材料加工工程试题库

一、砂型铸造部分（一）填空及名词解释1．设置冒口、冷铁和铸肋的主要目的是（防止缩孔、缩松、裂纹和变形等铸造缺陷）。2．脱模时间(strippingtime)：指从混砂结束开始，在芯盒内制的砂芯(或未脱模的砂型)硬化到能满意地将砂芯从芯盒中取出(或脱模)，而不致发生砂芯(或砂型)变形所需的时间间隔。3。补贴：为实现顺序凝固或加强补缩效果，在靠近冒口的铸件壁厚上补加的倾斜的金属块。4．水玻璃是各种硅酸盐的统称。在铸造上常用的有钠水玻璃、钾水玻璃、锂水玻璃，分别为（硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂）的水溶液，其化学式分别为（Na2O。mSiO2。nH2O、K2O。mSiO2。nH2O、Li2OmSiO2。nH2O）。5．流动性：型砂在外力或自重作用下，沿模样与砂粒之间相对移动的能力称为流动性。6．气硬冷芯盒法（vaporcoldboxprocess）：将混好的双组份树脂砂填入芯盒，然后在室温下通过吹气硬化制成砂芯的方法。7.型、芯砂：将原砂或再生砂+粘结剂+其它附加物等所混制成的混合物为型砂或芯砂（其中将其用于铸型者被称为型砂,用于制砂芯者称为芯砂）。8．可使用时间(benchlife，workingtime)：指自硬树脂砂(其它化学粘结剂也相同)混砂后能够制出合格砂芯的那一段时间。9。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。10．热芯盒法(hot-boxprocess)：用液态热固性树脂粘结剂和催化剂配制成的芯砂，吹射入加热到一定温度的芯盒内(180-250C)，贴近芯盒表面的砂芯受热，其粘结剂在很短时间即可缩聚而硬化而制成砂芯的方法。（二）问答题1.铸铁件、铸钢件和铸造非铁合金件用的湿型砂各具有什么特点？答题要点：由于铸铁件、铸钢件和铸造非铁合金件的合金特性和浇注温度不同，因此它们用的湿型砂不宜一样。①铸铁件的合金熔点较高(略低于铸钢)，浇注温度一般在1200℃一1400℃左右，因此对湿型砂耐火度的要求可比铸钢件低。铸铁件湿型砂的显著特点是其中普遍加入了煤粉，煤粉的作用主要在于防止粘砂。②铸钢件的合金熔点很高，浇注温度高达1500-1650℃，因此要求混型砂有较高的耐火度和透气性。铸钢件湿型砂一般应具有以下一些特点：a)采用耐火度高的硅砂；b)膨润土加入量相应增多，以提高型砂强度，以有利于降低水分，以有利于防止粘砂、夹砂和气孔缺陷；c)严格控制湿型砂水分，提高型砂的透气性；③铸造非铁合金件的合金熔点一般不高，铜合金浇注温度约1200℃，铝合金浇注温度一般不超过700℃一800℃，镁合金浇注温度更低，因此时湿型砂的耐火度和化学热稳定性要求不高，但非铁合金液一般极易氧化，主要要求是防止合金液渗入铸型，要求铸件有较清晰轮廓和光洁的表面。2．根据确定铸件浇注位置的一般原则，指出下列每一组图形中的哪一个是合理的，并说明其理由。图1图2图3答：图1：a)不合理b)合理铸件的重要加工面、工作面、受力面应尽量放在底部或侧部，以防止这些面产生铸造缺陷。图示的齿轮轮齿是加工面和使用面，应将其朝下。图2：a)不合理b)合理浇注位置应有利于所确立的顺序凝固，对于体收缩较大的合金，浇注位置应尽量满足定向凝固的原则，铸件厚实部分应在浇注位置上方，以利于冒口补缩。图3：a)不合理b)合理浇注位置应有利于砂芯的定位支撑，使排气顺畅，尽量避免吊芯、悬臂砂芯。3．试介绍酚醛—酯自硬砂法的基本工艺和它的优点及不足之处答题要点：酚醛—酯自硬法用树脂为在强碱性条件下合成的碱性甲阶酚醛树脂水溶液，其pH值高达11—13．5。用于这种粘结剂的催化剂为一系列的液态酯。酚醛—酯自硬法的一个特殊优点是,有机酯固化剂能直接参与树脂的硬化反应,但在室温下有机酯仅能使大部分树脂交联,故它有一定的塑性。在浇注时的热作用下,未交联的树脂继续进行缩聚反应(称二次硬化),这种先表现出塑性,然后再转为刚性而产生较高强度的特点,导致树脂砂具有一定的热塑性和容让性,可减少硅砂的热膨胀对铸件的收缩阻力,从而减轻铸件、特别是薄壁铸钢件产生热裂纹倾向。