機(jī)械制造基礎(chǔ)第五章習(xí)習(xí)題答案

1、思考題與習(xí)題1何謂鑄造鑄造生產(chǎn)的特點(diǎn)及其存在的主要問題是什么試用框圖表示砂型鑄造的工藝過程。答：把熔化的金屬液澆注到具有和零件形狀相適應(yīng)的鑄型空腔中，待其凝固、冷卻后獲得毛坯（或零件）的方法稱為鑄造。優(yōu)點(diǎn)：1) 能制造各種尺寸和形狀復(fù)雜的鑄件，特別是內(nèi)腔復(fù)雜的鑄件。如各種箱體、床身、機(jī)架等零件的毛坯。鑄件的輪廓尺寸可小至幾毫米，大至幾十米；質(zhì)量從幾克至數(shù)百噸?？梢哉f，鑄造不受零件大小、形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的限制。2) 常用的金屬材料均可用鑄造方法制成鑄件，有些材料（如鑄鐵、青銅）只能用鑄造方法來制造零件。3) 鑄造所用的原材料來源廣泛，價(jià)格低廉，并可回收利用，鑄造生產(chǎn)工藝設(shè)備費(fèi)用小，因此鑄件生產(chǎn)

2、成本低。4) 鑄件與零件的形狀、尺寸很接近，因而鑄件的加工余量小，可以節(jié)約金屬材料，減少切削加工費(fèi)用。5) 鑄造既可用于單件生產(chǎn)，也可用于批量生產(chǎn)，適應(yīng)性廣。但是，鑄造生產(chǎn)工藝過程復(fù)雜，工序較多，常因鑄型材料、模具、鑄造合金、合金的熔煉與澆注等工藝過程難以綜合控制，而出現(xiàn)縮孔、縮松、砂眼、冷隔、裂紋等鑄造缺陷，因此鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定，廢品率較高；鑄件內(nèi)部組織粗大、不均勻，使其力學(xué)性能不及同類材料的鍛件高，因此鑄件多用于受力不大的零件。此外，目前鑄造生產(chǎn)還存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)條件差等問題。砂型鑄造的工藝過程：2比較下列名詞：（1）模樣與鑄型；（2）鑄件與零件；（3）澆注位置與澆道位置；（4）分型面

3、與分模面。答：（1）模樣是用來形成鑄型型腔的工藝裝備，按組合形式，可分為整體模和分開模。鑄型包括將熔化的金屬倒入鑄模，鑄模的型腔提供了最終有用的形狀，之后僅需根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行加工和焊接。（2）把熔化的金屬液澆注到具有和零件形狀相適應(yīng)的鑄型空腔中，待其凝固、冷卻后獲得毛坯（或零件）的方法稱為鑄造。所得到的金屬零件或零件毛坯，稱為鑄件。鑄件通常作為毛坯，經(jīng)過機(jī)械加工制成零件。但是，隨著鑄造生產(chǎn)過程不斷地完善以及新工藝、新技術(shù)不斷被采用，鑄件的精度及表面質(zhì)量得到提高，使少余量和無余量鑄造新工藝得到迅速發(fā)展，精密鑄件可直接作為零件。（3）澆注位置是指澆注時(shí)鑄件在型內(nèi)所處的狀態(tài)和位置。確定澆注位置是鑄造

4、工藝設(shè)計(jì)中重要的一環(huán)，關(guān)系到鑄件的內(nèi)在質(zhì)量、鑄件的尺寸精度及造型工藝過程的難易，因此，往往須制定出幾種方案加以分析、對(duì)比，擇優(yōu)選用。澆道的位置及澆道的種類決定金屬液在型腔中的流動(dòng)方向和路徑。（4）制造鑄型時(shí)，為方便取出模樣，將鑄型做成幾部分，其結(jié)合面稱為分型面。選擇時(shí)盡量做到既保證鑄件質(zhì)量，又簡(jiǎn)化操作工藝。分模面是指分開模具取出產(chǎn)品和澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸表面。一副模具根據(jù)需要可能有一個(gè)或兩個(gè)以上的分模面，分模面可以是垂直于合模方向，也可以與合模方向平行或傾斜。3造型材料的性能要求主要有哪些說出與型砂的性能有關(guān)的四種以上鑄造缺陷。答：造型材料應(yīng)具備以下性能：(1) 良好的可塑性 造型材料在

5、外力作用下容易獲得清晰的型腔輪廓，外力去除后仍能保持其形狀的性能稱為可塑性。砂子本身幾乎是沒有塑性的，粘土卻有良好的塑性，所以型砂中粘土的含量越多，塑性越高；一般含水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）8%時(shí)塑性較好。(2) 足夠的強(qiáng)度 砂型承受外力作用而不易破壞的性能稱為強(qiáng)度。鑄型必須具有足夠的強(qiáng)度，以便在修整、搬運(yùn)及液體金屬澆注時(shí)受沖力和壓力作用而不致變形毀壞。型砂強(qiáng)度不足會(huì)造成塌箱、沖砂和砂眼等缺陷。(3) 良好的透氣性 型砂由于內(nèi)部砂粒之間存在空隙能夠通過氣體的能力，稱為透氣性。當(dāng)高溫液體金屬注入鑄型后，會(huì)產(chǎn)生氣體；砂型和型芯中也會(huì)產(chǎn)生大量氣體。透氣性差，部分氣體留在鑄件內(nèi)部不能排出，于是造成氣孔等缺陷。(4

