1、材料成型工艺学材料成型工艺学 材料学科分类材料学科分类一级学科：材料科学与工程一级学科：材料科学与工程l 二级学科包括：二级学科包括：l 材料学材料学（金属材料与热处理、高分子材料、无机非（金属材料与热处理、高分子材料、无机非金属材料、复合材料等）金属材料、复合材料等）-金属材料工程（本科）金属材料工程（本科）l 材料物理与化学材料物理与化学（材料物理、材料化学）（材料物理、材料化学）-材料物理、材料物理、材料化学（本科）材料化学（本科）l 材料加工工程材料加工工程（铸造、锻造、焊接）（铸造、锻造、焊接）-材料成型与控材料成型与控制工程（本科）制工程（本科）材料成型工艺学材料成型工艺学n 材料
2、材料作为社会生存与发展的物质基础，其使用与作为社会生存与发展的物质基础，其使用与发展一直是标志发展一直是标志人类进步的里程碑人类进步的里程碑。n 历史上每一次产业革命的成功都离不开新材料的历史上每一次产业革命的成功都离不开新材料的开发，它是工业革命的先导，开发，它是工业革命的先导，材料与能源、信息、生材料与能源、信息、生物技术物技术构成了构成了现代文明社会的四大支柱现代文明社会的四大支柱。n 进入进入2121世纪，材料学科对于维护我国的国家安全世纪，材料学科对于维护我国的国家安全和国际形象，可持续地发展我国的国民经济，支撑我和国际形象，可持续地发展我国的国民经济，支撑我国国民经济各领域的近、中
3、、长远期科技发展规划，国国民经济各领域的近、中、长远期科技发展规划，都呈现出比过去任何时期更加突出的现实意义和深远都呈现出比过去任何时期更加突出的现实意义和深远的历史意义。的历史意义。绪论：材料成型工艺学概论绪论：材料成型工艺学概论材料发展的战略地位材料发展的战略地位材料加工技术与科学材料加工技术与科学 材料与材料技术材料与材料技术 l 材料与新材料材料与新材料l 材料：材料：是人类用以制造用于生活和生产的物品、器件、是人类用以制造用于生活和生产的物品、器件、构件、机器及其他产品的构件、机器及其他产品的物质物质，也可以简单定义为：，也可以简单定义为：材材料是可以制造有用器件的物质。料是可以制造
4、有用器件的物质。l 新材料：新材料：是指那些新出现或正在发展之中的，具有优异是指那些新出现或正在发展之中的，具有优异性能或特定性能的材料。性能或特定性能的材料。l 材料的分类：材料的分类：一般认为，材料可以分为一般认为，材料可以分为金属材料、无机金属材料、无机非金属材料非金属材料和和高分子材料高分子材料三大类。三大类。l 此外，此外，两种或两种以上两种或两种以上的材料复合而成的材料称为的材料复合而成的材料称为复合复合材料材料，具有许多单一材料所不具备的优点，被广泛地应，具有许多单一材料所不具备的优点，被广泛地应用于国民经济和国防领域。用于国民经济和国防领域。材料与材料技术材料分类材料与材料技术
5、材料分类n 根据材料的用途，还可将材料分为两大类：根据材料的用途，还可将材料分为两大类：结构材料和结构材料和功能材料。功能材料。n 结构材料：结构材料：以以力学性能力学性能为主要要求指标，为主要要求指标，用来制造以受用来制造以受力为主的构件力为主的构件。根据用途不同，对结构材料同时也要求。根据用途不同，对结构材料同时也要求物理性能和化学性能，如物理性能和化学性能，如导电性、导热率、耐腐蚀和耐导电性、导热率、耐腐蚀和耐高温性能高温性能等。等。n 功能材料：功能材料：则是利用材料特有的物理或化学性能，以则是利用材料特有的物理或化学性能，以实实现能量转换、储存、输送或完成特定动作的一类材料现能量转换
6、、储存、输送或完成特定动作的一类材料。同样，根据使用场合的不同，对功能材料同时也要求一同样，根据使用场合的不同，对功能材料同时也要求一定的力学性能，如定的力学性能，如强度、耐磨性强度、耐磨性等。等。n 材料的另一种分类方法是根据材料的具体应用领域，将材料的另一种分类方法是根据材料的具体应用领域，将其分为其分为电子信息材料、电子信息材料、能源材料、能源材料、生态环境材料、生态环境材料、生物生物医用材料、医用材料、化工材料、化工材料、航空航天材料、航空航天材料、机械工程材料、机械工程材料、建筑材料等。建筑材料等。材料技术材料技术l 技术：技术：l 技术是一种本领，技术是一种本领，是技能、技巧与技艺
