1、加工工艺液态全册配套最加工工艺液态全册配套最 完整精品课件完整精品课件2 2021年9月27日星期一10时13分8 秒1 2021年9月27日星期一10时13分9 秒2 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE 转轮重量：430t； 焊接厚度：280mm （二重为某钢厂制造的（二重为某钢厂制造的50005000 轧机机架正在浇注）轧机机架正在浇注） （5 5）要求大批量制造、成本低的通用设备结构件）要求大批量制造、成本低的通用设备结构件 进气歧管进气歧管 奔驰镁合金坐椅奔驰镁合金坐椅 框架框架 轮毂轮毂 宣德炉宣德炉 铸造技术和其他金属成型技术 相比有许多独特的优势，使其在
2、工 程中占据着重要地位，尤其在装备 制造业中不可替代。 2.1.1 液态金属成形原理和特点 l 液态金属成形产品特点 2021-9-279 （6 6）艺术类金属构件）艺术类金属构件 l液态金属成形特点液态金属成形特点 v适用于各种尺寸复杂形状的毛坯或零件；适用于各种尺寸复杂形状的毛坯或零件；-好的工艺柔性好的工艺柔性 v材料不受限制；材料不受限制；-材料的广谱性材料的广谱性 v生产成本低；生产成本低； -成形加工容易性成形加工容易性 v应用广泛；应用广泛；-产品广泛的适应性产品广泛的适应性 v废品率高；废品率高；-工艺参数复杂工艺参数复杂 v劳动条件较差。劳动条件较差。-高温、多粉尘高温、多粉
3、尘 2.1.1 液态金属成形原理和特点 2021-9-2710 2.1 液态金属成形概述液态金属成形概述 2.1.1 液态金属成形原理和特点 2.1.2 液态金属成形过程和控制 2.1.3 液态金属成形之应用范围 2.1.4 液态金属成形之科学内涵 2021-9-2711 2.1.2 液态金属成形过程和控制液态金属成形过程和控制 铸造是将液态金属浇注到与零件形状尺寸相适应的铸型空腔中，铸造是将液态金属浇注到与零件形状尺寸相适应的铸型空腔中， 待金属冷却凝固后获得毛坯或零件的生产工艺。待金属冷却凝固后获得毛坯或零件的生产工艺。 浇浇注注 熔化 清理加工 造型 加砂 它包括熔化它包括熔化凝固和成形
4、三个部分，考察指标和影响因素多达几十个！凝固和成形三个部分，考察指标和影响因素多达几十个！ 睁眼造型、闭眼浇注 2021-9-2712 1、液态金属成形的浇注系统 浇注系统由浇口杯（外浇口）、直浇道、横浇道和内浇道等组成 2.1.2 液态金属成形过程和控制 铸型铸型 浇口杯浇口杯 直浇道直浇道 直浇道窝直浇道窝 横浇道横浇道 集渣包集渣包 内浇道内浇道 2021-9-2713 2.1.2 液态金属成形过程和控制液态金属成形过程和控制 2、 液态金属充型过程水力学特性液态金属充型过程水力学特性 金属液在浇注系统中的流动具有水力金属液在浇注系统中的流动具有水力 学特性：学特性： 粘性流动粘性流动
5、粘度粘度 合金成分、温合金成分、温 度、结晶度、结晶 流动的不稳定性流动的不稳定性 散体材料的散体材料的“多孔管流动多孔管流动” 湍流湍流流动，流动，ReRe 如何控制流动？如何控制流动？ 2021-9-2714 2.1.2 液态金属成形过程和控制液态金属成形过程和控制 3、液态金属充型过程控制、液态金属充型过程控制 内浇口内浇口 2021-9-2715 2.1.2 液态金属成形过程和控制液态金属成形过程和控制 3、液态金属充型过程控制、液态金属充型过程控制 a)能有效滤除夹渣及非金属杂质。能有效滤除夹渣及非金属杂质。 b)能梳整紊乱的金属液流，减少湍流，使金属液流变得平滑整洁。能梳整紊乱的金
6、属液流，减少湍流，使金属液流变得平滑整洁。 c)可以任何角度放置于浇注系统可以任何角度放置于浇注系统中，安放中，安放位置靠近型腔越好。位置靠近型腔越好。 d)使用陶瓷过滤器时可不考虑其他挡渣措施，简化浇注系统。使用陶瓷过滤器时可不考虑其他挡渣措施，简化浇注系统。 2021-9-2716 2.1.2 液态金属成形过程和控制液态金属成形过程和控制 3、液态金属充型过程控制、液态金属充型过程控制 表面表面/ /渣饼和纵深渣饼和纵深 多重过滤多重过滤 过滤器的作用 陶瓷网格型陶瓷网格型 陶瓷泡沫型陶瓷泡沫型 主要是表面过滤主要是表面过滤 2021-9-2717 大量夹杂积累在过滤器前端 2.1.2 液
