16.铸造工艺学课程复习资料

一.绪论1，材料成形工艺（有时也称材料成形技术），是将材料制造成所需形状及尺寸的毛坯或成品的所有加工方法或手段的总称。

2 成形方法的选择原则1）适用性原则满足使用要求；适应成形加工性能。

2）经济性原则获得最大的经济效益。

3）与环境相宜原则环境保护问题，对环境友好。

3成形方法选择的主要依据（1）产品功能及其结构、形状尺寸和使用要求等；2）产量；3）生产条件铸造1概念：铸造是将液态金属在重力或外力作用下充填到铸型腔中使之冷却、凝固，从而获得所需形状及尺寸的毛坯或零件的方法，所铸出的产品称为铸件。

金属液态成形金属液态成型近净形化生产2 分类通常从铸型材料、充型和凝固等方面对铸造进行分类。

1）按铸型材料、充型和凝固条件铸造方法分为砂型铸造（用砂型作铸型在重力下充型和凝固的铸造方法）和特种铸造（在铸型材料、充型和凝固等方面与砂型铸造有显著差别的铸造方法的统称）2）按液态合金充型和凝固条件铸造方法分为重力铸造（如砂型铸造、壳型铸造、陶瓷型铸造、熔模铸造、金属型铸造）和非重力铸造（如压力铸造、低压铸造、挤压铸造和离心铸造）。

3）按铸型材料铸造方法分为一次型铸造（如砂型铸造、壳型铸造和熔模铸造，铸型材料为非金属材料）和永久型铸造（如金属型铸造、压力铸造和低压铸造，铸型材料为金属材料）。

4特点1）优点（1）适用范围广合金种类、铸件的形状和大小及质量几乎不受限制；（2）铸件具有一定的尺寸精度通常比普通锻件高，熔模铸件可达到无加工余量；（3）成本较低原材料来源广，价格低廉；铸件与零件形状和尺寸相近，节省材料。

2）缺点（1）铸件晶粒粗大，组织疏松，易产生缩孔和气孔等缺陷；（2）铸件力学性能较低，尤其是冲击韧性较低；（3）生产工序多，铸件质量难以精确控制。

二.铸造工艺设计概论1 铸造工艺设计的概念铸造工艺设计又称铸造工艺规程设计根据零件的结构特点、技术要求、生产批量和生产条件等，确定铸造工艺方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制铸造工艺卡等技术文件的过程。

铸造用原砂种类：1.石英质砂2.非石英质砂：锆砂，铬铁矿砂，镁砂，镁橄榄石砂，石灰石砂，耐火熟料，碳质材料，刚玉砂。

铸造用砂选择：主要考察原砂的纯度，含泥量，颗粒组成，颗粒形状，少借点等指标。

铸造用砂的颗粒形状：天然硅砂如河砂，湖砂圆形；山砂，硅砂呈多角形；破碎的人造硅砂为尖角形。

粘土的种类：普通黏土，膨润土。

粘土-水体系：黏土中的水可分为吸附水和结构水，前者是吸附在粘土矿物层间，约在100-200度的较低温度下可以脱去的水；后者是以OH-形式存在于粘土晶格中，其脱羟温度随粘土种类的不同而异，波动在400-600之间。