7、的总称是技能、技巧与技艺的总称。因因此，材料技术可以理解为是关于材料的制备、成形此，材料技术可以理解为是关于材料的制备、成形与加工、表征与评价，以及材料的使用和保护的知与加工、表征与评价，以及材料的使用和保护的知识、经验和诀窍。识、经验和诀窍。l 材料技术的定义：材料技术的定义：l 从学科的观点来考虑，可以将从学科的观点来考虑，可以将材料技术定义材料技术定义为：将为：将材料科学和其他相关学科（如计算机、机械制造、材料科学和其他相关学科（如计算机、机械制造、自动控制）的知识自动控制）的知识应用于材料生产（制备）和应用应用于材料生产（制备）和应用的实际，以获得所需产品、提高材料的使用效能的的实际，
8、以获得所需产品、提高材料的使用效能的技艺技艺。材料加工技术材料加工技术n 材料加工技术的作用与地位材料加工技术的作用与地位n 一般认为一般认为,现代材料科学与工程由现代材料科学与工程由四个基本要素四个基本要素组成组成 ：即材即材料的性质、材料的成分组织结构、制备与加工工艺（技术）、料的性质、材料的成分组织结构、制备与加工工艺（技术）、材料使用性能，它们之间构成四面体关系。材料使用性能，它们之间构成四面体关系。n 由此可知，由此可知，材料的制备与加工材料的制备与加工与材料的成分和结构、材料的与材料的成分和结构、材料的性质一起构成了决定材料使用性能最基本的性质一起构成了决定材料使用性能最基本的三大
9、要素三大要素，也充，也充分反映了材料制备与加工技术的重要作用和地位。分反映了材料制备与加工技术的重要作用和地位。材料成型工艺学材料成型工艺学材料技术材料技术一般而言，材料技术主要包括：一般而言，材料技术主要包括：1.1.制备技术：制备技术：高分子材料合成高分子材料合成、粉体制备粉体制备、人工晶体、人工晶体、材料复材料复合技术等合技术等；2.2.成型与加工技术：成型与加工技术：凝固成型、塑性加工、注射成型、连接技凝固成型、塑性加工、注射成型、连接技术、粉末冶金技术等；术、粉末冶金技术等；3.3.改质改性技术：改质改性技术：热处理技术，材料三束改性技术（热处理技术，材料三束改性技术（离子束、离子束
10、、电子束、激光束电子束、激光束），电磁场、超声场材料改性技术；），电磁场、超声场材料改性技术；4.4.防护技术：防护技术：涂层处理、薄膜、钢板镀锌、隐身材料等；涂层处理、薄膜、钢板镀锌、隐身材料等；5.5.评价表征技术：评价表征技术：力学性能试验、成型性试验、无损探伤、显力学性能试验、成型性试验、无损探伤、显微结构分析、组织性能表征等；微结构分析、组织性能表征等；6.6.模拟仿真技术：模拟仿真技术：组织性能预报、过程仿真技术，数字化制造组织性能预报、过程仿真技术，数字化制造（3D3D打印打印）技术；）技术；7.7.检测与监控技术：检测与监控技术：无损检测、在线检测和实时监控等。无损检测、在线检
11、测和实时监控等。材料成型工艺学材料成型工艺学 绪绪 论论 材料成型工艺学概论材料成型工艺学概论 第一章第一章 金属液态成型方法简介金属液态成型方法简介 第二章第二章 砂型分类与造型方法砂型分类与造型方法 第三章第三章 金属金属-铸型的界面作用铸型的界面作用 第四章第四章 砂型铸造缺陷特征及成因砂型铸造缺陷特征及成因 第五章第五章 砂型（芯）材料种类及特点砂型（芯）材料种类及特点 第六章第六章 铸型工艺方案（铸件结构设计）铸型工艺方案（铸件结构设计）第七章第七章 浇注系统设计浇注系统设计 第八章第八章 冒口设计冒口设计 第九章第九章 材料连接工艺学材料连接工艺学 第十章第十章 材料先进成型技术材
12、料先进成型技术主要参考书主要参考书l 1.1.铸造工艺学，曹文龙主编，机械工业出版社；铸造工艺学，曹文龙主编，机械工业出版社；l 2.2.铸造工艺学，王文清、李魁盛主编，机械工业出版社；铸造工艺学，王文清、李魁盛主编，机械工业出版社；l 3.3.铸造工艺设计简明手册，叶荣茂主编，机械工业出版社；铸造工艺设计简明手册，叶荣茂主编，机械工业出版社；l 4.4.材料成型工艺基础，严绍华主编，清华大学出版社；材料成型工艺基础，严绍华主编，清华大学出版社；l 5.5.材料成型工艺基础，翟封祥主编，哈尔滨工业大学出版社；材料成型工艺基础，翟封祥主编，哈尔滨工业大学出版社；l 6.6.铸造工艺设计，李弘英主
13、编，机械工业出版社；铸造工艺设计，李弘英主编，机械工业出版社；l 7.7.材料加工工艺（第一版），黄天佑、都东、方刚编著，清材料加工工艺（第一版），黄天佑、都东、方刚编著，清华大学出版社，华大学出版社，20042004年；年；l 8.8.铸件缺陷和对策手册（第一版），陈国桢、肖柯则、姜不铸件缺陷和对策手册（第一版），陈国桢、肖柯则、姜不居编著，机械工业出版社，居编著，机械工业出版社，20002000年；年；l 9.9.焊接词典（第二版），中国机械工程学会焊接分会编，机焊接词典（第二版），中国机械工程学会焊接分会编，机械工业出版社；械工业出版社；l 10.10.焊接与连接工程学导论，何德孚主编，
