《材料成型工藝學(xué)》課件

1、材料成型工藝學(xué) 材料學(xué)科分類一級學(xué)科：材料科學(xué)與工程二級學(xué)科包括：材料學(xué)（金屬材料與熱處理、高分子材料、無機非金屬材料、復(fù)合材料等）-金屬材料工程（本科）材料物理與化學(xué)（材料物理、材料化學(xué)）-材料物理、材料化學(xué)（本科）材料加工工程（鑄造、鍛造、焊接）-材料成型與控制工程（本科）材料成型工藝學(xué) 材料作為社會生存與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，其使用與發(fā)展一直是標(biāo)志人類進(jìn)步的里程碑。 歷史上每一次產(chǎn)業(yè)革命的成功都離不開新材料的開發(fā)，它是工業(yè)革命的先導(dǎo)，材料與能源、信息、生物技術(shù)構(gòu)成了現(xiàn)代文明社會的四大支柱。 進(jìn)入21世紀(jì)，材料學(xué)科對于維護(hù)我國的國家安全和國際形象，可持續(xù)地發(fā)展我國的國民經(jīng)濟(jì)，支撐我國國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)

2、域的近、中、長遠(yuǎn)期科技發(fā)展規(guī)劃，都呈現(xiàn)出比過去任何時期更加突出的現(xiàn)實意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。緒論：材料成型工藝學(xué)概論材料發(fā)展的戰(zhàn)略地位材料加工技術(shù)與科學(xué) 材料與材料技術(shù) 材料與新材料材料：是人類用以制造用于生活和生產(chǎn)的物品、器件、構(gòu)件、機器及其他產(chǎn)品的物質(zhì)，也可以簡單定義為：材料是可以制造有用器件的物質(zhì)。新材料：是指那些新出現(xiàn)或正在發(fā)展之中的，具有優(yōu)異性能或特定性能的材料。 材料的分類：一般認(rèn)為，材料可以分為金屬材料、無機非金屬材料和高分子材料三大類。此外，兩種或兩種以上的材料復(fù)合而成的材料稱為復(fù)合材料，具有許多單一材料所不具備的優(yōu)點，被廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)和國防領(lǐng)域。材料與材料技術(shù)材料分類根據(jù)

3、材料的用途，還可將材料分為兩大類：結(jié)構(gòu)材料和功能材料。結(jié)構(gòu)材料：以力學(xué)性能為主要要求指標(biāo)，用來制造以受力為主的構(gòu)件。根據(jù)用途不同，對結(jié)構(gòu)材料同時也要求物理性能和化學(xué)性能，如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱率、耐腐蝕和耐高溫性能等。功能材料：則是利用材料特有的物理或化學(xué)性能，以實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換、儲存、輸送或完成特定動作的一類材料。同樣，根據(jù)使用場合的不同，對功能材料同時也要求一定的力學(xué)性能，如強度、耐磨性等。材料的另一種分類方法是根據(jù)材料的具體應(yīng)用領(lǐng)域，將其分為電子信息材料、能源材料、生態(tài)環(huán)境材料、生物醫(yī)用材料、化工材料、航空航天材料、機械工程材料、建筑材料等。材料技術(shù)技術(shù)：技術(shù)是一種本領(lǐng)，是技能、技巧與技藝的總稱。因

4、此，材料技術(shù)可以理解為是關(guān)于材料的制備、成形與加工、表征與評價，以及材料的使用和保護(hù)的知識、經(jīng)驗和訣竅。材料技術(shù)的定義：從學(xué)科的觀點來考慮，可以將材料技術(shù)定義為：將材料科學(xué)和其他相關(guān)學(xué)科（如計算機、機械制造、自動控制）的知識應(yīng)用于材料生產(chǎn)（制備）和應(yīng)用的實際，以獲得所需產(chǎn)品、提高材料的使用效能的技藝。 材料加工技術(shù)材料加工技術(shù)的作用與地位一般認(rèn)為,現(xiàn)代材料科學(xué)與工程由四個基本要素組成 ：即材料的性質(zhì)、材料的成分組織結(jié)構(gòu)、制備與加工工藝（技術(shù)）、材料使用性能，它們之間構(gòu)成四面體關(guān)系。由此可知，材料的制備與加工與材料的成分和結(jié)構(gòu)、材料的性質(zhì)一起構(gòu)成了決定材料使用性能最基本的三大要素，也充分反映了材

5、料制備與加工技術(shù)的重要作用和地位。材料成型工藝學(xué)材料技術(shù)一般而言，材料技術(shù)主要包括：1.制備技術(shù)：高分子材料合成、粉體制備、人工晶體、材料復(fù)合技術(shù)等；2.成型與加工技術(shù)：凝固成型、塑性加工、注射成型、連接技術(shù)、粉末冶金技術(shù)等；3.改質(zhì)改性技術(shù)：熱處理技術(shù)，材料三束改性技術(shù)（離子束、電子束、激光束），電磁場、超聲場材料改性技術(shù)；4.防護(hù)技術(shù)：涂層處理、薄膜、鋼板鍍鋅、隱身材料等；5.評價表征技術(shù)：力學(xué)性能試驗、成型性試驗、無損探傷、顯微結(jié)構(gòu)分析、組織性能表征等；6.模擬仿真技術(shù)：組織性能預(yù)報、過程仿真技術(shù)，數(shù)字化制造（3D打?。┘夹g(shù)；7.檢測與監(jiān)控技術(shù)：無損檢測、在線檢測和實時監(jiān)控等。材料成型工

6、藝學(xué) 緒 論 材料成型工藝學(xué)概論 第一章 金屬液態(tài)成型方法簡介 第二章砂型分類與造型方法 第三章金屬-鑄型的界面作用 第四章砂型鑄造缺陷特征及成因 第五章 砂型（芯）材料種類及特點 第六章鑄型工藝方案（鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計） 第七章澆注系統(tǒng)設(shè)計 第八章冒口設(shè)計 第九章 材料連接工藝學(xué) 第十章 材料先進(jìn)成型技術(shù)主要參考書1.鑄造工藝學(xué)，曹文龍主編，機械工業(yè)出版社；2.鑄造工藝學(xué)，王文清、李魁盛主編，機械工業(yè)出版社；3.鑄造工藝設(shè)計簡明手冊，葉榮茂主編，機械工業(yè)出版社；4.材料成型工藝基礎(chǔ)，嚴(yán)紹華主編，清華大學(xué)出版社；5.材料成型工藝基礎(chǔ)，翟封祥主編，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社；6.鑄造工藝設(shè)計，李弘英主編，機

7、械工業(yè)出版社；7.材料加工工藝（第一版），黃天佑、都東、方剛編著，清華大學(xué)出版社，2004年；8.鑄件缺陷和對策手冊（第一版），陳國楨、肖柯則、姜不居編著，機械工業(yè)出版社，2000年； 9.焊接詞典（第二版），中國機械工程學(xué)會焊接分會編，機械工業(yè)出版社；10.焊接與連接工程學(xué)導(dǎo)論，何德孚主編，上海交大出版社；11.焊接基礎(chǔ)，牛濟(jì)泰主編，黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社。大連理工大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)大連理工大學(xué)1949年4月15日冶金工程系-1949年4月創(chuàng)立1951年11月調(diào)整到東北大學(xué)鑄造專業(yè)-1953年創(chuàng)建金屬材料及熱處理專業(yè)-1958年創(chuàng)立鑄造專業(yè)博士點-1984年獲準(zhǔn)材料科學(xué)與工程博士后流動

