铸造工艺学习题

《铸造工艺学》大型作业

一、名词解释

1、（铸造用原砂中的）泥份：是指原砂中直径小于20μm的颗粒。

2、钙膨润土活化处理：利用粘土晶体内的离子交换性质，可以向粘土中加入某种物质，人为地改变膨润土中的离子种类，从而改变膨润土的属性，达到改变膨润土的工艺性能。

这种利用离子交换处理技术称为膨润土的活化处理。 Na2CO3在水中能完全电离成Na+和CO 3 2 - ，使溶液中的Na+浓度增加， 逐步将钙基膨润土中的Ca2+置换出来。被置换出的Ca2+与CO 3 2 -生成Ca CO 3 ，不溶于水，从而使交换反应进行完全。

3、铸件工艺出品率：铸件的净重量与铸件净重＋浇道＋冒口＋加工余量等之和的比例

4、通用冒口：传统冒口，除铸铁件实用冒口以外?

5、浇注系统：为将液态金属引入铸型型腔而在铸型内开设的通道

6、铸造收缩率： 铸件在凝固过程中，它的各部分尺寸一般都要缩小，铸件尺寸缩小的百分率，叫做铸造线收缩率或铸造收缩率

7、起模斜度：为便于起模样或开芯盒，在铸件垂直分型面的各个侧面上设计的斜度，也叫拔模斜度，（通常不是零件的结构）

8、封闭式浇注系统：这种浇注系统各组元中总截面积最小时内浇道，也就是说内浇道成了该系统中的阻流截面。统常写成 F直＞F横＞F内

9、开放式浇注系统：一般说来，这种浇注系统就是F直＜F横＜F内，即是系统中的阻流截面在直浇道下端或者在它附近的横浇道上，以期直浇道充满。

10、粘土型砂：?型砂由原砂、粘结剂、水及附加物按一定比例混制而成。

11、紧实率：型、芯砂紧实前后的体积变化，型砂被紧实的程度。

12、侵入气孔：:型砂中的水分与粘结剂中的挥发物，都会因受热变成气体。如果型砂(或芯砂)透气性差，或浇注系统设计不合理，或砂型紧实度过高.或砂型排气不良以及气道堵塞，都会使铸型中所产生的气休(浇注时)不能及时排出，就可能冲破金属表面凝固膜，而钻进铁水里去，若不能上浮排出，便留在铸件中形成气孔。

13、破碎指数：评定型砂韧性的指标。标准圆柱砂样从规定高度坠落在6目筛网中部的钢砧上，残留在该筛网上砂的重量占总重量的百分数。

14、铸件的分型面： 两半铸型相互接触的表面。

15、铸件的浇注位置：指浇注时铸件在铸型中所处的位置。

16、化学粘砂：在高温条件下金属氧化物与铸型间发生化学作用而使金属表面与铸型发生粘结的现象。

17、机械粘砂：金属熔液渗入砂粒间隙，凝固后将砂粒机械的粘连在铸件的表面上。

18、型砂的透气性：型砂能让气体透过而逸出的能力

19、覆模砂：砂粒表面在造型前即覆有一层固体树脂膜的型砂或芯砂。 覆膜砂是指树脂以一层薄膜包覆在砂粒表面，这样可以完全发挥树脂的粘结作用，改善树脂砂的性能，节省树脂用量

20、型砂的残留强度：

定温度下的残留强度。

21、铸造工艺设计：根据零件结构、技术要求、生产特点和车间生产条件确定铸造工艺方案和工艺参数，绘制工艺图，编制工艺卡及有关技术文件的过程。

22、铸造工艺方案：铸造工艺方案设计的内容主要有：铸造工艺方法的选择；铸件浇注位置及分型面的选择；铸件初加工基准面的选择；铸造工艺设计有关工艺参数的选择，型芯的设计等。

23、剩余压力角：? 式中：HM 最小剩余压力头

L 直浇道中心到铸件且最远点的水平投影距离

α 压力角

24、冷芯盒法：将砂子、液态树脂及液态催化剂混合均匀后，填充到芯盒内硬化成型

25、热芯盒法：将铸造用砂、热固性树脂和催化剂混合成的砂料射入具有加热装置的芯盒

中，加热到180～250℃，使贴近芯盒表面的砂料受热，在温度作用下，其粘结剂在很短时间内即可缩聚而硬化，形成型芯，不须再进烘炉烘干，具有缩短生产周期等优点。

26、顺序凝固：顺序凝固原则就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措施，使铸件远离冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口的部位凝固，最后才是冒口本身凝固。

二、问答题

1. 试述夹砂的形成机理及预防措施。 HMLtg

答：铸件上有夹砂,在浇铸过程中,泥芯往上浮造成上部通透,1材料问题（材质含量比例不当）2加工过程快或慢3工人工艺等4模具和模具材质。

产生原因：造型时紧实不均匀；型砂的抗夹砂能力差；浇注位置不合理。 防止措施：从减少砂型膨胀力入手，在型砂中加入煤粉、木屑等，使砂型膨胀时有缓冲作用；造型时力求紧实度均匀，避免砂型局部紧实度过大；严格控制型砂中的水分，水分不宜过高；型砂的粒度要粗点，以提高砂型的透气性；在易产生缺陷的砂型处可插钉加固，避免表面剥落；浇注温度不宜过高，浇注时间尽量缩短，使金属能快速而均匀地充满型腔。