14、上海交大出版社；焊接与连接工程学导论，何德孚主编，上海交大出版社；l 11.11.焊接基础，牛济泰主编，黑龙江科学技术出版社。焊接基础，牛济泰主编，黑龙江科学技术出版社。大连理工大学大连理工大学材料成型及控制工程专业材料成型及控制工程专业n 大连理工大学大连理工大学19491949年年4 4月月1515日日n 冶金工程系冶金工程系-19491949年年4 4月创立月创立19511951年年1111月调整到东北大学月调整到东北大学n 铸造专业铸造专业-1953-1953年创建年创建n 金属材料及热处理专业金属材料及热处理专业-1958年创立年创立n 铸造专业博士点铸造专业博士点-1984-198
15、4年获准年获准n 材料科学与工程博士后流动站材料科学与工程博士后流动站-1992年获准年获准n 材料学博士点材料学博士点-1993-1993年获准年获准n 材料科学与工程一级学科博士点材料科学与工程一级学科博士点-2000年年n 铸造专业铸造专业材料成型及控制工程专业（铸锻焊）材料成型及控制工程专业（铸锻焊）19991999年年n 材料成型及控制工程专业辽宁省第一批本科教学示范专业材料成型及控制工程专业辽宁省第一批本科教学示范专业-2006年，教育部高等学校特色专业建设点年，教育部高等学校特色专业建设点2009年年n 材料成型及控制工程专业材料成型及控制工程专业全国第一个通过工程教育专业认全国
16、第一个通过工程教育专业认证证20102010、20132013年年n 全国专业评估全国专业评估铸造列第四位铸造列第四位，近几年材料成型全国前三名，近几年材料成型全国前三名n 已退休教授：已退休教授：n 郭可讱郭可讱、邓兆豪、邓兆豪、李隆盛李隆盛教授；教授；n 金俊泽、高钦金俊泽、高钦、周继扬、周继扬、郑贤淑、张国梁郑贤淑、张国梁、刘顺华教、刘顺华教授、博导；授、博导；n 徐延伟、方大成、陈光钧、程骥、丛家瑞、曹兴言、徐延伟、方大成、陈光钧、程骥、丛家瑞、曹兴言、张恩涛、张恩涛、杨长贺、杨长贺、梁立达、王凤庭、李同春教授。梁立达、王凤庭、李同春教授。n 在职教授：在职教授：n 李廷举李廷举、张兴
17、国张兴国、刘黎明、刘黎明、姚曼姚曼、姚山姚山、周文龙、周文龙、曹曹志强、张维平志强、张维平、张伟张伟、郝海、王同敏、郝海、王同敏、陈国清、董红陈国清、董红刚、段玉平。刚、段玉平。材料成型及控制工程专业材料成型及控制工程专业l主要液态金属成型技术主要液态金属成型技术l1 1砂型铸造；砂型铸造；2 2金属型铸造；金属型铸造；l3 3熔模铸造；熔模铸造；4 4离心铸造；离心铸造；l5 5消失模铸造；消失模铸造；6 6压力铸造；压力铸造；l7 7悬浮铸造；悬浮铸造；8 8磁型铸造；磁型铸造；l9 9挤压铸造；挤压铸造；1010实型铸造；实型铸造；l1111壳型铸造；壳型铸造；1212连续铸造。连续铸造
18、。第一章第一章 传统材料成型与加工技术传统材料成型与加工技术传统液态成型与加工技术砂型铸造传统液态成型与加工技术砂型铸造 1.1.砂型铸造砂型铸造：砂型铸造采用具有一定性能的砂型铸造采用具有一定性能的型砂、芯砂型砂、芯砂来制造来制造砂型及砂芯砂型及砂芯，并在其中浇注液态金属使其成型、凝固的铸造方，并在其中浇注液态金属使其成型、凝固的铸造方法，是目前各种液态成型方法中法，是目前各种液态成型方法中最基本、应用也最为广泛最基本、应用也最为广泛的一的一种成型方法。种成型方法。优点优点:1 1）能够最经济地制造出外形和内腔）能够最经济地制造出外形和内腔都很复杂的零件；都很复杂的零件；2 2）适应性强，对
19、各种合金均可采）适应性强，对各种合金均可采用砂型铸造方法；用砂型铸造方法；3 3）铸件的尺寸、形状都很接近零件）铸件的尺寸、形状都很接近零件,加工余量不大；加工余量不大；4 4）原材料来源广泛，价格低廉，生产成本小。）原材料来源广泛，价格低廉，生产成本小。五阀缸盖五阀缸盖 l缺点：缺点：l1 1）砂型铸造的工序繁多，工艺控制难度大；）砂型铸造的工序繁多，工艺控制难度大；l2 2）质量不高而且不稳定；）质量不高而且不稳定；l3 3）劳动强度大，生产环境差。）劳动强度大，生产环境差。l据不完全统计，砂型铸造生产的铸件约占世界铸件据不完全统计，砂型铸造生产的铸件约占世界铸件总产量的总产量的80809