粘土的烧结机理：粘土的粘结性能与粘土颗粒表面吸附水的结构，粘土的胶体特性密切相关。

粘土晶格表面的极性水分子彼此连接成六边形内网，增加水分，逐渐发展成接二连三的水分子层。

粘土颗粒就是靠这种网层水分子彼此连接，从而产生了湿态粘结力。

粘土型砂的性能：强度：保证铸型在造型，搬运，合型和浇注过程中不变形，不损坏。

良好透气性和低的发气性：在高温液态金属作用下所产生的气体量要少，并迅速逸出型外。

退让性：防铸件在凝固，冷却过程中产生裂纹，变形等缺陷。

出砂性和复用性：便于铸件的落砂清理，且经多次使用后仍保持型砂原来的性能。

透气性：型砂使气体逸出的能力。

流动性：型砂在外力和本身中立作用下，砂粒质点互相移动的能力。

发气性：型砂在高温作用下产生气体的能力。

耐火度：型砂抵抗高温热作用性能。

不粘模性：型砂不粘附模样及芯盒表面的性能。

可塑性：型砂在外力作用下变形，外力取出后仍保持所赋予形状的能力。

退让性：型砂在金属凝固，冷却过程中，能相应地变形，退让而不阻碍铸件收缩的能力。

复用性：型砂经多次使用仍能保持原来性能的能力。

煤粉的作用和原理：提高铸铁件的表面质量，防止铸件产生粘砂，夹砂等缺陷。

粘土砂铸型缺陷：夹砂，粘砂，裂纹，侵入性气体，夹砂：由于铸型表层强度很低时，砂型表面层膨胀发生工期和裂纹而形成的。

砂型表面层因热膨胀产生的应力超出了水分饱和凝聚区的强度。

铸造工艺学复习大纲第一章砂型结构及其工作条件1、型（芯）砂的组成：原砂+粘结剂+附加物。

2、砂型的结构：是具有一定强度的微孔-多孔体系，由原砂、粘接剂、附加物和微孔构成。

3、①原砂：硅砂SiO2等。

骨干材料，占型砂总质量的82-99%。

②粘结剂：粘土、无机化学粘结剂（水玻璃）、有机化学粘结剂（油、树脂）。

以薄膜形式覆盖砂粒，使型砂具有必要的强度和韧性。

按粘接力产生机制分为：物理固结、化学粘接和机械粘接。

③附加物：改善型砂的工艺和使用性能。

4、原砂的作用：①提供必要的耐高温和热物理性能，以保证充型、冷却、凝固顺利，获得优质铸件。

②提供众多孔隙，使砂型具有透气性、退让性。

5、铸型的工作条件：①力学作用：浇注时冲击、冲刷—影响铸件的形状、夹砂；充型后浮力、静压力---变形、尺寸精度；冷却收缩—铸件应力、变形。

②热作用：热辐射—铸型升温；铸型内腔—气体压力升高，迁移。

③物理作用：机械粘砂、铸渗等。

④化学作用：粘结剂燃烧、分解；界面化学反应。

6、【传质】：一种物质在另一媒介物中传递。

铸造工艺中常见的传质现象：湿型风干、烘干、水分蒸发、迁移、凝聚吹气硬化、有机粘结剂的燃烧、分解产生气体的扩散和铸件表面的合金化。

7、砂型表层的水分迁移：8、【微观膨胀】：砂粒的膨胀能被湿粘土膜的收缩所抵消，仅减小孔隙而不引起砂型尺寸变化。

9、膨胀缺陷：夹砂结疤、鼠尾、沟槽。

控制热湿拉强度是控制夹砂结疤类缺陷的关键。

备注：夹砂等缺陷原因有两个：①水分迁移；②砂粒膨胀。

10、液态金属的冲刷及其造成的缺陷：砂眼、抬箱和跑火、偏芯及形状不合格。

11、气体和侵入性气孔主要成分：H2、N2、CO、CO2、O2。

CO/CO2 是表征铸型气氛还原性的标志。

12、【反应性气孔】金属与铸型、金属与溶渣或金属液内某些元素、化合物之间发生反应形成的气孔。

反应性气孔来源：①水蒸气与合金成分的反应；②型砂组分的分解；③固体碳的燃烧及气化反应。

其形成机理：CO核心说、H2核心说。

一、铸造合金1．铸铁特性例如：为什么一般机器的支架、机床的床身常用灰口铸铁制造灰铸铁具有优良的铸造性能、减振性、切削加工性，有一定的力学性能和耐磨性，对缺口的敏感性小以及成本低廉等许多优点。

2．铸铁分类、牌号按铸铁中石墨的形态不同，生产上将铸铁分类：3．指出下列铸铁牌号所表示的名称、各位数字所代表的意义。

HT350 、HT250、KT300-06 、QT600-3、RuT420、HT250 、KT330-08 、QT800-2、RuT3804．铸铁的石墨化主要因素，及如何影响？化学成分和冷却速度二、合金铸造工艺性液态合金的工艺特性（常称为铸造性能）包括流动性、收缩性、吸气性和偏析性等。

