材料成形裝備及自動化：第二章??金屬液態(tài)成形裝備及自動化3

1、EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 1第二章金屬液態(tài)成形裝備及自動化2.1 概述2.2 金屬熔化及澆注裝備2.3 造型設(shè)備及自動化生產(chǎn)線2.4 砂處理裝備及自動檢測系統(tǒng)2.5 鑄件清理自動化2.6 壓力鑄造裝備及自動化2.7 低壓鑄造裝備及自動化2.8 消失模精密鑄造裝備及生產(chǎn)線2.9 半固態(tài)成形裝備EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 22.7 低壓鑄造裝備及自動化 低壓鑄造是金屬液體在（氣）壓力作用下由下而上地充填型腔并在壓力下凝固成形的一種方法，由于所用的壓力較低（通常0.020.06 MPa)，故稱之為低壓鑄造。 低壓鑄造裝備一般由保溫爐及

2、其附屬裝置、模具開合機(jī)構(gòu)、氣壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 32.7.1 低壓鑄造機(jī)的類型及構(gòu)造 按模具與保溫爐的連接方式，可分為頂置式低壓鑄造機(jī)和側(cè)置式低壓鑄造機(jī)。1-坩堝；2-升液管；3-金屬液；4-進(jìn)氣管；5-密封蓋；6-澆道；7-型腔；8-鑄型頂置式低壓鑄造機(jī)側(cè)置式低壓鑄造機(jī)EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 41) 頂置式低壓鑄造機(jī)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，操作方便；但生產(chǎn)效率較低，因保溫爐上只能放置一付模具，操作均在爐上進(jìn)行，故一個周期內(nèi)，保溫爐一半時間空閑。其次，下模受保溫爐爐蓋的熱輻射影響，冷卻緩慢，使鑄

3、件凝固時間延長；且下模不能設(shè)置頂桿裝置，給模具設(shè)計增加不便。此外，保溫爐的密封、保養(yǎng)和合金處理均不方便。 EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 52) 側(cè)置式低壓鑄造機(jī)特點(diǎn)：將鑄型置于保溫爐的側(cè)面，鑄型和保溫爐由升液管聯(lián)結(jié)。一臺保溫爐上同時可為兩付以上的模型提供金屬液，生產(chǎn)效率提高。裝料、扒渣和合金液處理都較方便；鑄型的受熱條件得到改善。但側(cè)置式機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用受限制。EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 63) 低壓鑄造裝備主液壓缸側(cè)液壓缸金屬模具保溫爐控制系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 74) 低壓鑄造

4、保溫爐 一般采用坩堝式電阻爐，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，溫控方便。電阻式坩堝爐（用于頂置式）1-.爐體 2-排鋁孔 3-爐殼 4-電阻元件5-鑄鐵坩鍋 6-升液管 7-密封蓋EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 82.7.2 低壓鑄造的自動加壓控制系統(tǒng)1) 氣體加壓原理圖主要控制: 氣體的壓力 流量EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 92) 簡單的低壓鑄造液面加壓工藝曲線加壓工藝曲線的數(shù)學(xué)模型式中：d(i)/dt -氣體升壓速度； -第i段壓差值； - 液體金屬密度；A - 坩堝截面積；Ai - 型腔第i段處截面積；Vi - 型腔第i段上要求的液體金屬充型

5、速度； - 氣體升壓速度補(bǔ)償系數(shù)，由實驗確定；g - 重力加速度。耐壓件p3壓力時間薄件厚件t4t3t2t1p2p1金屬型低壓鑄造工藝曲線簡單件EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 103) 低壓鑄造計算機(jī)控制原理 計算機(jī)控制系統(tǒng)采用實時控制，對整個生產(chǎn)工藝過程進(jìn)行閉環(huán)控制。為了便于編制程序和簡化起見，采用塊程序結(jié)構(gòu)形式，即每一塊程序完成一個特定的功能。程序之間的聯(lián)系有跳轉(zhuǎn)、調(diào)用和建立公用參數(shù)區(qū)三種方式。 該系統(tǒng)的主控制程序包括引導(dǎo)工作程序、開關(guān)量狀態(tài)檢測程序和中斷服務(wù)程序等。 計算機(jī)控制的低壓鑄造生產(chǎn)過程示意圖 低壓鑄造計算機(jī)控制原理圖低低EAMP 材料成形裝備及自動化

6、(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 114) 低壓鑄造舉例：發(fā)動機(jī)缸體低壓鑄造機(jī)系統(tǒng)EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 12EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 13EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 142.8 消失模精密鑄造裝備及生產(chǎn)線基本原理： 采用泡沫塑料模樣代替普通模樣緊實造型，造好鑄型后不取出模樣、直接澆入金屬液，在高溫金屬液的作用下，泡沫塑料模樣受熱氣化、燃燒而消失，金屬液取代原來泡沫塑料模樣占據(jù)的空間位置，冷卻凝固后即獲得所需的鑄件。EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 15(2) 主要裝備

7、泡沫塑料模樣的成形加工裝備，造型裝備及型砂處理裝備，涂料的制備及烘干裝備。白 區(qū)黃 區(qū)黑 區(qū)預(yù)發(fā)泡發(fā)泡成型涂 料填砂振動緊實抽真空系統(tǒng)砂處理系統(tǒng)澆 注烘 干組 模EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 163) 典型的消失模鑄造零件EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 172.8.1 泡沫塑料模樣的成形裝備 模樣制作的方法有兩種：一是發(fā)泡成形；二是利用機(jī)床加工（泡沫模樣板材）成形。 前者主要設(shè)備有：預(yù)發(fā)泡機(jī)、成形發(fā)泡機(jī)等。(1) 預(yù)發(fā)泡機(jī) 間隙式蒸汽預(yù)發(fā)泡工藝流程a)稱量(b)加料 (c)預(yù)發(fā)泡 (d)卸料1稱量傳感器2原珠粒3光電管4蒸汽EAMP 材