20、0%90%。l砂型铸造的基本材料包括：砂型铸造的基本材料包括：l模型：模型：木模、金属模、塑料模等；木模、金属模、塑料模等；l砂型：砂型：湿型、表干型、干型；湿型、表干型、干型；l型砂：型砂：石英砂、水玻璃砂、石灰石砂、铬铁矿砂、石英砂、水玻璃砂、石灰石砂、铬铁矿砂、锆砂、镁砂、油砂、树脂砂、水泥砂等。锆砂、镁砂、油砂、树脂砂、水泥砂等。传统液态成型与加工技术砂型铸造传统液态成型与加工技术砂型铸造传统液态成型与加工技术砂型铸造传统液态成型与加工技术砂型铸造大连机车车辆有限公司大连机车车辆有限公司铸铁铸铁砂箱砂箱型砂准备型砂准备模型模型制作制作芯盒芯盒芯砂芯砂芯骨芯骨制芯制芯合箱检验合箱检验造型
21、造型下芯下芯合箱合箱熔炼熔炼浇注浇注冷却凝固冷却凝固开箱落砂开箱落砂去除去除浇冒口浇冒口热处理热处理表面清砂表面清砂（喷丸、吹砂，（喷丸、吹砂，抛丸）抛丸）清理打磨清理打磨去毛翅去毛翅铸件铸件机 械 加 工机 械 加 工或热加工或热加工铸造生产工艺流程图铸造生产工艺流程图产品产品零件零件传统材料成型与加工技术传统材料成型与加工技术-砂型铸造砂型铸造传统液态成型方法砂型铸造传统液态成型方法砂型铸造传统液态成型方法砂型铸造传统液态成型方法砂型铸造长春一汽一铸主要产品与装备长春一汽一铸主要产品与装备柴、汽油机缸盖柴、汽油机缸盖 后桥壳后桥壳 减速器壳减速器壳 排气管排气管 柴油机缸体柴油机缸体 变速
22、箱外壳变速箱外壳 德国静压造型线德国静压造型线 气冲造型生产线气冲造型生产线 美国冷芯制芯机美国冷芯制芯机 长春一汽二铸主要产品长春一汽二铸主要产品CA4GE缸体缸体 差速器壳体差速器壳体 转向器壳体转向器壳体 排气歧管排气歧管 减速器外壳减速器外壳 曲轴曲轴 制动盘制动盘 Perkins 4缸缸盖缸缸盖 一汽有色铸造厂主要产品和设备一汽有色铸造厂主要产品和设备消失模生产线消失模生产线 德国德国L40热芯盒制芯机热芯盒制芯机 德国德国Laempe公司公司L40冷芯机冷芯机 倾转浇注机生产线倾转浇注机生产线 机加车间机加车间 五阀缸盖五阀缸盖 转向器壳体转向器壳体 CA488缸盖缸盖 进气歧管（
23、消失模）进气歧管（消失模）大连旅桑实业有限公司大连旅桑实业有限公司-机电类机电类大连旅桑实业有限公司大连旅桑实业有限公司-泵类件泵类件大连旅桑实业有限公司大连旅桑实业有限公司-汽车件汽车件传统液态成型方法传统液态成型方法-自动造型生产线自动造型生产线垂直分型无箱射压示意图垂直分型无箱射压示意图(a)-射砂射砂 (b)-压实压实 (c)-合型合型 (d)-复位复位射砂射砂压实压实合型合型复位复位传统液态成型方法金属型铸造传统液态成型方法金属型铸造l 金属型铸造金属型铸造：将液态金属浇入由金属材料制成的铸型中以将液态金属浇入由金属材料制成的铸型中以获得铸件的方法称为金属型铸造。获得铸件的方法称为金
24、属型铸造。l 1.1.金属型模体：金属型模体：一般用耐热铸铁或铸钢制成。在模体中除一般用耐热铸铁或铸钢制成。在模体中除了型腔以外，还有浇注系统、排气槽和合模定位装置。了型腔以外，还有浇注系统、排气槽和合模定位装置。l 浇注系统一般为底注式或缝隙式，直浇道作成倾斜或蛇形，浇注系统一般为底注式或缝隙式，直浇道作成倾斜或蛇形，以降低流速。以降低流速。为了阻渣，通常在浇注系统中设集渣包。为了阻渣，通常在浇注系统中设集渣包。金金属型没有透气性，所以，必须在型腔上部和分型面处设排属型没有透气性，所以，必须在型腔上部和分型面处设排气槽。气槽。在气体易聚集而又不在分型面处需设排气塞。铸件在气体易聚集而又不在分
25、型面处需设排气塞。铸件的内腔和孔、槽等需用的内腔和孔、槽等需用型芯型芯来形成。较简单的用来形成。较简单的用金属芯金属芯，复杂的则采用复杂的则采用砂芯砂芯。l 2.2.金属型的外围结构金属型的外围结构,包括：包括：两半模的夹紧装置，开合型的两半模的夹紧装置，开合型的铰链装置、顶出铸件的顶杆机构以及手工操作的手把机构。铰链装置、顶出铸件的顶杆机构以及手工操作的手把机构。如如钢锭、轧辊、离心铸造钢锭、轧辊、离心铸造的生产等。的生产等。金属型铸造的优缺点金属型铸造的优缺点l 优点：优点：1.1.实现了实现了一型多用一型多用，省去，省去配砂、造型、落砂配砂、造型、落砂等工序，节约原等工序，节约原材料，改