影响流动性的因素；收缩过程；固态收缩还引起铸件外部尺寸的变化故称尺寸收缩或线收缩。

线收缩对铸件形状和尺寸精度影响很大，是铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因影响收缩的因素例如（判断）1 .浇注温度越高，合金流动性越好，故浇注温度越高越好2.砂型铸造时，当铸件的设计壁厚小于规定的最小壁厚时，铸件产生浇不足，冷隔缺陷3．铸造合金的凝固收缩是使铸件产生应力和应变的根本原因4．铸件的应力，在铸件铸造成形后就无法消除了5．采用冒口和冷铁是为了防止铸件产生缩孔等缺陷三、砂型铸造1．型\芯砂的组成及作用；2．浇注位置及分型面、确定依据？（并能确定合理的铸件的浇注位置及分型面）；3．缩孔和缩松，产生原因？4．铸造应力、及其产生原因5．特种铸造方法有哪些？特点？应用领域？例如：1．如金属型铸造内部晶粒细小，力学性能好2．车床床身、内燃机活塞、铝合金汽车缸体、齿轮铣刀大批量生产时采用何种加工方法为宜；四、应用1．铸件结构工艺性（结合上课实例会分析）2．分型面及浇注位置确定复习:1. 何谓合金的铸造性能？铸造性能的好坏用什么来衡量？铸造性能不好会引起哪些铸造缺陷？2. 合金的流动性不足，易产生哪些缺陷？影响合金流动性的主要因素有哪几个方面？3. 进行铸件设计时如何考虑合金的流动性？在实际生产中常用什么措施防止浇不足和冷隔缺陷？4. 缩孔和缩松是怎样形成的？如何防止？5. 何谓顺序凝固和同时凝固原则？各需采取什么措施才能实现？哪些合金常需采用顺序凝固原则？6. 冒口为何能防止缩孔？它与出气口在作用、尺寸、位置等方面有何不同？与冷铁作用又有何不同？7. 铸造应力按其形成原因分为哪几种？如何防止和减小铸造应力？8. 合金收缩由哪三个阶段组成？各会产生哪些缺陷？9. 某种铸件经常产生裂纹，如何区分其裂纹性质？如果属于冷裂，产生原因有哪些？如果是热裂，其原因又有哪些？10. 铸件的气孔有哪几种？下列情况容易产生哪些气孔；熔化钢时油污过多；起模时刷水过多；春砂过紧；芯撑有锈。

造型材料：用于造型制芯的各种原砂、粘结剂、添加剂以及由各种原材料所组成型砂和芯砂的材料。

角形系数：铸造用硅砂的实际比表面积与理论比表面积的比值。

烧结点：原砂颗粒表面或沙粒间的混杂物开始熔化的温度。

比强度：每1%的粘结剂可获得的芯砂干拉强度。

可使用时间：自硬树脂砂混砂后能够制作出合格砂芯的那一段时间。

脱模时间：从混砂结束开始在芯盒内制的砂芯硬化到能满意地将砂芯从芯盒中取出，而不致发生砂芯变形所需的时间间隔。

溃散性：铸件浇注并凝固后，砂型、砂芯被打碎的难易程度，也叫除砂性。

1、涂料作用？优质涂料应具有的性质？一）1）砂型和砂芯是微孔——多孔隙体系，涂敷涂料，既填塞了砂型和砂芯表面空隙，也在铸型和金属液之间建立起一道有效的耐火屏障，避免铸件表面粗糙、机械粘砂、化学粘砂，使铸件表面粗糙度得到很好的改善。

2）涂敷涂料也可防止或减少铸件产生与砂子有关的其他铸造缺陷或质量问题。

3）用涂料来产生冶金效应，改善铸件局部的表面性能和内在质量。

二）1）好的悬浮性及再搅拌性。

2）有一定的触变性。

3）好的覆盖能力。

4）具有适当的渗透性。

5）具有良好的粘结强度和耐激热性。

6）好的抗粘砂性。

7）低的发气性。

8）好的贮存性。

9）各种原材料资源丰富，成本低廉，并能满足劳动卫生方面的要求。

2、列举常用吹二氧化碳的方法。

吹气速度及时间对砂的硬度和强度有什么影响？答：方法：1、插管法（大型砂型或砂芯）2、盖罩法（较小型砂或砂芯）3、通过模样吹气法4、脉冲吹气法5、真空CO2 僵化法，又叫VRH-CO2 僵化法或真空置换僵化法。

影响：低流速有利于钠水玻璃化学反应，可以得到较高的初始强度与硬度，但降低终强度并促进放热；高流速促进脱水及吸热物理反应，是化学反应迟缓，可得到较高的力学性能及较好的存放性。

从吹气时间看，如果低流速且长时间吹气，将得到强度低、表面酥脆的型和芯，这就是所谓的过吹。

3、什么是热砂问题？热砂问题有什么不良影响？请论述解决措施和途径。

铸造生产——指用熔融的液态合金注入预先制备好的铸型中使之 冷却、凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能的毛 坯或零件过程，简称铸造。

