鑄造工藝學(xué)答案

1、鑄造工藝學(xué)復(fù)習(xí)題答案（吳士平部分） 以這個為準(zhǔn)吧其他的作參考 （比較重要）澆注系統(tǒng)的分類 一、澆注系統(tǒng)按內(nèi)澆道設(shè)臵在鑄件的不同高度處分類 1.頂注式澆注系統(tǒng)內(nèi)澆道設(shè)臵在鑄件的最高處； 2.中間注入式澆注系統(tǒng)內(nèi)澆道設(shè)臵在鑄件側(cè)面，從鑄件中間高度引入； 3.底注式澆注系統(tǒng)內(nèi)澆道設(shè)臵在鑄件最低處側(cè)面或底部； .階梯式澆注系統(tǒng)內(nèi)澆道設(shè)臵在鑄件一側(cè)不同高度多層式引入； 二、按澆注系統(tǒng)各基本組元截面積的比例分類 1.封閉式澆注系統(tǒng)這種澆注系統(tǒng)各組元中總截面積最小時內(nèi)澆道，也就是說內(nèi)澆道成了該系統(tǒng)中的阻流截面。統(tǒng)常寫成F直F橫F內(nèi) 2.開放式澆注系統(tǒng)一般說來，這種澆注系統(tǒng)就是F直F橫F內(nèi)，即是系統(tǒng)中的阻流截

2、面在直澆道下端或者在它附近的橫澆道上，以期直澆道充滿。 5 橫澆道作用、形狀特點 作用：(將金屬液引入到內(nèi)澆道，阻擋熔渣、氣體、砂粒進(jìn)入型腔) 1使金屬液以均勻而足夠的量平穩(wěn)的流入內(nèi)澆口 2其結(jié)構(gòu)開放式有利于渣及非金屬夾雜物上浮并滯留在其頂部，而不隨流進(jìn)入型腔，故又稱為撇渣道。因此希望金屬液流流動平穩(wěn)有利于撇渣 形狀特點： 澆道要有延長段 要有足夠長度、足夠高度 在內(nèi)澆道入口處存在“吸動作用區(qū)” 6（關(guān)鍵）澆注系統(tǒng)充滿的條件是什么？為什么要充滿澆注系統(tǒng)？實際金屬即使不滿足澆注條件依然充滿如何解釋？ 砂型澆注系統(tǒng)的充滿條件表示為金屬流的壓力P高于型壁的氣流壓力Pa。 為什么要充滿澆注系統(tǒng)？ 若把

3、液態(tài)金屬視為理想流體，此時只有S直>S橫>S內(nèi) 才能滿足充滿條件，這就是傳統(tǒng)的澆注系統(tǒng)充滿理論。而實際液態(tài)金屬是有粘度的，不能作為理想流體去研究，實際流體的流動阻力影響是不容忽視的。因此，即使不滿足澆注條件依然充滿。7（會）澆注系統(tǒng)開設(shè)的原則中，有時“從鑄件的薄壁處引入”，“從鑄件的厚壁處引入”，二者是否矛盾？1) 從鑄件的薄壁處引入 這種方法適用于薄壁而輪廓尺寸又大的鑄件。（因為可以實現(xiàn)同時凝固，應(yīng)力小，適合收縮不大的灰鐵鑄件） 2) 從鑄件的厚壁處引入 創(chuàng)造順序凝固，有利補(bǔ)縮鑄件，（適合有一定壁厚差而凝固時合金的收縮量較大的鑄件，如鑄鋼件） 9（會）如何設(shè)計鑄鋼件澆注系統(tǒng)？ 鑄

4、鋼的特點：熔點高，易氧化，流動性差，在凝固中收縮大，易產(chǎn)生如縮孔、縮松、熱裂和變形及缺陷。 設(shè)計要點： 、遵循方向性（順序）凝固原則，澆口多設(shè)在冒口下，配給使用冷鐵、收縮筋等； 、使用柱塞包澆注時，直澆道設(shè)計成不充滿的開放式，以保證鋼液不溢出（即包口為最小截面積）； 、中小件多采用底注，大件多采用階梯式； 、澆注系統(tǒng)簡單、截面尺寸大，以保證快澆。 13（關(guān)鍵）冒口的種類有哪些？ 1） 按冒口在鑄件上的位置分 1頂冒口：位于鑄件的最高處2側(cè)冒口：設(shè)臵在鑄件的熱節(jié)點處3補(bǔ)貼冒口：方向凝固4局部冒口 2） 按冒口結(jié)構(gòu)分 矩形冒口圓柱形冒口球型冒口 3）按冒口內(nèi)腔與大氣之間關(guān)系 明冒口暗冒口大氣壓力冒

