hw-1参考答案

制造工程基础作业1:砂型铸造工艺原理1、影响液态金属在浇注系统与型腔内的流动性的因素有哪些？什么是铸造过程中液态金属的过热度？它对铸造过程的成功与否有何作用？液态金属充填型腔时为什么要避免形成紊流？什么是铸造金属的熔化热？其在铸件凝固过程中有何作用？参考答案要点：（1）影响因素：浇注温度（过热度）；金属的化学成分（影响凝固机制和熔化潜热）；浇注速率；液态金属粘度；与周围环境的热传递如果能答出“还与铸型结构如壁厚有关”，则表示对该问题理解更深入。（2）过热度：液态金属浇注温度与开始凝固温度之差。过热度过低，容易造成冷隔和浇不足；过热度过高，容易表面质量下降，夹砂，产生氧化夹杂物和气孔。（3）紊流：浇注速度过高，易产生紊流，紊流会形成金属氧化物和加剧冲蚀铸型表面。（4）固体金属熔化时需要从外界吸收热量，叫熔化潜热；与之相对应，液态金属结晶凝固时，要放出热量，叫结晶潜热。结晶潜热的大小会影响液态金属的流动性，使凝固过程在恒温或一定温度区间内完成。2、在砂型铸造中采用一圆柱体冒口，对于给定的冒口体积，确定如何选择其直径/长度比以获得最大的凝固时间。按这样的尺寸关系为某铸造砂型设计圆柱体冒口，铸件为正方形平板，边长25cm，厚度2cm。如果铸件材料为铸铁，Chvorinov定律（p.90式4-6）的铸型常数Cm＝2.5min/cm2，试确定冒口的尺寸和体积，以使其凝固时间比铸件部分凝固时间长30％。如采用球形冒口，试确定冒口的尺寸和体积，并与圆柱体冒口作比较。参考答案要点：（1）凝固时间最大，则圆柱体的体积表面积比应该最大，冒口体积一定时，则表面积最小时，凝固时间最长。设圆柱体直径d，长度l则体积24dVl，则24Vld（2）表面积22422ddVAdld对表面积求极值240VAdd得到：3/14Vd，即34dV，代入式（2），得：ld，即当对于给定的冒口体积，其直径/长度为1时，可获得最大的凝固时间。（2）铸件的凝固时间（Chvorinov定律）min8.1422522525225255.22nmAVCT冒口的凝固时间：min415.23.186.1%)301(1TT当圆柱形冒口直径/长度为1时，6VdA，min415.265.221dAVCTnm，所以圆柱体冒口直径cmd90.5，长度cml90.5，体积331614cmdV采用球形冒口时，343Vr，24Ar，3VrA，min415.235.221rAVCTnm球形半径2.95cm，体积3310834cmrV（3）可见，当冒口的凝固时间相同时，采用球形冒口体积最小，也就是说，当冒口体积相同时，球形冒口的凝固时间最长。3.单件生产下图所示轴承盖铸件，要求铸后120、90及74柱面同心，试选择分型面和造型方法。参考答案要点：要求三个柱面同心，则要求三个柱面在同一个砂箱中，以避免合箱误差。可以选择图中的红线为分型面，采用两箱造型，图中上半部分在下箱，下半部分在上箱。4、有一测试铸造应力用的应力框铸件（图），凝固冷却后，用钢锯沿A-A线据断，此时端口间隙的大小会产生什么变化？试分析原因。参考答案要点：间隙会变大。原因：两个外杆直径小于内杆直径，外杆先凝固完成后，内杆继续凝固收缩缩短，因此铸件的外杆存在压应力，内杆存在拉应力，因此，锯开内杆时，应力释放，间隙变大。5、砂型铸造中的冒口和冷铁起什么作用？说明它们的作用机理。某厂铸造一批哑铃，常出现如图所示的明缩孔，你有什么措施可以防止，并使铸件的清理工作量最小？参考答案要点：冒口的作用是最后凝固，向铸件补充凝固收缩需要的金属液。机理是在厚壁处设计体积与表面积比较大的冒口，使之最后凝固，补充厚壁处凝固收缩需要的金属液。冷铁的作用是控制铸件的凝固顺序，避免收缩类缺陷。机理是，在厚壁处安防冷铁，冷铁处冷却速度快，形成向浇口或冒口方向的凝固顺序。措施可以有多个方案，例如：（1）图示浇注系统不变，两球处安装冷铁（2）将哑铃型腔竖直放置状态下浇注，下端球处安防冷铁，上端球处用冒口补缩或直接用浇口补缩。