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制造工程基础作业1: 砂型铸造工艺发布日期：2015.3.3递交截止日期：2015.3.10思考题（不需要提交）1、什么是铸型？砂型铸造对铸型性能的主要要求有那些？可采取哪些具体措施保证？2、什么是金属的收缩？影响金属收缩的因素有那些？制备模样和型芯时如何考虑它们的制造尺寸（和铸件比较，相应的尺寸应放大还是缩小）？型芯头起什么作用？3、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？4、合金的凝固与纯金属凝固有何不同？什么是共晶合金？其凝固有何特点？问题1：如果一个直浇道长25cm，顶部直径12cm，直浇道底部期望的浇注速率为650cm3/s，金属液应该从什么位置倾倒？直浇道底部的直径应该是多少？（忽略液体流动过程中的摩擦损失，并且始终保持大气压）这样设计的直浇道会不会发生吸气，为什么？答：（1）因为金属液的流动符合连续性法则，即各处的液体流量保持为常量（即浇注速率一致），即假设A1为直浇道顶部的截面积，根据已知条件可知，直浇道顶部的液体流动速度为：金属液起始倾倒点的速度为零，取直浇道顶端为参考平面，根据伯努力简化方程可知，从倾倒点到直浇道顶部的高度h0为：所以需要从距离直浇道顶端0.0168cm的位置倾倒。（2）取直浇道底部为参考平面，根据伯努力简化方程，则直浇道底部液体的流动速度v2为：同样，因为金属液的流动符合连续性法则，即各处的液体流量保持为常量（即浇注速率一致），可求得直浇道底部直径d2如下：（3）如果直浇道按照上述尺寸进行设计，可以保证直浇道顶部与底部有相同的液体体积流量，所以不会造成吸气。问题2：在砂型铸造中采用一圆柱体冒口，对于给定的冒口体积，请思考如何选择其直径/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25 cm，厚度2 cm。如果铸件材料为铸铁，Chvorinov定律（p.74式4-6）的铸型常数Cm＝2.5 min/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。答：（1）根据契夫里诺夫公式，铸件凝固时间最长，则其体积表面积比应该最大，圆柱体冒口体积一定时，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，则（1）表面积对表面积求极值，代入式（1），得：，即对于圆柱体冒口，给定冒口体积，则当其直径等于长度时，可获得最长的凝固时间。（2）根据契夫里诺夫公式可知，铸件的凝固时间为：根据题意，要求冒口的凝固时间：当圆柱形冒口直径等于长度时，，，所以圆柱体冒口直径，长度，体积采用球形冒口时，，，，球形直径5.9cm，体积（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。