5、口發(fā)氣壓力冒口 14（關(guān)鍵）冒口的有效補(bǔ)縮距離有哪幾個部分組成？ 冒口的有效補(bǔ)縮距離是致密的冒口區(qū)和致密的末端區(qū)之和（包括冒口補(bǔ)所縮距離和末端的邊角效應(yīng)之和,當(dāng)有冷鐵放臵在冒口間或鑄件末端時,會増大冒口補(bǔ)縮區(qū)b- 有效補(bǔ)縮區(qū) c-冒口補(bǔ)縮區(qū)e- 末端邊角激冷區(qū)f- 縮松區(qū) 17（關(guān)鍵）提高冒口補(bǔ)縮效率的方法有哪些？(大氣壓力冒口、保溫冒口、發(fā)熱冒口提高補(bǔ)縮效率原理的異同) 1、 提高冒口中金屬液補(bǔ)縮壓力-大氣壓力冒口 在暗冒口頂部安裝細(xì)砂芯，伸入冒口中心，為大氣壓力冒口。澆注冒口表面結(jié)殼，外界大氣壓力仍可作用至金屬液面上，可以增加冒口的補(bǔ)縮壓力。 2、 延長冒口中金屬液保持時間-保溫冒口、發(fā)熱

6、冒口：使用保溫材料、發(fā)熱材料作冒口套。 異同點:均使補(bǔ)縮效率提高, 大氣壓力冒口通過大氣壓力而發(fā)熱冒口、保溫冒口通過延長冒口凝固時間來提高補(bǔ)縮效率 21（關(guān)鍵）什么是壓環(huán)、防壓環(huán)、積砂槽？各起什么作用？ 壓環(huán)：指在上模樣芯頭上車削一道半圓凹溝,造型后在上芯座上凸起一環(huán)形砂,合型后它能把砂芯壓緊,只適用于機(jī)器造型濕型. 作用:合型后把砂芯壓緊,避免液體金屬沿間隙鉆入芯頭,堵塞通氣道 防壓環(huán)：指在水平芯頭靠近模樣根部設(shè)臵的凸起圓環(huán),高度0.52,寬512 作用：造型后,相應(yīng)部位形成一下凹的環(huán)狀縫隙,下芯,合型時可防止此處砂型被壓塌,因而可防止掉砂缺陷 集砂槽：在下芯座模樣邊緣上設(shè)一道凸環(huán), 造型后

7、,砂型內(nèi)形成一環(huán)形凹槽 作用:存放個別散落砂粒,而不致于使砂芯放不到底面上,且極 大加快了下芯速度（存放遺漏的散落殘砂或小砂塊,避免芯頭與芯座因殘砂墊起而位臵不正）22（關(guān)鍵）鑄造工藝參數(shù)包括哪些？為什么需要設(shè)臵機(jī)械加工余量？ 鑄造工藝參數(shù)包括：鑄造收縮率、機(jī)械加工余量、起模斜度、最小鑄出孔的尺寸、工藝補(bǔ)正量、 分型負(fù)數(shù)、反變形量 加工余量：指為保證鑄件加工面尺寸和零件精度，在鑄件工藝設(shè)計時預(yù)先增加而在機(jī)械加工時 切去的金屬層厚度。 設(shè)計機(jī)械加工余量的原因： 鑄件本身精度、表面粗糙度相對較低,且一些基本尺寸和結(jié)構(gòu)有具體相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用,對于鑄件加工表面,必須留有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械加工余量才能使鑄件機(jī)加后獲

8、得光潔表面和精確尺寸,以符合圖紙要求。 澆注系統(tǒng)充滿理論 砂型具有透氣性，從這種特殊邊界條件出發(fā)?？芍挥薪饘倭鞯膲毫高于型壁的氣流壓力Pa時，才呈充滿狀態(tài)。這時型壁對金屬流有約束作用，除了砂粒承受金屬的壓力外，砂粒間的微孔所形成的毛細(xì)管壓力和孔內(nèi)的氣體壓力，共同阻止金屬液深入孔隙；而液流壓力P下降到等于型壁的氣體壓力Pa時，金屬液流開始脫離型壁出現(xiàn)非充滿狀態(tài)。因此，砂型澆注系統(tǒng)的充滿條件表示為： P>Pa 346 下面分析直澆道、橫澆道充滿條件。 于是,上式可轉(zhuǎn)化為3-4-11 橫澆道充滿條件公式 同理，在直澆道的任意高度z-z面和內(nèi)澆道的i-i面之間應(yīng)用伯努利方程、砂型充滿條件和連