7、态金属成形过程和控制液态金属成形过程和控制 3、液态金属充型过程控制、液态金属充型过程控制 过滤器过滤器的作用的作用 Direction of flow 水流模型实验水流模型实验 陶瓷纤维网陶瓷纤维网泡沫陶瓷网泡沫陶瓷网 数值模拟图数值模拟图2021-9-2718 2.1.2 液态金属成形过程和控制液态金属成形过程和控制 3、液态金属充型过程控制、液态金属充型过程控制 过滤器过滤器的作用的作用 在铸造生产中，由于在铸造生产中，由于等铸造缺陷等铸造缺陷 导致的铸件废品率一般占废品总数的导致的铸件废品率一般占废品总数的50506060。 采用金属液过滤技术，可以有效地减少或消除其中采用金属液过滤技
8、术，可以有效地减少或消除其中 的非金属夹杂物，的非金属夹杂物， l减少金属中的夹杂物夹渣缺陷减少减少金属中的夹杂物夹渣缺陷减少 l改善了金属的力学性能（疲劳、抗蚀等）改善了金属的力学性能（疲劳、抗蚀等） l改进了切削性能，延长刀具寿命改进了切削性能，延长刀具寿命 l提高了铸件表面品质，减少了加工余量提高了铸件表面品质，减少了加工余量 l简化了浇注系统结构，提高了工艺出品率简化了浇注系统结构，提高了工艺出品率 2021-9-2719 2.1 液态金属成形概述液态金属成形概述 2.1.1 液态金属成形原理和特点 2.1.2 液态金属成形过程和控制 2.1.3 液态金属成形之应用范围 2.1.4 液
9、态金属成形之科学内涵 2021-9-2720 2.1.3 液态金属成形之应用范围 铸造是工业化现代经济的基础铸造是工业化现代经济的基础 ，几乎融入了我们的生活，隐而不见却无所不在，几乎融入了我们的生活，隐而不见却无所不在， 以至于人们已经习惯到不以为然了。以至于人们已经习惯到不以为然了。 大型发电设备大型发电设备三峡水轮三峡水轮 机不锈钢转轮机不锈钢转轮 二重为日本某公司制造的二重为日本某公司制造的 整铸立辊轧机机架整铸立辊轧机机架 机床部件机床部件 高铁车辆的行走部件高铁车辆的行走部件 许多日常生许多日常生 活用品，都活用品，都 有铸造的产有铸造的产 品品 随处可见的铸造艺术品随处可见的铸造
10、艺术品 所有的现代交通工具都离不开铸件所有的现代交通工具都离不开铸件 黄河铁牛黄河铁牛 武武 汉汉 21 世世 纪纪 大大 钟钟 2021-9-2721 中国歼中国歼20美国美国F22俄罗斯苏俄罗斯苏35 1 1. . 铸造与航空铸造与航空 飞机中什么飞机中什么 最重要？最重要？ 2.1.3 液态金属成形之应用范围 2021-9-2722 发动机是飞机的心脏发动机是飞机的心脏 1 1. . 铸造与航空铸造与航空 我国是否已经掌握相关技术？我国是否已经掌握相关技术？ 2.1.3 液态金属成形之应用范围 2021-9-2723 F35发动机发动机 1 1. . 铸造与航空铸造与航空 2.1.3 液
11、态金属成形之应用范围 2021-9-2724 发动机中的核心部件发动机中的核心部件- -叶片叶片 早期叶片采用锻造，目前最先进的叶片均为早期叶片采用锻造，目前最先进的叶片均为铸造铸造 1 1. . 铸造与航空铸造与航空 铸造是制备叶片的核心技术 2.1.3 液态金属成形之应用范围 2021-9-2725 2 2. . 铸造与汽车铸造与汽车 外观？ 价格？ 动力？ 配置？ 2.1.3 液态金属成形之应用范围 2021-9-2726 2 2. . 铸造与汽车铸造与汽车 2.1.3 液态金属成形之应用范围 油底殼 曲軸箱 汽缸體 輪圈 儀表板支架 前置架支撐組件 安全氣囊罩框 鎖架外殼 變速箱外殼
12、方向盤 座椅架 2021-9-2727 2.1 液态金属成形概述液态金属成形概述 2.1.1 液态金属成形原理和特点 2.1.2 液态金属成形过程和控制 2.1.3 液态金属成形之应用范围 2.1.4 液态金属成形之科学内涵 2021-9-2728 2.1.4 铸造的科学内涵 优化凝固组织优化凝固组织提高性能提高性能 凝固过程形成丰富的微观组织凝固过程形成丰富的微观组织优化凝固组织优化凝固组织提高铸件性能提高铸件性能 1 1. . 铸造与材料科学铸造与材料科学 2021-9-2729 宏观层次宏观层次 (cm-m) 传热、传质与传动量传热、传质与传动量(三传三传)；凝固顺序；冷却速率；宏观；凝
13、固顺序；冷却速率；宏观 偏析；与凝固收缩相关的铸造缺陷如缩松、缩孔、应力、偏析；与凝固收缩相关的铸造缺陷如缩松、缩孔、应力、 变形、裂纹等问题变形、裂纹等问题 2.1.4 铸造的科学内涵 1 1. . 铸造与材料科学铸造与材料科学 2021-9-2730 微观层次微观层次 ( m) 枝晶形状；枝晶取向；枝晶间距；枝晶形状；枝晶取向；枝晶间距； 多相结构与尺寸；微观偏析多相结构与尺寸；微观偏析 2.1.4 铸造的科学内涵 1 1. . 铸造与材料科学铸造与材料科学 2021-9-2731 2.1.4 铸造的科学内涵 2 2. . 铸造与工业化铸造与工业化 风电配件 风电 水电 核电 2021-9