8、站-1992年獲準(zhǔn)材料學(xué)博士點-1993年獲準(zhǔn)材料科學(xué)與工程一級學(xué)科博士點-2000年鑄造專業(yè)材料成型及控制工程專業(yè)（鑄鍛焊）1999年材料成型及控制工程專業(yè)遼寧省第一批本科教學(xué)示范專業(yè)-2006年，教育部高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)點2009年材料成型及控制工程專業(yè)全國第一個通過工程教育專業(yè)認(rèn)證2010、2013年全國專業(yè)評估鑄造列第四位，近幾年材料成型全國前三名已退休教授：郭可讱、鄧兆豪、李隆盛教授；金俊澤、高欽、周繼揚、鄭賢淑、張國梁、劉順華教授、博導(dǎo)；徐延偉、方大成、陳光鈞、程驥、叢家瑞、曹興言、張恩濤、楊長賀、梁立達(dá)、王鳳庭、李同春教授。在職教授：李廷舉、張興國、劉黎明、姚曼、姚山、周文龍、

9、曹志強、張維平、張偉、郝海、王同敏、陳國清、董紅剛、段玉平。材料成型及控制工程專業(yè)主要液態(tài)金屬成型技術(shù)1砂型鑄造； 2金屬型鑄造；3熔模鑄造； 4離心鑄造；5消失模鑄造； 6壓力鑄造；7懸浮鑄造； 8磁型鑄造；9擠壓鑄造； 10實型鑄造；11殼型鑄造； 12連續(xù)鑄造。第一章 傳統(tǒng)材料成型與加工技術(shù)傳統(tǒng)液態(tài)成型與加工技術(shù)砂型鑄造 1.砂型鑄造：砂型鑄造采用具有一定性能的型砂、芯砂來制造砂型及砂芯，并在其中澆注液態(tài)金屬使其成型、凝固的鑄造方法，是目前各種液態(tài)成型方法中最基本、應(yīng)用也最為廣泛的一種成型方法。優(yōu)點:1）能夠最經(jīng)濟(jì)地制造出外形和內(nèi)腔都很復(fù)雜的零件；2）適應(yīng)性強，對各種合金均可采用砂型鑄造

10、方法；3）鑄件的尺寸、形狀都很接近零件,加工余量不大；4）原材料來源廣泛，價格低廉，生產(chǎn)成本小。五閥缸蓋 缺點：1）砂型鑄造的工序繁多，工藝控制難度大；2）質(zhì)量不高而且不穩(wěn)定；3）勞動強度大，生產(chǎn)環(huán)境差。據(jù)不完全統(tǒng)計，砂型鑄造生產(chǎn)的鑄件約占世界鑄件總產(chǎn)量的8090%。砂型鑄造的基本材料包括：模型：木模、金屬模、塑料模等；砂型：濕型、表干型、干型；型砂：石英砂、水玻璃砂、石灰石砂、鉻鐵礦砂、鋯砂、鎂砂、油砂、樹脂砂、水泥砂等。傳統(tǒng)液態(tài)成型與加工技術(shù)砂型鑄造傳統(tǒng)液態(tài)成型與加工技術(shù)砂型鑄造大連機車車輛有限公司鑄鐵砂箱型砂準(zhǔn)備模型制作芯盒芯砂芯骨制芯合箱檢驗造型下芯合箱熔煉澆注冷卻凝固開箱落砂去除澆冒

11、口熱處理表面清砂（噴丸、吹砂，拋丸）清理打磨去毛翅鑄件機械加工或熱加工鑄造生產(chǎn)工藝流程圖產(chǎn)品零件傳統(tǒng)材料成型與加工技術(shù)-砂型鑄造傳統(tǒng)液態(tài)成型方法砂型鑄造傳統(tǒng)液態(tài)成型方法砂型鑄造長春一汽一鑄主要產(chǎn)品與裝備柴、汽油機缸蓋 后橋殼 減速器殼 排氣管 柴油機缸體 變速箱外殼 德國靜壓造型線 氣沖造型生產(chǎn)線 美國冷芯制芯機 長春一汽二鑄主要產(chǎn)品CA4GE缸體 差速器殼體 轉(zhuǎn)向器殼體 排氣歧管 減速器外殼 曲軸 制動盤 Perkins 4缸缸蓋 一汽有色鑄造廠主要產(chǎn)品和設(shè)備消失模生產(chǎn)線 德國L40熱芯盒制芯機 德國Laempe公司L40冷芯機 傾轉(zhuǎn)澆注機生產(chǎn)線 機加車間 五閥缸蓋 轉(zhuǎn)向器殼體 CA488缸

12、蓋 進(jìn)氣歧管（消失模） 大連旅桑實業(yè)有限公司-機電類大連旅桑實業(yè)有限公司-泵類件大連旅桑實業(yè)有限公司-汽車件傳統(tǒng)液態(tài)成型方法-自動造型生產(chǎn)線垂直分型無箱射壓示意圖(a)-射砂 (b)-壓實 (c)-合型 (d)-復(fù)位射砂壓實合型復(fù)位傳統(tǒng)液態(tài)成型方法金屬型鑄造金屬型鑄造：將液態(tài)金屬澆入由金屬材料制成的鑄型中以獲得鑄件的方法稱為金屬型鑄造。1.金屬型模體：一般用耐熱鑄鐵或鑄鋼制成。在模體中除了型腔以外，還有澆注系統(tǒng)、排氣槽和合模定位裝置。澆注系統(tǒng)一般為底注式或縫隙式，直澆道作成傾斜或蛇形，以降低流速。為了阻渣，通常在澆注系統(tǒng)中設(shè)集渣包。金屬型沒有透氣性，所以，必須在型腔上部和分型面處設(shè)排氣槽。在氣

13、體易聚集而又不在分型面處需設(shè)排氣塞。鑄件的內(nèi)腔和孔、槽等需用型芯來形成。較簡單的用金屬芯，復(fù)雜的則采用砂芯。2.金屬型的外圍結(jié)構(gòu),包括：兩半模的夾緊裝置，開合型的鉸鏈裝置、頂出鑄件的頂桿機構(gòu)以及手工操作的手把機構(gòu)。如鋼錠、軋輥、離心鑄造的生產(chǎn)等。金屬型鑄造的優(yōu)缺點 優(yōu)點：1.實現(xiàn)了一型多用，省去配砂、造型、落砂等工序，節(jié)約原材料，改善了勞動條件，而且便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)；2.鑄件尺寸精度高，表面質(zhì)量好，機械加工余量??；3.冷卻速度快，鑄件內(nèi)部組織致密，力學(xué)性能好。 如金屬型鑄造的鋁合金相對于砂型鑄造來講，抗拉強度可提高20，伸長率提高25，沖擊韌性提高一倍；4.鑄件質(zhì)量較為穩(wěn)定，廢品率低。 缺點