目前还有待改进之处是，在树脂加入量相同的条件下，酯硬化砂的实际粘结强度没有酸催化的树脂砂和尿烷自硬砂的高；存放稳定性差；旧砂用干法再生后的使用率平不高。总之，酚醛-酯自硬法是有发展前途的新型树脂体系之一，其树脂砂的成本可能较高，但它在生态学、工人操作和铸造质量上的许多优点有可能弥补成本较高这一缺点。4．在酸催化剂自硬法中，催化剂对硬化过程的控制起着决定性作用。用于呋喃系、酚醛系树脂自硬砂的酸性催化剂哪些？以国内常用的磷酸、硫酸酯和芳基磺酸为例，分别说明它们对树脂自硬砂硬化特性的影响。答题要点：从呋喃系、酚醛系树脂自硬砂用酸性催化剂有：芳基磺酸、无机酸、以及它们的复合物。常用的无机酸为磷酸、硫酸单酯、硫酸乙酯；芳基磺酸为对甲苯磺酸(PTA)、苯磺酸(BSA)、二甲苯磺酸、苯酚磺酸、萘磺酸、对氯苯磺酸等。磷酸多用于高氮呋喃树脂的硬化，砂芯(型)有好的表安性，热强度高，而且，高氮低糠醇树脂采用磷酸作催化剂可获得很好的终强度，而低氮高糠醇用磷酸作催化剂时终强度较低。硫酸酯是酸性最强的无机酸催化剂，它能加速硬化速度，缩短脱模时间，同时对防止砂芯长期存放过程中的软化有利。但残存于树脂膜中的硫酸酯对树脂膜有腐蚀作用，而且硬化和脱水速度快，树脂膜易产生应力和裂纹，使终强度降低，表安性也较差；浇注过程中，将产生SO2气体，不仅污染环境，而且易引起钢液增硫和球墨铸铁球化不良。采用芳基磺酸作催化剂可得到与相应的无机酸同样的硬化速度，且终强度较高，酸的残存率比无机酸低，对再生砂有利。另外，用芳基磺酸作催化剂，混砂时常散发出难闻气味；在浇注过程中用甲苯磺酸作催化剂时会产生少量SO2和H2，也会使球墨铸铁、蠕墨铸铁铸件出现异常表层组织和铸钢件增硫。5．常用于确定冒口尺寸的方法有哪些？其原理是什么？但当冒口尺寸确定后还应怎么办？常用于确定冒口尺寸的方法有哪些？其原理是什么？但当冒口尺寸确定后还应怎么办？答题要点：常用于确定冒口尺寸的方法有：比例法、模数法和补偿液量法。比例法是根据铸件热节处的内切圆直径按比例确定冒口各部分的尺寸，比较简便，应用也比较广泛。模数法是根据铸件被补缩部分的模数和冒口补缩范围内铸件的凝固收缩量，两个条件确定冒口的尺寸，计算比较繁杂但比较可取，适用于要求致密高的铸件。一般冒口模数(Mm)应略大于铸件模数(Mj)。补偿液量法是先假定铸件的凝固速度和冒口的凝固速度相等，冒口内供补缩的金属液是直径为d0的球，当铸件凝固完毕时，d0为冒口直径(Dm)和铸件厚度(δ)之差(即d0＝Dm一δ)；另外，直径为d0的球的体积应该与铸件被补缩部分总的体积收缩值相等(即πd03／6＝εV件，ε为体收缩率)。这样，只要算出铸件被补缩部分的体积V件)，即可得到补缩球的直径d0，然后用公式Dm=d0+δ求出冒口直径。冒口高度可取Hm＝(1.5—1.8)Dm，使冒口补缩可靠。冒口尺寸确定后，应对其进行补缩能力的校核。一般应用铸件的工艺出品率进行校核，如果计算的工艺出品率过低，说明冒口重量过大，应考虑能否采取措施减少冒口尺寸和数量；如果计算的工艺出品率过高，则应考虑是否增加冒口尺寸和数量。6．请简述湿型的生产特点（优缺点）。答题要点：特点：（1）生产灵活性大，适用面广，既可手工，又可机器、以及流水线生产，既可生产大件，也可生产小件，可铸钢（中小件），也可铸铁、有色合金件等；（2）生产效率高，生产周期短，便于流水线生产，可实现机械化及自动化。汽车、柴油机和拖拉机制造业应用最广（300～500kg铸铁薄壁件）；(3)用原材料成本低，来源广；（4）节省能源、烘干设备和车间生产场地面积；（5）因不经烘干，砂箱寿命长；（6）缺点：操作不当，易产生一些铸造缺陷：夹砂结疤，鼠尾，砂眼，胀砂，粘砂等。7。铸件的凝固补缩方式与内浇道的开设位置有很大关系，一般要求内浇道的开设位量应符合铸件的凝固补缩方式。请问要考虑那些因素？