铸造工艺学问答题

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1、二问答题1、试述夹砂的特征、形成机理及预防措施。答（1）特征：是一类表面缺陷，分为夹砂结疤和鼠尾；（2）形成机理 A:砂型表面层因 热膨胀产生的应力超岀了水分饱和凝聚区的强度；B：型砂的热膨胀超过热应变；C： 干燥 层的热应力超岀水分凝聚区的强度热膨胀大于凝聚区的热应变；3预防措施A：造型材 料方面，正确选用和配制型砂是防止夹砂的主要措施；B：铸造工艺方面，避免大平面在水 平位置浇注；C：铸件结构方面：尽量避免大平面，铸造圆角要合适。不同形状的型腔：其 抗夹砂能力是不同的2、简述CO2硬化的钠水玻璃砂的硬化机理。答：机理：因为水玻璃中本来就有下列平衡，硅酸钠水解，Na2O mSiO2 nH2O

2、=2NaOH+mSiO2 nH2O向水玻璃中吹人二氧化碳时，由于二氧化碳是酸性氧化物其余水解反应NaoH+CO2=Na2co3+H2O促进水解反应向右进行，硅酸分子增多， 其发生缩聚反应三Si-O-H+H-O-Si三-三Si-O-Si三+H2O其还会进一步缩聚，形成凝胶。钠 水玻璃的物理脱水作用，由（液态到固态）和化学反应（形成新物质）的结果。3、影响型 砂透气性的因素有哪些？答：砂粒的大小、粒度分布、粒形、含泥量、粘结剂种类、加人量和混砂时粘结剂在砂粒上 的分布状况以及砂紧实度的影响4阐述机械粘砂的形成机理、影响因素和防止措施答：是指铸件的部分或整个表面粘附着一层砂粒和金属的机械混合物，是由

3、于金属渗人铸型表面的微孔形成的。机理铸型中某个部位受到的金属液的压力大于渗人临界压力。影响 因素（1）金属液对铸型表面的润湿性。一般来说润湿角小于90度两者不润湿可防止金属液 的渗人，而润湿角大于90度时，两者润湿有利于金属液的渗人，产生粘砂。但洛铁矿砂因 能产生固相烧结，生成致密稳定的烧结层从而防止粘砂；（2）型芯表面的微孔尺寸。其与砂 的颗粒大小和分散度以及紧实度有关。一般砂粒越细，分散度越大紧实度高且均匀有利于防 止金属液的渗人。但浇注温度较高时，细砂粒因耐火度不够可能造成更严重的粘砂，而更高 时粗砂粒的粘砂则比细砂粒又要重些；（3）铸型微孔中的气体压力。铸型微孔中的气体压力 高，则背压

4、大有利于防止金属液的渗人（4）金属液压力及铸型表面处于液态的时间。金属 夜的静压力和动压力是金属液渗人的动力、铸型表面的金属液存在时间长，金属液可深人到 型砂的部。防止措施：（1）减小铸型表面微孔尺寸。如采用细颗粒原砂、表面刷涂料、提高紧 实度等（2）铸型中加人能适当提高铸型背压或能产生隔离层的附加物如煤粉等（3） 改用非硅 质特种原砂。如能产生固相烧结的洛铁矿砂、或热导率大蓄热系数大的锆砂，以降低铸型表 面金属液存在的时间（4）此外还可将体浇注温度、降低充型压力等5、化学粘砂防治措施答：1尽量避免在铸件和铸型界面产生形成低熔点化合物的化学反应2促进形成易剥离性粘 砂层或易剥离的烧结层6、高温