14、：1.金屬型制造成本高、周期長；2.鑄造工藝要求嚴(yán)格，不適合于單件、小批量生產(chǎn)；3.金屬型的冷卻速度快,不宜制造形狀復(fù)雜的和大型薄壁件。塊體非晶合金產(chǎn)品制備技術(shù)塊體非晶合金產(chǎn)品制備技術(shù)5 mm8 mm5 mm4 mm5.5 mm11 mm3 mm7 mm11 mm6 mm非晶合金螺栓非晶合金骨骼非晶合金骨骼非晶合金骨骼與彈頭傳統(tǒng)液態(tài)成型方法金屬型鑄造鋁合金活塞金屬型簡圖1、3、4、5型芯；2、6金屬型鞍鋼鋼錠模結(jié)構(gòu)數(shù)值優(yōu)化設(shè)計鞍鋼鋼錠模結(jié)構(gòu)數(shù)值優(yōu)化設(shè)計東北特鋼鋼錠模結(jié)構(gòu)優(yōu)化一汽大柴球鐵曲軸鑄造工藝優(yōu)化金屬凝固過程數(shù)值模擬鑄造工藝優(yōu)化與微觀組織預(yù)測本研究室最早在國內(nèi)開展了鑄件凝固本研究室過程的溫

15、度場、應(yīng)力場和流速場的數(shù)值模擬工作，排除了凝固模擬理論應(yīng)用于大型復(fù)雜件的障礙，在材料微觀過程的模型化和數(shù)值模擬方面作出了開創(chuàng)性工作。獲得國家科技進(jìn)步獎一次，部級以上獎7項。大連造船新廠螺旋槳優(yōu)化設(shè)計軟件寶鋼雙輥薄帶連鑄溫度場數(shù)值模擬 寶鋼連鑄坯凝固進(jìn)程數(shù)值模擬金屬凝固組織形成過程的數(shù)值模擬傳統(tǒng)液態(tài)成型方法壓鑄壓鑄：壓力鑄造簡稱壓鑄。將液態(tài)或半液態(tài)金屬快速壓入金屬模具中，在壓力下凝固而獲得鑄件的方法。壓鑄是一種少切削、無切削的高效金屬液態(tài)成型方法。高壓、高速是它的最大特點。常用比壓在5-150兆帕，充型速度（內(nèi)澆口速度）常在20m/s以上，充型過程在0.001-0.2秒的極短時間內(nèi)完成。臥式冷室

16、壓鑄機工作原理圖(a)合模 (b)壓鑄 (c)開模取件1-壓射沖頭 2-壓室坩堝 3-金屬液 4-定模 5-動模 6-型腔 7-澆道 8-余料傳統(tǒng)液態(tài)成型方法壓鑄傳統(tǒng)液態(tài)成型方法-壓鑄優(yōu)點：1）壓鑄件的尺寸精度高，一般可達(dá)CT4-8級。表面粗糙度約Ra3.2-0.8m，最低可達(dá)0.4m，因而可減少機械加工余量，甚至可以不加工；2）能壓鑄出形狀較復(fù)雜、輪廓清晰、壁薄深腔的零件。如鋅合金最小壁厚可達(dá)0.3mm，壓鑄出0.7mm的小孔，必要時還可以鑄出螺紋、齒輪和花紋等。3）壓鑄件的內(nèi)部組織致密，具有較高的強度和硬度，而且具有良好的耐磨性和耐蝕性；4）可以將其它材料（金屬或非金屬）嵌鑄在壓鑄件上，從

17、而減少裝配工時，簡化制造工藝；5）可實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，生產(chǎn)率很高。一般冷室壓鑄機可達(dá)80-100次/小時，熱室壓鑄機可達(dá)400-1000次/小時。傳統(tǒng)液態(tài)成型方法壓鑄缺點：1）壓鑄生產(chǎn)設(shè)備投入費用高；2）壓鑄合金種類因模具壽命問題而受到限制，目前主要用于熔點較低的鋁合金、鋅合金、鎂合金和銅合金等；3）由于金屬液的高速充型和快速冷卻，壓鑄模具型腔內(nèi)的氣體來不及排除，使壓鑄件常伴有氣孔和氧化夾雜等缺陷；4）壓鑄件尺寸受到壓鑄機鎖模力和裝模尺寸的限制，不能太大。（90年代：要想富，上壓鑄）。熱室壓鑄機壓室浸入在金屬液中熱室壓鑄機工作原理圖 1-金屬液 2-坩堝 3-壓射沖頭 4-壓室 5-進(jìn)口 6-通

18、道 7-噴嘴 8-壓鑄模 傳統(tǒng)液態(tài)成型方法壓鑄一汽特種鑄造廠主要產(chǎn)品和裝備殼型自動生產(chǎn)線 250噸壓鑄機 精鑄機械化生產(chǎn)線 鎂合金壓鑄件 鋁合金壓鑄件 凸輪軸 銅合金壓鑄件 精鑄產(chǎn)品：汽車變速箱拔叉等 曲軸 壓鑄原理：高壓高速下填充型腔、在高壓下凝固。壓力：70100MPa，速度3060 m/s，填充時間：0.4s左右。1）壓鑄機-按鎖模壓力分類；壓室類型分類：冷室壓鑄機、熱室壓鑄機；立式、臥式壓鑄機壓鑄工藝：合模澆注壓射脫模清理模型噴涂脫模劑2）電控等系統(tǒng)3）壓鑄模具-用以成型鑄件，分靜模和動模鋁合金壓鑄過程：鋁合金采購（檢測）熔煉 （ 錠、回爐料，720-780出爐） 檢驗精煉（ 精煉劑、

19、旋轉(zhuǎn)噴頭N2除氣） 倒包（定量爐）壓鑄（機械手、噴涂，吹干取樣）， 壓鑄參數(shù)實時監(jiān)控壓鑄件缺陷模式分析：冷隔、欠鑄（填充不完整）、裂紋（絕對不允許）、流痕、粘料、缺肉、變形（產(chǎn)品設(shè)計和工藝問題）、毛翅（清理不干凈客戶不接受）、氣泡、氣孔縮孔（最常存在也最難解決）大連亞明壓鑄有限公司 傳統(tǒng)液態(tài)成型方法離心鑄造離心鑄造：將金屬液澆注到高速旋轉(zhuǎn)的鑄型內(nèi)，使其在離心力的作用下充型并凝固的方法。顯然，離心力對鑄件的成型和凝固結(jié)晶起重要的作用。離心鑄造特點：1）離心力使金屬液的充型能力提高，可以獲得薄壁鑄件，這一特點對鑄造流動性較差的合金特別有利；2）可以不用型、芯而制造出圓桶形、管類、套桶類鑄件；3）金

20、屬液在離心力作用下充型和凝固，顯著提高補縮能力，較輕的氣體、夾雜物等易集中在鑄件內(nèi)表面，可通過機械加工除去，因而能獲得無縮孔、氣孔、夾渣的致密鑄件；4）可以制造雙層或多層金屬鑄件；5）合金中密度相差較大的元素在離心力的作用下易產(chǎn)生重力偏析；傳統(tǒng)液態(tài)成型方法-離心鑄造 6）鑄件的形狀、尺寸受到一定的限制，主要用于制造桶形、管類、套類等鑄件；而且，內(nèi)孔尺寸不易控制，內(nèi)孔表面較為粗糙，易聚集氣孔、夾雜等； 7）設(shè)備、工裝投資較大。離心鑄造示意圖a)立式離心鑄造；b) 臥式離心鑄造傳統(tǒng)液態(tài)成型方法熔模鑄造熔模鑄造：又稱精密鑄造、失蠟鑄造，是一種少切削或無切削的鑄造方法，是用易熔性一次模代替木模和金屬模