2. 侵入气孔的形成条件、形成机理及预防措施

答：当金属熔液与砂型接触，短时间内铸型气体陡增，然后减少，形成气浪。提高铸型的透气性，减少型砂的发气性，合理安排出气冒口，适当提高浇注温度。

3. 阐述机械粘砂的形成机理、影响因素和防止措施。

答：是指铸件的部分或整个表面粘附着一层砂粒和金属的机械混合物，是由于金属渗入铸型表面的微孔形成的。机理:铸型中某个部位受到的金属液的压力大于渗入临界压力。

影响因素（1）金属液对铸型表面的润湿性。一般来说润湿角小于90度两者不润湿可防止金属液的渗入，而润湿角大于90度时，两者润湿有利于金属液的渗入，产生粘砂。但洛铁矿砂因能产生固相烧结，生成致密稳定的烧结层从而防止粘砂（2）型芯表面的微孔尺寸。其与砂的颗粒大小和分散度以及紧实度有关。一般砂粒越细，分散度越大紧实度高且均匀有利于防止金属液的渗入。但浇注温度较高时，细砂粒因耐火度不够可能造成更严重的粘砂，问更高时粗砂粒的粘砂则比细砂粒又要重些（3）铸型微孔中的气体压力。铸型微孔中的气体压力高，则背压大有利于防止金属液的渗入（4）金属液压力及铸型表面处于液态的时间。金属夜的静压力和动压力是金属液渗入的动力、铸型表面的金属液存在时间长，金属液可深入到星沙的内部。

防止措施：（1）减小铸型表面微孔尺寸。如采用细颗粒原砂、表面刷涂料、提高紧实度等（2）铸型中加入能适当提高铸型背压或能产生隔离层的附加物如煤粉等（3）改用非硅质特种原砂。如能产生固相烧结的洛铁矿砂、或热导率大蓄热系数大的锆砂，以降低铸型表面金属液存在的时间（4）此外还可将体浇注温度、降低充型压力等

4.怎样防止化学粘砂？

答：1尽量避免在铸件和铸型界面产生形成低熔点化合物的化学反应2促进形成易剥离性粘砂层或易剥离的烧结层

；适当增加型砂中原砂的耐火度；对铸钢件可增加金属与铸型间氧化层的厚度，促使生成氧化型可剥离粘砂层；在铸型内涂覆铸造涂料

4. 简述CO2硬化的钠水玻璃砂的硬化机理。

答：由于水玻璃的固有特性，决定了溶液存在水解平衡

Na2O ·mSiO2+（n+1)H2O →mSiO2 ·nH2O+2NaOH

当吹入CO2气体，因为CO2 是一种脱水能力极强的气体，它能顺利的从砂粒间的缝隙流过，增加了与水玻璃的接触面积，使水玻璃部分脱水，在脱水过程中，与水玻璃中的水反应形成碳酸，导致水玻璃的PH值骤然降低而达到迅速硬化。

CO2+ 2NaOH=Na2CO3+H2O+Q （放热）

硅酸分子间不断脱水缩合形成长链硅酸溶胶，再进一步脱水形成网状结构的硅酸凝胶薄膜，包覆在砂粒表面，从而将砂粒粘结在一起，使砂型具有一定的强度。

5.何谓“紧实率”？为什么要测定紧实率，如何测定？（按实验操作详述）。

答：紧实度是指型砂被紧实的程度。在水土比不变的条件下， 随着紧实度的提高， 砂粒排列更紧密， 砂粒之间的空隙更小， 接触面积增大， 因此砂型湿强度增大。但紧实度达到一定程度后， 继续提高紧实力， 砂型的湿压强度变化不大， 却使砂型的透气性下降， 同时产生夹砂趋势增加， 因此砂型的紧实度不能太大。

在试样筒内装满松散的砂， 在锤击式制样机上打击三次， 测量紧实高度， 用下式表示紧实率：紧实率＝ 紧实高度/试样筒高度

5. 为什么要测定粘土型砂的湿强度？详细说明测定粘土型砂的湿强度实验步骤。

答：湿强 度不仅直接关系到湿型的造型而且与干强度以及高湿强度都有一定的关系， 是型砂的重要性能之一。紧实率定义: 湿砂型用1mpa的压力下压实或在锤击式制样机上打击三次，其实样体积在打击前后体积变化的百分率，用其试样前后高度变化的百分率来表示，即紧实率=（筒高-紧实距离）/筒高；

测定原因：①紧实率可以反映含水量，只要紧实率在规定范围内其就是最适宜含水量，机器造型紧实率一般为45%

②紧实率可以反映型砂性能和预测可能出现的缺陷如紧实率低时，型砂发脆、韧性差，起模易损坏，杀星转角处易损坏；而紧实率高时，其塑性韧性好，但易产生夹砂结疤，胀砂类缺陷

③当紧实率一定时含水量发生变化，可以反映有效粘土和粉尘的含量，在造型时采取相应措施。如紧实率一定，粉尘含量高时，

含水量增加，应进行除尘处理

实验步骤：①称取2850g原砂和100g膨润土加入混砂机中，干混3分钟，再加入水湿混7分钟后出砂；

②再将型砂通过3mm筛网孔，填满120mm试样筒,并刮平；

③在锤击式制样机上打击三次后，测量紧实前后的高度变化量。

④紧实率=（筒高-紧实距离）/筒高；

6.型砂的透气性的高低受到哪些因素影响？

答：原砂的颗粒组成 ，原砂的颗粒组成是影响透气性的主要因素。图所示是各种筛号的单一粒度砂不加任何粘结剂测定出的原砂透气性

粘土及水分加入量，针对一定含量的粘土， 有一对应透气性最大值的水分。当水分较低时， 粘土没有被充分润湿， 砂粒间隙充满松散的粘土质点， 因此透气性不高。相反当水分超过一定值以后， 粘土质点的水化膜变厚， 粘结力下降， 在一定紧实力作用下， 型砂的紧实度高， 导致透气性下降。

