铸造工艺学复习大纲

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1、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、 原砂：硅砂SiO2等。骨干材料，占型砂总质量的82-99%。 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。 附加物：改善型砂的工艺和使用性能。4、 原砂的作用：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。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：

2、 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。 热作用： 热辐射铸型升温； 铸型内腔气体压力升高，迁移。 物理作用：机械粘砂、铸渗等。 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

3、类缺陷的关键。备注：夹砂等缺陷原因有两个：水分迁移；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：水蒸气与合金成分的反应；型砂组分的分解；固体碳的燃烧及气化反应。其形成机理：CO核心说、H2核心说。13、 粘砂分机械粘砂和化学粘砂两大类。机械粘砂为型砂与金属的机械混合物；化学粘砂又称为烧结粘砂，主要发生在大型铸钢件。第二篇 砂型和砂芯的制造

4、第一章 湿 型1、 粘土型砂据合型和浇注状态可分为：湿型（湿砂型或潮型）砂型不烘干，直接浇；干型合型和浇注前送窑烘干；表面烘干型型腔表层烘干一定深度。2、 粘土型砂按造型可分为：面砂、背砂和单一砂。3、 湿型铸造法基本特点：型（芯）无需烘干，不存在硬化过程。主要优点：生产灵活，效率高，成本低，周期短；易实现机械化和自动化；省烘干设备、燃料、电力及空间；砂箱使用寿命长；容易落砂。主要缺点：易夹砂结疤、粘砂、气孔、砂眼、胀砂等。4、 型（芯）砂应具备的性能：造型、制芯和合型阶段：湿度、流动性、强度、可塑性、韧性、不粘模性；铸件浇注、冷却、落砂、清理阶段：耐火度、透气性、发气量、退让性、溃散性。5、

5、 铸造用原砂基本性能：含泥量（原砂中直径小于20m的细颗粒的含量）、颗粒组成（筛分法）、颗粒形状（圆形、钝角形、尖角形三种，用符号“”、“”、“”表示。）6、 粘土的性能特点：被水湿润后具有粘结性和可塑性；烘干后硬结具干强度，加水恢复粘结性和可塑性；资源丰富，价格低廉，应用广泛。7、 铸造用粘土分类 8、膨润土分类9、附加物常用：煤粉、渣油、淀粉、锯末等；目的：使型砂具特定性能，并改善铸件表面质量。 煤粉作用：在高温金属液作用下产生大量还原性气体，可防止金属液被氧化，并使铁液表面的氧化铁还原，减少金属氧化物和造型材料化学反应可能；受热形成的半焦充填堵塞砂型表面颗粒间的孔隙，使金属液不能渗入；受

6、热后变成胶质体，具有可塑性，可以缓冲石英颗粒在该温度区间因受热而形成的膨胀应力，减少受热膨胀类缺陷。受热产生碳氢化物挥发分在高温下分解，析出光亮碳，阻止界面反应，防止机械粘砂。第2章 无机化学粘结剂1、 无机化学粘结剂通过物理化学反应而达到硬化，其分类和硬化方法如下：2、 水玻璃型（芯）砂优点：型（芯）砂流动性好，易于紧实，造型（芯）劳动强度低；硬化快，强度较高，生产周期短，劳动生产率高；可在型（芯）硬化后起模，型、芯尺寸精度高；可提高铸件质量，减少铸件缺陷；可降低能耗，改善工作环境和工作条件。水玻璃型（芯）砂缺点：铸型浇注后溃散性差；旧砂难以用摩擦法再生；硬化的型芯保存性差（尤其在寒冷潮湿的

7、条件下）；对某些铸件，型芯硬化后的强度还不够理想。3、 钠水玻璃的参数主要有模数、密度、浓度和粘度等。备注：【模数】：钠水玻璃中SiO2与Na2O的摩尔数之比。对比下述冒口中模数！4、 【水玻璃的硬化】：水玻璃在一定条件下逐渐变硬的过程。硬化方法：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。常用的吹CO2的方法：插管法和盖罩法。物理硬化法：加热硬化及自然硬化综合硬化：CO2和加热硬化联合使用，即先吹CO2使砂型（芯）建立一定的强度，起模后再加热硬化。5、 水玻璃砂存在的主要问题及其解决途径：溃散性差(1) 加附加物。a 有机物：包括糖、树脂、油类