21、，在模樣表面涂覆若干層耐火材料和涂料后熔出模料，再進(jìn)行高溫焙燒，然后澆注液態(tài)金屬制造鑄件的生產(chǎn)方法。特點：1）鑄件尺寸精度高，可達(dá)CT7-9級，表面粗糙度低，可達(dá)Ra1.6-12.5m；因而節(jié)省機械加工工時，對要求不太高的零件，可不進(jìn)行機械加工而直接裝配使用；2）能鑄造出形狀復(fù)雜，輪廓清晰的薄壁鑄件，鑄件重量可以小到幾克，而壁厚可以薄至0.5mm以下；3）適用于各種合金的成型，特別適用于鑄造加工性能不良或難以切削加工的合金鑄件，如不銹鋼、耐熱鋼、硬質(zhì)合金等鑄件；4）生產(chǎn)批量不受限制，單件、小批和大批量生產(chǎn)都能適用。但生產(chǎn)工序繁多、周期長、成本高，鑄件外形也不能太大。 傳統(tǒng)液態(tài)成型方法熔模鑄造熔

22、模鑄造工藝過程熔模鑄造的基本工藝過程 1壓型設(shè)計與制造：根據(jù)零件圖的要求設(shè)計并加工壓型，壓型材料用鋼或其它材料制成；2熔模制造：配料、化臘、攪臘，將調(diào)制成糊狀的模料壓注到壓型（模具）里，冷卻后制成熔模；3模組組裝：把若干個熔模用電加熱元件組焊到預(yù)先由蠟料制成的蠟棒（即澆注系統(tǒng)）上，制成熔模模組；4型殼制造：在模組表面涂上耐火材料，撒上一層耐火材料，再放入硬化劑中使涂料層風(fēng)干、硬化。這樣重復(fù)多次(一般57層），使模組表面形成810mm厚的硬殼；5脫蠟：把制成并硬化后的模組放入熱水池中或其它熱容器中，將模料（包括蠟棒）全部熔化，形成中空的型殼；6型殼焙燒：把型殼放入加熱爐中進(jìn)行焙燒，使型殼進(jìn)一步硬

23、化并脫干水分；7澆注：將熔融金屬液澆注到經(jīng)過焙燒后并保持一定溫度的型殼中；8脫殼與清理：鑄件凝固后采用手工或振殼機械脫去模殼，切除澆、冒口，再經(jīng)其它表面處理工藝（比如噴丸處理）即得到所需的鑄件；9熱處理和檢驗：通過熱處理使鑄件達(dá)到規(guī)定的性能，并檢驗鑄件的內(nèi)部和外部質(zhì)量；10噴涂防護(hù)涂層：出廠或入庫。熔模鑄造的基本工藝過程 傳統(tǒng)液態(tài)成型方法熔模鑄造熔模鑄造工藝過程熔模鑄造用主要原附材料及設(shè)備 1原材料：1）模料： 石蠟、硬脂酸、松香、低分子聚乙烯2）涂掛材料： 石英粉、石英砂、鋁礬土、耐火泥、水玻璃、硅溶膠、硅酸乙脂。3）硬化劑： 氯化銨、氯化鋁、硅酸乙脂熔化設(shè)備： 感應(yīng)電爐煉鋼，電加熱設(shè)備或蒸

24、汽加熱設(shè)備熔化模料 熔模鑄造生產(chǎn)設(shè)備1）攪蠟裝備：攪蠟機2）壓蠟設(shè)備：保溫儲蠟罐、壓蠟臺、壓蠟槍、模具；3）組模設(shè)備：電烙鐵、掛模組臺架;4）上砂設(shè)備：連續(xù)式涂掛、上砂生產(chǎn)線或手工上砂設(shè)備-上 砂槽、涂料攪拌機、鼓風(fēng)機及除塵設(shè)備；5）硬化設(shè)備：硬化槽（氯化銨、氯化鋁、硅酸乙脂）；6）風(fēng)干：恒溫恒濕室；7）脫蠟設(shè)備：加熱槽（蒸汽、沸水）；8）烘干焙燒爐：電加熱或煤氣、油加熱爐；9）熔化設(shè)備：感應(yīng)電爐-煉鋼，電加熱設(shè)備或蒸汽加熱設(shè)備-熔化模料；10）脫殼設(shè)備：振動脫殼機；11）清砂設(shè)備：噴丸裝置、打磨裝置；12）模料回收與處理裝置：用于蠟料的回收再生使用；13）檢驗儀器：缺陷檢驗，探傷儀表。慶堂工

25、業(yè)大連有限公司精密鑄造生產(chǎn)特點：主要產(chǎn)品閥體。精密鑄造工藝四大部分：蠟型制殼澆注后處理（不銹鋼鑄件加清洗熱處理鈍化工藝）生產(chǎn)工藝：硅溶膠工藝、復(fù)合工藝和硅酸乙脂工藝（粘結(jié)劑）。硅溶膠工藝：SiO2的膠體溶液，優(yōu)點是：操作方便，涂料穩(wěn)定性、耐溫性都好，缺點是：殼體的硬化速度慢，需4-5天。配料：石蠟、硬脂酸、松香、聚乙烯等。蠟的熔點在60-65度，軟化點50度以上；制蠟采用雙工位射蠟機，蠟?zāi)Ｓ们逅鋮s（加洗滌劑）；掛漿：硅溶膠涂料+型砂=涂層，一般5-6層（內(nèi)層細(xì)砂，外層粗砂）；恒溫恒濕：溫度25-35，濕度：40-50%脫蠟方法：蒸汽脫蠟（水溫大于95，通常加入一點（氯化銨）；焙燒溫度：900

26、 左右，作用是硬化+去除氣體，增加透氣性熔化爐：120Kg 、150Kg各一臺清理方法：振動脫殼、噴丸處理補焊：采用氬弧焊熱處理：碳鋼淬火、不銹鋼-正火。復(fù)合工藝（粘結(jié)劑）：硅溶膠（1-2層）+水玻璃（3-6層）水玻璃粘結(jié)劑硬化速度快、成本低，但是表面質(zhì)量不高。面層硅溶膠、外層水玻璃，用于大型件自動生產(chǎn)線水玻璃層：硬化劑為氯化鋁（氯化銨）硅溶膠層：一般32-35 左右風(fēng)干硬化熔煉爐：750Kg缺陷：產(chǎn)生原因是精鑄的生產(chǎn)工序復(fù)雜縮孔、縮松：澆注系統(tǒng)不當(dāng)，補縮不良及結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理：變形：嚴(yán)重時產(chǎn)生裂紋；氣孔：一是制蠟?zāi)埩魵怏w造成；二是透氣性不良造成；漏鋼：回用砂過多；飛邊、澆不到、冷隔、渣氣孔、

27、渣孔、脫C；微裂紋：熱裂、熱處理裂紋，鈍化處理溫度1040 淬火 慶堂工業(yè)大連有限公司精密鑄造傳統(tǒng)液態(tài)成型方法實型鑄造實型鑄造：與普通鑄造的根本差異在于實型鑄造沒有型腔和分型面。造型時模樣不取出，形成無型腔鑄型，澆注時高溫金屬液使泡沫塑料汽化、消失，金屬液取代原泡沫塑料的位置，凝固冷卻形成鑄件的一種鑄造方法。實型鑄造原理圖a）泡沫塑料模 b）造型 c） 澆注 d）鑄件abcd傳統(tǒng)液態(tài)成型方法-磁型鑄造磁型鑄造：用鐵丸代替型砂，以磁力代替粘結(jié)劑固結(jié)鐵丸或鋼丸，采用氣化模造型。澆注前不用取出模型，直接往模上澆注液態(tài)金屬，模型在高溫下氣化，騰出空間由金屬液充填成形。這種方法叫磁型鑄造。 由聚苯乙烯珠