14、-2732 2.1.4 铸造的科学内涵 3 3. . 铸造与高科技铸造与高科技 无模铸型的数字化快速成形机无模铸型的数字化快速成形机 透视铸型、铸件透视铸型、铸件, , 洞观充型、凝固洞观充型、凝固! ! 华铸华铸CAE/InteCASTCAE/InteCAST 数值模拟数值模拟浇注现场浇注现场超大型铸件超大型铸件 流动场模拟流动场模拟温度场模拟温度场模拟应力场模拟应力场模拟 2021-9-2733 l铸造与材料科学密不可分铸造与材料科学密不可分 l铸造始终与工业化共进退铸造始终与工业化共进退 l铸造始终与高科技同发展铸造始终与高科技同发展 2.1.4 铸造的科学内涵 2021-9-2734
15、铸造铸造(Casting)： 基本知识基本知识(Basic theory) 砂型铸造砂型铸造 (Sand casting) 离心铸造离心铸造 (Centrifugal casting) 压力铸造压力铸造 (Pressure casting) 低压铸造低压铸造 (Low pressure casting) 消失模铸造消失模铸造 (Lost foam casting) 熔模铸造熔模铸造 (Fusible pattern casting， Investment Casting) 自学与课堂教学结合！自学与课堂教学结合！ 关于本课程关于本课程 2021-9-2735 作业（作业（1010分）：分）：
16、以你身边的物品为铸造对象（可以是艺术品、古钱币、以你身边的物品为铸造对象（可以是艺术品、古钱币、 生活用品、小型工业品），进行铸造工艺设计，要求有零件生活用品、小型工业品），进行铸造工艺设计，要求有零件 图、铸造工艺图、铸件图、设计文本等。有数值模拟优化工图、铸造工艺图、铸件图、设计文本等。有数值模拟优化工 艺内容的可以加分。艺内容的可以加分。 作业（铸造部分）作业（铸造部分） 2021-9-2736 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE l要求铸件表面光洁和尺寸精度甚高的行业应用广泛要求铸件表面光洁和尺寸精度甚高的行业应用广泛:液压件、凸轮轴、曲轴以液压件、凸轮轴、曲
17、轴以 及耐蚀泵件、履带板等钢铁铸件；汽车、拖拉机、液压阀体等铸件。及耐蚀泵件、履带板等钢铁铸件；汽车、拖拉机、液压阀体等铸件。 3.5.1 热硬树脂砂覆膜砂壳芯(型) HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE 单晶叶片(右): 飞机发动机用叶片，利用单晶技术铸造，使叶片为单晶 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 5、熔 模 铸 造 典 型 零 件 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 5、熔 模 铸 造 典 型 零 件 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIE
18、NCE & TECHNOLOGY 摩托车车架换向接头: 用整体熔模铸件代替13个组装成的摩 托车车架换向接头，大大减少了焊接、 矫直工作，使铸件尺寸更为精确 5、熔 模 铸 造 典 型 零 件 工业涡轮叶片: GE发电机的MS9001 FA工业涡轮一级叶片 （左边）和二级叶片（右边），尺寸分别为 431 8mm x 2165mm,558 8mm x 203 2mm，重量分别为13kg和12 6kg HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 5、熔 模 铸 造 典 型 零 件 高尔夫球杆头 钛合金熔模铸件，空心杆头壁厚可达09mm 激光器底座 用铝合
19、金整体熔模铸件代替原用 锻造合金经机加工等工序制成的 激光器底座，使每个零件成本节 约25000美元 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 更大更薄：目前，熔模铸造生产的精密铸件，最大轮廓尺寸可达1.8m，而 最小壁厚却不到2mm，最大铸件重量接近1000kg。 更 精：熔模铸件已经越来越精确，在ISO标准中的一般线性尺寸公差是 CT46级，特殊线性尺寸公差高的可大CT3级，而熔模铸件表面粗糙度值 也越来越小，可达到Ra0.8um。 更 强：由于材质的改进和工艺技术的进步使得铸件的性能越来越好。如飞 机发动机用的涡轮叶片工作温度由980提高到1