2、铸造方法的分类第一章 造型材料型（芯）砂是由骨干材料、粘结材料和附加物等原材料按一定比例配制而成。

以粘土为粘结材料的粘土型（芯）砂主要由原砂、粘土、附加物和水配制而成。

常用的附加物：煤粉、渣油、淀粉 、锯末等新砂和旧砂的处理1．新砂的处理新砂的处理常用的方法:筛分、水漂洗、酸浸洗、精选 、烘干等 2．旧砂的处理拟采取措施：对旧砂进行通风冷却，降低温度；经破碎、磁选、过筛，除去杂物；干法碾搓，除去包覆膜、失效粘土及灰分；按一定比例添加原砂，补加新粘土、煤粉；调整含水分量，达到型砂性能要求。

CO2硬化法——向水玻璃砂制成的砂型（芯）中吹入CO2气体，在短时间内就可以使型（芯）砂硬化；三、C02-钠水玻璃砂的原材料、配方及混制工艺(一)C02-钠水玻璃砂的原材料铸钢件用原砂Si02含量应高。

一般采用中等粒度的硅砂涂料的基本组成涂料一般由耐火粉料、粘结剂、悬浮剂、载液和助剂组成。

涂料的性能(1)涂料的工艺性能涂料的工艺性能主要有饱沾性、涂刷性、流淌性、流平性、渗透性等。

涂刷方法涂料涂敷的方法有刷、喷、浸三种。

第二章铸型制备14种造型方法有哪些？整模造型、分模造型、挖砂和假箱造型、活块和砂芯造型、活砂造型(抽砂造型)、多箱造型、实物造型、刮板造型、抽心模造型和劈箱造型、脱箱造型(活箱造型)、叠箱造型、模板造型、漏模造型、地坑造型铸型的紧固方法生产小型铸件的铸型由于抬箱力小，用压铁直接压在砂型上比较方便。

生产大中型铸件的铸型，一般用卡子、螺栓等紧固。

紧固铸型前需在分箱面的四角用铁片将上下砂箱问的缝隙垫实，以防止铸型紧固时砂芯或砂型被压溃。

地坑造型，一般用压铁压在盖箱上。

第三章浇注系统设计铸铁件浇注系统的组成：浇口盆、直浇道、横浇道、内浇道。

、为避免水平涡流，应采用浇包低位浇注大流充满，并且使浇口杯中液面高度(h)与直浇道直径(d)保持_定的比值(即h>6d)。

铸造工程学复习提纲1什么是铸造？与其他材料成形工艺相比，铸造工艺有何优缺点。

铸造：将液态〔熔融〕的合金浇入到与零件的形状，尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的消费方法通常称为铸造。

铸造是消费金属零件毛坯的主要工艺方法之一，与其它工艺方法相比，它具有本钱低，工艺灵敏性大，合适消费不同材料、形状和重量的铸件，并合适于批量消费。

但它的缺点是公差较大，易产生内部缺陷。

铸造工艺的优点：(1)适用范围广，据统计：在机械行业中铸件占机器总质量的50%以上；(2)可以制造各种合金铸件(3)铸件尺寸精度高〔与一般焊接件、锻件比拟〕(4)本钱低廉(5)可以消费形状复杂的零件铸造工艺的缺点：(1)铸造消费过程比拟复杂。

(2)影响铸件质量的因素多。

(3)废品率一般较高。

(4)铸件容易出现各种缺陷。

〔浇缺乏，缩孔，气孔，裂纹等〕。

2铸造技术开展的趋势有哪几个方面。

(1)铸件尺寸、重量范围扩展〔特大-特小型铸件〕；(2)铸件的轻量化〔材质轻量化、工艺的准确化〕；(3)铸件的准确化；(4)数字化铸造；(5)网络化铸造：建模+仿真，网络化管理(6)清洁化铸造。

3液态金属充型才能概念，简答铸型和浇注条件方面因素对充型才能的影响并提出进步充型才能应采取的措施。

液态金属充型才能：液态金属经浇注系统充满铸型型腔的全部空间，形成轮廓明晰，形状完好的铸件的才能。

对充型才能的影响：1〕铸型性质:蓄热系数、铸型温度、铸型中的气体、铸型外表光亮碳.2〕浇注条件:浇注温度、充型压头、浇注系统构造.进步充型才能应采取的措施：针对影响充型才能的各种因素，从方便容易、经济有效几方面进展选择。