28、粒經(jīng)發(fā)泡處理后，壓制成泡沫塑料模樣，經(jīng)過多層涂料制成所需模型，采用鐵丸為造型材料，將模樣埋入鐵丸當(dāng)中，通電后產(chǎn)生磁場使鐵丸相互吸引而約束模樣，澆注后模樣氣化揮發(fā)，凝固后斷電撤消磁場，取出鑄件，完成鑄造過程。大連機車車輛工廠鑄鋼分廠磁型鑄造技術(shù)。傳統(tǒng)液態(tài)成型方法-磁型鑄造磁型鑄造原理圖1砂箱； 2電磁線圈；3模樣；4磁型材料傳統(tǒng)液態(tài)成型方法-消失模鑄造 消失模鑄造：由聚苯乙烯珠粒經(jīng)發(fā)泡處理后，壓制成泡沫塑料模樣，采用干砂，震動緊實，采用負(fù)壓或抽真空，澆注金屬后模樣氣化、消失，金屬液占據(jù)模樣空間，金屬凝固后撤掉真空或負(fù)壓后落砂。 模樣材料：聚苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛樹脂、聚安脂等。 消失模鑄造工藝過

29、程傳統(tǒng)液態(tài)成型方法-消失模鑄造消失模鑄造的優(yōu)點：突破了分型、起模的工藝界限， 擴(kuò)大鑄件設(shè)計的自由度；2.簡化工藝，無需混砂、分型、 起模、造芯、下芯；3.造型材料可以反復(fù)回收利用，4.砂處理簡單；生產(chǎn)效率高、環(huán) 境好。問題：1.工藝設(shè)計和鑄件質(zhì)量控制；2.選用優(yōu)質(zhì)泡沫材料；3.優(yōu)質(zhì)耐火材料開發(fā)。消失模鑄造工藝過程傳統(tǒng)液態(tài)成型方法-懸浮鑄造懸浮鑄造：60年代由前蘇聯(lián)科學(xué)家發(fā)明的鑄造技術(shù)，將一定量的金屬粉末或顆粒加到金屬液中與之混合，使金屬粉末與液流一起充填型腔。經(jīng)懸浮澆注到型腔中的已不是通常的過熱金屬液，而是含有固態(tài)懸浮顆粒的懸浮金屬液。懸浮澆注時所加入的金屬顆粒，如鐵粉、鐵丸、鋼丸、碎切屑等統(tǒng)

30、稱為懸浮劑。懸浮劑有很大的活性表面，并均勻分布于金屬液中，與金屬液間產(chǎn)生一系列的熱物理化學(xué)作用，進(jìn)而控制合金的凝固結(jié)晶、孕育和合金化過程。懸浮劑按作用分為：冷卻劑、孕育劑和合金添加劑。傳統(tǒng)液態(tài)成型方法懸浮鑄造懸浮澆注示意圖1-懸浮劑漏斗 2-懸浮澆注系統(tǒng)鑄型 3-澆口杯 4-鑄型5-型腔 6-直澆道 7-引導(dǎo)澆道 8-懸浮杯盛鋼桶附帶式加入裝置1-料斗 2-盛鋼桶 3-閘板 4、8-導(dǎo)管 6-拽繩7-石墨管頭 8-緊固卡 9-塞桿 10、11-彈簧傳統(tǒng)液態(tài)成型方法-懸浮鑄造懸浮劑的加入量：保證金屬液降低到或低于液相線溫度。懸浮劑將成為外來結(jié)晶核心，加速鑄件的凝固。加入方法：電磁振動法、機械振動

31、法、氣體載體加入法、漏斗加入法、螺旋加入法等。懸浮鑄造的優(yōu)點：1) 細(xì)化晶粒,減少柱狀晶與偏析；2）可提高鑄件的力學(xué)性能；3）提高鑄鋼件的抗熱裂性能；4）雖然增加了非金屬氧化物夾雜， 但相應(yīng)改善了夾雜物的形態(tài)和分布。變形鎂合金電磁-懸浮成型技術(shù)Suspension cupBottom blockInductorWater sprayMoldBilletComplex suspension particlesMelt magnesium alloyCasting direction電磁-懸浮連鑄示意圖電磁-懸浮連鑄 AZ31鎂合金鑄錠傳統(tǒng)液態(tài)成型方法-擠壓鑄造擠壓鑄造：又稱液態(tài)模鍛，或液態(tài)擠壓，

32、是施加較高的機械壓力將金屬液擠入模具成型和凝固，從而獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的一種液態(tài)成型工藝方法。擠壓鑄造的特點：擠壓鑄造是在壓力下充型和結(jié)晶，因此鑄件的組織致密，晶粒細(xì)化，可消除鑄件內(nèi)部的縮孔、縮松、裂紋等缺陷，力學(xué)性能接近同等合金的鍛件水平，鑄件尺寸精度高（公差可達(dá)CT6-8），表面粗糙度可達(dá)Ra6.3m，工藝適應(yīng)性強，能夠鑄造多種合金，便于實現(xiàn)機械化、自動化生產(chǎn)，通常無澆冒口，鑄件的工藝出品率高。擠壓鑄造工藝過程示意圖(a)-鑄型準(zhǔn)備 (b)-澆注 (c)-合型加壓 (d)-開型取件傳統(tǒng)液態(tài)成型方法-殼型鑄造殼型鑄造：采用強度很高的型砂制成的薄殼鑄型來澆注鑄件，是一種精密的砂型鑄造方法。殼型鑄造多

33、采用由酚醛樹脂做粘結(jié)劑的型砂，又稱覆膜砂，制成厚度5-10mm的薄殼鑄型，具有很高的強度。制殼方法主要有翻斗法，近年也采用射砂法制殼，具有強度更高、殼厚穩(wěn)定，結(jié)殼時間短等優(yōu)點。 殼型的組合傳統(tǒng)液態(tài)成型方法-殼型鑄造殼型生產(chǎn)的曲軸殼型鑄造工藝流程傳統(tǒng)液態(tài)成型方法-殼型鑄造特點和用途：用樹脂砂制造薄殼鑄型或殼芯可顯著減少型砂數(shù)量，獲得的鑄件輪廓清晰、表面光潔、尺寸精確，可以不用機械加工或僅少量加工。因此，殼型鑄造特別適用于生產(chǎn)批量較大、尺寸精度要求高、壁薄而形狀復(fù)雜的各種合金的鑄件。但殼型鑄造使用的樹脂價格昂貴，模板必須精密加工，成本較高，在澆注時還會產(chǎn)生有刺激性的氣味，這在某種程度上限制了這種方