20、200；热等静压技术的 应用使得熔模铸造生产的镍基高温合金、钛合金和铝合金的高温低周波疲 劳性能提高310倍。 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 华中科技大学华中科技大学 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 326 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 授课教师：董选普教授 吕书林博士 HUAZHONG UNIVER
21、SITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 第第4章章 特种铸造特种铸造 4.1 4.1 压铸压铸 4.2 4.2 熔模精密铸造熔模精密铸造 4.3 消失模铸造消失模铸造 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 时代背景 1954年聚苯乙烯泡沫材料实现工业化 1958年美国人提出实型铸造专利 给铸造带来革命性的观念： 造型不再取模！ 4.3 消失模铸造 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 4.3 消失模铸造 美国GM Powertrain公司Difiance Casting Pla
22、nt生产的3.5L卡车铝合金5缸缸体。 美国GM Powertrain公司Difiance Casting Plant生产的3.5L卡车铝合金5缸缸头。 消失模有什么好处？ HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 4.3 消失模铸造 消失模有什么好处？ 图为 GM Powertrain公司Difiance Casting Plant（Defiance,Ohio）生产的5缸铝合金缸 体 图 为GM Powertrain公司Massena Casting Plant（Massena ，New York） 生产的铝合金5缸缸盖 HUAZHONG UNI
23、VERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 4.3 消失模铸造 消失模有什么好处？ 图 为美国GM Powertrain公司生产的Pontiac 2005年AFS评选出十佳铸件 中 有两件为消失模铸件。 图为美国Mercury Marine （ Fond du Lac）公司生产的船用 发动机6缸铝合金缸盖 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 德国德国BMWBMW铝合金消失模生产线铝合金消失模生产线 4.3 消失模铸造 消失模有什么好处？ HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY
24、 4.3 消失模铸造 消失模铸造是21世纪的绿色铸造技术 1）造型自由度高，铸件壁厚均匀； 2）环境较为友好，减轻劳动强度； 3）取代多个砂芯；型砂最易回用； HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 4.3 消失模铸造-主要内容 4.3.1 消失模铸造技术原理 4.3.2 消失模铸造的关键技术 4.3.3 消失模铸造工艺设计 4.3.4 消失模艺术铸造实例 ? ? ? HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 4.3.1 消失模铸造技术原理 消失模铸造又称气化模铸造或实型铸造。它是采用泡沫塑料模样代替
25、普通模样紧 实造型，造好铸型后不取出模样、直接浇入金属液，在高温金属液的作用下，模 样受热气化、燃烧而消失，金属液取代原来泡沫塑料模样占据的空间位置，冷却 凝固后即获得所需的铸件。消失模铸造的工艺过程如下图所示。 清洗涂料开箱取件 浇组金属 2 23 34 45 5 6 67 78 8 9 9 1 1 粘结模束浸挂涂料烘干涂料填充干砂振动紧实 分离铸件 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 消失模铸造的主要特点： （1）近无余量、精确成形、复杂壁厚均匀； （2）无粘结剂，容易实现清洁生产； （3）无需砂芯，为铸件结构设计提供了充分的自由度； （
