【正文】 第 1 頁 共 43 頁 答案參見我的新浪博客： 一、 砂型鑄造部分 （一）填空及名詞解釋 1．設(shè)置冒口、冷鐵和鑄肋的主要目的是（防止縮孔、縮松、裂紋和變形等鑄造缺陷）。 2．脫模時(shí)間 (stripping time)：指從混砂結(jié)束開始，在芯盒內(nèi)制的砂芯 (或未脫模的砂型 )硬化到能滿意地將砂芯從芯盒中取出 (或脫模 )，而不致發(fā)生砂芯 (或砂型 )變形所需的時(shí)間間隔。 3。補(bǔ)貼：為 實(shí)現(xiàn)順序凝固或加強(qiáng)補(bǔ)縮效果，在靠近冒口的鑄件壁厚上補(bǔ)加的傾斜的金屬塊。 4． 水玻璃是各種硅酸鹽的統(tǒng)稱。在鑄造上常用的有鈉水玻璃、鉀水玻璃、鋰水玻璃，分別為（硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰）的水溶液，其化學(xué)式分別為（ Na2O。 mSiO2 。 nH2O、 K2O。mSiO2。 nH2O、 Li2OmSiO2。 nH2O）。 5．流動(dòng)性：型砂在外力或自重作用下，沿模樣與砂粒之間相對(duì)移動(dòng)的能力稱為流動(dòng)性。 6．氣硬冷芯盒法（ vapor cold box process）：將混好的雙組份樹脂砂填入芯盒，然后在室溫下通過吹氣硬 化制成砂芯的方法。 、芯砂 ： 將原砂或再生砂 +粘結(jié)劑 +其它附加物等所混制成的混合物為型砂或芯砂（其中將其用于鑄型者被稱為型砂 ,用于制砂芯者稱為芯砂）。 8． 可使用時(shí)間 (bench life， working time)：指自硬樹脂砂 (其它化學(xué)粘結(jié)劑也相同 )混砂后能夠制出合格砂芯的那一段時(shí)間。 9。冷鐵：為增加鑄件局部冷卻速度，在型腔內(nèi)部及工作表面安放的金屬塊。 10．熱芯盒法 (hotbox process)：用液態(tài)熱固性樹脂粘結(jié)劑和催化劑配制成的芯砂，吹射入加熱到一定溫度的芯盒內(nèi) (180250C)，貼近芯盒表面的砂芯受熱，其粘結(jié)劑在很短時(shí)間即可縮聚而硬化而制成砂芯的方法。 （二）問答題 1. 鑄鐵件、鑄鋼件和鑄造非鐵合金件用的濕型砂各具有什么特點(diǎn)？ 答題要點(diǎn) ： 由于鑄鐵件、鑄鋼件和鑄造非鐵合金件的合金特性和澆注溫度不同，因此它們用的濕型砂不宜一樣。 ① 鑄鐵件的合金熔點(diǎn)較高 (略低于鑄鋼 )，澆注溫度一般在 1200℃ 一 1400℃ 左右，因此對(duì)濕型砂耐火度的要求可比鑄鋼件低。 鑄鐵件濕型砂的顯著特點(diǎn)是其中普遍加入了煤粉，煤粉的作用主要在于防止粘砂。 ② 鑄鋼件的合金熔點(diǎn)很高，澆注溫度高達(dá) 15001650℃，因此要求混型砂有較高的耐火度和透氣性。鑄鋼件濕型砂一般應(yīng)具有以下一些特點(diǎn)： a) 采用耐火度高的硅砂； b) 膨潤土加入量相應(yīng)增多，以提高型砂強(qiáng)度，以有利于降低水分，以有利于防止粘砂、夾砂和氣孔缺陷； c) 嚴(yán)格控制濕型砂水分，提高型砂的透氣性； ③ 鑄造非鐵合金件的合金熔點(diǎn)一般不高，銅合金澆注溫度約 1200℃，鋁合金澆注溫度一般不超過 700℃ 一 800℃ ，鎂合金澆注溫度更低，因此時(shí)濕型砂的耐火度和化學(xué)熱穩(wěn)定性要求不高，但非鐵合金液一般極易氧化，主要要求是防止合金液滲入鑄型，要求鑄件有較清晰輪廓第 2 頁 共 43 頁 答案參見我的新浪博客： 和光潔的表面。 