8、料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 18間歇式蒸汽預(yù)發(fā)泡機(jī)該設(shè)備的關(guān)鍵是：蒸汽進(jìn)入不宜過于集中，壓力和流量不能過大，以免造成結(jié)塊、發(fā)泡不均，甚至部分珠粒因過度預(yù)發(fā)而破壞；因為珠粒直接與蒸汽接觸，預(yù)發(fā)泡珠粒中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)10%左右，因此卸料后必須經(jīng)過干燥處理。 這種預(yù)發(fā)泡不是通過時間而是通過預(yù)發(fā)泡的容積定量（即珠粒的預(yù)發(fā)泡密度定量）來控制預(yù)發(fā)泡質(zhì)量，控制方便、效果良好。EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 19(a) 立式成形機(jī) (b) 臥式成形機(jī)1.固定工作臺 2.定模 3.動模 4.移動工作臺 5.導(dǎo)桿 6.液壓缸(2) 成形發(fā)泡機(jī)簡易型成形機(jī)成型過程：

9、a. 加入預(yù)發(fā)珠粒；b. 通入蒸汽發(fā)泡成形；c. 通水冷卻定形；d. 開模取件。EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 202.8.2 造型裝備及生產(chǎn)線 主要裝備有：雨淋加砂器、振動緊實臺、真空系統(tǒng)、舊砂冷卻除塵系統(tǒng)、輸送輥道、澆注設(shè)備等。其中關(guān)鍵設(shè)備是：振動緊實臺。EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 21(1) 振動緊實臺 振動緊實臺分為一維緊實臺、二維緊實臺、三維緊實臺及多維緊實臺。三維振動緊實臺結(jié)構(gòu)示意圖1砂箱 2夾緊裝置3振動臺體 4振動電機(jī)5空氣彈簧 6底座一維振動緊實臺結(jié)構(gòu)示意圖1砂箱 2振動臺體 3振動電機(jī)4橡膠彈簧 5高度限位桿6空氣

10、彈簧 7底座EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 22一種三維振動緊實臺的照片EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 23(2) 雙電機(jī)振動緊實 雙電機(jī)驅(qū)動、可產(chǎn)生垂直方向圓振動的緊實臺，由于有著獨(dú)特的干砂充填性能，近年來應(yīng)用逐漸擴(kuò)大，有取代三維緊實臺的趨勢。1）不同相位的雙電機(jī)驅(qū)動 相位差能使在砂箱各處形成相同振幅、相同振動加速度即均勻一致的垂直面圓振動，從而使型砂具有良好的流動充填性能。 主要控制參數(shù)為：振幅：0.30.5mm；振動加速度：9.811.76m/s2。雙電機(jī)振動臺工作原理圖EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 2

11、42) 雙電機(jī)振動模型雙電機(jī)反向轉(zhuǎn)動 雙電機(jī)同向轉(zhuǎn)動 單電機(jī)轉(zhuǎn)動 EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 25(3) 消失模鑄造生產(chǎn)線年產(chǎn)1500t鑄件消失模鑄造生產(chǎn)線的黑區(qū)平面布置簡圖消失模自動化生產(chǎn)線布置圖1風(fēng)力輸送器 2砂冷卻裝置 3翻轉(zhuǎn)式落砂機(jī) 4砂箱及輥道 5，7振動臺 6，8砂斗 9澆注 10除塵器 11真空系統(tǒng)EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 26鑄件消失模鑄造生產(chǎn)線的三維視圖EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 272.9 半固態(tài)鑄造成形裝備半固態(tài)鑄造成形是在液態(tài)金屬凝固的過程中進(jìn)行強(qiáng)烈的攪動，使普通鑄造凝固易

12、于形成的樹枝晶網(wǎng)絡(luò)骨架被打碎而形成分散的顆粒狀組織形態(tài)，從而制得半固態(tài)金屬液，然后將其鑄成坯料或壓成鑄件。EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 28汽車零件EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 29在電子產(chǎn)品方面的應(yīng)用EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 30殼體及框架EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 312.9.1 半固態(tài)鑄造的基本原理EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 32(2) 半固態(tài)鑄造方法及主要裝備 按流變鑄造和觸變鑄造分類，又有流變鑄造裝備和觸變鑄造裝備。半固態(tài)鑄造成

13、形裝備主要包括：半固態(tài)漿料制備裝備、半固態(tài)成形裝備、輔助裝置等。1) 流變鑄造 將從液相到固相冷卻過程中的金屬液進(jìn)行強(qiáng)烈攪動，在一定的固相分?jǐn)?shù)下將半固態(tài)金屬漿料壓鑄或擠壓成形，俗稱“一步法”EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 332) 觸變鑄造 是先由連鑄等方法制得的具有半固態(tài)組織的錠坯，然后切成所需長度，再加熱到半固態(tài)狀，然后再壓鑄或擠壓成形，俗稱“二步法”。EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 342.9.2 半固態(tài)漿料的制備裝置(1) 機(jī)械攪拌式制漿裝置機(jī)械攪拌式制漿裝置示意圖1-澆包 2-澆口杯 3-攪拌桿231EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 35(2) 氣流攪拌法制漿裝置處理爐熔煉爐輸液泵旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)熱電偶、轉(zhuǎn)桿和送粉管振動臺升降系統(tǒng)預(yù)熱爐EAMP 材料成形裝備及自動化(4) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 362.9.3 成 形 裝 備瑞士 BHLER 公司推出的