26、4）金属液的流动前沿是热解的消失模产物（气体和液体），它会与金属液发生反应并影响到金属 液的充填，如果金属充型过程中热解产物不能顺利排除，就容易引起铸件气孔、皱皮、增碳 等缺陷； （5）EPS等模样易变形，强度不高； “三长两短” 4.3.1 消失模铸造技术原理和特点 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 1）泡沫塑料模样的成形加工及组装（白区技术） 泡沫塑料模样通常采用两种方法： 、采用商品泡沫塑料板料切削加工、粘结成型； 4.3.2 消失模铸造的关键技术 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY
27、 4.3.2 消失模铸造的关键技术 1）泡沫塑料模样的成形加工及组装（白区技术） 泡沫塑料模样通常采用两种方法： 、采用商品泡沫塑料板料切削加工、粘结成型； 举例：数控加工泡沫模样原型 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 4.3.2 消失模铸造的关键技术 1）泡沫塑料模样的成形加工及组装（白区技术） 泡沫塑料模样通常采用两种方法： 、采用商品泡沫塑料板料切削加工、粘结成型； 举例：数控加工泡沫模样原型 泡沫加工专用刀具 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 1）泡沫塑料模样的成形加工及组装（白
28、区技术） 泡沫塑料模样通常采用两种方法： 、商品泡沫塑料珠粒预发后，经模具发泡成型。 4.3.2 消失模铸造的关键技术 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 卧式成型机 泡塑模具三维设计 泡沫模样的三维 造型和泡沫模样 4.3.2 消失模铸造的关键技术 1）泡沫塑料模样的成形加工及组装（白区技术） 泡沫塑料模样通常采用两种方法： 商品泡沫塑料珠粒预发后，经模具发泡成型。 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 2）消失模铸造的涂料技术 涂料在消失模铸造工艺中的控制作用： 1）涂层将金属液与干砂隔离
29、，可防止冲砂、粘砂等缺陷； 2）浇注充型时涂层将模样的热解产物气体快速导出，可防止浇不足、气孔、夹渣、增 碳等缺陷产生； 3）涂料层可以吸附泡沫模样液体裂解产物，提高铝镁合金的充型能力； 4）涂层可提高模样的强度和刚度，使模样能经受住填砂、紧实、抽真空等过程中力的 作用，避免模样变形。 4.3.2 消失模铸造的关键技术 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 消失模铸造涂料应具有如下性能： 1）良好的透气性（模样受热气化生成的气体容易通过涂层，经型砂之间的间隙由真空 泵强行抽走）； 2）良好的涂挂性（涂料涂挂后能在模样表面获得一层厚度均匀的涂层）
30、； 3）足够的强度（常温下能经受住搬运、紧实时的作用力使涂层不会剥落，高温下能抵 抗金属液的冲刷作用力）； 4）发气量小（涂料层经烘干后，在浇注过程中与金属液作用时产生的气体量小）； 5）低温干燥速度快（低温烘干时，干燥速度快，不会产生龟裂、结壳等现象）。 2）消失模铸造的涂料技术 4.3.2 消失模铸造的关键技术 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 3）、造型、浇注、清理（黑区技术） l（1）消失模铸造用砂 消失模铸造通常采用无粘结剂的石 英散砂、陶粒砂来充填、紧实模样，砂 粒的平均粒度为AFS2545较常见。粒 度过细有碍于浇注时塑胶残留
31、物的逸出 ；粗砂粒则会造成金属液渗入，使得铸 件表面粗糙。砂子粒度分布集中较好， 以便保证型砂的高透气性。 l（2）雨淋式加砂 在模样放入砂箱内紧实之前，砂箱的 底部要填入一定厚度（约100mm）的 型砂作为放置模样的砂床。然后放入模 样，再边加砂、边振动紧实，直至填满 砂箱、紧实完毕。雨淋式加砂均匀、对 模样的冲击较小，是生产中常用的方法 。 4.3.2 消失模铸造的关键技术 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY （3）砂的振动紧实 消失模铸造中干砂的加入、充填和紧实是得到优质铸件的重要工序。砂子的 加入速度必须与砂子紧实过程相匹配。振动紧实
