第十章鑄造習題解答10-1試述鑄造生產的特點，并舉例說明其應用情況。答：鑄造生產的特點有：①鑄造能生產形狀復雜，特別是內腔復雜的毛坯。例如機床床身、內燃機缸體和缸蓋、渦輪叫葉片、閥體等。②鑄造的適應性廣。鑄造既可用于單件生產，也可用于成批或大量生產；鑄件的輪廓尺寸可從幾毫米至幾十米，重量可從幾克到幾百噸；工業中常用的金屬材料都可用鑄造方法成形。③鑄造成本低。鑄造所用的原材料來源廣泛，價格低廉，還可利用廢舊的金屬材料，一般不需要價格昂貴的設備。④鑄件的力學性能不及鍛件，一般不宜用作承受較大交變、沖擊載荷的零件。⑤鑄件的質量不穩定，易出現廢品。⑥鑄造生產的環境條件差等。10-2型砂由哪些材料組成？試述型砂的主要性能及其對鑄件質量的影響。答：型砂由原砂、粘結劑和附加物組成。型砂的主要性能有：①耐火度。型砂的耐火度好，鑄件不易產生粘砂缺陷。②強度。若強度不足，鑄件易產生形狀和砂眼等缺陷。③透氣性。透氣性差，澆注時產生的氣體不易排出，會使鑄件產生氣孔缺陷。④可塑性。可塑性好，造型時能準確地復制出模樣的輪廓，鑄件質量好。⑤退讓性。退讓性不好，易使鑄件收縮時受阻而產生內應力，引起鑄件變形和開裂。10-3試列表分析比較整模造型、分模造型、挖砂造型、活塊造型和刮板造型的特點和應用情況。答：列表進行比較：手工造型方法特點應用整模造型模樣為一整體，放在一個砂箱內，能避免鑄件出現錯型缺陷，造型操作簡單，鑄件的尺寸精度高。適用于形狀簡單、最大截面在端部且為平面的鑄件。分模造型模樣沿最大截面處分開。由于造出的鑄型型腔不在同一砂箱中，若上下鑄型錯移會造成鑄件錯型。操作簡便，對各種鑄件的適應性好。應用最為廣泛。挖砂造型技術要求較高，生產率低。適用于單件、小批量生產，最大截面不在端部且模樣又不便分開的鑄件。活塊造型活塊造型操作技術要求較高，生產率低。適用于單件小批量生產。刮板造型節省了模樣材料和模樣加工時間，但操作費時，生產率較低。適用于單件小批量生產，尤其是尺寸較大的旋轉體鑄件的生產。10-4試結合一個實際零件用示意圖說明其手工造型方法和過程。答：以雙聯齒輪毛坯手工造型為例，手工造型過程如下：①造下砂型——②造上砂型——③開外澆口、扎通氣孔——④起出模樣——⑤合型——⑥澆注鐵水——⑦帶澆口鑄件。10-5典型澆注系統由哪幾個部分組成？各部分有何作用？答：典型澆注系統由澆口杯、直澆道、橫澆道和內澆道組成。澆口杯的作用是將來自澆包的金屬引入直澆道，緩和沖擊分離熔渣。直澆道為一圓錐形垂直通道，其高度使金屬液產生一定的靜壓力，以控制金屬液流入鑄型的速度和提高充型能力。橫澆道分配金屬液進入內澆道，并起擋渣的作用，它的斷面一般為梯形，并設在內澆道之上，使得上浮的熔渣不致流入型腔。內澆道是引導金屬液進入型腔的部分，其作用是控制金屬液的流速和流向，調整鑄件各部分的溫度分布。10-6鑄鐵通常是在什么爐中熔煉的？所用爐料包括哪些？答：鑄鐵通常在沖天爐中熔煉。沖天爐的爐料分為金屬料、燃料和熔劑三大類。金屬料包括新生鐵、回爐鐵、廢鋼與鐵合金等。燃料一般為鑄造焦炭。熔劑通常是石灰石(CaCO3)或氟石(CaF2)。10-7什么是合金的鑄造性能?試比較鑄鐵和鑄鋼的鑄造性能。答：合金的鑄造性能是指合金在鑄造生產中表現出來工藝性能，主要是流動性性、收縮性、吸氣性和偏析傾向等性能。鑄鋼的熔點高，鋼液過熱度比鑄鐵小，澆注時金屬液流動時間短，所以流動性差。澆注薄壁復雜鑄件容易出現冷隔和澆不足。同時，由于鑄鋼從澆注到冷卻至室溫降溫幅度大，且無石墨化的膨脹，所以體積收縮和線收縮均較大，容易產生變形、裂紋。鑄鋼的熔點高，容易使鑄件產生粘砂，要求型砂的耐火性高。鑄鋼的熔煉設備、熔煉工藝復雜。10-8什么是合金的流動性?合金流動性對鑄造生產有何影響?答：流動性是指液態合金的流動能力。合金的流動性越好，充型能力越強，越便于澆注出輪廓清晰、壁薄而復雜的鑄件。