6、) 高的耐火度 在高溫液體金屬作用下，型砂、芯砂不軟化、不燒結(jié)的性能，稱為耐火度。型砂耐火度不足會(huì)造成鑄件粘砂，給切削加工帶來困難。粘砂嚴(yán)重而難以清理的鑄件可能成為廢品。(5) 良好的退讓性 鑄件凝固后，冷卻收縮時(shí)砂型和型芯的體積可以被壓縮的性能，稱為退讓性。退讓性差，阻礙金屬收縮，使鑄件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，甚至造成裂紋等缺陷。為了提高退讓性，可在型砂中加入附加物，如草灰和木屑等，使砂粒間的空隙增加。由于型芯工作時(shí)四周被高溫金屬液包圍，工作條件比型砂更為惡劣，所以，對(duì)芯砂除應(yīng)具有更高的強(qiáng)度、耐火性、透氣性和退讓性外，還應(yīng)具有較小的發(fā)氣性、較低的吸濕性和較好的出砂性。與型砂的性能有關(guān)的鑄造缺陷：塌箱、沖

7、砂、砂眼、氣孔和縮孔、粘砂、裂紋等。4金屬的鑄造性能主要用什么衡量它們對(duì)鑄件質(zhì)量有何影響答：合金的鑄造性能是指鑄造成形過程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部健全鑄件的能力。主要有流動(dòng)性、收縮、偏析、吸氣性、氧化性等。其中流動(dòng)性和收縮對(duì)合金的鑄造性能影響最大，對(duì)于是否容易獲得健全的鑄件是非常重要的。流動(dòng)性對(duì)鑄件質(zhì)量的影響 金屬澆注時(shí)，液態(tài)金屬能夠填滿鑄型是獲得外形完整、尺寸精確、輪廓清晰鑄件的基本條件，但是液態(tài)金屬在填充過程中因散熱而伴隨著結(jié)晶現(xiàn)象，同時(shí)還存在著鑄型對(duì)液態(tài)金屬的阻力。如果金屬的流動(dòng)性不足，在金屬還沒填滿鑄型之前就停止流動(dòng)，鑄件將產(chǎn)生澆不足或冷隔現(xiàn)象。合金的流動(dòng)性是指液態(tài)金屬本身的流動(dòng)能力，直接

8、影響到金屬液的充型能力。流動(dòng)性好的金屬，充型能力強(qiáng)，能鑄出形狀復(fù)雜、輪廓清晰、尺寸精確、薄壁的鑄件，避免出現(xiàn)冷隔、澆不到等缺陷；有利于金屬液中夾雜物和氣體的上浮與排除，減少氣孔、夾渣等缺陷；有利于發(fā)揮冒口的補(bǔ)縮作用，防止鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷。因此，在進(jìn)行鑄件設(shè)計(jì)和制定鑄造工藝時(shí)，必須考慮合金的流動(dòng)性。收縮對(duì)鑄件質(zhì)量的影響 液態(tài)收縮和凝固收縮表現(xiàn)為合金的體積縮小，用體積收縮率來表示，它是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的主要原因；固態(tài)收縮表現(xiàn)為鑄件尺寸的縮小，是鑄件變形、產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋的主要原因。5澆注系統(tǒng)的作用是什么由哪幾部分組成答：澆注系統(tǒng)是為填充型腔和冒口而開設(shè)于鑄型中的一系列通道。通常有澆口

9、杯、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道和冒口組成。其作用是承接和導(dǎo)入金屬液，控制金屬液流動(dòng)方向和速度，使金屬液平穩(wěn)地充滿型腔；調(diào)節(jié)鑄件各部分的溫度分布；阻擋夾雜物進(jìn)入型腔。合理的澆注系統(tǒng)對(duì)保證鑄件質(zhì)量，降低金屬消耗有重要的意義。若澆注系統(tǒng)設(shè)置不合理，易產(chǎn)生沖砂、砂眼、渣眼、澆不足、氣孔和縮孔等缺陷。6在設(shè)計(jì)鑄件外形結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮哪些問題為什么答：鑄件外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾方面：（1）外形力求簡(jiǎn)單平直 盡量采用規(guī)則的易加工平面、圓柱面等，避免不必要的曲面、內(nèi)凹等，以便于制模和造型，簡(jiǎn)化鑄造生產(chǎn)的各個(gè)工序。（2）避免或減少活塊 合理設(shè)計(jì)零件上的凸臺(tái)、肋板，厚度應(yīng)適當(dāng)、分布應(yīng)合理，以方便起模。（3）盡量減少分