32、应在加砂过程中进行，以便使砂 子充入模型空腔，并保证砂子达到足够紧实而又不发生变形。 型砂紧实后的浇注通常在真空状态下进行，消失模铸造中的真空抽气系统。 3）、造型、浇注、清理（黑区技术） 4.3.2 消失模铸造的关键技术 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 最新的振动紧实台最新的振动紧实台 3）、造型、浇注、清理（黑区技术） 4.3.2 消失模铸造的关键技术 上下左右上下左右 来回晃悠来回晃悠 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 消失模铸造中的真空抽气系统 1-真空泵 2-水浴罐 3-水位
33、计 4-排水阀 5-球阀 6-逆流阀 7-3寸管 8-真空表 9-滤网 10-滤砂与分配罐 11-止阀（若干个） 12-进气管（若干个） 13-挡尘罩 14-支托 15-排尘阀 （4）浇注-真空下浇注 4.3.2 消失模铸造的关键技术 减少铸件气孔、夹渣缺陷 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 4.3.2 消失模铸造的关键技术 （4）浇注-压力下浇注 提高铝合金铸件致密度 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 消失模铸造工艺示意图 1、干砂或旧砂，2、密封塑料薄膜，3、干砂或自硬砂，4、冒口，
34、5、 模样，6、抽气室，7、抽气管，8、浇口杯 4.3.3 消失模铸造的工艺设计 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 4.3.3 消失模铸造的工艺设计 1）、发泡模具的设计 产品壁厚的考察； 加工量； 收缩率； 结构优化，防变形或减重； 模样分片； 粘结负数； 方便分片及组装浇道； HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 4.3.3 消失模铸造的工艺设计 1）、发泡模具的设计 模样分片 铸件及模样设计 A模片B模片 C模片 D模片 “化整为零” HUAZHONG UNIVERSITY OF SC
35、IENCE & TECHNOLOGY 4.3.3 消失模铸造的工艺设计 1）、发泡模具的设计 铸件及模样设计“化整为零” 阀体泡沫模样 与分块设计 头部分为两块 尾部 圆环分为四块 由7块拼接而成的 DN1200泡沫模样。 由于模样尺寸特大，法兰外径为1450mm 总高为1800mm。利用其对称性，分为7个模块，也为节省 模具制造费用。该设计只需三副模具：半个头部模具、1/4圆环模具和尾部模具。 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 2）、发泡工艺设计 4.3.3 消失模铸造的工艺设计 珠粒预发泡成形发泡 预发泡工艺过程图 EPS原料 预发泡
36、干 燥 EPS预 发珠粒 堆积密度600650kg/m3 发泡剂（戊烷）约6%（重量百分比） 预发泡机：圆柱形搅拌桶 作用介质：水蒸汽 通过内压力使珠粒膨胀 通过搅拌防止结团 通过预发泡温度和预发时间控制 堆积密度 流态床干燥 热风干燥（2535） 含水量均降至2%以下 堆积密度1530kg/m3 含水量1% 不同密度珠粒 发泡剂含量约为4%（重量百分比） 成形发泡的工艺过程 a）通蒸汽、发泡成形 b）喷水c）出模 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 4.3.3 消失模铸造的工艺设计 3）、浇注系统设计 消失模铸造浇注系统的设计必须结合消失模
37、铸造的特点，不仅考虑金属液的流 动，而且要考虑到泡沫模样的热分解作用和影响。特殊性如下： 消失模铸造中，高温金属液充型流动过程中要克服汽化泡沫模样而带来的气压阻力，不 像在空腔中流动中的水力学流动，因此在传统的砂型铸造（空型）中，浇口大小、数量、位置 至关重要，而在消失模铸造中并不是那么重要。 消失模模样（含浇注系统）需要涂挂涂料，需要承受很大的重力。内浇道起到连接模样 和浇注系统的作用。当浇口面积很小时，小到实际上很难支持得住涂挂涂料和填砂紧实时的强 度，浇注速度才由浇口面积所控制。但实际上，使用的浇口面积（为了支持涂挂涂料和填砂振 实时有足够的强度）要大得多，此时，控制浇注速度主要因素就不
38、再是浇口面积，而是取决于 涂料的性质。 对于铝合金，低透气性涂料，浇口不再是节流口，控制金属充型速度的是泡沫模样的消 失速度和从涂层中逃逸的速度；只有浇口足够小时（即“临界浇口”），浇口才能作为节流口， 但实际上这么小的“临界浇口”是无法支持住模组在操作过程中不被损坏。 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 4.3.3 消失模铸造的工艺设计 3）、浇注系统设计 和传统砂型铸造工艺一样，消失模铸造浇注系统设计首先要确定内浇道（最小 断面尺寸），再按一定比例确定直浇道和横浇道。 计算方法有以下两种： 1）：以传统砂型工艺为参考，经查表或经验公式计算
