材料加工第2章作业参考答案

材料加工第2章作业参考答案第2章作业参考答案1.液态金属成形的一般过程是什么？结合其工艺特点，分析了该工艺的优缺点及适用范围。

液态金属成形是将液态金属注入铸型中使之冷却、凝固而形成零件的方法，一般工艺过程包括模样制造、铸型制造、金属熔化与充型、凝固等关键步骤。

铸造为液体成形具有不受零件大小/薄厚/复杂程度限制、可制造各种合金铸件、相对焊接和塑性成形而言尺寸精度高、成本低等优点；但需要造型、浇注等步骤，工艺相对繁琐，工件承载能力不如锻件，同时工作环境差，粉尘多。

铸造适用于绝大部分零件，适用范围广。

（工艺过程三点明确。

明确分析优点、缺点和适用范围，同时结合其工艺特点）2.铸造合金流动性差对铸件质量有什么影响？当浇注过程中熔融金属的过热温度和其他工艺条件相同时，初步判断ht350和HT200合金中哪个具有良好的流动性，为什么？液态金属的填充性能如何？它与哪些因素有关？流动性差，金属充型能力差，铸件成形质量降低；液态金属中的气体夹杂物不易浮出，易产生气孔、夹杂；对缩孔和裂纹的充填和愈合作用减弱，易产生缩孔、裂纹等缺陷。

HT200具有良好的流动性。

HT200和ht350的碳含量分别为3.0~3.6%和2.7~3.2%。

由于HT200的成分更接近共晶点，固液范围小，熔点低，流动性好（固液两相区越大，结晶温度范围越大，枝晶越发达，流动性越差）。

（流动性的影响、判断和原因）充型能力：指液态金属填充型腔，获得形状完整、轮廓清晰、完好的铸件的能力。

充模能力首先取决于合金的流动性，还受模具性能（如模具储热系数、模具温度、模具中气体）、浇注条件（如浇注温度、充模头、浇注系统结构）和铸件结构（如模量、复杂度等）的影响。

（填充能力定义，四个影响因素）3收缩率和孔隙度之间的区别是什么？哪种合金容易出现气孔缺陷？如何采取措施防止生产中出现缩孔缺陷？缩孔缩松的区别在形态，而取决于凝固方式，当铸件以逐层凝固方式凝固时，液态金属的流动使收缩集中到铸件最后凝固部分形成集中孔，即缩孔；而铸件以体积凝固方式凝固时，枝晶间隙的液体得不到补缩而形成小的孔洞，即缩松。

凝固区间大，收缩大的合金易产生缩松，如具有宽结晶温度范围的非共晶合金等。

防止缩孔缩松的产生，可以调整化学成分，降低浇注温度和减慢浇注速度，增加铸型的激冷能力，设置冒口进行补缩，对于灰口铸铁和球铁可以利用石墨析出造成的体积膨胀，抵消部分或全部体积收缩。

（缩孔缩松区别，产生缩孔缩松的原因，防止措施）4.什么是铸造应力？铸造应力对铸件质量有什么影响？影响铸造应力的因素有哪些？在生产中可以采取什么措施来防止和减少铸造应力对铸件的危害？结合铸造应力引起的缺陷，在铸造汽车轮毂的结构设计中可以采取哪些预防措施？铸造应力是指铸件在冷却过程中由于温度下降或相变等原因产生的体积变化受阻而形成的应力。