一般情况下，进步浇注温度和使用绝热涂料最宜。

〔温度升高，充型才能进步〕4金属中的气体来源有哪些方面，它们对铸件质量可能会产生哪些不利影响。

来源于熔炼过程、浇铸过程和凝固过程的气体卷入与界面反响。

不利影响：几乎都是有害的，如降低流动性、引起裂纹、造成组织疏松、降低各种强度指标、不利于铸件热处理等等。

铸造工艺设计就是根据铸造零件的结构特点、技术要求、生产批量和生产条件等，确定铸造方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等技术文件的过程。

1.从避免缺陷方面审查铸件结构（1）铸件应有合适的壁厚（2）铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意壁厚过渡和圆角。

（3）铸件内壁应薄于外壁（4）壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节（5）有利于补缩和实现顺序凝固（6）防止铸件翘曲变形（7）避免浇注位置上有水平的大平面结构2.从简化铸造工艺方面改进零件结构（1）改进妨碍起模的凸台、凸缘和肋板结构（2）取消铸件外表侧凹（3）改进铸件内腔结构以减少砂芯（4）减少和简化分型面（5）有利于砂芯的固定与排气（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简单小件的联合铸造铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内的所处的状态和位置。

3.浇注位置选择应遵循的原则1．铸件的重要部分应尽量置于下部。

2重要加工面应朝下或呈直立状态。

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。

5．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变合箱后或于浇注后再次翻转铸型。

2.3分型面：两半铸型相互接触的表面选择分型面的基本原则（1）铸件全部或大部分置于同一半型中 2尽量减少分型面的数目 3分型面尽量选择平面 4便于下芯、合箱和检查型腔尺寸5不使砂箱过高 6受力件的分型面选择不应削弱铸件的结构强度 7注意减轻铸件的清理和机械加工量4.确定砂芯形状（分块）及分盒面选择的基本原则（1）保证铸件内腔尺寸精度（2）保证操作方便（3）保证铸件壁厚均匀（4）应尽量减少砂芯数目（5）填砂面应宽敞，烘干支撑面是平面（6）砂芯形状适应造型、制芯方法。

（7）还应使每块砂芯有足够的断面，保证有一定的强度和刚度，并能顺利排出砂芯中的气体；（8）使芯盒结构简单，便于制造和使用等。

温芯盒法可使砂芯表面光洁，且具有更高的强度，防止热芯盒法常出现的某些砂芯表面过烧、某些截面硬化不足的现象。

6.偶联剂的使用可以有效提高树脂的强度。

（√）7.好的涂料是具有良好的悬浮性和触变性。

（√　）优质涂料应具有好的悬浮性，一定的触变性，好的覆盖能力，适当的渗透性，良好的粘接强度和耐激热性，好的抗粘砂性，低的发气性，好的贮存性，资源丰富，成本低廉。

8.粘土作为湿型的粘接剂主要粘结机制是“桥联结”。

（×　）常温下，粘土的主要粘结机制是表面联结。

9.机械粘砂的主要原因是金属液的氧化。

（×）机械粘砂是因为金属液渗入铸型。

10.五级砂芯可以采用粘土或水玻璃作为粘接剂。

（√）11.根据内浇道所在位置不同，浇注系统可分为顶注式和底注式。

（√）12.根据浇口比及金属液态充满状态的不同，浇注系统可分为开发式和封闭式。

（√）按浇口比分类，浇注系统分为封闭式和开放式。

按内浇道在逐渐上的位置分类，浇注系统分为顶注式、底注式和中间式。

13.在自硬冷芯盒法制备砂芯过程中，磷酸的酸性最强，硫酸单脂的酸性最弱。

（×）自硬冷芯盒法一般采用呋喃树脂和热固性酚醛树脂，硬化剂是强酸或中强酸，酸性强弱次序为：硫酸单脂>苯磺酸>对甲苯磺酸>磷酸。

14.三乙胺法具有毒性，易爆炸的缺陷，采用……作硬化剂。

（×）15.插管法主要用于小件砂芯的硬化，盖罩法主要用于大件砂芯的硬化。

（×）16.要是粘土砂型具有良好的粘结性，必须是水分达到合理的值。

（√）17.模数越高，水聚合度越低，达到最高强的时间越长。

（×）模数越高，聚合度越高，作为型砂粘结剂时的硬化速度越快，达到最高强度的时间越短。

18.高岭石的单位景层之间结合力微弱，水分子和水溶液中的离子和其他极性分子容易进入单位晶层与单位晶层之间。

（×）蒙脱石，不是高岭石。

19.粘土颗粒在受热后（100℃），起粘结作用的主要粘结机制是“桥连接”。