5、金属浇入铸型后金属和铸型有哪些相互作用从而又可能出现哪些铸造缺陷 列 举5种以上铸造缺陷答热作用、机械作用、物理化学作用。缺陷：夹砂结疤、毛刺、粘砂、鼠尾、气孔、型壁移动、胀砂、砂眼、浇不足。7、壳芯砂常用什么树脂作粘结剂、硬化剂，在壳型、壳芯生产和浇注时，常会出现那些问 题？答：硬化剂乌洛托品，粘结剂树脂粘结剂。壳型、壳芯生产和浇注时产生的问题：脱壳、起 模时膜破裂、表面疏松、壳变形和翘曲、强度低、夹层；浇注时容让性、溃散性问题，浇注 时型芯破裂、铸型表面产生橘皮、气孔、皮下气孔。8、何谓水玻璃模数？造生产使用水玻璃时如何提高或降低水玻璃的模数？举例说 明。答：钠水玻璃中二氧化硅和氧化钠的物

6、质的量的比值通过化学反应改变模数，加人氢氧化钠提高氧化钠可降低，加人氯化氢、氯化铵中和氧化钠可增加9、何谓型砂含泥量？ 它对型砂性能有哪些影响？原砂或型砂中直径小于0.020mm的细小颗粒的含量。影响因素（1）原砂中泥分增多，空隙减小，透气性下降（2）原砂的含泥量增多，型砂的湿压强度提 高，达到最适干湿状态的含水量也提高（3）若原砂泥分中不含粘土矿物，原砂中的泥分增 多会使砂型变脆，起模性变坏。10、试说明膨润土、普通粘土的主要矿物成分，其结晶结构有何区别？答：膨润土主要有蒙脱石等矿物组成，铸造用粘土主要含有高岭土或依利石类矿物。高岭 石是1：1型两层结构的粘土矿物它的每一个单位晶层是有一层硅

7、氧四面体和一层铝氧八面体层结合而成的。蒙脱石是典型的2:1型三层结构的粘土矿物，其单位晶层是由两层硅氧四 面体夹着一层铝氧八面体而组成的11有的工厂在配制膨润土砂时加入打，加打起什么作用？配制普通粘土砂时，要不要加打？答：打可以使钙基膨润土转化为钠基膨润土。配置普通粘土砂石不需要加扌J?（不确定）12湿型砂中加入煤粉起什么作用、对煤粉有什么要求? 答：作用：（1）、产生大量还原性气体，防止金属液被氧化并使铁液表面的氧化铁被还原和 提高型砂的背压,有利于防止粘砂缺陷（2）煤粉受热形成的半焦充填堵塞型砂表面颗粒间的孔 隙，阻碍金属液的渗透防止粘砂缺陷（3）煤粉受热后变成胶质体，具有可塑性，可吸收原

8、砂的受 热膨胀力，减少夹砂结疤类缺陷（4）煤粉在高温下受热分解在铸型界面上析岀光亮碳，使型砂 不为金属液所润湿减少粘砂类缺陷要求:挥发分含量，灰分、固定碳、光亮碳析岀能力，不能太细13、在铸钢件生产中，型砂是否需要加入煤粉，为什么？答：不能，只能用在铸铁件中。加人后会增加铸钢件渗碳，影响铸件质量。14、为保持湿型砂性能稳定，日常生产中应检测哪些主要性能？答：水分、紧实度、湿压强度、透气性、破碎指数、流动性、含泥量、发气性。还应测有效粘土和有效煤粉含量、抗粘砂性、抗夹砂性15、铸造用砂的耐火度，烧结点的意义及其对铸件质量的影响为何？答：烧结点：原砂颗粒表面或沙砾间混杂物开始熔化的温度，它是原砂各

9、种组合成分耐火性能的综合反应。影响：可以获得更好地铸件表面质量（自己蒙的）。16、非石英质铸造用砂的主要特点是哪些？举例说明之。答：非石英质原砂是指矿物组成中不含或只含少量游离二氧化硅的原砂，大多数都有较高 的耐火度、热导率、热扩散率和蓄热系数，热膨胀系数低而且膨胀均匀无体积突变，与金 属氧化物的反应能力低等优点，能得到表面质量高的铸件并改善清砂工作条件，但有的价格 较高，比较稀缺。例如：镁砂的蓄热系数约为硅砂的1.5倍，热胀系数比石英小，没有因相 变而引起的体积突然变化。橄榄石砂的烧结点约为1200,比硅砂低，但它不为金属液润湿, 具有化学惰性，因此认为其耐火性还是好的。当与钢液接触时，其砂