34、法的廣泛應(yīng)用。樹脂砂薄殼芯可與普通砂型或金屬型相互配合制造各種鑄件。 傳統(tǒng)液態(tài)成型方法-連續(xù)鑄造鋼的連續(xù)鑄造技術(shù)傳統(tǒng)液態(tài)成型方法-連續(xù)鑄造500MPa碳素鋼先進(jìn)工業(yè)化制造技術(shù)社會廢棄物處理功能多種產(chǎn)品制造功能市場競爭力可持續(xù)發(fā)展資源、能源可供性鋼鐵制造流程能源轉(zhuǎn)換功能高爐轉(zhuǎn)爐焦化連鑄熱連軋冷連軋產(chǎn)品燒結(jié)120萬噸廢鋼800-1000萬噸鋼鐵廠發(fā)電廠煤氣120萬KW水泥廠廢渣300萬噸14-28萬噸廢塑料以鋼廠為核心的循環(huán)經(jīng)濟(jì)鏈新一代可循環(huán)型鋼鐵工藝流程金屬液態(tài)成型新技術(shù)電磁鑄造感應(yīng)電流HFJ金屬液流屏蔽罩電磁壓力靜壓力PmPs感應(yīng)器線圈電流冷卻水磁力線電磁力h液柱高度高度鑄錠電磁鑄造的原理和力

35、的平衡關(guān)系m2/,2BPBjfm=金屬液態(tài)成型新技術(shù)電磁鑄造優(yōu)點：表面光滑、組織細(xì)小均勻、鑄造速度快，力學(xué)性能高直澆道 中間包結(jié)晶器保護(hù)渣鋁液鑄坯鋁合金半連續(xù)鑄造 中間包電磁線圈水套鋁液鑄坯 鋁合金電磁鑄造原理二冷水糊狀區(qū)重熔區(qū)氣隙固體區(qū)結(jié)晶器 DC鑄錠的冷卻條件液柱高度方向上的磁場分布x=10mm,y=240mm液柱高度方向上的電磁壓力分布電磁鑄造感應(yīng)器內(nèi)的磁場分布 中間包扁錠散熱的宏觀分配圖鋁合金電磁鑄造技術(shù)研究 中間包電磁線圈水套鋁液鑄坯鋁合金無模電磁鑄造鋁合金電磁鑄造技術(shù)研究鑄速-時間曲線 中間包電磁線圈水套鋁液鑄坯鋁合金無模電磁鑄造原理材料電磁加工實驗基地電磁鑄造鋁合金樣品EMCDC

36、 電磁鑄造與普通連鑄鑄錠表面質(zhì)量對比50mm 50mm電磁鑄造鋁合金表面質(zhì)量 EMC 6063 DC 6063電磁鑄造與普通連鑄圓錠宏觀組織對比50m50m電磁鑄造鋁合金樣品宏觀組織電磁鑄造2024 合金鑄錠的微觀組織 (心部) 100m 普通連鑄2024 合金鑄錠的微觀組織（心部) 100m電磁鑄造2024 合金鑄錠的微觀組織 (邊部) 100m普通連鑄2024 合金鑄錠的微觀組織 (邊部) 100m電磁鑄造與普通連鑄微觀組織對比 流槽 分流槽 感應(yīng)器 變壓器 中頻 電源 屏蔽罩 鑄錠 鑄錠底模 冷卻水 電機 控制系統(tǒng)一機雙錠電磁鑄造裝置示意圖一機雙錠電磁鑄造技術(shù)一機雙錠鋁合金電磁鑄造示意圖

37、00.20.40.60.81.01.2 電磁壓力, Pa103 液柱高度, cm012345h1h2ghZ HEMCEMC 液態(tài)金屬熱頂感應(yīng)器 底模h1h2 薄板屏蔽罩薄板坯熱頂電磁鑄造技術(shù)（48020mm）直澆道電磁結(jié)晶 器縫隙金屬液鑄坯 中間包電磁線圈電磁結(jié)晶器鋁合金電磁連續(xù)鑄造技術(shù)芯片鍵合線Al-1%Si 鍵合線，直徑30mAl-1%Si 鍵合線實物圖 鋁合金電磁連續(xù)鑄造技術(shù)鍵合線品種鑄造方法抗拉強度（MPa)伸長率（%）直徑80微米普通鑄坯1451.2復(fù)合電磁鑄坯1702.5直徑50微米普通鑄坯65-701.5復(fù)合電磁鑄坯75-902.0直徑30微米普通鑄坯23-250.8-1.2復(fù)合

38、電磁鑄坯26-301.5-2.0Al-1%Si 鍵合線力學(xué)性能對比表鎂合金電磁連鑄技術(shù)120AZC3101鑄錠電磁連鑄與普通連鑄鎂合金鑄坯表面質(zhì)量對比 電磁連鑄與普通連鑄鎂合金極化曲線普通連鑄鎂合金微觀組織電磁連鑄鎂合金微觀組織電磁連鑄與普通連鑄鎂合金抗拉強度鎂合金電磁連鑄技術(shù)高強鎂合金制備高強鎂合金AZ系鎂合金AZ41鎂合金板材4、高性能有色合金復(fù)層梯度材料制備技術(shù)澆包鑄型 芯材金屬液鑄坯澆包 鑄型澆道芯材金屬液普通連鑄法制備復(fù)層材料復(fù)層梯度材料制備技術(shù)鑄型線圈外層混合層過渡層金屬液1內(nèi)層金屬液2該技術(shù)可用于制備兩側(cè)或內(nèi)外層材質(zhì)不同、成分不同的復(fù)層合金材料，比如鋁鋁，鋁鎂合金、鎂鋰合金和鋁鋰

39、合金等。復(fù)層材料電磁連續(xù)鑄造技術(shù)4004 Alloy3003 Alloy三層鑄坯雙層鑄坯鑄坯長度5米，斷面130 430 mm2009年經(jīng)中國有色金屬協(xié)會鑒定為國際先進(jìn)水平。2009年12月中國鋁業(yè)公司將此項目確定為2010年重大產(chǎn)業(yè)化專項。 復(fù)層材料連續(xù)鑄造技術(shù)復(fù)層材料軋制與組織性能3003400430034004a30034004b3003/4004復(fù)合板的金相組織 復(fù)合板不同區(qū)域包覆層厚度 2b3cda復(fù)層材料軋制與組織性能彎曲試樣及其界面組織a. 工件90彎曲；b. 1號區(qū)域放大圖；c. 2號區(qū)域放大圖；d. 3號區(qū)域放大圖金屬/金屬間化合物疊層復(fù)合材料概念提出：貝殼的組成與結(jié)構(gòu)金屬/

40、金屬間化合物疊層復(fù)合材料： metal-intermetallic laminate composite (MIL)Ti-Al3Ti金屬間化合物疊層復(fù)合材料硬脆金屬間化合物CaCO3韌性金屬蛋白質(zhì)良好的力學(xué)性能：強度：300 Mpa斷裂韌性：7 Mpam1/2 抵抗裂紋擴(kuò)展能力： 1）轉(zhuǎn)向 2）分裂90%CaCO3（脆性 30 Mpa/1 Mpam1/2） + 10% 蛋白質(zhì) （韌性）TiAl3Ti研究背景：目前為止研究最多的Ti-Al3Ti MIL材料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能： 1）比剛度優(yōu)于大部分金屬材料； 2） 比鈦合金擁有幾乎相同的抗裂紋擴(kuò)展能力。研究背景及意義研究目的：獲得多層金屬間化合