26、善了劳动条件，而且便于实现自动化生产；材料，改善了劳动条件，而且便于实现自动化生产；2.2.铸件尺寸精度高，表面质量好，机械加工余量小；铸件尺寸精度高，表面质量好，机械加工余量小；3.3.冷却速度快，铸件内部组织致密，力学性能好。冷却速度快，铸件内部组织致密，力学性能好。l 如金属型铸造的如金属型铸造的铝合金铝合金相对于砂型铸造来讲，相对于砂型铸造来讲，抗拉强度可抗拉强度可提高提高2020，伸长率提高，伸长率提高2525，冲击韧性提高一倍，冲击韧性提高一倍；4.4.铸件质量较为稳定，废品率低。铸件质量较为稳定，废品率低。l 缺点：缺点：1.1.金属型制造成本高、周期长；金属型制造成本高、周期长
27、；2.2.铸造工艺要求严格，不适合于单件、小批量生产；铸造工艺要求严格，不适合于单件、小批量生产；3.3.金属型的冷却速度快金属型的冷却速度快,不宜制造形状复杂的和大型薄壁件。不宜制造形状复杂的和大型薄壁件。块体非晶合金产品制备技术块体非晶合金产品制备技术块体非晶合金产品制备技术块体非晶合金产品制备技术5 mm8 mm5 mm4 mm5.5 mm11 mm3 mm7 mm11 mm6 mm非晶合金螺栓非晶合金螺栓非晶合金骨骼非晶合金骨骼非晶合金骨骼非晶合金骨骼非晶合金骨骼与弹头非晶合金骨骼与弹头传统液态成型方法金属型铸造传统液态成型方法金属型铸造铝合金活塞金属型简图铝合金活塞金属型简图1、3、
28、4、5型芯；型芯；2、6金属型金属型鞍钢钢锭模结构数值优化设计鞍钢钢锭模结构数值优化设计鞍钢钢锭模结构数值优化设计鞍钢钢锭模结构数值优化设计东北特钢钢锭模结构优化东北特钢钢锭模结构优化一汽大柴球铁曲轴铸造工艺优化一汽大柴球铁曲轴铸造工艺优化金属凝固过程数值模拟金属凝固过程数值模拟铸造工艺优化与微观组织预测铸造工艺优化与微观组织预测本研究室最早在国内开展了铸件凝固本研究室过程的温度场、应力场和流速场的数值模拟工作，排除了凝固模拟理论应用于大型复杂件的障碍，在材料微观过程的模型化和数值模拟方面作出了开创性工作。获得国家科技进步奖一次，部级以上奖7项。大连造船新厂螺旋桨优化设计软件大连造船新厂螺旋桨
29、优化设计软件宝钢双辊薄带连铸温度场数值模拟宝钢双辊薄带连铸温度场数值模拟宝钢连铸坯凝固进程数值模拟宝钢连铸坯凝固进程数值模拟金属凝固组织形成过程的数值模拟金属凝固组织形成过程的数值模拟传统液态成型方法压铸传统液态成型方法压铸l 压铸：压铸：压力铸造简称压力铸造简称压铸压铸。将液态或半液态金属快速压入金。将液态或半液态金属快速压入金属模具中，在压力下凝固而获得铸件的方法。属模具中，在压力下凝固而获得铸件的方法。l 压铸压铸是一种少切削、无切削的高效金属液态成型方法。高压、是一种少切削、无切削的高效金属液态成型方法。高压、高速是它的最大特点。高速是它的最大特点。l 常用比压在常用比压在5-150兆
30、帕，充型速度（内浇口速度）常在兆帕，充型速度（内浇口速度）常在20m/s以上，充型过程在以上，充型过程在0.001-0.2秒秒的极短时间内完成。的极短时间内完成。卧式冷室压铸机工作原理图卧式冷室压铸机工作原理图(a)合模合模 (b)压铸压铸 (c)开模取件开模取件1-压射冲头压射冲头 2-压室坩埚压室坩埚 3-金属液金属液 4-定模定模 5-动模动模 6-型腔型腔 7-浇道浇道 8-余料余料传统液态成型方法压铸传统液态成型方法压铸传统液态成型方法传统液态成型方法-压铸压铸l 优点：优点：l 1）压铸件的尺寸精度高，一般可达）压铸件的尺寸精度高，一般可达CT4-8级。表面粗糙级。表面粗糙度约度约
31、Ra3.2-0.8m，最低可达，最低可达0.4m，因而可减少机械加，因而可减少机械加工余量，甚至可以不加工；工余量，甚至可以不加工；l 2）能压铸出形状较复杂、轮廓清晰、壁薄深腔的零件。）能压铸出形状较复杂、轮廓清晰、壁薄深腔的零件。如锌合金最小壁厚可达如锌合金最小壁厚可达0.3mm，压铸出，压铸出0.7mm的小孔，的小孔，必要时还可以铸出螺纹、齿轮和花纹等。必要时还可以铸出螺纹、齿轮和花纹等。l 3）压铸件的内部组织致密，具有较高的强度和硬度，而）压铸件的内部组织致密，具有较高的强度和硬度，而且具有良好的耐磨性和耐蚀性；且具有良好的耐磨性和耐蚀性；l 4）可以将其它材料（金属或非金属）嵌铸在