8、、纤维素。改善600以前的出砂性。b 无机物：有效降低800-1000的残留强度，或形成新相造成膨胀，或收缩裂纹，或成脆化膜，如蛭石等。(2) 减少水玻璃用量。着重提高粘结效率，如真空CO2硬化法、有机酯硬化。(3) 降低易熔融物含量。如高模水玻璃，优质原砂，锂-钾-钠水玻璃等。(4) 以石灰石作原砂的钠水玻璃CO2硬化砂【表面粉化】水玻璃砂吹CO2硬化并放置一段时间后，在砂型或砂芯表面出现“白霜”现象 ，不利于型芯的存放。(1) 限制水分和吹CO2时间，避免气压不足而延长吹气，导致表面层反应过度。(2) 不要将砂型（芯）久放，冬季尤其应注意。(3) 加入占原砂质量1%的糖浆或刷涂料后进行表面

9、烘干。砂芯抗吸湿性差(1) 在钠水玻璃中放置锂水玻璃，形成不溶性碳酸盐和硅酸盐，减少游离的钠离子。(2) 加入少量的憎水有机物材料或具有表面活性剂作用的有机物。旧砂再生和回用困难第3章 有机化学粘结剂砂芯（型）1、铸造上常用的植物油粘结剂主要为桐油。硬化原理为通过氧化聚合，使油类低分子变为高分子。2、油脂硬化反应须具备的条件：a) 植物油分子中必须有双键，双键越多，越容易进行氧化、聚合反应，形成网状结构。b) 硬化过程必须有氧参加，氧在硬化过程中起到桥的作用，供氧越充分，硬化反应速度越快，硬化后强度也越高。c) 温度：加热是反应加速进行的重要条件，但温度过高将使油发生燃烧和分解。一般200-2

10、20为宜。如需缩短烘干时间，可将温度提高到250，但绝不能超过300。3、油砂的性能特点：a) 干强度高，容让性和出砂性好。比强度可达0.9Mpa，300以上燃烧、分解失去强度。b) 湿强度低，流动性好。湿态粘结力主要取决于粘结剂表面张力和砂粒间的附着力。油可起润滑作用。c) 发气性强。高温燃烧和分解的发气量较粘土砂和水玻璃砂大。CO和有机气体及光亮碳使铸件表面光洁。d) 其它工艺特性。油属憎水材料，所以不易粘附芯盒，便于操作；烘干后不吸潮，易存放。但铸造用多为干性油，在空气中存放时易发生结皮。4、 【树脂砂】：以树脂为粘结剂配制的型（芯）砂。5、 树脂砂主要优点：铸件表面质量好，尺寸精度高；

11、不需要烘干，缩短了生产周期，节省了能源；砂型（芯）的强度高，透气性好，铸件缺陷少，废品率低；流动性好，易紧实；溃散性好，容易落砂、清理，大大减轻了劳动强度。6、 树脂砂主要缺点：对原砂粒度、粒形、SiO2含量及碱性化合物等要求高；操作环境温度、湿度对硬化速度及硬化强度影响较大；与无机粘结剂相比，树脂砂的发气量较大；树脂和催化剂有刺激气味，要求车间内通风良好；树脂的价格较高。7、 【呋喃树脂自硬砂】：常温下呋喃树脂由催化剂作用发生化学反应固化的型（芯）砂。8、 【可使用时间】：即树脂砂混砂后能制出合格砂芯的时间。9、 【脱模时间】：指树脂砂在芯盒硬化取出而不变形的时间。10、 可使用时间，则造型

