金属成型设计习题2

上次课复习：
第五章内容 本次课题（或教材章节题目）：
习题 教学要求：
重 点：
难 点：
教学手段及教具：讲授，板书 讲授内容及时间分配：
习题（90mins）
课后作业 参考资料 见附录1 第 16 次课 2 学时 习 题 砂型 b2 专用材料b2｀ 37.5 12.5 1．一面为砂型，另一面为某种专用材料制成的铸型中浇铸厚度为50mm铝板，浇铸时无过热，凝固后检验其组织，在位于砂型37.5mm处发现轴线缩松，计算专用材料的蓄热系数。

解：
2．已知厚为50mm的板材铸件在砂型中的凝固时间为6min， 砂型 保温型 47 轴线缩松区 在保温铸型中的凝固时间为20min，如采用复合铸型 （即一面为砂型，一面为保温铸型），欲在切削后得到 47mm厚的密致板件，铸件厚度最少应为多大？ 解：
3．已知某半无限大板状铸钢件的热物性参数为：导热系数λ=46.5 W/(m·K)， 比热容C=460.5 J/(kg·K)， 密度ρ=7850 kg/m3，取浇铸温度为1570℃，铸型的初始温度为20℃。

用描点作图法绘出该铸件在砂型和金属型铸模（铸型壁均足够厚）中浇铸后0.02h、0.2h时刻的温度分布状况并作分析比较。铸型的有关热物性参数见表2-2。

解：
（1）砂型：
=12965 =639 界面温度：
=1497℃ 铸件的热扩散率：
=1.3´10-5 m2/s 根据公式 分别计算出两种时刻铸件中的温度分布状况见表1。

表1 铸件在砂型中凝固时的温度分布 与铸型表面距离（m）
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 温度 （℃）
t=0.02h时 1497 1523 1545 1559 1566 1569 t=0.20h时 1497 1505 1513 1521 1528 1535 根据表1结果做出相应温度分布曲线见图1。

（2）金属型：
=12965 =15434 界面温度：
=727.6℃ 同理可分别计算出两种时刻铸件中的温度分布状况见表2与图2。

表2 铸件在金属型中凝固时的温度分布 与铸型表面距离（m）
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 温度 （℃）
t=0.02h时 727.6 1030 1277 1438 1520 1555 t=0.20h时 727.6 823 915 1005 1080 1159 t=0.02h t=0.0h 图2 铸件在金属型中凝固时的温度分布曲线 图1 铸件在砂型中凝固时的温度分布曲线 (3) 分析：采用砂型时，铸件金属的冷却速度慢，温度梯度分布平坦，与铸型界面处的温度高，而采用金属铸型时相反。原因在于砂型的蓄热系数b比金属铸型小得多。

4．在砂型中浇铸尺寸为300´300´20 mm的纯铝板。设铸型的初始温度为20℃，浇注后瞬间铸件-铸型界面温度立即升至纯铝熔点660℃，且在铸件凝固期间保持不变。浇铸温度为670℃，金属与铸型材料的热物性参数见下书上表：
试求：（1）根据平方根定律计算不同时刻铸件凝固层厚度s,并作出曲线；

（2）分别用“平方根定律”及“折算厚度法则”计算铸件的完全凝固时间，并分析差别。

解：
(1) 代入相关已知数解得：
，=1475 ， = 0.9433 (m) 根据公式计算出不同时刻铸件凝固层厚度s见下表,曲线见图3。

τ (s) 0 20 40 60 80 100 120 (mm) 0 4.22 6.00 7.31 8.44 9.43 10.3 图3 关系曲线 (2) 利用“平方根定律”计算出铸件的完全凝固时间：
取 ＝10 mm， 代入公式解得：
τ=112.4 (s) ；

利用“折算厚度法则”计算铸件的完全凝固时间：
= 8.824 (mm) = 87.5 (s) 采用“平方根定律”计算出的铸件凝固时间比“折算厚度法则”的计算结果要长，这是因为“平方根定律”的推导过程没有考虑铸件沿四周板厚方向的散热。