机械制造基础第五章习题答案

思考题与习题

1．何谓铸造？铸造生产的特点及其存在的主要问题是什么？试用框图表示砂型铸造的工艺过程。

答：把熔化的金属液浇注到具有和零件形状相适应的铸型空腔中，待其凝固、冷却后获得毛坯（或零件）的方法称为铸造。

优点：

1) 能制造各种尺寸和形状复杂的铸件，特别是内腔复杂的铸件。如各种箱体、床身、机架等零件的毛坯。铸件的轮廓尺寸可小至几毫米，大至几十米；质量从几克至数百吨。可以说，铸造不受零件大小、形状和结构复杂程度的限制。

2) 常用的金属材料均可用铸造方法制成铸件，有些材料（如铸铁、青铜）只能用铸造方法来制造零件。

3) 铸造所用的原材料来源广泛，价格低廉，并可回收利用，铸造生产工艺设备费用小，因此铸件生产成本低。

4) 铸件与零件的形状、尺寸很接近，因而铸件的加工余量小，可以节约金属材料，减少切削加工费用。

5) 铸造既可用于单件生产，也可用于批量生产，适应性广。

但是，铸造生产工艺过程复杂，工序较多，常因铸型材料、模具、铸造合金、合金的熔炼与浇注等工艺过程难以综合控制，而出现缩孔、缩松、砂眼、冷隔、裂纹等铸造缺陷，因此铸件质量不够稳定，废品率较高；铸件内部组织粗大、不均匀，使其力学性能不及同类材料的锻件高，因此铸件多用于受力不大的零件。此外，目前铸造生产还存在劳动强度大、劳动条件差等问题。

砂型铸造的工艺过程：

2．比较下列名词：（1）模样与铸型；（2）铸件与零件；（3）浇注位置与浇道位置；（4）分型面与分模面。

答：

（1）模样是用来形成铸型型腔的工艺装备，按组合形式，可分为整体模和分开模。

铸型包括将熔化的金属倒入铸模，铸模的型腔提供了最终有用的形状，之后仅需根据具体应用进行加工和焊接。

（2）把熔化的金属液浇注到具有和零件形状相适应的铸型空腔中，待其凝固、冷却后获得毛坯（或零件）的方法称为铸造。所得到的金属零件或零件毛坯，称为铸件。铸件通常作为毛坯，经过机械加工制成零件。但是，随着铸造生产过程不断地完善以及新工艺、新技术不断被采用，铸件的精度及表面质量得到提高，使少余量和无余量铸造新工艺得到迅速发展，精密铸件可直接作为零件。

（3）浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置。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、铸件的尺寸精度及造型工艺过程的难易，因此，往往须制定出几种方案加以分析、对比，择优选用。

浇道的位置及浇道的种类决定金属液在型腔中的流动方向和路径。

（4）制造铸型时，为方便取出模样，将铸型做成几部分，其结合面称为分型面。选择时尽量做到既保证铸件质量，又简化操作工艺。

分模面是指分开模具取出产品和浇注系统凝料的可分离的接触表面。一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分模面，分模面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜。

3．造型材料的性能要求主要有哪些？说出与型砂的性能有关的四种以上铸造缺陷。

答：造型材料应具备以下性能：

(1) 良好的可塑性造型材料在外力作用下容易获得清晰的型腔轮廓，外力去除后仍能保持其形状的性能称为可塑性。砂子本身几乎是没有塑性的，粘土却有良好的塑性，所以型砂中粘土的含量越多，塑性越高；一般含水（质量分数）8%时塑性较好。

(2) 足够的强度砂型承受外力作用而不易破坏的性能称为强度。铸型必须具有足够的强度，以便在修整、搬运及液体金属浇注时受冲力和压力作用而不致变形毁坏。型砂强度不足会造成塌箱、冲砂和砂眼等缺陷。

(3) 良好的透气性型砂由于内部砂粒之间存在空隙能够通过气体的能力，称为透气性。当高温液体金属注入铸型后，会产生气体；砂型和型芯中也会产生大量气体。透气性差，部分气体留在铸件内部不能排出，于是造成气孔等缺陷。

(4) 高的耐火度在高温液体金属作用下，型砂、芯砂不软化、不烧结的性能，称为耐火度。型砂耐火度不足会造成铸件粘砂，给切削加工带来困难。粘砂严重而难以清理的铸件可能成为废品。

(5) 良好的退让性铸件凝固后，冷却收缩时砂型和型芯的体积可以被压缩的性能，称为退让性。退让性差，阻碍金属收缩，使铸件产生内应力，甚至造成裂纹等缺陷。为了提高退让性，可在型砂中加入附加物，如草灰和木屑等，使砂粒间的空隙增加。

由于型芯工作时四周被高温金属液包围，工作条件比型砂更为恶劣，所以，对芯砂除应具有更高的强度、耐火性、透气性和退让性外，还应具有较小的发气性、较低的吸湿性和较好的出砂性。

与型砂的性能有关的铸造缺陷：塌箱、冲砂、砂眼、气孔和缩孔、粘砂、裂纹等。

4．金属的铸造性能主要用什么衡量？它们对铸件质量有何影响？

答：合金的铸造性能是指铸造成形过程中获得外形准确、内部健全铸件的能力。主要有流动性、收缩、偏析、吸气性、氧化性等。其中流动性和收缩对合金的铸造性能影响最大，对于是否容易获得健全的铸件是非常重要的。