如果铸造应力超过合金强度，铸件可能出现裂纹；如果铸造应力超过屈服极限，铸件将变形；铸造应力会产生残余应力，对铸件质量有很大影响。

特别是对于承受交变载荷的零件，当载荷与铸造应力方向一致时，总应力可能超过材料强度极限并断裂。

残余应力也可能导致加工后零件变形或降低精度，并在腐蚀性环境中导致应力腐蚀开裂。

铸造应力有热应力、相变应力以及收缩应力。

合金弹性模量、收缩（膨胀）系数、以及会产生较大温度梯度的因素（如铸件壁厚差，导热能力，铸型蓄热系数，浇注温度等）均会影响热应力。

相变应力取决于合金的相变。

而收缩应力是由于铸件固态收缩受到铸型、型芯等外力阻碍而产生的，是临时应力，但可能会使铸件产生冷裂。

降低铸件应力的方法：减小铸件各部位的温差，如冒口、冷铁等；提高模具和型芯的成品率；选择弹性模量和收缩系数较小的合金。

消除铸造应力的方法：采用人工时效、自然时效以及振动时效等。

结构设计中采取的预防措施，如避免两个截面的直角相交、避免交叉相交、圆角过渡、使用奇数辐条等。

答案是合理的，但应与结构设计密切相关。

（铸造应力的定义和影响、影响因素和预防措施、轮毂问题）5.某铝合金潮模砂铸件发现有气孔，试分析造成气孔的气体可能来源于哪些方面？气孔在铸件上可能分布在什么位置？它可能是氢孔（沉淀孔）、由湿砂产生的反应性孔，或由模具型腔中的气体产生的侵入性孔。

沉淀孔隙主要分布在提升管、热点等高温区，而反应性孔隙和侵入性孔隙主要分布在表面。

（至少2个空气孔源，位置）6.铸铁、铸钢、铸铝等常见铸造合金一般采用什么方式进行熔炼？不同合金的熔炼设备可以互换吗？为什么？铸铁一般采用冲天炉、感应炉和组合法；铸钢常用感应炉、电弧炉和转炉；铝铸件常用的有电阻坩埚炉、电阻反射炉、中频感应炉、燃气或重油感应炉和火焰反射炉。

不同合金的熔炼设备一般不可以互换，因为不同合金要求的熔炼温度、纯净度、熔体处理等均有差别，所以不能互换。

（熔炼方式，是否可互换及理由）7.绿色粘土砂的主要成分是什么？每个人的角色是什么？湿粘土砂的建模方法有哪些？尝试使用各种建模方法（如冲击、压实、喷射压力、高压、空气冲击和静压）比较压实砂型（沿砂箱高度）的压实度分布。

主要由原砂，粘土，附加物（煤粉等）和水组成。

原砂是骨干材料，起耐热、支撑作用；粘土和水起粘结剂作用，将原砂粘结使之具有一定的强度；附加物主要为调整铸型性质。

造型方法有压实、高压、震击、射砂紧实、气流冲击紧实、静压等。

紧实度分布见图。

（组成及造型方法，紧实度分布）不同建模方法的紧致度曲线1.震击造型2.高压造型（压实造型与此类似）3.微震加高压紧实造型4.气流压力压实（静压）造型5空气冲击造型6喷砂8.常见的制芯方法有哪些？试简述不同方法的工艺过程和主要优缺点。

方法热芯盒制芯工艺过程优缺点用液态热固性树脂粘结剂和固化剂配优点：快速、尺寸精度高制成的芯砂，射砂填入加热到一定温缺点：耗能高，芯盒设计度的芯盒内，使其硬化形成型芯覆膜砂制芯和制造周期长，成本高，工作环境差线性热塑性酚醛树脂包裹在砂表面形优点：快速、尺寸精度高，成覆膜砂，通过与硬化剂反应形成壳节省砂型、壳芯。

模型需要加热、型壳也要缺点：耗能高，芯盒设计烘烤气硬冷芯盒制芯和制造周期长，成本高，工作环境差将树脂砂填入芯盒，而后吹气硬化制优点：耗能低，芯盒成本成砂芯低，高效缺点：需要吹气硬化，三乙胺有刺激性气味树脂自硬砂模混合原砂、液体树脂和液体催化剂。

优点：尺寸精度高，节能。

砂芯均匀后，装入砂箱（或砂芯箱），成本低，易于机械化。

旧砂稍微压实，即在室温下在砂箱（或芯砂再生箱）中硬化和成型。

缺点：型砂可以缩短脱模时间，延长脱模时间。

水玻璃砂型（芯）是将水玻璃和硅砂混合后形成的水玻璃砂。

优点：流动性好，易于压实。

成型后，可通过吹CO2固化。

生产效率高，铸件质量高缺点：清砂性差，易粘砂，吸湿性差9.如果考虑采用铸造方法制造某一零件毛坯，为了便于铸造过程实现，一般要在产品结构设计上注意哪些方面？1.从避免缺陷的角度审查铸件结构：（1）铸件应具有适当的壁厚；（2）铸件结构不应严重阻碍收缩；（3）铸件内壁应比外壁薄；（4）壁厚应均匀；（5）有利于补料和顺序凝固；（6）防止铸件翘曲变形；（7）浇筑位置避免水平大平面结构。