32、压铸件上，）可以将其它材料（金属或非金属）嵌铸在压铸件上，从而减少装配工时，简化制造工艺；从而减少装配工时，简化制造工艺；l 5）可实现自动化生产，生产率很高。一般）可实现自动化生产，生产率很高。一般冷室压铸机冷室压铸机可可达达80-100次次/小时小时，热室压铸机热室压铸机可达可达400-1000次次/小时小时。传统液态成型方法压铸传统液态成型方法压铸l 缺点：缺点：l 1 1）压铸生产设备投入费用高）压铸生产设备投入费用高；l 2 2）压铸合金种类因模具寿命问题）压铸合金种类因模具寿命问题而受到限制，目前主要用于熔点而受到限制，目前主要用于熔点较低的较低的铝合金、锌合金、镁合金铝合金、锌合
33、金、镁合金和铜合金和铜合金等；等；l 3 3）由于金属液的高速充型和快速）由于金属液的高速充型和快速冷却，压铸模具型腔内的气体来冷却，压铸模具型腔内的气体来不及排除，使不及排除，使压铸件常伴有气孔压铸件常伴有气孔和氧化夹杂等缺陷和氧化夹杂等缺陷；l 4 4）压铸件尺寸受到压铸机锁模力）压铸件尺寸受到压铸机锁模力和装模尺寸的限制，不能太大和装模尺寸的限制，不能太大。l（9090年代：要想富，上压铸年代：要想富，上压铸）。）。热室压铸机压室热室压铸机压室浸入在金属液中浸入在金属液中热室压铸机工作原理图热室压铸机工作原理图 1-金属液金属液 2-坩埚坩埚 3-压射冲头压射冲头 4-压室压室 5-进口
34、进口 6-通道通道 7-喷嘴喷嘴 8-压铸模压铸模 传统液态成型方法压铸传统液态成型方法压铸一汽特种铸造厂主要产品和装备一汽特种铸造厂主要产品和装备壳型自动生产线壳型自动生产线 250吨压铸机吨压铸机 精铸机械化生产线精铸机械化生产线 镁合金压铸件镁合金压铸件 铝合金压铸件铝合金压铸件 凸轮轴凸轮轴 铜合金压铸件铜合金压铸件 精铸产品：汽车变速箱拔叉等精铸产品：汽车变速箱拔叉等 曲轴曲轴 压铸原理：压铸原理：高压高速下填充型腔、在高压下凝固。高压高速下填充型腔、在高压下凝固。压力：压力：70100MPa，速度，速度3060 m/s，填充时间：，填充时间：0.4s左右。左右。1）压铸机）压铸机-
35、按锁模压力分类；按锁模压力分类；压室类型分类：压室类型分类：冷室压铸机、热室压铸机；冷室压铸机、热室压铸机；立式、卧式压铸机立式、卧式压铸机压铸工艺：合模压铸工艺：合模浇注浇注压射压射脱模脱模清理模型清理模型喷涂脱模剂喷涂脱模剂2）电控等系统）电控等系统3）压铸模具）压铸模具-用以成型铸件，分用以成型铸件，分静模和动模静模和动模铝合金压铸过程：铝合金压铸过程：铝合金采购（铝合金采购（检测检测）熔炼熔炼（锭、回炉料锭、回炉料，720-780出炉）出炉）检验检验精炼（精炼（精炼剂、旋转喷头精炼剂、旋转喷头N2除气）除气）倒包（定量炉）倒包（定量炉）压铸压铸（机械手、喷涂，吹干取样），（机械手、喷涂
36、，吹干取样），压铸参数实时监控压铸参数实时监控压铸件缺陷模式分析：压铸件缺陷模式分析：冷隔冷隔、欠铸（填充不完整）、欠铸（填充不完整）、裂纹裂纹（绝对不允许）、（绝对不允许）、流痕流痕、粘料、粘料、缺缺肉、肉、变形（产品设计和工艺问题）、变形（产品设计和工艺问题）、毛翅毛翅（清理不干净客户不接（清理不干净客户不接受）、受）、气泡气泡、气孔缩孔气孔缩孔（最常存在也最难解决）（最常存在也最难解决）大连亚明压铸有限公司大连亚明压铸有限公司 传统液态成型方法离心铸造传统液态成型方法离心铸造l 离心铸造离心铸造：将金属液浇注到高速旋转的铸型内，使其在离心将金属液浇注到高速旋转的铸型内，使其在离心力的作用
37、下充型并凝固的方法。显然，离心力对铸件的成型力的作用下充型并凝固的方法。显然，离心力对铸件的成型和凝固结晶起重要的作用。和凝固结晶起重要的作用。l 离心铸造特点：离心铸造特点：l 1 1）离心力使金属液的充型能力提高，可以获得薄壁铸件，）离心力使金属液的充型能力提高，可以获得薄壁铸件，这一特点对铸造流动性较差的合金特别有利；这一特点对铸造流动性较差的合金特别有利；l 2 2）可以不用型、芯而制造出圆桶形、管类、套桶类铸件；）可以不用型、芯而制造出圆桶形、管类、套桶类铸件；l 3 3）金属液在离心力作用下充型和凝固，显著提高补缩能力，）金属液在离心力作用下充型和凝固，显著提高补缩能力，较轻的气体
38、、夹杂物等易集中在铸件内表面，可通过机械加较轻的气体、夹杂物等易集中在铸件内表面，可通过机械加工除去，因而能获得无缩孔、气孔、夹渣的致密铸件；工除去，因而能获得无缩孔、气孔、夹渣的致密铸件；l 4 4）可以制造双层或多层金属铸件；）可以制造双层或多层金属铸件；l 5 5）合金中密度相差较大的元素在离心力的作用下易产生重）合金中密度相差较大的元素在离心力的作用下易产生重力偏析；力偏析；传统液态成型方法传统液态成型方法-离心铸造离心铸造n 6 6）铸件的形状、尺寸受到一定的限制，主要用于制造桶形、）铸件的形状、尺寸受到一定的限制，主要用于制造桶形、管类、套类等铸件；而且，内孔尺寸不易控制，内孔表面