答题要点：（1）要求同时凝固的铸件，内浇道应开设在铸件薄壁处，快速均匀地充满型腔，避免内浇道附近的砂型局部过热。（2）要求定向凝固的铸件，内浇道应开设在铸件厚壁处。在铸件与内浇道之间，使金属液经冒口引入型腔，以提高冒口的补缩效果，如球铁曲轴、齿轮以及铸钢齿轮等。（3）对于结构复杂的铸件，往往采用定向凝固与同时凝固相结合的所谓“较弱定向凝固”原则安排内浇道位置开设，即对每一个补缩区按定时凝固的要求设置内浇道，而对整个铸件则按同时凝固的要求采用多个内浇道分散充型，这样设置既可使铸件各厚大部位得到充分补缩而不产生缩孔及缩松，而又可将应力和变形减到最小程度。（4）当铸件壁厚相差悬殊而又必须从薄壁处开设内浇道引入金属液时，则应注意同时使用冷铁加快厚壁处的凝固及加大冒口，浇注时还应采取点冒口等工艺措施，以保证厚壁处的补缩。（三）综合题1．试述钠水玻璃砂的吹C02硬化、加热烘干硬化和有机酯硬化的硬化工艺及硬化机理和对粘结强度的影响。答题要点：钠水玻璃（硅酸钠）是弱酸强碱盐，在水溶液中几乎完全电离，所以钠水玻璃实际是部分电离的聚硅酸负离子和钠离子在水中的分散体系。其中最有意义的反应是硅酸钠(以=Si一0一Na表示)的钠-氧键水解(hydrolysis)(向右进行)和酸-碱反应(向左进行)，不同硅酸盐负离子的平衡是错综复杂的，它取决于pH值、模数和温度，在若干特有的反应过程中达到平衡。如果没有任何胶凝作用的影响，钠水玻璃则可保存很长时间，但它对引起平衡变化的任何因素却非常敏感，这一潜在不稳定特性，通常被用来加速钠水玻璃的缩聚，以形成坚硬的三维的网状结构，使型砂粘结在一起。铸造生产中常用的一些硬化方法，都是加入能直接或间接影响上述反应平衡点的气态、液态或粉状固化剂，与OH-作用，从而降低pH值，或靠失水，或靠上述二者的复合作用来达到硬化。(1)加热硬化----失水发生由液态到固态的转变凡是能去除钠水玻璃中水分的方法，如加热烘干、吹热空气或干燥的压缩空气、真空脱水、微波照射以及加入产生放热反应的化合物等都可使钠水玻璃硬化。(2)化学反应形成新的产物钠水玻璃在pH值大于10以上很稳定，加入适量酸性或具有潜在酸性的物质时，其pH值降低，稳定性下降，使水解和缩聚过程加速进行。A)吹C02硬化C02与钠水玻璃中的水作用形成碳酸：CO2+H20----2H++C03-产生的H+使表面钠水玻璃的pH值不断降低，并达到迅速硬化。钠水玻璃同C02反应，消耗Na20，把凝胶化的水玻璃推到图的不稳定液体和凝胶区域(区域11)。这种Si02凝胶含Si02高，并使砂芯和砂型建立强度。B)有机酯液态硬化剂酯促使钠水玻璃砂硬化建立强度分两阶段，酯使钠水玻璃胶凝化，产生强度；最终强度来自硅酸钠脱水。用酯硬化时，酯在钠水玻璃中进行水解生成有机酸和醇，有机酸提供氢离子，其反应通式是RCOOR’+H2O-------RCOOH+R’OHRCOO-与钠水玻璃电离的钠离子Na+发生皂化反应，生成脂肪酸钠；H+与钠水玻璃的OH-结合，均有利于酯的进一步水解和使钠水玻璃析出硅酸溶胶，并促使朝着生成大的凝聚的硅酸分子方向移动，当它在三维空间任意生长时，就形成凝胶，这就导致钠水玻璃硬化。各种硬化方法所得钠水玻璃砂的强度是不同的.其原因为:a．得到的粘结剂膜组织的密度和有序性排列不同，因而影响强度的大小，其顺序为加热硬化、酯硬化、铬铁渣硬化、CO2硬化，相应的粘结膜的内聚强度为41．0MPa、29．8MPa、20．5MPa、14．9MPa；b．相应地，所得的钠水玻璃的凝胶胶粒大小明显不同，C02硬化的胶粒直径为0．2—0．48µm，酯硬化的为0．07-0．18µm，真空硬化的为0．06-0．16µm，加热硬化的只有0．035-0．04µm，因而强度会明显不同。2．在化学粘结剂砂制芯（型）中，壳法和热芯盒法同属加热硬化法,请分别简述其基本工艺、优缺点、应用范围和应用前景。答题要点：将砂粒表面上已覆有一层固态树脂膜的称为覆膜砂，又其与加热到160-260℃的金属模接触，从而形成与金属模外形轮廓一致的型腔、厚度为6-12mm的坚硬薄壳的造型