9、續(xù)方程，可導(dǎo)出直澆道的充滿條件及判別式： 可以看出，：若把液態(tài)金屬視為理想流體，則全部阻力系數(shù)均等于零，流量系數(shù)1。只有S直>S橫>S內(nèi)才能滿足充滿條件，這就是傳統(tǒng)的澆注系統(tǒng)充滿理論。眾所周知，實際液態(tài)金屬是有粘度的，不能作為理想流體去研究，實際流體的流動阻力影響是不容忽視的。 澆注系統(tǒng)開設(shè)的原則 1) 從鑄件的薄壁處引入 這種方法適用于薄壁而輪廓尺寸又大的鑄件。（因為可以實現(xiàn)同時凝固，應(yīng)力小，適合收縮不大的灰鐵鑄件） 2) 從鑄件的厚壁處引入 創(chuàng)造順序凝固，有利補(bǔ)縮鑄件，（適合有一定壁厚差而凝固時合金的收縮量較大的鑄件，如鑄鋼件） ) 內(nèi)澆道盡可能不開在鑄件重要部位 局部過熱，粗

10、大(組織) 易縮松 ) 內(nèi)澆道要引導(dǎo)液流不正面沖擊鑄型、砂芯等 ) 澆注系統(tǒng)位臵選擇，應(yīng)該使金屬液在型腔內(nèi)流動路徑盡可能短，還應(yīng)考慮不妨礙鑄件收縮 ) 內(nèi)澆道應(yīng)開在加工表面 2、鑄造優(yōu)缺點 優(yōu)點： 1）可以生產(chǎn)出形狀復(fù)雜，特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的零件毛坯，如各種箱體、床身、機(jī)架等。 2）鑄造生產(chǎn)的適應(yīng)性廣，工藝靈活性大。工業(yè)上常用的金屬材料均可用來進(jìn)行鑄造，鑄件的重量可由幾克到幾百噸，壁厚可由0.5mm到1m左右。 3）鑄造用原材料大都來源廣泛，價格低廉，并可直接利用廢機(jī)件，故鑄件成本較低。 缺點： 1）鑄造組織疏松、晶粒粗大，內(nèi)部易產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔等缺陷，因此，鑄件的力學(xué)性能，特別是沖擊韌度

11、低于同種材料的鍛件。 2）鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定。 第一節(jié) 澆注系統(tǒng)設(shè)計 §3-1 澆注系統(tǒng)概念 一、 什么是澆注系統(tǒng) 在鑄型上用以把金屬液體從澆包引入到型腔內(nèi)所經(jīng)過的一系列通道稱為澆注系統(tǒng)。 將金屬液體正確引入鑄型型腔，對保證鑄件的質(zhì)量起重要作用，一般鑄件由于澆注系統(tǒng)設(shè)臵錯誤而造成的鑄件廢品的，約占鑄件總廢品的30%，使金屬液的消耗增加；鑄件成本增加 二、 澆注系統(tǒng)的主要作用 1. 保證金屬液體平穩(wěn)地、無沖擊地充滿型腔； 2. 防止熔渣隨同金屬液體進(jìn)入型腔； 3. 防止金屬液卷入氣體帶入型腔； 4. 防止鑄件產(chǎn)生渣眼、沙眼、氣孔缺陷； 金屬液引入型腔位臵會影響鑄型與鑄件的溫度分布，對鑄件

12、縮孔、縮松、內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生有直接影響 三、 澆注系統(tǒng)的組成 澆口杯承接澆包中的液體金屬。 直澆道將金屬液由澆口杯引入到橫澆道。 橫澆道將金屬液引入到內(nèi)澆道，阻擋熔渣、 氣體、砂粒進(jìn)入型腔。 內(nèi)澆道將金屬液體引入型腔。 按澆注系統(tǒng)各基本組元截面積的比例 分類 1. 封閉式澆注系統(tǒng)這種澆注系統(tǒng)各組元中總截面積最小時內(nèi)澆道，也就是說內(nèi)澆道成了該系統(tǒng)中的阻流截面。統(tǒng)常寫成 F直F橫F內(nèi) 特點：澆注系統(tǒng)易被金屬液充滿，撇渣能力好，可防止氣體卷入。但由于內(nèi)澆道流出的金屬液體受該系統(tǒng)中有效壓頭的直接作用，因此流速較大，有時會發(fā)生噴射現(xiàn)象，因而，不適宜用于易氧化的有色金屬件或壓頭大的件，也不宜用于用柱塞包澆注的