41、物層、對金屬間化合物層進(jìn)行合金化、利用低成本箔材制備MIL材料。優(yōu)異力學(xué)性能來源：1）層狀結(jié)構(gòu)提供的界面提高了阻止裂紋擴(kuò)展能力增強、增韌界面；2）金屬層對硬脆金屬間化合物層的韌化作用韌化金屬間化合物層。研究內(nèi)容包括：鎳基MIL材料：純鎳、Ni-Fe 合金（Invar）、Ni-Fe-Cr合金（Inconel）鐵基MIL材料：純鐵、Fe-Cr 不銹鋼（430SS）、Fe-Cr-Ni 不銹鋼（304SS）a)工藝、b)合金化高溫退火韌化金屬間化合物層/金屬層界面金屬間化合物疊層復(fù)合材料的制備金屬間化合物疊層復(fù)合材料的優(yōu)勢：1）金屬箔材的使用使得復(fù)雜形狀成型成為可能：3-D成型2）加工工藝簡單（不需要

42、真空）且可計算機控制：可實現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)3）以材料最終性能為目的，從一個表面向另一個表面逐層設(shè)計及控制材料微觀組織結(jié)構(gòu)：改變箔材化學(xué)組成、厚度及反應(yīng)條件材料：純鋁箔(n層)+鋁化物形成合金箔材(n+1層)，交疊放置；準(zhǔn)備：去除氧化層、丙酮沖洗；熱壓反應(yīng)燒結(jié)： 反應(yīng)溫度：Al熔點附近； 反應(yīng)壓力：0-15Mpa； 反應(yīng)時間：直到所有Al箔都參與反應(yīng)生成金屬間化合物層。熱壓反應(yīng)燒結(jié)過程金屬間化合物疊層復(fù)合材料具有高的強度和剛度、良好的韌性及導(dǎo)熱性能，同時密度低、高溫性能良好。由于其獨特的疊層結(jié)構(gòu)和特殊的失效形式，使其具有優(yōu)異的吸能特性和裝甲防護(hù)能力，在車輛、艦艇、坦克裝甲防護(hù)等軍事領(lǐng)域擁有異常廣

43、闊的應(yīng)用前景 。金屬間化合物疊層復(fù)合材料制備與性能研究 金屬間化合物疊層復(fù)合材料制備鐵基金屬間化合物疊層復(fù)合材料制備制備工藝：通常將金屬Al箔與Ti、Ni、Fe或不銹鋼等箔材先用鋼刷除去表面氧化物層，然后交替疊好置于熱壓反應(yīng)裝置中進(jìn)行熱壓反應(yīng)。溫度：熱壓反應(yīng)溫度通常保持在Al-X反應(yīng)的最低共晶溫度到Al熔點之間（645-660）（X代表Ti、Fe、Ni等）；時間：反應(yīng)時間取決于Al箔的厚度和擴(kuò)散反應(yīng)速率，一般將0.6mm厚Al箔全部消耗生成金屬間化合物需要24-35小時；壓力：反應(yīng)壓力為1.5Mpa-3.8Mpa。 熱壓合成設(shè)備、控制系統(tǒng)和樣品 鐵基金屬間化合物疊層復(fù)合材料制備 鐵基金屬間化合

44、物疊層復(fù)合材料合成過程的微觀組織演變 銅合金電磁連續(xù)鑄造技術(shù)BFe10-1-1冷凝器管水平連鑄白銅合金管材白銅合金管具有很強的抗腐蝕能力，可用于海水淡化、艦船等要求耐腐蝕的工作環(huán)境白銅管水平電磁連續(xù)鑄造技術(shù)銅合金板帶坯的電磁改性浙江八達(dá)銅業(yè)有限公司兩流水平連鑄機，板帶斷面尺寸16mm430mm，鑄造合金為QSn6.5-0.1。降低鑄造溫度約20,石墨模具生產(chǎn)周期由7天增加到14天。成品率由67.9%提高到73.2%，每噸電耗降低約150kWh；2005年采用該技術(shù)生產(chǎn)高精度銅帶7260噸，凈增利潤1729萬元。銅合金電磁改性技術(shù)隨著我國高鐵網(wǎng)絡(luò)的迅猛擴(kuò)展以及時速記錄的不斷刷新，對高鐵網(wǎng)絡(luò)架空接

45、觸導(dǎo)線的性能也提出越來越高的要求，不但要求接觸線具有高強度（抗拉、耐熱、耐磨），還要具有高導(dǎo)電特性，現(xiàn)有的接觸線滿足不了要求。2008年鐵道部專門成立新公司研制新型高強高導(dǎo)銅合金接觸線，在鐵道部向溫家寶總理匯報的技術(shù)創(chuàng)新項目中，銅接觸線的制備與加工位列第二。但是苦于鑄造不出足夠長度、無缺陷的鑄坯。 2010年上半年用本團(tuán)隊的電磁改性技術(shù)，鑄造出合格的鑄坯。未施加電磁場施加電磁場制備的新型高導(dǎo)高強接觸線已經(jīng)應(yīng)用于京-滬高鐵，2010年12月3日在沖高段（棗莊至蚌埠）高鐵速度達(dá)到486.1km/h，刷新了世界鐵路運營試驗最高速度。被評為2010年中國十大科技進(jìn)展之四。銅合金電磁改性技術(shù)純銅強度不足

46、；銅合金 強度和導(dǎo)電率相互矛盾引線框架電阻焊電極鐵路接觸線高強高導(dǎo)電鎂碲銅合金制備技術(shù)材料制備性能研究機理分析研究內(nèi)容微量稀土Y和B軋制變形和熱處理電磁連鑄加入Y和B加入Y軋制+熱處理軋制高強高導(dǎo)電鎂碲銅合金制備技術(shù)高強高導(dǎo)電鎂碲銅合金制備技術(shù) 提出將原位增強、物理外場和塑性加工有機結(jié)合，提高變形鎂合金性能的思路。物理外場聲磁耦合場電磁攪拌超聲振動劣勢：剪切力不足以破優(yōu)勢：無接觸攪拌熔體 細(xì)化晶粒劣勢：破解范圍和攪拌優(yōu)勢：聲空化效應(yīng)可以破解顆粒團(tuán)簇效果有限解顆粒團(tuán)簇鎂基復(fù)合材料研究鎂基復(fù)合材料研究(a)(b)(c)(d)0 mm5 mm10 mm20 mm1-超聲探頭；2-純凈水；3-鋁箔紙；

47、X-鋁箔與超聲探頭的距離超聲破解鋁箔實驗示意圖 123XUltrasonic Electromagnetic FurnaceFurnaceElectromagnetic 旋轉(zhuǎn)磁場行波磁場螺旋磁場Ultrasonic probeCavitation effect and acoustic streamingKinematical unitMg melt with TiB2 particlesHelical electromagnetic field目的： 通過螺旋磁場控制熔體的流動，以期擴(kuò)大超聲場的作用范圍。 鎂基復(fù)合材料研究(a)(c)(b)Clusters of TiB2 particleA

48、Z31鎂合金 無外場下復(fù)合材料 聲磁耦合場下復(fù)合材料 1628.12944.73254.03517.7TiB2/AZ31抗拉強度/MPa鑄態(tài)AZ31軋制AZ31軋制外場+軋制伸長率/% 聲磁耦合場下制備的TiB2/AZ31復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能得到顯著改善，抗拉強度、屈服強度和伸長率分別為351MPa、315MPa和7.7%。 鎂基復(fù)合材料研究第二章砂型分類與造型方法 1.按砂型種類分類 2.按模樣材料分類 3.按砂型緊實成型方式分類 一、按砂型種類分類1.干型：經(jīng)烘干后再進(jìn)行澆注的砂型稱為干型。干型水分少、強度高、透氣性好。但是因為有烘干過程，所以成本高，勞動條件差，不易實現(xiàn)機械化和自動化。