10、粒表面熔化烧结，形成 致密层，可防止铸件粘砂和毛刺脉纹。锆砂的热胀系数只有硅砂的1 /31/6，能避免铸件产 生夹砂结疤等缺陷。热导率是硅砂的两倍多，因此冷却凝固速度很快，可细化金属组织，提 高铸件的力学性能热化学稳定性高几乎不被熔化金属或金属氧化物侵润，有利于阻止金属液 侵人铸型孔隙，可防止化学粘砂，减少机械粘砂缺陷 17、型砂必需具备哪些基本性能？答：性能：（1、良好的成形性（2）足够的强度（3）定的透气性、较低的发气量、 吸湿性（4）较高的耐火度，较好的热化学稳定性较小的膨胀率收缩率（5）较好的退让性、 溃散性耐火性。18、为什么对砂芯进行分级，生产中一般怎样进行划分？ 答： 为了便于合

11、理地选用砂芯 用芯砂的粘结剂和有利于芯砂的管理，根据砂芯形状特征、浇注期间的工作条件及产品质量 的要求，生产上分为五级 19、砂芯的主要功能有哪些，应满足哪些基本要求答： 功能：砂芯主要用来形成铸件的腔、孔及铸件外形不易出砂的部位。要求：砂心的形 状尺寸以及在砂型中的位置应符合铸件的要求，具有足够的强度和刚度，在铸件成型过程中 产生的气体能及时地排出型外，逐渐收缩时阻力小和容易清砂。 20、压环、防压环、积砂 槽各有什么作用？答： 压环：合箱后它能把砂芯压紧，避免液态金属沿间隙进入芯头，堵塞通气道。防压环： 防止掉砂缺陷。集砂槽：用来存放个别散落的沙粒，大大加快下芯速度 21 、何谓冷芯盒法，

12、 三乙胺冷芯盒制芯有哪些优缺点？ 答：冷芯盒法：将砂子、液态树脂及液态催化剂混合均匀后，填充到芯盒硬化成型 三乙胺。 优点：生产效率高、节能、能得到光洁的铸件。缺点：树脂、催化剂价格比较高、易燃，对温度的敏感度比较大，特别是聚异氰酸对水的敏感度比较高，芯砂存放时间有限，胺类催化 剂粘在皮肤或者衣服上很难洗掉。而且铸件会有皮下气孔、脉络、光亮碳等缺陷。 22、钠水玻璃砂存在哪些主要问题以及解决途径？ 答： 1、出砂性差。（1）在钠水玻璃砂中加入 附加物（2）减少钠水玻璃用量（3）降低易熔融物质的含量（4）采用以石灰石为原砂的钠水玻璃二氧化硅硬化砂。2、铸铁件粘砂：为了防止粘砂应涂涂料，而且最好刷

13、醇基涂料， 一般铸铁也可以在钠水玻璃中加入煤粉，也可加入高岭土粘土，从而得到表面光洁的铸件。3、型芯表面粉化，控制钠水玻璃的水分不要偏高，吸二氧化碳的时间不宜长，型芯不要久 放。4、型砂抗吸湿性差（1）在钠水玻璃中加入锂水玻璃或其他无机附加物（2）在钠水玻璃中加入少量有机材料或加入具有表面活性剂作用的有机物，从而改善吸湿性。5、发气量 大，旧砂再用和回用困难，热膨胀问题。 23 为什么水玻璃砂出砂性差？答：水玻璃砂的主要缺点是溃散性差，使出砂困难，从而限制了它在铸造上获得更广泛的应 用。24、ZGS 90-21 Q15； ZGS 80-15 H-30 各表示什么意思？答：ZGS铸造用硅砂 90