12、、芯前允许的停留时间；脱模时间，硬化速度，制型、芯效率。11、 呋喃树脂砂由原砂、呋喃树脂、催化剂、添加剂组成。12、 【铸型涂料】：提高铸型（芯）抵抗金属液，降低铸件表面粗糙度、防粘砂，表面涂刷的一层。13、 涂料作用：降低表面粗糙度；防止或减少粘砂、砂眼和夹砂等缺陷。14、 涂料的基本组成：耐火粉料、载液、粘结剂、悬浮剂和助剂。常用的载液有水和可挥发溶剂，分别称为水基涂料和快干涂料。15、 涂料的性能：物理性能、工艺性能、工作性能和流变性能四个方面。（1）涂料的工艺性能：饱沾性：涂料应饱沾在刷子上而不淋滴；涂刷性：涂刷涂料时滑爽而无粘滞感；流淌性：涂料在垂直壁上向下流淌的趋势；流平性：涂料

13、涂刷后自动消失刷痕的能力；渗透性：涂料渗入到砂型（芯）孔隙中的能力。（2）涂料的工作性能：抗粘砂性：涂料能否起到良好的防粘砂效果；悬浮稳定性：涂料中的粉料应悬浮在载液中；涂层强度：主要取决于涂层对铸型（芯）附着强度；抗裂纹性：涂料层在烘干和浇注时不开裂的性能。（3）【流变性】：指流体在力的作用下的变形和流动状态特点（度量流变性最常用的物理量为粘度）。16、 涂刷方法：涂刷法、浸涂法、喷涂法。涂刷法：是使用毛刷将涂料涂敷在砂型(芯)表面的手工操作。浸涂法：是将砂型(芯)全部或局部浸没在盛有涂料的槽中，经很短时间后从槽内取出，使涂料浸涂于砂型(芯)表面。喷涂法：是利用压缩空气及喷枪使涂料雾化并喷涂

14、在砂型(芯)表面。第三篇 铸造工艺设计及工装设计 第一章 铸造工艺设计的基本概念1、 铸造工艺设计要求：铸件高力学性能、尺寸精度和低表面粗糙度；生产周期短，成本低。2、 铸造工艺设计原则：根据零件结构、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，是生产准备、管理和铸件验收的依据，并指导生产操作。3、 铸造工艺设计的内容和程序：第二章 铸造工艺方案的确定1、从避免缺陷方面审查铸件结构（铸件质量对零件结构的要求）：铸件壁厚应合理；铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意壁厚过渡和圆角；铸件内壁应薄于外壁；壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节；利于补

15、缩和实现顺序凝固。2、从简化铸造工艺方面改进零件结构（零件结构的铸造工艺性分析）：改进妨碍起模的凸台、凸缘和肋板的结构；取消铸件外表侧凹；改进铸件内腔结构以减少砂芯；减少和简化分型面；有利于砂芯的固定和排气。3、【浇注位置】：指浇注时铸件在铸型中的位置。4、 浇注位置与造型（合箱）位置、铸件冷却位置可以不同。5、 浇注位置一般于选择造型方法之后确定。应使铸件的重要部位处于有利的状态，并针对容易出现的缺陷，采取相应的工艺措施予以防止。浇注位置选择原则：铸件的重要加工面应朝下或位于侧面；铸件的大平面应朝下；应保证铸件能充满；应有利于铸件的补缩；避免用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯、合箱及检验；应

16、使合箱位置、浇注位置和铸件冷却位置相一致。6、 【分型面】：指两半铸型的接触表面。7、 选择分型面应注意“四少两便”，即：少用砂芯、少用活块、少用三箱、少用分型面、便于清理、便于合箱。分型面选择原则：8、 砂芯设计总原则：造芯、下芯方便；不造成气孔等缺陷；铸件内腔尺寸精确；使芯盒结构简单。 具体为：9、 【芯头】：指伸出铸件以外不与金属接触的砂芯部分。10、 芯头要求：固定砂芯，准确定位，承受砂芯重力及浮力；及时排出浇注后砂芯产生的气体；上下芯头及芯号容易识别；有适当斜度和间隙，下芯、合型方便。11、 芯头可分垂直和水平芯头（包括悬臂式）两大类。其组成包括：芯头长度、斜度、间隙、压环、防压环和

