第一章 作业

参考书：《铸造设备》，机械工业出版社。

清华大学主编。

***《铸造机械设计基础》刘树藩主编机械工业出版社第一章、第一节一、概念(P1)紧实度：型砂被紧实的程度通常用单位体积内型砂的质量表示，称作紧实度。

二、填空(P1)造型机和造芯机实质上是相同的，它们的作用主要是三个：填砂、实砂和起模。

其中，实砂是关键的一环。

三、选择(P1)型砂紧实度和物理学中的密度单位相同但概念不同，型砂体积中包括了砂粒间的空隙。

四、从铸造工艺上说，对紧实后的砂型有以下几点要求，是什么？1)砂型紧实后要具有足够的紧实度，除了要使砂型能经受住搬运或翻转过程中的震动而不损毁外，更重要的是要使砂型型腔表面能抵抗住浇注时金属熔液的压力。

在铸件浇注和凝固过程中，金局熔液及铸件对砂型型壁有一种膨胀压力，这种压力有时可以达到很大，如果砂型的紧实度不足，就可能产生较大的型壁移动，造成铸件尺寸偏差。

2)紧实后的砂型应是起模容易，回弹力小，起模后能保持铸型精度，特别是不发生损坏、脱落等现象。

3)砂型应具备必要的透气性，避免浇注时产生气孔等缺陷。

第二节一、概念(P2,P6)压实实砂：压实实砂就是直接加压使型砂紧实。

压实时，压板压入辅助框中，砂柱高度降低,型砂紧实。

深凹比: 深凹处的高度（或深度）与深凹处短边宽度之比，用A来表示。

深凹比A越大，则深凹处底部型砂的紧实越不容易。

二、选择、填空(P2,P7)1、在压实开始时P增加很小，就引起δ很大的变化，但当压实比压逐渐增高时，δ的增大减慢；在高比压阶段，虽然P增大很多，然而δ的增加很微小。