14、-一二氧化硅分级代号21-力度分组代号在主要粒度组成 部分中，如果前筛余留量大于后筛余留量，则在粒度代号后面用 Q 表示，反之用 H 表示。15 表示为圆形25、怎样审查铸造零件图纸，其意义何在？答： 意义 1）审查零件的结构是否符合铸件的要求，因为有些零件的实际并没有经过上面 的四个步骤，设计者往往只顾及到零件的功用，而忽视了铸造工艺要求，在审查中如发现结构设计有不合理之处，就应与有关方面进行研究，在保证使用要求的前提下进行改正2）在 既定的零件结构条件下，考虑铸造过程中可能出现的主要缺陷，在工艺设计中采取措施予以防止。 审查：（1）从防止铸造缺陷方面考虑审查零件结构（2）从简化铸造工艺方面

15、审查零件结构26、为什么要设分型面，怎样选择分型面？答： 铸型面是指两半铸型接触的表面，分型面的优劣在很大程度上影响铸件的尺寸精度、 成本和生产率。选择原则：（1）应使铸件全部或大部置于一个型（2）应尽量减少分型面的数目（3）分型面应尽量选择平面（4）便于下芯、合箱和检查尺寸（5）不使沙箱过高（6） 受力件的分型面的选择不应消弱铸件结构强度（7）注意减轻铸件清理和减少机械加工量。27浇注位置的选择或确定为何受到铸造工艺人员的重视？应遵循哪些原则？ 答：铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型所处的状态和位置，确定浇注系统是铸造工艺中重要的一环，关系到铸件的在质量，铸件的尺寸精度及造型工艺过程的难易。原

16、则（：1）铸件 的重要部分应置于下面 （2）重要加工面应朝下或称直立状态（3）使铸件的大平面朝下，避免夹砂结疤类缺陷 （4）应保证铸件充满 （5）有利于铸件的收缩（6）避免用吊砂、吊芯或悬臂式砂（7）应使合箱位置、浇注位置和铸件冷却位置相一致28解释奥赞公式，说明应用该公式进行铸铁件浇注系统设计计算的步骤答:阻=m/pTMV2gHp S 阻阻流截面积m流经阻流的金属总质量p金属液的密度口一充填全部型腔时，浇注系统阻流截面积的流量系数Hp充填型腔时的平均计算压力头t充填型腔时的总时间g重力加速度通常在确定铸造方案的基础上设计浇注系统，用奥赞公式进行铸铁件浇注系统设计计算的步 骤如下： 1） 选择

17、浇注系统类型（封闭式、开放式、半封闭式、顶注式、中间注入式等）。 2） 确定浇道在铸件上的位置、数目和金属引方向； 3） 决定直浇道的位置和高度。一般应使直浇道高度等于上砂箱高度，为了保证金属液能充满离直浇道最远的铸件最高部位，铸件高点离浇口杯液面的高度必须有一最小值HM，（称为剩余压力头，HM= H0-P）o4）计算浇注时间并核算金属上升速度 核算铸件最大横截面处的型金属液上升速度。当不满足要求时，应缩短浇注时间或改变浇注 位置。5）计算阻流截面积：依水力学公式（奥赞公式）计算阻流截面积S阻。6）确定浇口比并计算各组元截面积：浇注系统中主要组元的截面的截面积比例关系称为浇口比。以阻流截面积为

18、基数（作为1）计算其他组元的断面积。7 ）绘岀浇注系统图形29、设计一个由浇口杯、直浇道、直浇口窝、横浇道、浇道组成的封闭式浇注系统时，它 们的结构形状、布局、相互位置及尺寸关系等应符合哪些要求？才有利于发挥该系统的阻 渣作用，为什么？答：1.根据浇注方案，各组元要满足一定的浇口比2.浇道距直浇道应足够远3.有正确的直浇 道末端延长段4.浇道应位于横浇道下部，且和横浇道具有同一个底面5横浇道高大于宽，一 般为其二倍6.浇道尽量扁而薄 因为渣团密度小于金属液，故其一边上浮一边沿着金属液做水平运动，若能使渣团上浮到横浇道顶部且超过浇道的吸动区，便能阻渣 30、简述铸件浇 注位置和分型面选择的基本原