17、积砂槽等。12、 【铸造工艺设计参数】：指铸造工艺设计时需要确定的某些数据。13、 铸造工艺设计参数包括铸造收缩率（缩尺）、机械加工余量、起模斜度、最小铸出孔的尺寸、工艺补正量、分型负数、反变形量、非加工壁厚的负余量、砂芯负数（砂芯减量）及分芯负数等。第三章 浇注系统设计1、 【浇注系统】：铸型中液态金属流入型腔的通道。2、 浇注系统组成：外浇道（浇口杯、浇口盆）、直浇道、横浇道、内浇道。3、 浇注系统要求：4、 常用的集渣包有 齿形 和 离心式 两种，设计时需保证集渣包的出口截面积应 小于 入口。5、 【阻流截面】：浇注时控制金属液冲型速度的最小断面。6、 浇注系统按各单元截面比例分类：7、

18、 浇注系统计算的基本思路：确定了浇注系统的类型和布置之后，需要计算浇注系统各组元的尺寸。一般先确定浇注系统的最小断面（阻流断面）尺寸，然后以最小断面为基数，按经验比例关系计算其他组元的截面。 具体计算步骤：奥赞公式（适用于完全充满，封闭式）：通过内浇道金属液重量G的确定；浇注时间t的确定；流量系数的确定；确定平均压力头Hp；将上述数据代入奥赞公式；根据截面比例确定各组元截面积；验算型内金属液上升速度。第四章 冒口和冷铁1、 【冒口】：在铸型内专门设置的储存金属液的空腔，在铸件形成时补给金属液，有效防止缩孔、缩松，并兼有排气和集渣作用。2、 冒口的种类有：3、 缩孔位置的确定：4、 铸件凝固的基

19、本原则：顺序凝固原则、同时凝固原则。5、 凝固原则的选择方法：除承受静载荷外还受到动力作用、要求保证安全使用的铸件，承受流体压力不允许渗漏的铸件或表面粗糙度要求高的铸件以及铸态组织要求致密的其它铸件。厚实的或壁厚不均的铸件，当其材质是无凝固膨胀且倾向于逐层凝固的铸造合金时，宜采用顺序凝固。碳硅含量较高的灰铸铁，其铸件凝固时有充分的石墨化膨胀，不易出现缩孔和缩松。宜采用同时凝固。球墨铸铁利用凝固时的石墨化膨胀力实现自补缩缩(即实现无冒口铸造)时应选择同时凝固。非厚实的、壁厚均匀的铸件，尤其是薄壁件(各种合金的)宜采用同时凝固。当热裂或变形、冷裂是铸件主要缺陷时宜采用同时凝固。结晶温度区间大的倾向

20、于糊状凝固的合金（如锡青铜），对其铸件气密性要求不高时，一般宜采用同时凝固。6、 冒口计算方法之一模数法。【模数】：铸件被补缩部位的体积与散热表面积的比值。7、 模数法基本原理：冒口凝固时间应大于或至少等于铸件被补缩部位的凝固时间；冒口必须具有足够的合金液补充铸件被补缩部分的体积收缩。8、提高通用冒口补缩效率的措施和特种冒口：9、【补贴】：指由铸件被补缩区起至冒口为止在铸件壁厚上补加一块逐渐增厚的金属块(即金属补贴)或者发热材料块（即发热或保温补贴)。10、金属补贴实质上是改变了铸件的结构，人为地造成补缩通道；保温补贴可以延长该区域的凝固时间。两种方法都可以达到加强顺序凝固的目的，保证补缩效果。11、【冷铁】：为增加铸件局部冷却速度，在型腔内部及工作表面安放的金属块。冷铁分为内冷铁和外冷铁。 12、