10-9鑄件為什么會產生縮孔、縮松?如何防止或減少它們的危害?答：液態合金充滿鑄型，因鑄型的快速冷卻，鑄件外表面很快凝固而形成外殼，而內部仍為液態隨著冷卻和凝固，內部液體因液態收縮和凝固收縮，體積減小，液面下降，鑄件內出現了空隙，鑄件內最后凝固的部分形成了縮孔。縮松實際上是分散在鑄件上的小縮孔。鑄件首先從外層開始凝固，凝固前沿表面凹凸不平。當兩側凹凸不平的凝固前沿在中心會聚時，剩余液體被分隔成許多小熔池。最后，這些眾多的小熔池在凝固收縮時，因得不到金屬液的補充而形成縮松。因此，液態收縮和凝固收縮是鑄件產生縮孔和縮松的主要原因。防止方法：采用冒口、冷鐵等，實現鑄件定向凝固，補充金屬液體體積的收縮。10-10什么是鑄造應力?鑄造應力對鑄件質量有何影響?如何減小和防止這種應力?答：1、鑄件凝固后，在繼續冷卻的過程中，將開始固態收縮，若收縮受到阻礙，則會在鑄件內部產生應力，稱為鑄造應力。2、鑄造應力將使鑄件出現變形、裂紋。3、通過調整內澆道的位置、安放冷鐵等措施，使鑄件各部分溫度趨于均勻，實現鑄件各部分同時凝固，可使熱應力大為減小。10-11砂型鑄造時鑄型中為何要有分型面?舉例說明選擇分型面應遵循的原則。答：制造鑄型時，為方便取出模樣，將鑄型做成幾部分，其結合面就是分型面。分型面選擇原則為：便于起模、簡化造型和盡量使鑄件位于同一砂箱內。10-12零件、鑄件、模樣之間有何聯系?又有何差異?答：模樣是考慮鑄件收縮率后將零件尺寸按一定比例放大后所做的；然后用模樣做成鑄型，做好后將模樣取出，進行澆注；鑄件相當于零件的毛坯，由于考慮到加工因素，因此鑄件的尺寸要比零件大，去掉澆冒口后按零件圖樣進行加工后就是零件。所以它們的尺寸關系是：模樣×收縮率＝鑄件；鑄件－加工余量＝零件。10-13試確定圖10-56灰鑄鐵零件的澆注位置和分型面，繪出其鑄造工藝圖(批量生產、手工造型，澆、冒口設計略)。答：說明：1、本題的解答可能不是最佳方案，僅供參考；2、以下各題解答中，為使各指標參數、結構清晰和方便區分，本部份習題采用下圖所示的畫法圖例a)圖a)軸承蓋由于是批量生產，所以造型時采用“一箱兩做”方式，分兩種情況：1、當軸承蓋尺寸較大時，考慮頂部孔可以鑄出，此時采用挑擔式型芯，一次造兩個毛坯，可以提高工效，使成本降低。其鑄造工藝圖如下圖所示：2、當軸承蓋尺寸較小時，不考慮頂部孔鑄出，分型面和分模面選擇不變，仍然采用挑擔式型芯，一次造兩個毛坯，提高了造型工效，使成本較低。其鑄造工藝圖如下圖所示：b)圖b)零件的鑄造工藝圖如下圖所示：c)圖c)零件采用“一箱兩做”、對稱臥鑄方式，型芯為挑擔式整體結構，其定位及安放方便，造型效率提高、成本較低，如下圖所示：d)圖d)所示軸承座，俯視圖上80尺寸的下端面相對重要，因此將其置于型腔下部，可以減少鑄造缺陷。鑄造工藝圖如下圖所示：e)圖e)所示端蓋零件，大批量生產時采用下圖所示分型面，可以減少機械加工量，至于應錯箱而引起的Φ74和Φ126的毛坯同軸度誤差，在切削加工中可以用互為基準的方式消除。鑄造工藝圖如下圖所示：f)圖f)所示零件的Φ260端面重要程度高，造型時將其置于下腔，至于由于錯箱產生的Φ260和Φ210的同軸度誤差可以采用互為基準方式在機械切削加工中消除。鑄造工藝圖如下圖所示：g)圖g)所示輪型零件，由于是批量生產，為簡化造型工藝，采用兩箱造型，且用環狀型芯造出繩輪槽口。鑄件工藝圖如下圖所示：h)圖h)所示支撐臺零件，批量生產時采用圖示的對稱分型面和分模面，使造型工藝大為簡化，降低了生產成本，其鑄件工藝圖如下圖所示：10-14為什么要規定鑄件的最小壁厚?灰鑄鐵件的壁過薄或過厚會出現哪些問題?答：1、在一定的工藝條件下，由于受合金流動性的限制，鑄造合金能澆注出的鑄件壁厚存在一個最小值，所以要規定鑄件的最小壁厚。