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、凸缘和肋板的结构；（2）取消铸件外表侧凹铸件；（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简单小件的联合铸造。

（两方面均要涉及）10.浇注系统通常由哪些基本部件组成？每个元素的作用是什么？什么是封闭式、开放式、底部浇注式和阶梯式浇注系统？它们的优缺点是什么？它由浇口杯、浇口、浇口套、横向浇口和内浇口组成。

效果：浇口杯：用来承受来自浇包的金属液流并引入直浇道，便于浇注；减少冲击；挡渣；增加静压头。

浇口：浇口杯引导液态金属向下进入浇注系统的其他部件，或直接进入模具型腔；提供压力头直浇道窝：减缓冲击；挡渣；减少卷气等流道：将液态金属均匀分布到每个内浇口和挡渣内浇口：将液态金属导入模具型腔。

这四种方法属于两种不同的分类方法：1.根据成分是否饱满：封闭式：正常浇注条件下，各组元都被充满的浇注系统，s内≤s横≤s直。

优点：有较好的阻渣能力，防卷气，金属消耗少，清理方便。

缺点：金属流速高，易喷溅，易冲砂，易氧化。

开放式：金属液体无法填充所有部件的浇注系统，s≥ s横向≥ 这是直的。

优点：液态金属流量小，填充稳定，不易氧化。

缺点：难以防止夹渣和夹带空气。

2.根据内浇口的位置：顶注式浇注系统：以浇注位置为基准，内浇道设在铸件顶部。

优点：易充满，可减少薄壁件浇不到、冷隔等缺陷，有利于铸件自下而上顺序凝固和冒口补缩；冒口小，节约金属，内浇道附近受热轻，结构简单，易于清除。

缺点：易形成冲砂，金属液易飞溅、氧化、卷气，充型不平稳，易产生砂孔、铁豆、气孔、夹杂等缺陷，横浇道阻渣条件极差。

底部浇口系统：内部浇口位于铸件底部。

优点：填充稳定；避免液体金属飞溅和氧化；转轮基本处于满态工作，有利于抗渣；空腔气体容易放电。

缺点：温度分布不利于顺序凝固和冒口进料；内浇道易过热，产生缩孔、粗晶等缺陷；液态金属在上升过程中易形成表皮，薄壁铸件易形成浇注失败、冷隔等缺陷；大量消耗液态金属。

（浇注系统的组成和功能、分类、优缺点）中间注入式：从铸件中间某一高度面上开设内浇道的称为中间注入式浇注系统，兼具顶注式和底注式的优缺点。

阶梯式浇注系统：在铸件的不同高度有多层内浇口的浇注系统。

优点：自下而上充填，充填稳定，易排气，利于进料，不易出现缩孔、气孔等缺陷。

缺点：建模复杂，浇注系统需要正确计算和设计。

11.试结合工艺的基本特点分析比较熔模铸造、压力铸造、消失模铸造的优势和应用领域。

传统的汽车发动机缸体多采用砂型铸造生产，现在有用压铸生产汽车发动机缸体，可行吗？请分析实现的困难和如何实现。

现代航空发动机空心涡轮叶片目前采用熔模铸造生产，选择熔模铸造生产的原因是什么？还有其他铸造方法可以替代吗？3熔模铸造：采用注塑材料成型，精度高，表面光滑；能铸造复杂零件；合金类型和生产批次没有限制。

广泛用于航空发动机和燃气轮机叶片的关键工艺，以及不锈钢和碳钢等中小型铸件的生产。

压力铸造：采用压力完成充型，充型时间短，生产效率高，铸件精度高；冷却快，压力下结晶，晶粒细小，表层紧实，铸件强度高；便于嵌铸。

在汽车、拖拉机、航空、仪表、纺织、国防等工业部门中广泛应用，尤其在低熔点有色金属的小型、薄壁或复杂零件大批量生产中有重要应用。

消失模铸造：无模具步进，无分型面，无型芯。

这是一个几乎没有余量和精确成型的过程，没有毛刺和飞边；铸件的结构设计有足够的自由度；这个过程很简单。

适用于铝、铸铁、铸钢及除低碳钢以外的其他金属。

铸件的结构、尺寸（壁厚>3mm）、复杂程度和批量都有很大的自由度。