39、后，再做适当调整，一 般增大1520%（实际要考虑涂挂涂料时承受力的问题）。 2）：如水力学计算公式： （cm2 2） 开放式可提高浇注系统和泡沫模样之间的结合强度，保证在浸涂涂料，烘干、搬 运以及振动造型操作时模样不会折断。因此推荐的各组元尺寸： ： ： ： =1 =1：（：（1.11.3）：（）：（1.21.5）。）。F直： HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY （1）、单件顶注工艺 4.3.3 消失模铸造的工艺设计 铝合金4缸缸体顶注 工艺 异型管件的顶注工艺 （德国Common公司提供） 框架结构件的顶注工艺 （德国Common公司提供
40、） HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY （2）、单件底注工艺 4.3.3 消失模铸造的工艺设计 电机壳体采用底注，分 三个内浇道均匀布置进 入型腔。 齿轮箱体采用底注，分四个内浇 道垂直进入 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 4.3.3 消失模铸造的工艺设计 （3）、多件串浇底注工艺 汽车零件压盖的底注串浇工艺 圆环法兰件一串分8层铸8件，见左图。小支架分 三层铸54件件，见上图。金属液从耐火空心直浇道下 去，再底返上来，一层一层充填。即平稳又提高了铸 件出品率。 HUAZHONG UNI
41、VERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY （4）、 阶梯浇注系统 4.3.3 消失模铸造的工艺设计 工程车大型齿轮箱体的多个阶梯浇注系统 叉车齿轮体铸件采用阶梯侧注日字型 浇注系统（4个内浇口，直浇道上半截 为空心陶瓷管，防止冲砂缺陷） HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 1956年，美国H.F.Shroyer 先生采用聚苯乙烯材料制 作零件原型，将其埋入砂型中，直接浇注铁合金，获 得金属铸件。当年他申请Cavityless Casting Mold and Method of Making Same专利，1958年4月
42、 15号该专利获得批准。参见图112 H.F.Shroyer 先生的专利原件插图。 Shroyer 先生为实型铸造的发 明人。1980年以后，实型铸造演变为消失模铸造。 图112 H.F.Shroyer 专利原件插图 1） 早期消失模铸造艺术品 1951年苯乙烯专利 问世（见图111 为德国BASF公司关 于苯乙烯的基础专利 原件）。1954年美 国将发泡的聚苯乙烯 作为包装和绝热的新 材料。 图111 德国BASF专利 4.3.4 消失模铸造的工艺实例 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 早期消失模铸件 青铜天马神像 A。用泡沫板材 雕刻马
43、身原形 B。 组装好的天马神 像泡沫原形 C。 天马神像铸造 D。 青铜天马神像 （重150公斤） 4.3.4 消失模艺术铸造实例 1） 早期消失模铸造艺术品 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 纪录了消失模铸造骏马的过程泡沫原型、浇冒口系统、上涂料、浇注铝合 金以及抛光上色等工艺过程 2）近期消失模艺术铸件 4.3.4 消失模艺术铸造实例 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 2）近期消失模艺术铸件 朱铭美术馆（台湾） 4.3.4 消失模艺术铸造实例 HUAZHONG UNIVERSITY
44、OF SCIENCE & TECHNOLOGY 消失模铸造艺术品实例：深圳证卷交易所铜钟 南昌冶金建设有限公司提供 该铜钟重约 公斤，现悬挂于深圳证 卷交易所大厅内 4.3.4 消失模艺术铸造实例 2）近期消失模艺术铸件 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 思考题 l消失模铸造核心优势在于哪几点？ l消失模铸造是不是适合所有的铸造合金？ HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 材料科学与工程学院材料科学与工程