2、通常压实所得的砂型内紧实度分布曲线大致呈上高下低，这是砂粒流由下向上冲击作用的结果。

在砂型底部模板附近，紧实度又有所提高，这是阶段②模板冲击的结果。

3、压实比压对压实过程有很大的影响，除了可以提高紧实度之外，还可使砂型内紧实度分布更均匀。

提高比压还可以使深凹部和砂型侧壁的紧实度提高。

三、问答题1、压实时，砂箱内砂粒移动及紧实度的变化与压板压入的相对速度有关。

叙述慢速压实及所得紧实度分布。

(P3)答：慢速压实加压速度很低(＜0.01m/s)时，砂箱壁上的摩擦阻力对砂粒移动的作用较大。

压实开始时，箱壁上的摩接阻力使压板边角处应力升高，在压板下沿着砂箱壁形成一个高应力环形区。

这时，型砂的内摩擦力与压板的向下推力结合，形成一个向下向中心的作用力。

随着压实过程的进展，高紧实区在砂型的中心点交汇，成为一个倒拱形高紧实度区。

在砂型中心的高度上，紧实度的差别不大，在大约相当于砂型宽度2/3的深度上，出现极大值在砂型的边角处，紧实度上高下低，特别是下边模板的边角处，紧实度很低。

2、压实时，砂箱内砂粒移动及紧实度的变化与压板压入的相对速度有关。

叙述通常压实过程的四个阶段及所得紧实度分布。

(P4)答：①压实开始：工作台推动模板、砂箱、型砂等向上运动，型砂速度由零变大，增大至与工作台等的速度相同。

这一阶段是型砂的加速及初步紧实运动阶段，但所达到的速度和初紧实度都不高。

②当型砂顶部碰到压板时：砂型的运动受阻，发生碰撞，碰撞一层层由上向下将型砂紧实，顶部受冲击力最大，紧实度最高，砂层高度向下，紧实度较低。

③型砂冲击紧实末了，砂箱、模板等尚具有较大的速度，因而紧跟着向砂型冲击，这一冲击力比较大，可以提高模板附近砂层的紧实度。

④如果压实机构的压实力很大时，这一压实力也可能将砂型进一步压实，但这只当压实压力很高，或在冲击紧实阶段的冲击力都不大时才有可能。

3、使压实实砂紧实度均匀化的方法(P8)答：(1)减小压缩比差别:①应用成形压板②应用多触头压头③压膜造型(2)模板加压与对压法(3)提高压前的型砂紧实度：①控制型砂紧实率②提高填砂紧实度③复合实砂或压前将砂预紧实(4)多次加压与顺序加压第一章、第三节一、概念(P13)震击实砂：震击实砂是将型砂填入砂箱，然后工作台将砂箱连同型砂举升到一定高度，并让其自由下落，工作台与机体发生撞击。

撞击时，型砂的下落速度变成很大的冲击力，作用在下面的砂层上，使型砂层层得到紧实。

微震实砂：将型砂及砂箱置于微震机构的工作台上，开动微震机构，使工作台下的气缸体上下作震击运动。

每次震击，气缸体从下面打击工作台下的撞击面一次，使工作台产生振幅较小而频率很高的微震，使型砂紧实。

二、问答题：震击实砂的过程特点及所得紧实度分布。

震击实砂的紧实度分布曲线？(P13)答：1、震击过程中，砂箱下层的型砂受到上面各层型砂的作用，受的冲击大，因而紧实度大。

2、上层砂层所受的冲击力逐渐随高度向上而变小，所以其紧实度也随高度增高而减小。

3、至于最上层砂，由于没有上面型砂对它加力，所以仍呈疏松状态。

4、模样形状对紧实度分布的影响不大，而且越是靠近模板处的砂型深凹部，受的冲力越高，因而紧实度也越高，这是震击实砂的一个突出的优点。

2、微震和压实结合起来，可以有四种方法，分别是什么，画出它们紧实度分布曲线。

(P15)答：把微震和压实结合起来，可以有四种实砂方法：1)单是微震； 2)预震加压实； 3)单是压震；4)先预震，后压震。

下图是四种紧实方法所得的砂型内的紧实度分布情况，可见震后加压不如压震，而以预震加压震所得紧实度分布为最好。

3、微震能使压实效果提高的原因是什么。

(P16)答:1)动压实力的效果压震时，作用在型砂上的力量有二种：一是静的压实力，就是压头的比压；另一种是震铁打击时，在型砂上作用的一个瞬时很高的冲击力，称做动压实力。

(2)微震能减小型砂紧实过程中的内、外摩擦力，使紧实度分布均匀化。

微震时，由于压实力不断地大小变化，使砂粒可能互相错位，提高了实砂效果。

第一章、第四节一、概念(P17)射砂法实砂：射砂法是将芯砂（或型砂）填入砂筒中，将芯盒压紧在射砂头之下，然后开启快速进气阀，压缩空气从贮气包快速进入射砂筒，射砂筒内气压急剧提高，压缩空气穿过砂层，推动砂粒，将砂粒夹杂在气流之中，通过射孔射入芯盒，将芯盒填满，同时在气压的作用下，将砂紧实。

二、问答题：1、射砂法实砂射砂过程大致可以分成三个阶段，叙述每个阶段的内容。

(P17)1)射前期快速进气阀打开后，射砂筒内气压上升的最初阶段，型砂尚不能射出，到了气压提高到一定程度，型砂才能从射砂孔射出。

时间很短约为0.008－0.011s左右，射砂开始时，筒内气压约为50kPa。

2)自由射砂阶段砂粒由气流推动，由射孔射出填入芯盒。

时间：0.3－0.5s 。

近80％－90％的芯（型）砂在这一阶段填入芯盒。

3)压砂团紧实阶段芯盒基本射满后，自由射砂阶段结束，但芯砂进入芯盒的运动并未停止，在射砂头内气压与芯盒上部气压差的推动下，芯砂继续向芯盒填充，使芯盒上部的型砂紧实度继续提高。