附加物、混砂工艺及紧实度，粘土砂中加入煤粉、氧化铁粉等附加物， 都会降低型砂的透气性。为了在每颗砂粒表面上均匀覆盖一层粘土膜， 混砂时应很好地混合搓碾型砂， 如果混砂时间太短， 型砂混合不均匀， 透气性就差。造型时， 随着紧实度增大， 砂粒排列紧密，孔隙率减少， 透气性降低。但紧实到一定程度后， 继续施加外力时透气性不再变化， 因此为了获得较好的透气性， 对于湿型砂， 一般情况下紧实度不宜过高。

6. 壳芯砂常用什么树脂作粘结剂、硬化剂？在壳型、壳芯生产和浇注时，常会出现那些问题？

答：壳型工艺（也有称为壳芯法）型砂所用的粘结剂是诺沃腊克型酚醛树脂（线型热塑性酚醛树脂），用六亚甲基四胺（乌洛托平）作潜硬化剂。

缺点：

1.大型芯质量不够稳定，大壁厚的铸钢件表面粗糙，带有很多皱纹和凹坑

2.采用导热性能好的锆砂、铬铁矿砂代替石英砂可提高大壁厚铸钢件的表面质量。

壳型、壳芯生产和浇注时产生的问题：脱壳、起模时膜破裂、表面疏松、壳变形和翘曲、强度低、夹层；浇注时容让性、溃散性问题；浇注时型芯破裂，铸型表面产生橘皮、气孔、皮下气孔。

7.何谓水玻璃“模数”？铸造生产使用水玻璃时，如何提高或降低水玻璃的模数？举例说明。

答：模数 ：水玻璃中SiO2和Na2O的摩尔百分比

M = nSiO2/mNa2O = 1.033ωSiO2/ωNa2O

式中：ωSiO2、ωNa2O——分别为硅酸钠中SiO2和Na2O的质量百分数（%）。

A. 降低水玻璃模数：在水玻璃中加入NaOH,以提高水玻璃中Na2O的质量分数，从而相对减少SiO2的质量分数。其反应式为：mSiO2+2NaOH→Na2O·mSiO2+H2O

B. 提高水玻璃模数：在水玻璃中加入HCl或NH4Cl等，以部分中和Na2O，从而相对提高SiO2的质量分数，其反应式为：

Na2O·mSiO2·nH2O+2HCl → mSiO2·nH2O+2NaCl+H2O

Na2O·mSiO2·nH2O+2NH4Cl → mSiO2·(n-1)H2O+2NaCl+H2O+2NH3

7. 何谓型砂的含泥量？它对型砂性能有哪些影响？

答：含泥量——指原砂中泥分所占的质量分数。

原砂含泥量过高，会发生下列情形：降低型芯砂的透气性，增大型芯砂的含水量，增加型芯砂的脆性，增加有机粘结剂的加入量。

8. 试说明膨润土、普通粘土的主要矿物成分？其结晶结构有何区别？

答：● 普通粘土的主要矿物组成为高岭石，其分子式结构为Al2O3·2SiO2·2H2O ，带有2个层间水

● 膨润土的主要矿物组成为蒙脱石，其分子式结构为Al2O3·4SiO2·H2O · nH2O ，带有N个层间水

高岭石的晶体结构属于两层型结构，即由两层硅氧四面体构成，单位晶层之间由氧面和氢氧面紧密结合。

蒙脱石的晶体结构属于三层型结构，即由两层硅氧四面体中间夹着一层铝氧八面体构成，单位晶层之间由氧面和氧面相接。 高岭石晶层间——氧面与氢氧面之间是靠氢键结合，结合键不易被打开，结合力较强，水分子不易进入晶层间。

蒙脱石晶层间——氧面与氧面之间是靠分子间力结合，结合键极易被打开，结合力较弱，水分子很容易进入晶层间。

● 普通粘土只能沿着晶体外表面吸收水分， 吸水膨胀增加自身体积的能力较弱，胶质价值通常不大于35

● 膨润土同时沿着晶体内、外两个表面吸收水分，吸水膨胀增加自身体积能力较强，胶质价值通常大于75

9. 有的工厂在配制膨润土砂时加入苏打，加苏打起什么作用？配制普通粘土砂时，要不要加苏打？

答：活化膨润土。因为他用的膨润是钙基膨润土，往往满足不了生产要求，通过加苏打（Na2CO3）活化，Na2CO3在水中能完全电离成Na+和CO 3 2 - ，使溶液中的Na+浓度增加， 逐步将钙基膨润土中的Ca2+置换出来。被置换出的Ca2+与CO 3 2 -生成Ca CO 3 ，不溶于水，从而使交换反应进行完全，从而达到改变膨润土的工艺性能。。不用。

10. 湿型砂中加入煤粉起什么作用、对煤粉有什么要求？

答：作用提高铸铁用湿型砂抗机械粘砂能力，提高铸件表面光洁度。原理受热产生挥发分，高温下进行气相分解，在砂粒表面沉积形成“光泽碳”(1ustrous carbon)