2． 根據(jù)確定鑄 件澆注位置的一般原則，指出下列每一組圖形中的哪一個(gè)是合理的，并說明其理由。 圖 1 圖 2 圖 3 答： 圖 1： a) 不合理 b) 合理 鑄件的重要加工面、工作面、受力面應(yīng)盡量放在底部或側(cè)部，以防止這些面產(chǎn)生鑄造缺陷。圖示的齒輪輪齒是加工面和使用面，應(yīng)將其朝下。 圖 2： a) 不合理 b) 合理 澆注位置應(yīng)有利于所確 立的順序凝固，對(duì)于體收縮較大的合金，澆注位置應(yīng)盡量滿足定向凝固的原則，鑄件厚實(shí)部分應(yīng)在澆注位置上方，以利于冒口補(bǔ)縮。 圖 3： a) 不合理 b) 合理 澆注位置應(yīng)有利于砂芯的定位支撐，使排氣順暢，盡量避免吊芯、懸臂砂芯。 3． 試介紹 酚醛 — 酯自硬砂法的基本工藝和它的優(yōu)點(diǎn)及不足之處 答題要點(diǎn) ： 酚醛 — 酯自硬法用樹脂為在強(qiáng)堿性條件下合成的堿性甲階酚醛樹脂水溶液，其 pH 值高達(dá) 11— 13． 5。 用于這種粘結(jié)劑的催化劑為一系列的液態(tài)酯。 酚醛 — 酯自硬法的一個(gè)特殊優(yōu)點(diǎn)是 ,有機(jī)酯固化劑能 直接參與樹脂的硬化反應(yīng) ,但在室溫下有機(jī)酯僅能使大部分樹脂交聯(lián) ,故它有一定的塑性。在澆注時(shí)的熱作用下 ,未交聯(lián)的樹脂繼續(xù)進(jìn)行縮聚反應(yīng) (稱二次硬化 ),這種先表現(xiàn)出塑性 ,然后再轉(zhuǎn)為剛性而產(chǎn)生較高強(qiáng)度的特點(diǎn) ,導(dǎo)致樹脂砂具有一定的熱塑性和容讓性 ,可減少硅砂的熱膨脹對(duì)鑄件的收縮阻力 ,從而減輕鑄件、特別是薄壁鑄鋼件產(chǎn)生熱裂紋傾向。 目前還有待改進(jìn)之處是，在樹脂加入量相同的條件下，酯硬化砂的實(shí)際粘結(jié)強(qiáng)度沒有酸催化的樹脂砂和尿烷自硬砂的高；存放穩(wěn)定性差；舊砂用干法再生后的使用率平不高?？傊尤?酯自硬法是有發(fā)展前途的新型樹脂 體系之一，其樹脂砂的成本可能較高，但它在生態(tài)學(xué)、工人操作和鑄造質(zhì)量上的許多優(yōu)點(diǎn)有可能彌補(bǔ)成本較高這一缺點(diǎn)。 4．在酸催化劑自硬法中，催化劑對(duì)硬化過程的控制起著決定性作用。 用于 呋喃系、酚醛系樹脂自硬砂的酸性催化劑哪些？以國內(nèi)常用的磷酸、硫酸酯和芳基磺酸為例，分別說明它們第 3 頁 共 43 頁 答案參見我的新浪博客： 對(duì)樹脂自硬砂硬化特性的影響。 答題要點(diǎn) ： 從呋喃系、酚醛系樹脂自硬砂用酸性催化劑有：芳基磺酸、無機(jī)酸、以及它們的復(fù)合物。常用的無機(jī)酸為磷酸、硫酸單酯、硫酸乙酯；芳基磺酸為對(duì)甲苯磺酸 (PTA)、苯磺酸 (BSA)、二甲苯磺酸、苯酚磺酸、萘磺酸、對(duì) 氯苯磺酸等。 磷酸多用于高氮呋喃樹脂的硬化，砂芯 (型 )有好的表安性，熱強(qiáng)度高，而且，高氮低糠醇樹脂采用磷酸作催化劑可獲得很好的終強(qiáng)度，而低氮高糠醇用磷酸作催化劑時(shí)終強(qiáng)度較低。 