45、学院 华中科技大学华中科技大学 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 授课教师：董选普教授授课教师：董选普教授 刘鑫旺博士刘鑫旺博士 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 第5章 液态金属成形工艺设计 5.1 5.1 液态金属成形工艺设计概论液态金属成形工艺设计概论 5.2 5.2 铸造工艺方案的确定铸造工艺方案的确定 5.3 铸造工艺参数的确定铸造工艺参数的确定 5.4 5.4 铸造工艺设计实例铸造工艺设计实例 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLO
46、GY 1、铸造工艺设计的目的 为获得好的铸件，减少工作量，降低成本，合理制订为获得好的铸件，减少工作量，降低成本，合理制订铸造工艺方案铸造工艺方案，绘制绘制 铸造工艺图，编制工艺卡等。铸造工艺图，编制工艺卡等。 铸铸 件件 的的 结结 构构 技技 术术 要要 求求 生生 产产 条条 件件 铸铸 造造 工工 艺艺 设设 计计 铸铸 型型 分分 型型 面面 确确 定定 确确 定定 浇浇 注注 位位 置置 砂砂 芯芯 结结 构构 、 浇浇 注注 系系 统统 选选 择择 铸铸 造造 方方 法法 铸铸 造造 工工 艺艺 参参 数数 定定 （ 加加 工工 余余 粮粮 、 最最 小小 孔孔 槽槽 尺尺 寸寸
47、 、 其其 模模 斜斜 度度 、 铸铸 造造 收收 缩缩 率率 ） 生生 产产 批批 量量 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 2、铸造工艺设计内容 项目 内容 用途及应用范围 设计程序 铸 造 工 艺 图 在零件图上用规定的红、 兰等各色符号表示出：浇 注位置和分型面，加工余 量，收缩率，起模斜度， 反变形量，浇、冒口系统 ，内外冷铁，铸肋，砂芯 形状、数量及芯头大小等 是制造模样、模底板、芯盒 等工装以及进行生产准备和验 收的依据 适用于各种批量的生产 产品零件的技术条件 和结构工艺性分析 选择铸造及造型方法 确定浇注位置和分型 面 选用
48、工艺参数 设计浇冒口、冷铁和 铸肋 型芯设计 铸 件 图 把经过铸造工艺设计后，改 变了零件形状、尺寸的地方 都反映在铸件图上 是铸件验收和机加工夹具设计的依 据。适用于成批、大量生产或重要 铸件的生产 在完成铸造工艺图的基 础上，画出铸件图 铸 型 装 配 图 表示出浇注位置，型芯数 量、固定和下芯顺序，浇 冒口和冷铁布置，砂箱结 构和尺寸大小等 是生产准备、合箱、检验、工 艺调整的依据 适用于成批、大量生产的重要 件，单件的重型铸件 通常在完成砂箱设计后 画出 铸造 工艺 卡片 说明造型、造芯、浇注、打 箱、清理等工艺操作过程及 要求 是生产管理的重要依据 根据批量大小填写必要条件 综合整
49、个设计内容 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 5.2.1 5.2.1 造型及制芯方法的选择（选择造型方法）造型及制芯方法的选择（选择造型方法） 1.1.优先采用湿砂型优先采用湿砂型 2.2.生产批量相适应生产批量相适应 3.3.适合工厂条件适合工厂条件 4.4.兼顾精度与成本兼顾精度与成本 HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 1 1、优先采用湿砂型、优先采用湿砂型 砂型铸造优先选择湿砂型砂型铸造优先选择湿砂型。湿型中金属凝固冷却快，铸件表面光洁，。湿型中金属凝固冷却快，铸件表面光洁， 节省
50、了铸型的干燥和表面烘干，节约了工时和能耗，降低了成本。节省了铸型的干燥和表面烘干，节约了工时和能耗，降低了成本。 采用其他砂型的使用主要考虑：采用其他砂型的使用主要考虑： 1 1）铸件过高铸件过高，金属的静压力超过湿型的抗压强度时，应使用干型和自硬砂型；，金属的静压力超过湿型的抗压强度时，应使用干型和自硬砂型； 2 2）浇注位置上铸件有较大的水平壁，用）浇注位置上铸件有较大的水平壁，用湿型容易引起夹砂缺陷湿型容易引起夹砂缺陷； 3 3）大型复杂铸件大型复杂铸件，造型过程长，下芯多，造型过久会风干，易出现冲砂缺陷；，造型过程长，下芯多，造型过久会风干，易出现冲砂缺陷； 4 4）型内放置）型内放置