如果型砂中的有效煤粉含量过高和发气量过大， 同时型砂透气性能又差， 容易使铸件产生气孔、浇不足等缺陷。

11. 在铸钢件生产中，型砂是否需要加入煤粉？为什么？

答：不用。铸钢件表面质量本来就不好，加煤粉会导致表面增碳，是铸钢件质量恶化。

12. 为保持湿型砂性能稳定，日常生产中应检测哪些主要性能？

答：粘土型砂质量指标体系

（1）透气性——型芯砂允许气体通过并逸出的能力

透气性不易过高，过高会容易使铸件造成粘砂缺陷 透气性不易过低，过低会容易使铸件造成气孔缺陷一般情况下，透气性控制在100~120

铸钢件要求原砂颗粒稍粗大，透气性稍高，可达150 铸铁件要求原砂颗粒中细，透气性可保持在80~110

（2） 含水量——水分在型砂中所占质量分数

含水量不易过高，过高会使型砂残留强度高；脆性大；不易落砂

含水量不易过低，过低使型砂混合不均匀，粘土没有充分湿润而导致型砂韧性低、起模性差、易冲砂、掉砂、粘结力低

一般情况下，控制型砂含水量在3~4.5%

一、粘土型砂质量指标体系

含有最适宜水分含量的型砂，具有良好的综合性能指标

实际生产中，判断型砂含水量是否适宜：

●根据手捏砂团时，手感砂团是否沾手来判断型砂干、湿程度

●根据手捏砂团时，手感砂团是否发散、柔韧、易变形来判断型砂的可塑性 ●根据手捏砂团和折断砂团时的用力来判断型砂的强度 ●根据砂团自由落地时的破碎情况来判断型砂的韧性

（3）紧实率——型、芯砂紧实前后的体积变化

型砂的紧实率对水非常敏感，含水量的微小变化将引起型砂紧实率的较大变化。

最适宜含水量的型砂，其紧实率通常表现在45左右。

实际生产中，一般控制范围在43~47，即能获得最适宜的含水量，即能获得良好的型砂综合性能

（4）抗粘砂性 ——铸件表面上粘附着难清除的砂粒的现象称为粘砂

机械粘砂大多发生的部位：铸件的厚壁部位；浇、冒口附近；凹槽和小型芯形成的表面；

一般情况下：铸钢件粘砂比铸铁件严重；湿型铸造比干型铸造严重；

防止机械粘砂的措施：在保证透气性前提下，尽可能采用粒度较大的细砂 尽可能提高铸型的紧实度在湿型砂中加入适量的煤粉 ④ 当加煤粉不能有效解决粘砂时，可加适量的渣油液⑤ 对中小件可洒干石墨粉，对中大件可刷涂料 ⑥尽可能降低浇注温度 ⑦必要时，采用非石英质原砂或涂料

13. 铸造用砂的耐火度，烧结点的意及其对铸件质量的影响为何？

答：耐火度：型砂抵抗高温热作用的性能称为耐火度， 一般用型砂的烧结点来反映。

烧结点：原砂颗粒表面或沙砾间混杂物开始熔化的温度，它是原砂各种组合成分耐火性能的综合反应。

14. 非石英质铸造用砂的主要特点是哪些？举例说明之。

答：1）热膨胀率小，不发生因相变引起体积突变，蓄热系数大（是硅砂的1.5倍），MgO不与碱金属氧化物作用，因而铸件不易产生粘砂。熔点1840℃

2）热膨胀小，且膨胀均匀缓慢。无晶型转变（从50℃到熔化温度），橄榄石砂熔点1600~1760℃

3）锆砂：熔点 2400℃，热膨胀率更小（只有硅砂的1/6～1/3），热导率和蓄热系数更大——可加速冷却，细化组织；化学稳定性高——几乎不被金属及金属氧化物润湿，可有效的阻止金属液渗入型壁，防止化学粘砂。

非石英质原砂是指矿物组成中不含或只含少量游离二氧化硅的原砂，大多数都有较高的耐火度、热导率、热扩散率和蓄热系数，热膨胀系数低而且膨胀均匀，无体积突变，与金属氧化物的反应能力低等优点，能得到表面质量高的铸件并改善清砂工作条件，但有的价格较高，比较稀缺。例如：镁砂的蓄热系数约为硅砂的1.5倍，热胀系数比石英小，没有因相变而引起的体积突然变化。橄榄石砂的烧结点约为1200，比硅砂低，但但它不为金属液润湿，具有化学惰性，因此认为其耐火性还是好的，当与钢液接触时，其砂粒表面熔化烧结,形成形成致密层，可防止铸件粘砂和毛刺脉纹。锆砂的热胀系数只有硅砂的1/3~1/6，能避免铸件产生夹砂结疤等缺陷。热导率是硅砂的两倍多，因此冷却凝固速度很快，可细化金属组织，提高铸件的力学性能热化学稳定性高几乎不被熔化金属或金属氧化物侵润，有利于阻止金属液侵入铸型孔隙，可防止化学粘砂，减少机械粘砂缺陷。