硫酸酯是酸性最強(qiáng)的無機(jī)酸催化劑，它能加速硬化速度，縮短脫模時(shí)間，同時(shí)對(duì)防止砂芯長期存放過程中的軟化有利。但殘存于樹脂膜中的硫酸酯對(duì)樹脂膜有腐蝕作用，而且硬化和脫水速度快，樹脂膜易產(chǎn)生應(yīng)力和裂紋，使終強(qiáng)度降低，表安性也較差；澆注過程中，將產(chǎn)生 SO2 氣體，不僅污染環(huán)境，而且易引起鋼液增硫和球墨鑄鐵球化不良。 采用芳基磺酸作催化劑可得到與相 應(yīng)的無機(jī)酸同樣的硬化速度，且終強(qiáng)度較高，酸的殘存率比無機(jī)酸低，對(duì)再生砂有利。另外，用芳基磺酸作催化劑，混砂時(shí)常散發(fā)出難聞氣味；在澆注過程中用甲苯磺酸作催化劑時(shí)會(huì)產(chǎn)生少量 SO2 和 H2，也會(huì)使球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵鑄件出現(xiàn)異常表層組織和鑄鋼件增硫。 5．常用于確定冒口尺寸的方法有哪些？其原理是什么？但當(dāng)冒口尺寸確定后還應(yīng)怎么辦？ 常用于確定冒口尺寸的方法有哪些？其原理是什么？但當(dāng)冒口尺寸確定后還應(yīng)怎么辦？ 答題要點(diǎn) ： 常用于確定冒口尺寸的方法有：比例法、模數(shù)法和補(bǔ)償液量法。 比例法是根據(jù)鑄件熱節(jié)處的內(nèi)切圓直徑按比 例確定冒口各部分的尺寸，比較簡便，應(yīng)用也比較廣泛。 模數(shù)法是根據(jù)鑄件被補(bǔ)縮部分的模數(shù)和冒口補(bǔ)縮范圍內(nèi)鑄件的凝固收縮量，兩個(gè)條件確定冒口的尺寸，計(jì)算比較繁雜但比較可取，適用于要求致密高的鑄件。一般冒口模數(shù) (Mm)應(yīng)略大于鑄件模數(shù) (Mj)。 補(bǔ)償液量法是先假定鑄件的凝固速度和冒口的凝固速度相等，冒口內(nèi)供補(bǔ)縮的金屬液是直徑為 d0 的球，當(dāng)鑄件凝固完畢時(shí)， d0 為冒口直徑 (Dm)和鑄件厚度 (δ)之差 (即 d0＝ Dm一 δ)；另外，直徑為 d0 的球的體積應(yīng)該與鑄件被補(bǔ)縮部分總的體積收縮值相等 (即 πd03／ 6＝ εV件 ，ε 為體收縮 率 )。這樣，只要算出鑄件被補(bǔ)縮部分的體積 V 件 )，即可得到補(bǔ)縮球的直徑 d0，然后用公式 Dm = d0+δ 求出冒口直徑。冒口高度可取 Hm＝ (— )Dm，使冒口補(bǔ)縮可靠。 冒口尺寸確定后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)縮能力的校核。一般應(yīng)用鑄件的工藝出品率進(jìn)行校核，如果計(jì)算的工藝出品率過低，說明冒口重量過大，應(yīng)考慮能否采取措施減少冒口尺寸和數(shù)量；如果計(jì)算的工藝出品率過高，則應(yīng)考慮是否增加冒口尺寸和數(shù)量。 6． 請(qǐng)簡述濕型的生產(chǎn)特點(diǎn)（優(yōu)缺點(diǎn)）。 答題要點(diǎn)： 特點(diǎn)：（ 1）生產(chǎn)靈活性大，適用面廣，既可手工，又可機(jī)器、以及流水線 生產(chǎn)，既可生產(chǎn)大件，也可生產(chǎn)小件，可鑄鋼（中小件），也可鑄鐵、有色合金件等； （ 2）生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)周期短，便于流水線生產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化及自動(dòng)化。