流动性对铸件质量的影响金属浇注时，液态金属能够填满铸型是获得外形完整、尺寸精确、轮廓清晰铸件的基本条件，但是液态金属在填充过程中因散热而伴随着结晶现象，同时还存在着铸型对液态金属的阻力。如果金属的流动性不足，在金属还没填满铸型之前就停止流动，铸件将产生浇不足或冷隔现象。

合金的流动性是指液态金属本身的流动能力，直接影响到金属液的充型能力。流动性好的金属，充型能力强，能铸出形状复杂、轮廓清晰、尺寸精确、薄壁的铸件，避免出现冷隔、浇不到等缺陷；有利于金属液中夹杂物和气体的上浮与排除，减少气孔、夹渣等缺陷；有利于发挥冒口的补缩作用，防止铸件产生缩孔、缩松缺陷。因此，在进行铸件设计和制定铸造工艺时，必须考虑合金的流动性。

收缩对铸件质量的影响液态收缩和凝固收缩表现为合金的体积缩小，用体积收缩率来表

示，它是铸件产生缩孔和缩松的主要原因；固态收缩表现为铸件尺寸的缩小，是铸件变形、产生内应力、变形和裂纹的主要原因。

5．浇注系统的作用是什么？由哪几部分组成？

答：浇注系统是为填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道。通常有浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道和冒口组成。其作用是承接和导入金属液，控制金属液流动方向和速度，使金属液平稳地充满型腔；调节铸件各部分的温度分布；阻挡夹杂物进入型腔。合理的浇注系统对保证铸件质量，降低金属消耗有重要的意义。若浇注系统设置不合理，易产生冲砂、砂眼、渣眼、浇不足、气孔和缩孔等缺陷。

6．在设计铸件外形结构时应考虑哪些问题？为什么？

答：铸件外形结构设计中应注意以下几方面：

（1）外形力求简单平直尽量采用规则的易加工平面、圆柱面等，避免不必要的曲面、内凹等，以便于制模和造型，简化铸造生产的各个工序。

（2）避免或减少活块合理设计零件上的凸台、肋板，厚度应适当、分布应合理，以方便起模。

（3）尽量减少分型面的数量分型面少且为平面可避免多箱造型和不必要的型芯，不仅可简化造型工艺，还能减少错型和偏芯，提高铸件精度。

（4）应设计结构斜度在垂直于分型面的非加工面应设计适当的结构斜度，以便于起模，避免在起模时损坏型腔，提高铸件精度。一般手工造型木模的结构斜度为1°～3°。铸件垂直壁的高度增加，结构斜度减小；内壁的斜度大于外壁的斜度；木模或手工造型的斜度大于金属模或机器造型，有结构斜度的内腔，有时可采用吊砂或自带芯子。

（5）避免收缩受阻铸件的结构应利于自由收缩，以免产生较大的铸造内应力，防止铸件开裂。

（6）避免过大水平面过大的水平面不利于金属液的填充，易产生浇不到和冷隔；不利于排除气体和夹杂物；在大的水平面上方，铸型受金属液的烘烤易开裂使铸件产生夹砂缺陷。将大的水平面改为倾斜面，可防止产生上述缺陷。

7．结构斜度与起模斜度有何异同点？

答：铸件的结构斜度是指铸件结构所具有的斜度。铸件上与分型面垂直的非加工面应设计结构斜度，以便于造型时易于取出模样。考虑到保持铸件的壁厚均匀，内、外壁应相应倾斜。

为使模样从铸型中取出或型芯从芯盒中脱出，平行于起模方向在模样（或芯盒）壁上所增加的斜度称为起模斜度。

8．在设计铸件内腔时应考虑哪些问题？为什么？

答：（1）尽量少用或不用芯铸件上的孔和内腔是用型芯来形成的，其数量的增加会使生产周期延长，成本增高，并使合型装配困难，降低铸件的精度，容易引起各种铸造缺陷。

（2）有利于芯的固定、排气和清理，防止产生偏芯、气孔等缺陷

9．在铸件壁的设计中应注意哪些问题？

答：（1）铸件的壁厚应合理铸件的壁厚应保证力学性能，便于铸造生产。铸件的壁不能太薄，否则会受金属流动性的影响，产生浇不到、冷隔等缺陷。

铸件的壁厚也不宜过大，否则会在壁的中心处形成晶粒粗大，产生缩孔、缩松等缺陷。每一种合金都有一个临界壁厚，当铸件的壁厚超过这个尺寸后，铸件的承载能力并不是按比例随之增加。铸造合金的临界壁厚可按其最小壁厚的三倍来考虑。为保证铸件强度和刚度，可在铸件的脆弱处增设加强筋。

（2）铸件的壁厚应均匀铸件各部分壁厚相差过大，不仅容易在较厚处产生缩孔、缩松缺陷，还会使各部位冷速不均，铸造内应力增大，造成铸件开裂。

（3）铸件的壁间连接应合理铸件的壁间连接应采用圆角过渡。铸件壁的交叉处热量蓄积