2、鑄件的壁過薄若過小，易出現冷隔、澆不足等缺陷；鑄件壁厚過大將導致晶粒粗大、縮孔和縮松等缺陷，鑄件結構的強度也不會因其厚度的增加而成正比地增加。10-15為什么鑄件壁的連接要采用圓角和逐步過渡的結構?答：鑄件壁間的連接采用鑄造圓角和逐步過渡，可以避免連接處引起的熱節和應力集中，減少縮孔和裂紋。10-16試述鑄造工藝對鑄件結構的要求。答：鑄造工藝對鑄件結構的要求有：①鑄件應具有盡量少而簡單的分型面；②鑄件結構應便于起模；③避免不必要的型芯；④應便于型芯的固定、排氣和清理。10-17圖10-57所示鑄件各有兩種結構，哪一種比較合理?為什么?答：上圖中：b）圖結構較為合理。原因是：封閉內腔接頭處形成交錯結構，避免了內腔連接壁之間的直接連接導致熱應力加劇，有效避免和減少了熱變形和收縮應力.答：上圖中：b）圖結構較為合理。原因是：a）圖中由于上下兩個圓弧凸臺影響起模，凸臺處要用活塊才能順利起模，導致造型麻煩。而b）將兩個圓弧改為直線結構，使起模順利便捷，而且可以不用活塊造型。答：上圖中：a）圖結構較為合理。原因是：b）圖中頂蓋上端面為大面積的水平面，在澆注充型時不容易充滿整個平面，因而會產生澆不足和冷隔缺陷。而a）圖將其改為斜錐體結構，澆注中合金液流動阻力小，充型能力強，可以較好地避免澆不足和冷隔缺陷。答：上圖中：b）圖結構較為合理。原因是：a）圖結構中型芯中心與分型面不重合，也與分模面不重合，只能用三箱造型，使造型工藝復雜和型芯安放困難，增加了錯箱機會。而改用b）圖則使型芯中心與分型面、分模面重合，用兩箱造型即可。答：上圖中：a）圖結構較為合理。原因是：a）圖中鑄件壁厚較為均勻，不易產生縮松和裂紋，而且輪輻上的孔加工方便。而b）圖壁厚不均勻，易產生縮松和裂紋；輪輻與輪緣和輪轂連接為銳角，會產生熱量的集聚和應力集中。答：上圖中：b）結構較為合理。原因是：a）圖中鑄件內腔為封閉空腔結構，其型芯安放較為困難、充型中排氣不暢、凝固后清砂困難。而b）圖將封閉內腔改為開放結構，使上述問題迎刃而解。解：上圖中：a）圖結構較為合理。原因是：b）圖結構中，上部法蘭要用外型芯；內腔由于下部內環臺孔直徑較內腔小，要用內型芯造內腔；左邊橫內孔壁厚過厚及軸向過長，加上與下立壁成直交，形成交接不合理和較大的熱節存在。造型時要用三箱造型，一是造型工藝復雜，二是增加錯箱機會。而改為a）圖結構則只需用整模兩箱造型，內腔用自帶型芯結構即可，大大簡化了造型工藝。10-18熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造和離心鑄造各有何特點?應用范圍如何?答：列表闡述如下：鑄造方法特點應用范圍熔模鑄造鑄件精度高，表面質量好；可制造形狀復雜的鑄件；適用于各種合金鑄件；生產批量不受限制。主要用于生產形狀復雜、精度要求高、熔點高和難切削加工的小型(質量在25kg以下)零件，如汽輪機葉片、切削刀具、風動工具、變速箱撥叉，槍支零件以及汽車、拖拉機、機床上的小零件等。金屬型鑄造金屬型鑄件的尺寸精度高，表面質量好，加工余量小；金屬型鑄件的組織致密，力學性能好；金屬型可以一型多鑄，生產率高，勞動條件好。主要應用于有色金屬鑄件的大批量生產中。如鋁合金的活塞、汽缸體、汽缸蓋、銅合金軸瓦、軸套等。對于黑色金屬，只限于形狀簡單的中、小零件。壓力鑄造鑄件尺寸精度高，表面質量好；可壓鑄出形狀復雜、輪廓清晰的鑄件；鑄件強度高；生產率高。壓鑄存在缺點：壓鑄設備投資大，制造壓型費用高、周期長；壓鑄高熔點合金(如鋼、鑄鐵)時，壓型壽命低。內腔復雜的鑄件也難以適應；鑄件內部常有小氣孔，影響鑄件的內部質量；壓鑄件不能進行熱處理，也不宜在高溫下工作。不適合單件、小批量生產。內腔復雜的鑄件也難以適應。離心鑄造鑄件組織致密，無縮孔、縮松、氣孔、夾渣等缺陷,力學性能好；簡化工藝，提高金屬利用率；便于澆