13、鑄鋼件。 2. 開放式澆注系統(tǒng) 一般說來，這種澆注系統(tǒng)就是F直F橫F內(nèi)，即是系統(tǒng)中的阻流截面在直澆道下端或者在它附近的橫澆道上，以期直澆道充滿。 特點：它主要適用于易氧化的有色金屬鑄件，球鐵鑄件和柱塞包澆注的中大型鑄鋼件。 開放式澆注系統(tǒng)在一定比例和一定條件下，也是可以充滿的 在鋁鎂合金逐漸上通常的比例是 F直:F橫:F內(nèi)=1 : 2 : 4 直澆道轉(zhuǎn)入橫澆道是一個急轉(zhuǎn)彎，如果金屬液流速大，將出現(xiàn)嚴(yán)重的紊流和沖刷鑄型，設(shè)臵澆口窩起緩沖作用，減少對鑄型的沖刷，還可以流動分布。 橫澆道 主要作用：除了是金屬液以均勻而足夠的量平穩(wěn)的流入內(nèi)澆口外，其結(jié)構(gòu)開放式還要有利于渣及非金屬夾雜物上浮并滯留在其頂

14、部，而不隨流進(jìn)入型腔，故又稱為撇渣道。因此希望金屬液流流動平穩(wěn)有利于撇渣。（常用辦法利用水力學(xué)中局部阻力和沿程阻力的概念來設(shè)計橫澆道）。 橫澆道的結(jié)構(gòu)也有很大的作用： 橫澆道要有延長段（圖3-2-21）； 要有足夠長度、足夠高度（圖3-2-22）； 渣一般上浮，V2=2r2(液-雜)/g 液體在橫澆道內(nèi)流動分為V1 、V2 V1為液流速度，V2為上浮速度 渣在V1 V2復(fù)合作用下運(yùn)動，應(yīng)保證金屬液入內(nèi)澆道以前讓渣浮到橫澆道頂部，留在橫澆道內(nèi)。當(dāng)V1即金屬液流速過快時，紊流加大渣上浮阻力加大臨界流速約為懸浮速度，渣越小，懸浮速度越小，則危險性越大（越易進(jìn)入內(nèi)澆道）。 在內(nèi)澆道入口處存在“吸動作用

15、區(qū)”（圖3-2-23）； 這個區(qū)域范圍略大于內(nèi)澆道橫截面積，并且與內(nèi)澆道內(nèi)多層金屬液流速V有關(guān)。 吸動區(qū)作用范圍隨內(nèi)澆道橫截面積的增大及內(nèi)澆道與橫澆道的高度比 h內(nèi)/h橫的增大而增大加劇。（圖3-2-24） （圖3-2-25）將內(nèi)澆道/橫澆道聯(lián)接處作了修改 （圖3-2-26）在內(nèi)澆道前面壓縮流線，防止初始金屬液慢慢流入內(nèi)澆道。 內(nèi)澆道的作用是控制金屬液充填鑄型的速度和方向，調(diào)節(jié)鑄型各部分的溫度和鑄件的凝固順序。 冒口的作用 為了使鑄件在凝固的最后階段得到補(bǔ)縮，防止縮孔、縮松、裂紋、變形等產(chǎn)生，則在鑄件上設(shè)臵冒口。 冒口儲備足量的液態(tài)金屬，又可排氣、集渣。鑄造合金凝固時，均產(chǎn)生體積收縮，凝固后均

16、會形成孔洞縮孔、縮松。 三、冒口的設(shè)計原則 （一）設(shè)臵冒口的必要性 （二）、冒口位臵選擇原則 1 方向性（順序）凝固，要使凝固進(jìn)行方向超香 冒口 2 一般在熱節(jié)上方，厚壁部分設(shè)臵；3 冒口應(yīng)比鑄件晚凝固，最后凝固才能補(bǔ)縮； 4 冒口在滿足補(bǔ)縮條件下，尺寸盡量小， 5 防止裂紋產(chǎn)生，冒口不設(shè)在鑄件應(yīng)力集中處 （阻礙收縮），防止引起裂紋； 6 盡可能地將冒口設(shè)在方便和容易消除冒口殘 根的地方； 7 冒口的補(bǔ)縮距離要大于冒口的有效補(bǔ)縮范圍。 （三）確定冒口的種類和類型 在選定冒口的種類和類型時要考慮設(shè)臵冒口的效果和造型及去除冒口時是否方便。圖313是常采用的幾種冒口形式 （四）決定冒口的尺寸 （1）

