箱造型、脱箱造型、地坑造型、组芯造型整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、刮板造型机器造型是指用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序。

机器造型铸件尺寸精确、表面质量好、加工余量小，但需要专用设备，投资较大，适合大批量生产。

机器造型方法有：压实紧实、高压紧实、震击紧实、震压紧实、微震紧实、抛砂紧实、射压紧实、射砂紧实。

14．什么是特种铸造**？常用有哪些方法**？金属型铸造有何优越性和局限性**？答：除砂型铸造以外的其他铸造，称特种铸造。

金属铸造的特点及应用范围：1）金属型铸件冷却快，组织致密，力学性能高。

2）铸件的精度和表面质量较高3）浇冒口尺寸较小，液体金属耗量减少，一般可节约15%－30%。

4）不用砂或少用砂。

金属型铸造的主要缺点是金属型无透气和退让性，铸件冷却速度大，容易产生浇不到、冷隔、裂纹等缺陷。

15．试述熔模铸造的主要工序，主要特点及适用范围如何？主要工序：设计制造压型→蜡模制造→结壳→脱蜡与焙烧→浇注与清理熔模铸造的主要特点及适用范围1）铸件的精度和表面质量较高，尺寸公差等级可达IT14-IT11，表面粗糙度Ra值可达12.5mm-1.6mm。

2）适用于各种合金铸件。

3）可制造形状较复杂的铸件，铸出孔的最小直径为0.5mm，最小壁厚可达0.3mm。

4）工艺过程较复杂，生产同期长，制造费用和消耗的材料费用较高，多用于小型零件（从几十克到几千克），一般不超过25kg。

16．压力铸造工艺有何优缺点？它与熔模铸造工艺的适用范围有何显著不同？压铸的特点和应用1. 压铸优点：①铸件的尺寸精度最高，表面粗糙度Ra值最小。

②铸件强度和表面硬度都较高。

③生产效率很高，生产过程易于机械化和自动化。

2. 压铸缺点：①压铸时，高速液流会包住大量空气，凝固后在铸件表皮下形成许多气孔，故压铸件不宜进行较多余量的切削加工，以免气孔外露。

②压铸黑色金属时，压铸型寿命很低，困难较大。

③设备投资大，生产准备周期长17．什么是离心铸造？它在圆筒形铸件的铸造中有哪些优越性**？答：将金属液浇进高速旋转的铸型内，使之在离心力作用下充型并凝固的方法，称为离心铸造。

18．试确定下列零件在大量生产条件下，最适宜采用哪几种铸造工艺：缝纫机头：金属型铸造，汽轮机叶片：低压铸造、铝活塞：挤压铸造，大口径铸铁污水管：离心铸造，柴油机缸套：离心铸造，摩托车汽缸体：压力铸造，车床床身：砂型铸造，大模数齿轮滚刀：熔模铸造，汽车喇叭：挤压铸造，家用煤气炉减压阀：壳体铸造。

19. 为什么要规定铸件的最小壁厚值？如何确定最小壁厚？20. 为什么铸件的重要加工面和主要工作面在铸件中应朝下**？因为下部及侧面出现的缺陷的可能性少，组织致密。

减少产生气孔、夹砂、砂眼、结疤类缺陷21. 为什么尽量使铸件全部或大部位于同一砂箱内**？防止错型、飞翅、毛刺等缺陷，保证铸件尺寸的精确22. 何谓铸造工艺图**？有何用途？铸造工艺图是表示铸型分型面、浇冒口系统、浇注位置、型芯结构尺寸、控制凝固措施（冷铁、保温衬板）等的图样。

指导加工23．试确定图2所示铸件的浇注位置及分型面。

**图2 铸件24．浇注系统一般有哪几个基本组元组成**，各组元的作用是什么**？浇注系统组成：浇口杯：承接来自浇包的金属液减轻金属液对铸型的冲击，阻止熔渣、杂物、气泡等进入直浇道，增加金属液的充型压力等。

直浇道：将来自浇口杯的金属液引入横浇道，保证金属液克服沿程的阻力损失直浇道窝：缓冲金属液，有助于杂质和气泡上浮至横浇道顶部横浇道：撇渣内浇道：将金属液导入型腔控制金属液的速度和方向，调节铸件各部分温宿分布和凝固顺序。

25．什么叫芯头和芯座？它们起什么作用？其尺寸大小是否相同？26．冒口的作用是什么？简述其设置原则？27．何谓封闭式、开放式、底注式及阶梯式浇注系统？它们各有什么优点？28．在方便铸造和易于获得合格逐渐的条件下，图3所示铸件结构有何值得改进之处**？怎样改进**？图3 设计不良的铸件结构29. 快速成型技术主要有哪几种？简述其基本原理。

答：1、光固化立体造型2、分层物件制造3、选择性激光烧结4、熔融沉积造型快速成型从零件的CAD几何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。

由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。