15.型砂必需具备哪些基本性能？

答：

为满足机床铸件生产的需要，型、芯砂应具备型以下性能：

1)模型成型性，即型砂在紧实后，能获得表面光滑、轮廓清晰、尺寸精确的砂型。

2)强度，即型砂能承受轻度的冲击、浇注金属液的冲刷和静压力而不被冲

毁、压坏的能力。包括湿强度、干强度、热强度等。

3)透气性，即气体通过紧实后的砂型的能力。

4)耐火性，即型砂在金属液的烧灼下不熔化、不烧结在铸件上的性能。

5)溃散性，即铸件冷却后，型砂本身失去强度易于落砂的能力。

16.砂芯的主要功能有哪些？应满足哪些基本要求？

答：砂芯主要用来形成铸件的内腔、孔及铸件外形不易出沙的部位。

要求：砂芯的形状尺寸以及在砂型中的位置应符合铸件的要求，具有足够的强度和刚度，在铸件成型过程中产生的气体能及时地排出型外，逐渐收缩时阻力小和容易清砂。

21. 压环、防压环、积砂槽各有什么作用？

答：压环：合箱后它能把砂芯压紧，避免液态金属沿间隙进入芯头，堵塞通气道。防压环：防止掉砂缺陷。集砂槽：用来存放个别散落的沙粒，大大加快下芯速度。

22. 钠水玻璃砂存在哪些主要问题以及解决途径？

答：钠水玻璃的化学式: Na2O·mSiO2·nH2O。

钠水玻璃砂在生产中存在的主要问题：溃散性差；砂型芯表面易粉化（即白霜），铸铁件易产生粘砂；抗吸湿性差；旧砂再生和回用困难。 钠水玻璃砂溃散性差的解决途径：

1）减少钠水玻璃的用量

钠水玻璃的用量决定出砂难易，加入量由8%降低到4%，出砂工作量可减少4/5。

（2）加入附加物

糖类、树脂类、油类、纤维类等

高温下挥发、汽化或燃烧碳化，破坏粘结膜的完整性，改善在600℃以前的出砂性。 800℃以后钠水玻璃熔化，效果不明显。 降低800℃-1100℃的残余强度。高温下与熔融硅酸钠形成高熔点相，后移800℃的残留强度峰；本身或新产物相变膨胀，收缩系数不同产生裂纹，或形成脆化膜降低残留强度。

（3）降低易熔融物质的含量

钠水玻璃中的钠减少，是提高钠水玻璃粘结剂的熔融温度、降低其残留强度的关键。

（4）采用以石灰石作原砂的钠水玻璃CO2硬化砂

钠水玻璃砂再生解决途径：

（1）湿法再生

（2）干法再生

湿法再生砂的质量比干法好，可去除大部分微粉，Na2O去除率可达80％～90％，砂粒的破碎损失小，再生砂的回用率可达50％～70％。湿法再生的缺点是设备系统庞大，占地面积和基建投资大，用水量大，运转资用高，再生砂要烘干，能耗大，污水、污泥处理困难。 砂块的破碎用振动破碎机可将破块破碎成砂粒。

（3）干一湿法再生

24. 怎样审查铸造零件图纸？其意义何在？

答：意义

1）审查零件的结构是否符合铸件的要求，因为有些零件的实际并没有经过上面的四个步骤，设计者往往只顾及到零件的功用，而忽视了铸造工艺要求，在审查中如发现结构设计有不合理之处，就应与有关方面进行研究，在保证使用要求的前提下进行改正

（2）在既定的零件结构条件下，考虑铸造过程中可能出现的主要缺陷，在工艺设计中采取措施予以防止。

审查：

（1）从防止铸造缺陷方面考虑审查零件结构：铸件壁厚合理：最小壁厚，正确处理壁厚与承载能力的关系铸件结构不应造成收缩受阻，注意过渡和圆角。铸件内壁薄于外壁，以使冷却均匀。④壁厚均匀，必须考虑加工余量。⑤利于补缩和实现顺序凝固 对于收缩大的合金铸件，易形成收缩缺陷，应尽量使铸件结构有利于按顺序凝固的原则。如图，铸件改进后，增加了补缩扩张角，延长了补缩距离。⑥防止翘屈变形。⑧避免浇注位置上有水平的大平面结构。大水平面容易造成冷隔、浇不足、夹砂、渣孔等缺陷。

（2） 从简化铸造工艺方面考虑和改进铸件结构：改进妨碍起模的凸台。取消铸件外侧凹。改进铸件内腔（或结构）以减少砂芯。④减少和简化分型面。⑤有利于砂芯的固定和排气。⑥减少清理铸件的工作量。⑦简化模具的制造。⑧大型复杂件的分体铸造和小型简单件的联合铸造。

(此外对于两大点下还有共15小点最好记一下，可根据图形进行记忆)

零件结构是否容许制造：做不出来的东西必须向设计者说明，必须改结构。先将要填的孔填实,即小于最小铸出孔的孔填实——充型。中空 + (水力旋流器清洗) 适用: 烧结程度轻(中小件)

的部位能不能下芯子,例如纯空心球和过长的单臂悬芯——造型

25.为什么要设分型面？怎样选择分型面？

答：分型面是指两半铸型接触的表面，分型面的优劣在很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率。选择原则：（1）应使铸件全部或大部置于一个型内（2）应尽量减少分型面的数目（3）分型面应尽量选择平面（4）便于下芯、合箱和检查尺寸（5）不使沙箱过高（6）2PHH受力件的分型面的选择不应消弱铸件结构强度（p07 2C26.浇注位置的选择或确定为何受到铸造工艺人员的重视？应遵循哪些原则？

答： 浇注位置：指浇注时铸件在铸型中所处的位置。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,因此往往须制订出几种方案加以分析、对比,择优选用。浇注位置与造型 ( 合箱〉位置、铸件冷却位置可以不同。

原则：控制凝固顺序，好补缩，考虑上部缺陷；减少芯子

确定原则：1) 重要加工面、工作面、基准面应朝下或侧面（组织致密）。气体、夹杂物易漂浮在型腔的上部，上部易形成砂眼、气孔夹渣等缺陷。

2)铸件上宽大的平面应位于型腔的下部-（防夹砂、气孔）。金属液对型腔上表面烘烤严重，易导致型腔急剧膨胀而拱起或开裂，使铸件产生夹砂。（可采用倾斜浇注，以便增大金属液面的上升速度，缩短浇注时间，快速均匀充型）