19、则。答： 浇注位置：1.铸件的重要部位应尽量置于下部 2.重要加工面应朝下或成直立状态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7.应使合箱位置浇注位置和铸件冷却位置相 一致分型面： 1.应使铸件全部或者大部置于同一半型2.应尽量减少分型面数目 3.分型面应尽量选择平面 4.便于下芯合箱和检查型腔尺寸5.不使型腔过高 6.受力件的分型面的选择不应消 弱铸件结构强度7.注意减轻铸件清理和机械加工量 31画岀底注式浇注系统示意图，并简述其优缺点和应用围 答：优点：充型平稳。横浇道、浇道充满时利于挡渣；能够

20、减少金属氧化物。缺点：温度分 布上高下低，铸件补缩效果不好；交到附近易于过热，易发生缩松和晶粒粗大等缺陷；铸件顶部、边远处容易形成浇不到，冷隔等缺陷。应用：主要用于结构复杂的各种黑色金属铸件和易氧化的有色合金铸件。图（略）（不会画）32 综述原砂颗粒特性对粘土型砂性能（湿强度、透气性、流动性等）的影响答： 透气性：同体积粗砂粒的周界面积比细砂粒周界面积小，因而气体通过时所受的阻力小，因而粗砂粒的透气性高于细砂粒，砂粒分散，在外力作用下细砂粒嵌在大砂之间减小了孔隙，因而透气性低，沙粒形状对透气性也有影响但较小。湿强度：颗粒越细或越分散则是压强度越高；粒形的影响，在紧实次数相同的情况下，尖角形砂比

21、圆形砂的湿压强度高 流动性：圆形砂比尖角形砂流动性好。33简述造型对型砂紧实度的要求以及紧实度对铸型性能的影响答：要求铸型紧实度高而且均匀。紧实度对铸型性能的影响：型砂需要紧实才能成为整体的 砂型。砂型的紧实程度常用紧实度（密度）和孔隙度表示。紧实度影响着铸型的强度和透气 性。紧实度越大，铸型强度越大，透气性越差。紧实度高，蓄热系数也高，加快了金属的凝 固冷却速度，改善了铸件的在质量，组织更为致密，铸件尺寸精确，力学性能有所提高。对 高压造型法的研究表明，铸型紧实度高，浇注时型壁移动量小，铸件尺寸精确，表面光洁。因此，铸件可以做得更薄，进而减轻铸件机器重量。34锆砂、镁砂和铬铁矿砂等非硅质砂具

22、有哪些优点?各适用于什么场合?答：镁砂的蓄热系数约为硅砂的1.5 倍；热膨胀率比石英少；没有因相变而引起的体积突然 变化。镁砂属碱性耐火材料，不与氧化铁和氧化锰发生化学作用，因而常用作高锰钢型砂或涂料。锆砂：锆砂的热膨胀性比硅砂、镁橄榄石砂、铬铁矿等材料都小，只及硅砂的1/31/6，能 避免铸件产生夹砂结疤类缺陷；而热导率和蓄热系数、密度都比石英砂高很多，其热导率比 硅砂的高两倍多，因此铸件冷却速度快，可细化金属组织，提高铸件的力学性能；热化学稳 定性高，几乎不被融融金属或金属氧化物浸润，有利于阻止金属液浸入铸型空隙，可防止化学黏砂，减少机械黏砂缺陷。目前在我国除极个别工厂用进口锆砂作为合金钢