2、叙述射砂筒的进气方式及其特点。

（P19）射砂筒的进气方式有两种：一种是高压空气直接从射砂简的顶上进入，叫做顶上进气。

为了改善射砂时射砂筒内的气压分布，绝大多数射芯机的射砂筒的筒壁上开有竖的及横的缝隙。

这些缝隙只让空气透过，砂粒不能通过，空气除了从顶上进入射砂筒外，还可以穿过四周壁上的这些缝隙进入。

这种进气方式称做均匀进气方式。

均匀进气时，射砂筒本体内气压梯度不大，气压梯度主要集中于射孔附近锥形射头中，这既可以避免射砂筒的本体部分的型砂受气压梯度作用而紧实，又加大了射孔附近的气压梯度，增强气流的渗透，使砂顺利射出。

另外，均匀进气时，射头边上的等压线比中心部分密，其流化区比较分散，而若顶上进气时，等压线在射砂筒壁附近比较稀疏，中心线上比较密集，射砂时形成中心流化区。

该中心流化区容易向上发展，产生穿孔、搭棚等现象。

因此，绝大多数射芯机都采用均匀进气方式。

第一章、第五节一、概念（P25）气流冲击造型法：是先将型砂填入砂箱及辅助框中，并压紧在气冲喷孔下面，然后迅速打开冲击阀，砂箱顶部空腔气压迅速提高，产生冲击作用，将型砂紧实。

二、叙述气流冲击造型法紧实过程的两个阶段（P25）答：(1)自上而下的初步紧实及加速运动阶段气冲开始时，气冲阀打开，砂型顶部的空腔的气压快速提高。

高气压骤然作用于砂型顶面，使最上面一层型砂得到初步紧实，形成一层初实层，这层已具有一定紧实度的砂层受上面的气压推动，向下加速运动，这层型砂推动更下一层型砂紧实并向下运动，如此形成一个自上而下的型砂紧实波。

这一紧实波向下发展十分迅速，比空气向下渗透速度快得多。

如此，砂层向下运动的速度越来越快，最后与底板发生冲击，模板在最底层所受的冲击力为最大，冲击力可达数倍于工作气压。

底板上的砂型可以达到很高的紧实度。

(2)自下而上的冲击紧实阶段在紧实波到达底板时，运动滞止，产生冲击力，这时砂层仍有一定的运动速度。

此时下面砂层已是有一定紧实度的物体，表现出刚度较大，所以第二次冲击力很大，可以将型砂紧实到很大的紧实度。

这一冲击，由下向上进行，一直到砂型的顶部。

2．气冲紧实所得紧实度分布气冲紧实所得的紧实度分布，大致可如图1—44所示。

最底层的砂层，由于受到上面各层型砂的冲击，所受的冲击力最大，所以其紧实度最高。

由底板往上越高的砂层，由于在冲击下面砂层时，消耗了一些能量，所以紧实度越低。

砂层顶部的砂层，由于它上面没有砂层对它冲击，所以紧实度很低，仍呈琉松状态。

由图l—44可见：气冲紧实所得砂型紧实度与砂型的高度有关。

砂型高，所得紧实度也高，这可能是由于砂型高时，砂层的加速距离较大，可以获得较高的下行速度，同时也由于高速运动的砂层质量大，因而所形成的冲击更加有力。

相反地，若砂型低矮，由于加速距离短，参与冲击的砂层质量小，所以冲击强度小，砂型的紧实度较低。

第一章、第七节一、填空（P35）起模的方式有顶箱起模及翻转起模两种。

(1)顶箱起模就是在造型完毕后，砂型不经翻转，将模样自砂型中起出。

可以有顶杆和托箱二种方法。

(2)翻转起模按结构还可以分为转台法及翻台法。