17、 一般來說，冒口系統(tǒng)（冒口和冒口頸）的凝固應(yīng)晚于鑄件的凝固。 （2） 冒口要能根據(jù)設(shè)計的要求提供足夠的金屬來補(bǔ)償鑄件的液態(tài)收縮，凝固收縮以及由于型腔擴(kuò)大而增加的體積。而且要力求鑄件的成品率高。 （3）冒口和鑄件受補(bǔ)縮部位之間，要保持一定的溫度梯度和凝固梯度，以保證補(bǔ)縮通道暢通。 （五）校驗方向性（順序）凝固和多冒口的綜合效果 由于冒口的有無及其位臵、大小等將直接影響鑄件的溫度場，從而影響凝固的進(jìn)行狀態(tài)。此外，在多冒口的情況下還有可能發(fā)生相互間的干擾。因此需要校驗是否不產(chǎn)生缺陷。 （四） 提高冒口補(bǔ)縮效率的方法 一般通用冒口占鑄件重30 50 耗費(fèi)金屬材料,為此： 提高冒口中金屬液補(bǔ)縮壓力 大氣

18、壓力冒口 延長冒口中金屬液保持時間 保溫冒口、發(fā)熱冒口 1) 大氣壓力冒口 在暗冒口頂部安裝細(xì)砂芯，伸入冒口中心，為大氣壓力冒口。澆注冒口表面結(jié)殼，外界大氣壓力仍可作用至金屬液面上，可以增加冒口的補(bǔ)縮壓力。 2) 保溫冒口 使用保溫材料、發(fā)熱材料作冒口套。 冒口套： 耐火材料 石英砂、鎂砂、鉻鐵礦砂 保溫材料 膨脹珍珠巖、陶瓷棉、發(fā)泡石膏 發(fā)熱劑 鋁粉、氧化鐵粉 2Al+Fe2O3=Al2O3+2Fe+208×4184J 粘結(jié)劑 膨潤土、水玻璃、酚醛樹脂 保溫冒口套實例: 膨脹珍珠巖復(fù)合保溫冒口套 珍珠巖8-10%，鋁礬土27-28%，水泥23-25%，陶瓷棉38-40%，適量水 (

19、3)易割冒口 一）冷鐵 為了增加鑄件局部冷卻速度，在型腔內(nèi)或表面安放金屬塊，增加金屬冷卻作用，把這種起激冷作用的金屬塊稱為冷鐵。冷鐵分為內(nèi)冷鐵、外冷鐵。內(nèi)冷鐵安放在鑄型壁內(nèi)或型腔內(nèi)，其材質(zhì)要求與鑄件材質(zhì)相同并要求二者能很好的融合為一體；外冷鐵安放在砂型（芯）壁上，不溶入鑄件內(nèi)。 冷鐵作用： 1 加快鑄件熱節(jié)部分的冷卻速度，使鑄件趨于同時凝固，有利于防止鑄件變形或出現(xiàn)裂紋。并有可能減少偏析。 與冒口配合使用，使鑄件局部冷卻加速，強(qiáng)化了鑄件順序凝固的條件，有利于冒口補(bǔ)縮和擴(kuò)大冒口補(bǔ)縮范圍。這樣不僅有利于防止鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷，還有可能減少冒口的數(shù)目或體積及補(bǔ)貼的斜度，提高工藝出品率。 加快鑄件某些特殊部位的冷卻速度，以期達(dá)到提高鑄件表面硬度和耐磨性、細(xì)化基體組織的目的。 在難于設(shè)臵冒口或冒口不易補(bǔ)縮到的部位放臵冷鐵以減少或防止出現(xiàn)縮孔、縮松。 對球鐵，用冷鐵進(jìn)行激冷可以增大鑄件表面和中心的溫度梯度，有利于提高石墨化膨脹的利用程度和提高冒口補(bǔ)縮效果。 外冷鐵 直接外冷鐵、間接外冷鐵 外冷鐵是自鑄件外壁施加激冷作用，它不與鑄件表面溶接，可以回收重用。所以外冷鐵的材料以選擇導(dǎo)熱性好、有足夠高的熔點的為好。 直接外冷鐵 金屬激冷材料直接與鑄件相接觸稱為直接外冷鐵 間接外冷鐵 金屬激冷材料通過一薄層非金屬材料（如砂子、涂料等厚度在1015mm）與鑄件相接觸稱為間接冷鐵 要求： 外