23、铸件和大型铸件后壁处用型砂（面砂）外，较多工厂使用国产锆砂磨粉制成抗粘砂涂料，涂膏，取得较好效果。铬铁矿砂：在化学上比较稳定，有很好的抗碱性渣的作用，不与氧化铁等起化学反应，比镁 砂更为优越。加热至1700 摄氏度以前无相变，体积基本上稳定。热导率比硅砂大数倍，有 良好的激冷作用。在金属浇铸过程中，其本身发生固相烧结，因此有助于防止金属液的渗透， 其抵抗钢液渗透的能力高于锆砂，镁橄榄石砂或细硅砂，具有不润湿性。在铸造生产中，铬 铁矿砂主要是配制成面砂，用于制造厚大铸钢件和各种合金刚铸钢件，特别是它们的局部热节处，或制成涂料。35、根据本课容和你所了解的知识，试总结一下硅砂具有哪些缺点。答：硅砂

24、缺点：热稳定性差，在570 摄氏度左右发生相变，伴有甚大的体积膨胀，是铸件产 生各种“膨胀缺陷”的根源,也是影响铸件尺寸精度和表面粗糙度的主要因素；高温下的化 学稳定性不好，易与Fe0作用产生易熔的铁橄榄石，导致铸件表面粘砂，经过多次循环使用 后，砂粒表面积累变质烧结层，影响铸件的质量，不得不废弃更新，而且这种废弃砂的再生 处理难度较大；在采用各种高强度、小剂量黏结剂的条件下、旧砂再生处理时，硅砂较易于 碎裂，而且碎裂所产生的粉尘，对人类的健康危害很大。这一点，已逐渐成为硅砂致命的弱点。36 液态金属与铸型间的相互作用在不利的情况下往往造成各种各样的铸造缺陷，有利的情 况下可以改善铸件的质量，

25、因此掌握液态金属与铸型间的相互作用是很重要的。试简述液态金属与铸型间是如何相互作用的答：（1）从金属进入铸型的时刻起，就开始金属和铸型间的热作用。（2）浇注金属后湿砂型 中出现水分蒸发、迁移和凝聚现象。湿型受到金属液的高温作用时，型中的水分分布会发生 变化，产生与湿型温度场相对应的三个区，即干砂区。（3）将金属浇入铸型时，型腔表面温 度急剧升高，并因而出现膨胀和发生强度变化。（4）在金属液的热作用下，铸型中迅速产生 大量水蒸汽。未能及时通过铸型排出去的高温水蒸汽，在界面处与金属液表面接触，将使后 者氧化。（5）型砂组分分解（6）固体碳的燃烧及气化反应。浇注开始后，型腔及界面处的 气体压力迅速升

26、高，高于大气压力，将大气成分排挤掉，因而铸型是在缺氧条件下被加热的。三、工艺分析题试确定下列铸造零件的浇注位置和分型面，并简要说明其理由。1）箱盖 HT200箱盖浇注位置和分型面的方案如图所示，对具有薄壁部分的铸件，应把薄壁部分放在下半型 或置于浇道以下，以免出现浇不到、冷隔等缺陷。2）卷筒 ZG45卷筒浇注位置和分型面的方案如上图所示，圆筒形铸件的重要表面是、外圆柱面，要求加工 后金相组织均匀，无缺陷，其最优浇注位置应是、外圆柱面呈直立状态。3）伞形齿轮毛坯 ZG45伞形齿轮毛坯的浇注位置和分型面的方案如上图所示，由轮齿面是重要的加工面，分型面应 是铸件的最大截面处。4）车床床身 HT200车床床身浇注位置和分型面的方案如左图所示，各种机床床身的导轨面是关键表面，不允许有砂眼、气孔、渣孔、裂纹和缩松等缺陷，而且要求组织致密、均匀以保证硬度值在规定围。对于灰铸铁件而言，床身的最佳浇注位置是导轨面朝下。5)管子堵头 HT200管子堵头全部在上面应使铸件全部或大部置与同一半型分型面是为了取出摸样而设计的,但工字梁分型面在中间受力件的分型面的选择不应消弱铸件的结构强度7) 有一灰铸铁件如图所示，试绘图说明它的各种不同浇注位置和分型方案，并比较其优缺点。