3)铸件上的薄壁位置应位于型腔的下部或侧面。压头大，充型好，以防冷隔或浇不足。

4) 厚大部分应位于上部或侧面， 以便安冒口，顺序凝固，利于补缩。

5)尽量减少型芯的数量，且便于型芯的固定、排气和检验。

6)应使合箱位置、浇注位置和铸件冷却位置相一致。这样可避免在合箱后,或于浇注后再次翻转铸型。翻转铸型不仅劳动量大,而且易引起砂芯移动、掉砂、甚至跑火等缺陷。

只在个别情况下，如单件、小批生产较大的球墨铸铁曲轴时，为了造型方便和加强冒口的补缩效果，常采用横浇竖冷方案。

原则：1.铸件的重要部位应尽量置于下部2.重要加工面应朝下或成直立状态3.使铸件的大平面朝下，避免夹砂结疤类缺陷4.应保证铸件能充满5.应有利于铸件的补缩6.避免用吊砂吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯合箱及检验7.应使合箱位置浇注位置和铸件冷却位置相一致 分型面：1.影视铸件全部或者大部置于同一半型内2.应尽量减少分型面数目3.分型面应尽量选择平面4.便于下芯合箱和检查型腔尺寸5.不使型腔过高6.受力件的分型面的选择不应消弱铸件结构强度7.注意减轻铸件清理和机械加工量

27. 解释奥赞（Osann）公式，说明应用该公式进行铸铁件浇注系统设计计算的步骤。

答： 式中：m 流经阻流的金属总质量

τ 充填型腔的总时间

m μ 充填全部型腔时，浇注系统阻流截面的流量系数

阻 2gH Hp 充填型腔时的平均计算压头

pS式中：Hp 平均计算压头

Ho 阻流截面以上的金属压力头

P 阻流截面重心以上的型腔高度

C 铸件（型腔）的总高度

28. 设计一个典型的封闭式或开放式浇注系统时，并简要说明各部分的作用。

答： 1)浇口杯：承受金属液，防飞溅外溢，分离熔渣，避免对型腔的直接冲击。

2)直浇道：提供充型压力，控制充型能力和流速。

3)横浇道：水平通道，梯形截面

起挡渣、分配流量的作用。

4)内浇道：在横浇道的下部，直接和型腔相连的部分，截面扁梯形，分配金属、控制充型速度。

22铸造工艺设计参数主要内容有哪些？（铸造收缩率、机械加工余量、铸件尺寸公差、起模斜度、最小铸出孔和槽等。）

答：工艺方案确定后，须选择工艺参数。如：切削加工余量、拔模斜度、收缩率、型芯头尺等。

1)切削加工余量 （在铸件上为切削加工而加大的尺寸）。其大小取决于合金种类、铸造方法、生产批量、铸件尺寸形状、加工面位置及加工质量等。

2)最小铸孔 孔槽是否铸出，不仅取于工艺可行性，还取于经济性。一般大孔槽应铸出，小孔槽则不必铸（或铸不出）。不需加工的孔或不能加工的弯孔），尽量都铸出。 注意： 国家标准规定，加工余量用红线画出轮廓，剖面处全涂以红色（或细纹格），机加工余量数值用数字在图纸上直接标出。不加工孔打红色的叉表示。

3)拔模斜度A 定义：为便于起模样或开芯盒，在铸件垂直分型面的各个侧面上设计的斜度，也叫拔模斜度，（通常不是零件的结构）

B 影响因素：主要取决于起模高度、造型方法、模样材料

高度越大斜度越小（细）；机器型比手工型小；金属模比木模小；外壁比内壁小。

22.起模斜度的作用是什么？（为了防止损坏砂芯（型），在出模方向留有的一定斜度。）一般有哪三种形式？

答

23. 工艺补正量产生的条件原因是什么？（铸造收缩率选择不当；操作偏差；偏芯。）常出现在何种结构中？（法兰类结构中。）

24. 铸造工艺方案的确定主要内容有哪些？

答：其主要内容包括浇注位置、分型面、铸造工艺参数（机械加工余量、起模斜度、铸造圆角、收缩率、芯头等）的确定，然后用规定的工艺符号或文字绘制成铸造工艺图。铸造工艺图是指导铸造生产的技术文件，也是验收铸件的主要依据。

25. 简述浇注位置的定义。（铸件浇铸位置指的是铸件在铸型中所处的位置。）选择浇铸位置时，需以保证铸件质量为前提，同时尽量做到简化造型工艺和浇铸工艺。主要原则有哪些？

26. 简述分型面的定义。（分型面指两半铸型相互接触的表面。）生产实际中，分型面与浇铸位置往往同时确定，其优劣在很大程度上影响铸件的尺寸精度、生产成本和生产率，故需慎重确定。选择原则有哪些？

27. 铸件质量一般包括哪三个方面的内容？（1、铸件内在质量。2、铸件外在质量。3、铸件的使用质量。）1粘土砂紧实方法有哪些？（压实紧实、振击紧实、抛砂紧实、射砂紧实。）

28. 造芯设备有哪三种？{（一）热芯盒射芯机（二）冷芯盒射芯机（三）壳芯机}

29. 粘土砂混砂机有哪三种？{（1）碾轮式（2）转子式（3）摆轮式}

三、工艺分析题

试确定下列铸造零件的浇注位置和分型面，并简要说明其理由。

1）伞形齿轮毛坯 ZG45 2）箱盖HT200

3）卷筒 ZG45 4）车床床身 HT200

5）管子堵头 HT200 6)工字梁 ZG45

7)齿轮箱 材质：HT200

四、填空题

1、铸造生产中使用量最大的原砂是以 石英 为主要矿物成分的天然硅砂。含泥量指原砂中直径小于0.02mm的细小颗粒的含量，其中有粘土、极细的砂子、其他非粘土质点。原砂粒度包括砂粒的粗细程度与砂粒粗细分布的集中程度。