汽車、柴油機(jī)和拖拉機(jī)制造業(yè)應(yīng)用最廣（ 300～ 500kg 鑄鐵薄壁件）； (3)用原材料成本低，來源廣； （ 4）節(jié)省能源、烘干設(shè)備和車間生產(chǎn)場地面積； （ 5）因不經(jīng)烘干，砂箱壽命長； （ 6）缺點(diǎn)：操作不當(dāng)，易產(chǎn)生一些鑄造缺陷：夾砂結(jié)疤，鼠尾，砂眼，脹砂，粘砂等。 7。鑄件的凝固補(bǔ)縮方式與內(nèi)澆道的開設(shè)位置有很大關(guān)系，一般要求內(nèi)澆道的開設(shè)位量應(yīng)符合鑄件的凝固補(bǔ)縮方式。請(qǐng) 問要考慮那些因素？ 答題要點(diǎn) ： 第 4 頁 共 43 頁 答案參見我的新浪博客： （ 1）要求同時(shí)凝固的鑄件，內(nèi)澆道應(yīng)開設(shè)在鑄件薄壁處，快速均勻地充滿型腔，避免內(nèi)澆道附近的砂型局部過熱。 （ 2）要求定向凝固的鑄件，內(nèi)澆道應(yīng)開設(shè)在鑄件厚壁處。在鑄件與內(nèi)澆道之間，使金屬液經(jīng)冒口引入型腔，以提高冒口的補(bǔ)縮效果，如球鐵曲軸、齒輪以及鑄鋼齒輪等。 （ 3）對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件，往往采用定向凝固與同時(shí)凝固相結(jié)合的所謂“較弱定向凝固”原則安排內(nèi)澆道位置開設(shè)，即對(duì)每一個(gè)補(bǔ)縮區(qū)按定時(shí)凝固的要求設(shè)置內(nèi)澆道，而對(duì)整個(gè)鑄件則按同時(shí)凝固的要求采用多個(gè)內(nèi)澆道分散充型，這樣設(shè)置既可使鑄件各厚 大部位得到充分補(bǔ)縮而不產(chǎn)生縮孔及縮松，而又可將應(yīng)力和變形減到最小程度。 （ 4） 當(dāng)鑄件壁厚相差懸殊而又必須從薄壁處開設(shè)內(nèi)澆道引入金屬液時(shí)，則應(yīng)注意同時(shí)使用冷鐵加快厚壁處的凝固及加大冒口，澆注時(shí)還應(yīng)采取點(diǎn)冒口等工藝措施，以保證厚壁處的補(bǔ)縮。 （三）綜合題 1．試述鈉水玻璃砂的吹 C02 硬化、加熱烘干硬化和有機(jī)酯硬化的硬化工藝及硬化機(jī)理和對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響。 答題要點(diǎn) ： 鈉水玻璃（硅酸鈉）是弱酸強(qiáng)堿鹽，在水溶液中幾乎完全電離，所以鈉水玻璃實(shí)際是部分電離的聚硅酸負(fù)離子和鈉離子在水中的分散體系。其中最有意義的反應(yīng)是硅酸 鈉 (以 =Si 一0 一 Na 表示 )的鈉 氧鍵水解 (hydrolysis)(向右進(jìn)行 )和酸 堿反應(yīng) (向左進(jìn)行 )，不同硅酸鹽負(fù)離子的平衡是錯(cuò)綜復(fù)雜的，它取決于 pH 值、模數(shù)和溫度，在若干特有的反應(yīng)過程中達(dá)到平衡。