39、较为管类、套类等铸件；而且，内孔尺寸不易控制，内孔表面较为粗糙，易聚集气孔、夹杂等；粗糙，易聚集气孔、夹杂等；n 7 7）设备、工装投资较大。）设备、工装投资较大。离心铸造示意图离心铸造示意图a)立式离心铸造；立式离心铸造；b)卧式离心铸造卧式离心铸造传统液态成型方法熔模铸造传统液态成型方法熔模铸造l 熔模铸造熔模铸造：又称又称精密铸造精密铸造、失蜡铸造失蜡铸造，是一种少切削或无切，是一种少切削或无切削的铸造方法，是用易熔性一次模代替木模和金属模，在模削的铸造方法，是用易熔性一次模代替木模和金属模，在模样表面涂覆若干层耐火材料和涂料后熔出模料，再进行高温样表面涂覆若干层耐火材料和涂料后熔出模料
40、，再进行高温焙烧，然后浇注液态金属制造铸件的生产方法。焙烧，然后浇注液态金属制造铸件的生产方法。l 特点：特点：l 1）铸件尺寸精度高，可达）铸件尺寸精度高，可达CT7-9级级，表面粗糙度低，可达，表面粗糙度低，可达Ra1.6-12.5m；因而节省机械加工工时，对要求不太高的零；因而节省机械加工工时，对要求不太高的零件，可不进行机械加工而直接装配使用；件，可不进行机械加工而直接装配使用；l 2）能铸造出形状复杂，轮廓清晰的薄壁铸件，铸件重量可以）能铸造出形状复杂，轮廓清晰的薄壁铸件，铸件重量可以小到几克，而壁厚可以薄至小到几克，而壁厚可以薄至0.5mm以下；以下；l 3）适用于各种合金的成型，
41、特别适用于铸造加工性能不良或）适用于各种合金的成型，特别适用于铸造加工性能不良或难以切削加工的合金铸件，如不锈钢、耐热钢、硬质合金等难以切削加工的合金铸件，如不锈钢、耐热钢、硬质合金等铸件；铸件；l 4）生产批量不受限制，单件、小批和大批量生产都能适用。）生产批量不受限制，单件、小批和大批量生产都能适用。l 但生产工序繁多、周期长、成本高，铸件外形也不能太大。但生产工序繁多、周期长、成本高，铸件外形也不能太大。传统液态成型方法熔模铸造传统液态成型方法熔模铸造熔模铸造工艺过程熔模铸造工艺过程熔模铸造的基本工艺过程熔模铸造的基本工艺过程 1 1压型设计与制造压型设计与制造：根据零件图的要求设计并加
42、工根据零件图的要求设计并加工压型，压型材料用钢或其它材料制成；压型，压型材料用钢或其它材料制成；2 2熔模制造：熔模制造：配料、化腊、搅腊，将调制成糊状的配料、化腊、搅腊，将调制成糊状的模料压注到压型（模具）里，冷却后制成熔模；模料压注到压型（模具）里，冷却后制成熔模；3 3模组组装：模组组装：把若干个熔模用电加热元件组焊到预把若干个熔模用电加热元件组焊到预先由蜡料制成的蜡棒（即先由蜡料制成的蜡棒（即浇注系统浇注系统）上，制成熔模）上，制成熔模模组；模组；4 4型壳制造：型壳制造：在模组表面涂上耐火材料，撒上一层在模组表面涂上耐火材料，撒上一层耐火材料，再放入硬化剂中使涂料层风干、硬化。耐火材
43、料，再放入硬化剂中使涂料层风干、硬化。这样重复多次这样重复多次(一般一般5 57 7层层），使模组表面形成），使模组表面形成8 810mm10mm厚的硬壳；厚的硬壳；5 5脱蜡脱蜡：把制成并硬化后的模组放入热水池中或其它热容把制成并硬化后的模组放入热水池中或其它热容器中，将模料（包括蜡棒）全部熔化，形成中空的型壳；器中，将模料（包括蜡棒）全部熔化，形成中空的型壳；6 6型壳焙烧：型壳焙烧：把型壳放入加热炉中进行焙烧，使型壳进一把型壳放入加热炉中进行焙烧，使型壳进一步硬化并脱干水分；步硬化并脱干水分；7 7浇注：浇注：将熔融金属液浇注到经过焙烧后并保持一定温度将熔融金属液浇注到经过焙烧后并保持一
44、定温度的型壳中；的型壳中；8 8脱壳与清理：脱壳与清理：铸件凝固后采用铸件凝固后采用手工或振壳机械手工或振壳机械脱去模壳，脱去模壳，切除浇、冒口，再经其它表面处理工艺（比如切除浇、冒口，再经其它表面处理工艺（比如喷丸处理喷丸处理）即得到所需的铸件；即得到所需的铸件；9 9热处理和检验：热处理和检验：通过通过热处理使铸件达到规定的性能热处理使铸件达到规定的性能，并，并检验铸件的内部和外部质量；检验铸件的内部和外部质量；1010喷涂防护涂层：出厂或入库。喷涂防护涂层：出厂或入库。熔模铸造的基本工艺过程熔模铸造的基本工艺过程 传统液态成型方法熔模铸造传统液态成型方法熔模铸造熔模铸造工艺过程熔模铸造工