2、型砂中除了含有原砂、粘土、水等材料外，通常还特意加入一些材料，如煤粉、渣油、淀粉等，目的是使型砂具有特定的性能，改善铸件的表面质量；高温作用下失去结构水、丧失粘结能力成为死粘土。

3、型砂和芯砂烘干的目的什么？（除去水分、降低发气量，提高强度和透气性）

4、钠水玻璃的重要参数是哪几个？（模数、密度、浓度、粘度）钠水玻璃的硬化方法有几种？（物理硬化----自然干燥或加热和吹压缩空气；化学硬化----插管法和盖罩法等两种）。

5、钠水玻璃砂CO2硬化后表层出现“白霜”称为粉化。白霜的主要成分是NaHCO3。

6、呋喃Ⅰ型树脂砂和呋喃Ⅱ型树脂砂均为热芯盒呋喃树脂砂。呋喃Ⅰ型树脂砂主要用于铸铁件，呋喃Ⅱ型树脂砂属于无氮树脂主要用于铸钢件和球铁件。（为什么？）

7、混制植物油砂时，先加水后加油的目的是什么？（是粉料和砂先被水润湿，再加油时更易于其在砂中的分布，同时避免粘土和糊精等粉料吸附许多的油。）

8、合脂芯砂中加入彭润土、糊精、淀粉等物质的作用是什么？（提高合脂芯砂的湿强度）

9、涂料一般由耐火粉料、粘结剂、悬浮剂、载液、助剂等构成。

10、活块可用销钉或燕尾槽与模样主体相连接；砂芯由砂芯主体和芯头两部分组成，为提高砂芯的强度和刚度，制造时砂芯内部放置芯骨，为使砂芯排气畅通，砂芯中可开设排气通道，配型时砂芯表面常刷一层耐火涂料。