如果沒有任何膠凝作用的影響，鈉水玻璃則可保存很長時(shí)間，但它對(duì)引起平衡變化的任何因素卻非常敏感，這一潛在不穩(wěn)定特性，通常被用來加速鈉水玻璃的縮聚，以形成堅(jiān)硬的三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使型砂粘結(jié)在一起。鑄造生產(chǎn)中常用的一些硬化方法，都是加入能直接或間接影響上述反應(yīng)平衡點(diǎn)的氣態(tài)、液態(tài)或粉狀固化劑，與 OH作用，從而降低 pH 值 ，或靠失水，或靠上述二者的復(fù)合作用來達(dá)到硬化。 (1 )加熱硬化 失水發(fā)生由液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變 凡是能去除鈉水玻璃中水分的方法，如加熱烘干、吹熱空氣或干燥的壓縮空氣、真空脫水、微波照射以及加入產(chǎn)生放熱反應(yīng)的化合物等都可使鈉水玻璃硬化。 (2)化學(xué)反應(yīng)形成新的產(chǎn)物 鈉水玻璃在 pH 值大于 10 以上很穩(wěn)定，加入適量酸性或具有潛在酸性的物質(zhì)時(shí)，其 pH值降低，穩(wěn)定性下降，使水解和縮聚過程加速進(jìn)行。 A)吹 C02 硬化 C02 與鈉水玻璃中的水作用形成碳酸 ： CO2 + H20 2H+ + C03 產(chǎn)生的 H+使表面鈉水玻璃的 pH 值不斷降低，并達(dá)到迅速硬化。鈉水玻璃同 C02 反應(yīng)，消耗Na20，把凝膠化的水玻璃推到圖的不穩(wěn)定液體和凝膠區(qū)域 (區(qū)域 11)。這種 Si02 凝膠含 Si02高，并使砂芯和砂型建立強(qiáng)度。 B) 有機(jī)酯液態(tài)硬化劑 酯促使鈉水玻璃砂硬化建立強(qiáng)度分兩階段，酯使鈉水玻璃膠凝化，產(chǎn)生強(qiáng)度；最終強(qiáng)度來自硅酸鈉脫水。用酯硬化時(shí)，酯在鈉水玻璃中進(jìn)行水解生成有機(jī)酸和醇，有機(jī)酸提供氫離子，其反應(yīng)通式是 RCOOR’+H2ORCOOH+R’OH RCOO與鈉水玻璃電離 的鈉離子 Na+發(fā)生皂化反應(yīng)，生成脂肪酸鈉； H+與鈉水玻璃的 OH結(jié)合，均有利于酯的進(jìn)一步水解和使鈉水玻璃析出硅酸溶膠，并促使朝著生成大的凝聚的硅酸分子方向移動(dòng)，當(dāng)它在三維空間任意生長時(shí)，就形成凝膠，這就導(dǎo)致鈉水玻璃硬化。 各種硬化方法所得鈉水玻璃砂的強(qiáng)度是不同的 .其原因?yàn)?: a．得到的粘結(jié)劑膜組織的密度和有序性排列不同，因而影響強(qiáng)度的大小，其順序?yàn)榧訜嵊不?、酯硬化、鉻鐵渣硬化、 CO2 硬化，相應(yīng)的粘結(jié)膜的內(nèi)聚強(qiáng)度為 41． 0MPa、 29． 8MPa、第 5 頁 共 43 頁 答案參見我的新浪博客： 20． 5MPa、 14． 9MPa； b．相應(yīng)地，所得的鈉水玻璃的凝 膠膠粒大小明顯不同， C02 硬化的膠粒直徑為 0． 2— 0． 48181。m，酯硬化的為 0． 070． 18181。m，真空硬化的為 0． 060． 16181。m，加熱硬化的只有 0． 0350． 04181。m，因而強(qiáng)度會(huì)明顯不同。 2． 在化學(xué)粘結(jié)劑