49、一般用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量要求高，單件或小批生產(chǎn)的中大型鑄件。2.濕型：不用烘干，造型后直接澆注的砂型。不需烘干，成本低，勞動條件好，機械化造型應(yīng)用最多。采用膨潤土活化砂及高壓造型，可以得到強度高、透氣性較好的鑄型。多用于單件或大批、大量生產(chǎn)的中小件。一、按砂型種類分類3.表面烘干型：只將表面層烘干的砂型。 烘干層厚度約為15-80mm，具有干型的一些優(yōu)點，又避免和克服了干型的缺點。與干型相比，生產(chǎn)率高、成本低。 適用于鑄件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，質(zhì)量要求較高的單件、小批生產(chǎn)的中、大型鑄件。4.水玻璃砂型：用水玻璃做粘結(jié)劑的砂型。 強度高、硬化快、效率高，粉塵少，一般不需烘干。 適用于各種鑄件，對大型鑄件效率

50、更高。5.樹脂砂型：用環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂做粘結(jié)劑的砂型。 強度高、硬化快，可以自行硬化；精度高，鑄件易清理；生產(chǎn)效率高。 適用于大、中型鋼、鐵、鋁、銅鑄件的單件或成批、大量生產(chǎn)的鑄件。6.雙快水泥砂型：利用快凝、快硬的雙快水泥作粘結(jié)劑的砂型。 具有自硬快的優(yōu)點，所以生產(chǎn)效率高、勞動條件好，與水玻璃流態(tài)砂相比，鑄鐵件無縮沉和不粘砂。用于單件、成批生產(chǎn)的鑄鐵件。7.石灰石砂型：將天然石灰石軋碎、篩分成一定粒度配比制成的，通常用水玻璃作粘結(jié)劑，吹二氧化碳使之硬化或配制成水玻璃自硬砂。 具有硅粉塵少、易清理、鑄件表面光潔、不粘砂、鋼水流動性好、鑄件組織致密等優(yōu)點。由于無硅塵危害，可消除矽肺職業(yè)病等優(yōu)點

51、。 目前主要用于鋼鑄件的生產(chǎn)中，應(yīng)用于大型鋼鑄件有時產(chǎn)生縮沉現(xiàn)象，還產(chǎn)生大量的二氧化碳。一、 按砂型種類分類二、按模樣材料分類 1.金屬模造型 金屬模樣使用壽命長，造型方便，表面光滑容易起模，鑄件尺寸精度高，但是成本也高。用于大量、成批生產(chǎn)的鑄件。 2.塑料模造型 塑料模造型模樣輕、造型方便，但因塑料模有脆性,修整不便；鑄件尺寸精度較高，使用壽命也較長。用于大量、成批生產(chǎn)的中、小簡單件。 3.木模造型 木模造型生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，模樣易吸潮變形，不易起模，鑄件尺寸精度不高，用于單件、小批生產(chǎn)。三、按砂型緊實成型方式分類-手工造型1.手工造型 是指用手工進(jìn)行緊砂、起模、修型、下芯及合箱等主要操作過程

52、。具有操作靈活、適應(yīng)性強、工藝裝備簡單、不需專用的復(fù)雜設(shè)備等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于單件、小批生產(chǎn)中，特別是大型、復(fù)雜的鑄件。但是手工造型有勞動強度大，生產(chǎn)率低，鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定，精度差等缺點，要求工人的技術(shù)水平高、操作熟練。手工造型主要有：1）砂箱造型 在砂箱內(nèi)造型，操作方便，勞動量較小。應(yīng)用于大、中、小型鑄件，大量、成批和單件生產(chǎn)均可。如兩箱造型，三箱或多箱造型、劈箱造型、疊箱造型，應(yīng)用最多的是兩箱造型。整模造型兩箱造型2）脫箱造型造型后取走砂箱，在無箱或加箱套的條件下澆注?？捎靡粋€砂箱制造出許多個鑄型，但是澆注前要用型砂填實鑄型周圍或套上套箱。用于大量、成批或單件生產(chǎn)的鑄件。3）刮板造型用專制

53、的刮板刮制，可節(jié)省制作模樣的材料和工時。但操作麻煩，生產(chǎn)率低。用于單件和外形簡單的鑄件。4）組芯造型將很多砂芯在砂箱或地坑中組裝起來，以形成鑄件的外形和內(nèi)腔。用于單件或成批生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件。脫箱造型刮板造型三、按砂型緊實成型方式分類-手工造型傳統(tǒng)材料成型與加工技術(shù)-砂型鑄造5）地坑造型在地坑中造型，不用砂箱或只用一個蓋箱，操作麻煩，生產(chǎn)周期長。用于單件生產(chǎn)的中、大型鑄件。 6）疊箱造型除最上和最下的兩個砂箱外，其余的砂箱上下兩面都有型腔，多個砂箱疊起來由一個直澆道澆注。可節(jié)省造型場地，但是下部鑄件的質(zhì)量較差。適用于薄而小的鑄件，在生產(chǎn)量大且造型場地面積不足時使用。7）挖砂造型用整模造型，將

54、阻礙起模的型砂挖掉再造型的方法。用于單件、小批生產(chǎn)的，分型面不是平面的鑄件。三、按砂型緊實成型方式分類-手工造型疊箱造型三、按砂型緊實成型方式分類-手工造型當(dāng)分型面不是單一平面且生產(chǎn)批量較大時，為避免挖砂，預(yù)先制備好強度較高的半個鑄型來適應(yīng)其分型面。 由于該鑄型只用于造型，不參與澆注，故稱為假箱。 生產(chǎn)中可采用木材或金屬制成成型底板來代替假箱。兩箱分模造型 挖砂造型 A-挖砂部分 假箱造型 假箱造型 對成批生產(chǎn)的大型和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件常采用挖砂造型的鑄造方法。8) 劈箱造型 劈箱造型就是將模樣和砂箱分成幾部分，分別造型，然后組合起來形成完整的鑄型。 劈箱造型的造型、烘干、吊運、下芯、砂型裝配、開

55、箱、落砂過程等都很方便。 劈箱造型對工藝裝備的要求高，必須確保鑄型裝配的準(zhǔn)確性和可靠性，只適合批量大的鑄件。 因為操作麻煩，技術(shù)難度大，生產(chǎn)成本也高。三、按砂型緊實成型方式分類-手工造型9) 活砂造型滑輪活砂造型過程簡介： 將一半模樣放在造型底板上，制造上砂型； 將上砂型翻轉(zhuǎn)1800，并在滑輪周圍進(jìn)行挖砂操作； 撒上分型砂，放上另一半模樣和壓鐵，并在滑輪周圍制造出一圈活砂，修整后撒上界砂（分型砂），放上砂箱，制造下砂型； 將下砂型翻轉(zhuǎn)放在平地上，取出半個模樣； 將下砂型再合到上砂型上，夾緊后一起翻轉(zhuǎn)1800； 翻轉(zhuǎn)上砂型，取出另一半模樣，在下型中放入砂芯，就可以合型。 對大批量生產(chǎn)，活砂部分需用砂芯代替。三、按砂型緊實成型方式分類