11、实物造型常利用废旧零件代替模样造型。

12、当旋转铸件的尺寸较大，可采用刮板造型，这种方法适用于单件或小批量生产。

13、机器造型一定是采用模板造型。

14、简述铸型紧固的几种方法（小型铸件的铸型采用压铁；大中型铸件的铸型采用卡子、螺栓）。

15. 简述合金的流动性与液态金属充型能力的联系（答题时注意两者之间的关系和区别）。 答：

16. 简述浇注条件对液态金属充型能力的影响。

答：1）浇注温度：浇注温度越高，液态金属的粘度越小，过热度高，金属液内含热 量多，保持液态的时间长，充型 能力强。

2）充型压力：液态金属在流动方向上所受的压力称为充型压力。充型压力越大, 充型能力越强。

3) 浇注系统：浇注系统的结构越复杂，则流动阻力越大，充型能力越差。

4)外力场：如压力、真空、离心等

17. 什么是铸件的模数？

答：铸件的模数指铸件的体积和传热表面积的比值

18. 什么是浇注系统？它由哪几部分组成？各自的作用是什么？

答：浇注系统是引导金属液体流入铸型型腔的通道。由浇口杯、值浇道、横浇道、内浇道组成。

1)浇口杯：承受金属液，防飞溅外溢，分离熔渣，避免对型腔的直接冲击。

2)直浇道：提供充型压力，控制充型能力和流速。

3)横浇道：水平通道，梯形截面起挡渣、分配流量的作用。

4)内浇道：在横浇道的下部，直接和型腔相连的部分，截面扁梯形，分配金属、控制充型速度。

19. 铸件的内浇道开设的原则是什么？

答：内浇道设计的基本原则

（1）内浇道在铸件上的位置和数目应服从所选定的凝固顺序或补缩方法

a 同时凝固：内浇道在薄壁处，数量多且分散分布。

b 顺序凝固：内浇道开在厚壁或冒口处

c 复杂铸件：采用顺序凝固与同时凝固相结合的原则。

（2）方向不要冲着细小砂芯、型壁、冷铁和芯撑

（3）内浇道应尽量薄。

（4）对薄铸件可用多内浇道的浇注系统实现补缩。

（5）内浇道避免开设在铸件品质要求很高的部位。

（6）各内浇道中金属液的流向应尽量一致。

（7）尽量开在分型面上。

（8）对收缩大易裂纹的合金铸件，内浇道的设置不应阻碍收缩。

20. 系统可按两种方法分类：一是按内浇道在铸件上开设的位置不同分类，二是按浇注系统各组元截面比例关系的不同分类。

21. 什么是封闭式浇注系统，什么是开放式浇注系统？什么是浇注时间？

答：（1）封闭式浇注系统（choked running system，pressurized system）

·概念：在正常浇注条件下，所有组元都能为金属液充满的浇注系统。

·类型：内浇道阻流、部分扩张（S内/S阻≤1.5-2.5）。

·优点：阻渣效果好、防止卷气、消耗金属少、清理方便。

·缺点：喷溅、冲砂、金属氧化、流动不平稳。

·应用：不易氧化的各类铸铁件。不宜用于易氧化的轻合金、漏包浇注铸钢件和高大的铸铁件（充型压力很大）。

（2）开放式浇注系统（unchoked running system，unpressurized system）

·概念：金属液不能充满所有组元的的浇注系统。一般S内/S阻≥3

·优点：进入型腔金属液流速小，平稳，氧化轻。

·缺点：阻渣效果差，带入气体，金属消耗大。

·注意：一般阻流设置在直浇道下端或靠直浇道的横浇道上。

·应用：轻合金、球铁件，漏包浇注铸钢也可采用，但直浇道不能充满，以防钢液外溢。

浇注时间：液态金属从开始进入铸型到充满铸型所经历的时间。

22. 简述球铁、可锻铸铁、铸钢等几种合金铸件浇注系统的特点。

答： 铸液经球化、孕育处理后，温度下降很多，要求浇注迅速。为此，球墨铸铁浇注系统截面积往往比灰铸铁的大20%-100%。球墨铸铁容易氧化，为防止产生二次氧化渣，要求铁液充型平衡、畅通，故多采用半封闭或开放式浇注系统。球墨铸铁液态收缩大，具有糊状凝固特性，缩孔缩松倾向较大，缩孔体积比灰铸铁大2倍以上。因此，多按定向凝固原则设计浇注系统，并设置冒口补给液态和凝固初期的收缩。当内浇道通入冒口时，可采用封闭式浇注系统。

对于铸件模数大于等于2.5cm的球墨铸铁件，可采用无冒口铸造工艺。此时，按同时凝固原则设计浇注系统，并使内浇道在铸件凝固初期就凝固。这样，在凝固阶段，由于石墨的析出引起体积膨胀，从而对凝固时产生的空隙具有“自补缩”的作用。如果铸型刚度足够，铁液化学成分控制合适，孕育充分，就可实现球墨铸铁件在无冒口或冒口很小的情况下的铸造。

铸钢件浇注系统的特点 铸钢的特性熔点高、流动性差、收缩大、易氧化，要求金属液快速、平稳地充型。其浇注系统有如下特点： ⑴．铸钢的体收缩大，铸件易产生缩孔、缩松、裂纹和变形等缺陷。厚实和壁厚差别较大的铸件采用定向凝固的原则设置浇冒口系统，液态近乎流经冒口进入型腔，强化冒口的补缩能力；对于易产生裂纹、变形的壳体类铸件，其内浇道应均布于铸件的薄壁处，并尽量减少浇道对铸

件的机械阻碍。 ⑵．铸钢的浇注温度高、易氧化，通常采用漏包浇注。漏包浇注挡渣作用好，对浇注系统的挡渣作用要求不高，因此浇注系统截面积较大呈开放式，勿需高的挡渣功能，但应快速平稳的充满铸型。漏包浇注压力大，易冲坏浇道，因此，浇注系统应力求结构简单、坚固耐冲击。大中型铸件的直浇道及钢液流量超过1T的横浇道和内浇道，应由耐火砖管组成。小型铸钢件的浇注系统可采用水玻璃、树脂砂或全部采用面砂组成，并保证具有足够的强度。采用开放式浇注系统。

23. 简述冒口补缩的基本条件。

答：1）冒口的凝固时间不小于铸件(被补缩部分)的凝固时间；2）- 冒口内有足够的合金液来补充铸件的液态收缩与凝固收缩；3）在凝固期间,冒口与被补缩部位之间始终保持畅通的补缩通道。

24. 简述冒口的有效补缩距离。

答：有效补缩距离：冒口作用区与末端区长度之和。是确定冒口数目的依据。

25. 冒口补贴是达到加强顺序凝固的目的，以保证补缩效果。

26. 什么是铸件的工艺出品率？提高冒口补缩效率的途径有哪些？

答：提高冒口中金属液的补缩压力：大气压力冒口，型时作出锥顶砂或在暗冒口顶部插砂芯。

延长冒口中金属液的保持时间.： 保温、发热冒口，用保温材料或发热材料作冒口套、顶部使用保温剂、发热剂的冒口。

27. 冷铁的主要作用有哪些？外冷铁安放工艺有何要求？

答：冷铁作用： 1 铸件顺序凝固，防止缩孔、缩松，提高工艺出品率； 2 保证同时凝固，防变形和裂纹； 3 加速局部冷却，改善基体组织； 4 保证冒口难于补缩部分不出现缩孔、缩松。

外冷铁：直接外冷铁＋间接外冷铁 内冷铁：浇铸后与铸件熔接

外冷铁处钢的凝固层厚度约为砂型处的两倍多。。由于凝固层厚度不同，线收缩开始时间不同，易产生裂纹。所以，外冷铁侧面作成45度角。以平缓过度。另外，需急冷表面积大时，易采用多块小型外冷铁，间错布置，留有间隙。

五、 判断题

1. 缩孔是铸件断面上出现的细小而分散的孔洞，有时需借助放大镜才能发现。 （ × ）

2. 热裂纹是指铸件上断面严重氧化、无金属光泽、外形不规则的裂纹。（√ ）

热裂纹是铸件在凝固末期或凝固后不久尚处于强度和塑性很低状态下，因铸件固态收缩受阻而引起的裂纹。热裂纹是铸钢件、可锻铸铁件和某些轻合金铸件生产中常见的铸造缺陷之一。热裂纹在晶界萌生并沿晶界扩展，其形状粗细不均，曲折而不规则。裂纹的表面呈氧化色，无金属光泽。铸钢件裂纹表面近似黑色，而铝合金则呈暗灰色。外裂纹肉眼可见，可根据外形和断口特征与冷裂区分。

4. 砂型上的芯座是由芯盒形成的。 （ × ）

5. 壳芯机基本上是利用吹砂原理制成的。 （ √ ）

6. 旧砂再生是指将用过的旧砂块经破碎、去磁、筛分、除尘、冷却等处理或循环使用。 （ √ ） 7. 抛丸清理是利用星铁与铸件之间的摩擦和轻微撞击来实现清理的。（ √ ）