45、艺过程熔模铸造用主要原附材料及设备熔模铸造用主要原附材料及设备 l 1 1原材料：原材料：l 1 1）模料：）模料：石蜡、硬脂酸、松香、低分子聚乙烯石蜡、硬脂酸、松香、低分子聚乙烯l 2 2）涂挂材料：）涂挂材料：石英粉、石英砂、铝矾土、耐火泥、水玻璃、硅溶胶、石英粉、石英砂、铝矾土、耐火泥、水玻璃、硅溶胶、硅酸乙脂。硅酸乙脂。l 3 3）硬化剂：）硬化剂：氯化铵、氯化铝、硅酸乙脂氯化铵、氯化铝、硅酸乙脂l 熔化设备：熔化设备：感应电炉炼钢，电加热设备或蒸汽加热设备熔化感应电炉炼钢，电加热设备或蒸汽加热设备熔化模料模料 熔模铸造生产设备熔模铸造生产设备l 1 1）搅蜡装备：搅蜡机）搅蜡装备：搅
46、蜡机l 2 2）压蜡设备：保温储蜡罐、压蜡台、压蜡枪、模具；）压蜡设备：保温储蜡罐、压蜡台、压蜡枪、模具；l 3 3）组模设备：电烙铁、挂模组台架）组模设备：电烙铁、挂模组台架;l 4 4）上砂设备：连续式涂挂、上砂生产线或手工上砂设备）上砂设备：连续式涂挂、上砂生产线或手工上砂设备-上上 砂槽、涂料搅拌机、鼓风机及除尘设备；砂槽、涂料搅拌机、鼓风机及除尘设备；l 5 5）硬化设备：硬化槽（氯化铵、氯化铝、硅酸乙脂）；）硬化设备：硬化槽（氯化铵、氯化铝、硅酸乙脂）；l 6 6）风干：恒温恒湿室；）风干：恒温恒湿室；l 7 7）脱蜡设备：加热槽（蒸汽、沸水）；）脱蜡设备：加热槽（蒸汽、沸水）；l
47、 8 8）烘干焙烧炉：电加热或煤气、油加热炉；）烘干焙烧炉：电加热或煤气、油加热炉；l 9 9）熔化设备：感应电炉）熔化设备：感应电炉-炼钢，电加热设备或蒸汽加热设备炼钢，电加热设备或蒸汽加热设备-熔化模料；熔化模料；l 1010）脱壳设备：振动脱壳机；）脱壳设备：振动脱壳机；l 1111）清砂设备：喷丸装置、打磨装置；）清砂设备：喷丸装置、打磨装置；l 1212）模料回收与处理装置：用于蜡料的回收再生使用；）模料回收与处理装置：用于蜡料的回收再生使用；l 1313）检验仪器：缺陷检验，探伤仪表。）检验仪器：缺陷检验，探伤仪表。庆堂工业大连有限公司庆堂工业大连有限公司精密铸造精密铸造l 生产特
48、点：生产特点：主要产品阀体。主要产品阀体。l 精密铸造工艺四大部分：蜡型精密铸造工艺四大部分：蜡型制壳制壳浇注浇注后处理（后处理（不锈钢铸件加清不锈钢铸件加清洗洗热处理热处理钝化工艺钝化工艺）l 生产工艺：生产工艺：硅溶胶工艺、复合工艺和硅酸乙脂工艺硅溶胶工艺、复合工艺和硅酸乙脂工艺（粘结剂粘结剂）。）。l 硅溶胶工艺：硅溶胶工艺：SiO2的胶体溶液，的胶体溶液，优点是：优点是：操作方便，涂料稳定性、耐温操作方便，涂料稳定性、耐温性都好，性都好，缺点是：缺点是：壳体的硬化速度慢，需壳体的硬化速度慢，需4-5天。天。l 配料：配料：石蜡、硬脂酸、松香、聚乙烯等。蜡的熔点在石蜡、硬脂酸、松香、聚乙
49、烯等。蜡的熔点在60-65度，软化点度，软化点50度以上；度以上；l 制蜡采用双工位射蜡机，蜡模用清水冷却制蜡采用双工位射蜡机，蜡模用清水冷却（加洗涤剂）；（加洗涤剂）；l 挂浆：挂浆：硅溶胶涂料硅溶胶涂料+型砂型砂=涂层，一般涂层，一般5-6层（内层细砂，外层粗砂）；层（内层细砂，外层粗砂）；l 恒温恒湿：温度恒温恒湿：温度25-35，湿度：，湿度：40-50%l 脱蜡方法：脱蜡方法：蒸汽脱蜡（水温大于蒸汽脱蜡（水温大于95，通常加入一点（，通常加入一点（氯化铵）氯化铵）；l 焙烧温度：焙烧温度：900 左右，作用是硬化左右，作用是硬化+去除气体，增加透气性去除气体，增加透气性l 熔化炉：熔
50、化炉：120Kg、150Kg各一台各一台l 清理方法：清理方法：振动脱壳、喷丸处理振动脱壳、喷丸处理l 补焊：补焊：采用氩弧焊采用氩弧焊l 热处理：热处理：碳钢碳钢淬火、不锈钢淬火、不锈钢-正火。正火。l 复合工艺（复合工艺（粘结剂）粘结剂）：硅溶胶（硅溶胶（1-21-2层）层）+水玻璃（水玻璃（3-63-6层）层）l 水玻璃粘结剂硬化速度快、成本低，但是表面质量不高。水玻璃粘结剂硬化速度快、成本低，但是表面质量不高。l 面层硅溶胶、外层水玻璃，用于大型件自动生产线面层硅溶胶、外层水玻璃，用于大型件自动生产线l 水玻璃层：水玻璃层：硬化剂为氯化铝硬化剂为氯化铝（氯化铵）（氯化铵）l 硅溶胶层：