10、型面的數(shù)量 分型面少且為平面可避免多箱造型和不必要的型芯，不僅可簡(jiǎn)化造型工藝，還能減少錯(cuò)型和偏芯，提高鑄件精度。（4）應(yīng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)斜度 在垂直于分型面的非加工面應(yīng)設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)斜度，以便于起模，避免在起模時(shí)損壞型腔，提高鑄件精度。一般手工造型木模的結(jié)構(gòu)斜度為13。鑄件垂直壁的高度增加，結(jié)構(gòu)斜度減??；內(nèi)壁的斜度大于外壁的斜度；木?；蚴止ぴ煨偷男倍却笥诮饘倌；驒C(jī)器造型，有結(jié)構(gòu)斜度的內(nèi)腔，有時(shí)可采用吊砂或自帶芯子。（5）避免收縮受阻 鑄件的結(jié)構(gòu)應(yīng)利于自由收縮，以免產(chǎn)生較大的鑄造內(nèi)應(yīng)力，防止鑄件開裂。（6）避免過大水平面 過大的水平面不利于金屬液的填充，易產(chǎn)生澆不到和冷隔；不利于排除氣體和夾雜物；在大的

11、水平面上方，鑄型受金屬液的烘烤易開裂使鑄件產(chǎn)生夾砂缺陷。將大的水平面改為傾斜面，可防止產(chǎn)生上述缺陷。7結(jié)構(gòu)斜度與起模斜度有何異同點(diǎn)答：鑄件的結(jié)構(gòu)斜度是指鑄件結(jié)構(gòu)所具有的斜度。鑄件上與分型面垂直的非加工面應(yīng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)斜度，以便于造型時(shí)易于取出模樣。考慮到保持鑄件的壁厚均勻，內(nèi)、外壁應(yīng)相應(yīng)傾斜。為使模樣從鑄型中取出或型芯從芯盒中脫出，平行于起模方向在模樣（或芯盒）壁上所增加的斜度稱為起模斜度。8在設(shè)計(jì)鑄件內(nèi)腔時(shí)應(yīng)考慮哪些問題為什么答：（1）盡量少用或不用芯 鑄件上的孔和內(nèi)腔是用型芯來形成的，其數(shù)量的增加會(huì)使生產(chǎn)周期延長(zhǎng)，成本增高，并使合型裝配困難，降低鑄件的精度，容易引起各種鑄造缺陷。（2）有利于芯

12、的固定、排氣和清理，防止產(chǎn)生偏芯、氣孔等缺陷9在鑄件壁的設(shè)計(jì)中應(yīng)注意哪些問題答：（1）鑄件的壁厚應(yīng)合理 鑄件的壁厚應(yīng)保證力學(xué)性能，便于鑄造生產(chǎn)。鑄件的壁不能太薄，否則會(huì)受金屬流動(dòng)性的影響，產(chǎn)生澆不到、冷隔等缺陷。鑄件的壁厚也不宜過大，否則會(huì)在壁的中心處形成晶粒粗大，產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷。每一種合金都有一個(gè)臨界壁厚，當(dāng)鑄件的壁厚超過這個(gè)尺寸后，鑄件的承載能力并不是按比例隨之增加。鑄造合金的臨界壁厚可按其最小壁厚的三倍來考慮。為保證鑄件強(qiáng)度和剛度，可在鑄件的脆弱處增設(shè)加強(qiáng)筋。（2）鑄件的壁厚應(yīng)均勻 鑄件各部分壁厚相差過大，不僅容易在較厚處產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷，還會(huì)使各部位冷速不均，鑄造內(nèi)應(yīng)力增大，造成鑄件開裂。（3）鑄件的壁間連接應(yīng)合理 鑄件的壁間連接應(yīng)采用圓角過渡。鑄件壁的交叉處熱量蓄積較多，易形成縮孔和縮松，因此要避免交叉。對(duì)中小型鑄件可采用交錯(cuò)接頭，大型鑄件可用環(huán)狀接頭。鑄件壁間連接如出現(xiàn)小于90的銳角，可采用過渡形式。有時(shí)鑄件的壁厚不可能完全一致，厚壁與薄壁的連接應(yīng)采用逐漸過渡，以避免因壁厚突變而引起應(yīng)力集中。10縮孔與縮松是怎樣形成的防止的措施有哪些答：縮孔：在鑄件厚斷面內(nèi)部、兩交界的內(nèi)部及厚斷面與薄斷面交接的內(nèi)部或表面，形狀不規(guī)則，孔內(nèi)粗糙不平，晶粒粗大。預(yù)防措施：厚度小且均勻的鑄件要采用同時(shí)凝固，壁厚大且不均勻的鑄件采用由薄向厚的凝固方法，合理放置冒口和冷鐵。縮松：在鑄件