喷射成形技术的应用

金属材料专业认识实习介绍铸造工艺黄永长我国铸造技术的发展材料成形加工的方法：1.金属铸造成形2.金属塑性成形（锻造、板料冲压和先进塑性成形加工工艺）3.金属焊接成形（气焊、割焊、埋弧焊、气体保护焊、电阻焊、钎焊、激光焊、扩散焊和摩擦焊等）4.非金属材料成形（工程塑料成形、橡胶制品成形和特种陶瓷成形）历史发展：铸造：就是将金属熔成符合一定一定要求的液体并浇注到铸型里，待其冷却，凝固后落砂清理形成具有一定形状与性能的金属件的生长方法。铸造具有悠久的历史，远在5000多年前，人类就铸出了简单的铜斧头。我国是世界上较早掌握铸造技术的文明古国之一，2000多年之前以青铜铸造为主，之后以铸铁为主。世界上公认中国是最早应用铸铁的国家。出土于河南安阳侯家庄武官村。此鼎形制雄伟，重达832.84公斤,高达133厘米,是迄今为止出土的最大最重的青铜器。司马戊大鼎永乐大钟高6.75m、直径3.3m、重量46.5t的铜钟，是明朝永乐年间（约1420年）铸造的，在世界大钟之林中铸造年代最久远。钟身内外铸满了佛经，经文清晰，排列巧妙，总字数达230184个，是世界上铸字最多的大钟。撞击一下，钟声悠扬悦耳，可传40～50km。永乐大钟局部，上面载明大钟铸造的时间。九龙大鼎（广东肇庆市）高6.68米,宽5.58米,重量16吨，整座由青铜浇铸而成。越王勾践剑越王者旨於赐剑越王州句复合剑越王不寿剑香港天坛大佛高34米，重250吨，由200块青铜铸件砌成。耗资2000万港元。无锡灵山大佛1、灵山大佛通高88米，佛体79米，莲花瓣9米。2、灵山大佛佛体（不含莲花瓣）由1560块6-8毫米厚的铜壁板构成，焊缝长达30余公里。3、灵山大佛铸铜约700吨，铜板面积达九千多平方米，约一个半足球场大小。4、由于高科技的运用，灵山大佛能抵御14级台风和8级地震的侵袭。在现代各种类型的机器设备中，按质量计算，铸件所占比例很大，如在机床、内燃机中，铸件占机器质量的70~80%，农业机械中占40~70%，拖拉机中占50~70%。铸造的优点：1）适应性广：它适用于各种合金（如铸铁、铸钢和各种有色合金等），能制造外形和内腔很复杂的零件，铸件的尺寸、质量和生产批量都不受限制。2）成本低廉：所用原材料来源广，设备投资少，节省工时，材料利用率高。铸造的缺点：铸造工艺的控制较困难，因而铸件质量不稳定，废品率较高。另外，铸造生产劳动强度大，条件差，环境污染较大。铸造生产一般工艺流程铸造按生产方式不同可分为砂型铸造和特种铸造。砂型铸造：用型砂紧实成型进行铸造的方法，称为砂型铸造。砂型铸造生产的铸件占铸件总产量的80%以上。砂型铸造所用的型砂由原砂和粘结剂组成，必要时，还可加入各种附加物。原砂是耐高温材料，常用的是含SiO2较多的硅砂，常用的粘结剂有粘土、水玻璃等。砂型和芯砂应具有以下性能：透气性、强度、耐火度、可塑性和退让性。生产中常采用砂子、粘土（常用膨润土）和水等经混制而成的粘土砂，为满足透气性，型砂中还可加入锯末、煤粉等。铸型的构造及作用：铸型一般由上型、下型、型芯、浇注系统等几部分组成。1-上砂箱2-型腔3-上型芯头4-出气孔5-冒口6-浇口杯7-直浇道8-下砂箱9-分型面10-下型芯头11-冷铁12-内浇道13-型砂14-横浇道特种铸造包括：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷铸造和连续铸造。熔模铸造：用易熔材料（如蜡）制成零件的精确模样，在模样上涂覆多层耐火材料，制成壳芯，待壳芯干燥、硬化后，加热型壳使蜡模融化形成空腔，型壳经高温培烧后即可进行浇注获得铸件的铸造工艺方法叫熔模铸造。熔模铸造的特点：1.铸件尺寸精度高，可以无加工余量。2.可铸造形状复杂的铸件。3.不受材料的限制。熔模铸造可用来制造碳钢、合金钢、球墨铸铁、铝合金、镁合金、高温合金、贵重金属的铸件。4.铸件尺寸不能太大，重量也有限制。5.工艺过程复杂、工序繁多，使生产过程控制难度增大。消耗的材料较贵，对模具和设备要求较严，生产周期长。6.铸件冷却速度慢，铸件晶粒粗大。陶瓷型铸造：在20世纪50年代有英国人肖完善试验成功，它是在砂型铸造和熔模铸造的基础上发展起来的，即在硅酸乙酯水解液和耐火粉料的陶瓷浆料中加入破坏硅酸乙酯水解液稳定性的催化剂，用浇灌浆料代替捣实型砂的方法制造铸型，浇注金属液生产铸件。采用这种方法制得的铸件具有较高的尺寸精度和较细的表面粗糙度。陶瓷铸造的过程：先将模样固定在型板上，在模样表面抹分型剂，而后在型板上放好型框，向其中灌注陶瓷浆料，待浆料固化至有一定弹性，尚未完全坚硬的程度，从型中取出模样，随后立即点火喷烧，烧去浆料中的酒精，吹压缩空气助燃，最后把其送入高温炉中培烧，准备合型浇注。陶瓷性著作的优缺点：1.陶瓷型铸造的铸件尺寸精度高。2.陶瓷型铸造的铸件重量最大可达十几吨的精密度要求较高的铸件。3.陶瓷型铸造可用来浇注多种合金。4.生产准备简单，不需要复杂设备，但所用原料价格较高，不适于批量大、结构复杂、重量轻的铸件的生产。生产过程难于实现机械化、自动化。金属型铸造：用铸铁、铸钢或耐热钢制造铸型，将熔炼好的液态金属浇注进去，以获得铸件的铸造方法叫金属型铸造。金属型铸造的优缺点：1.铸件的质量和尺寸精度高。2.金属型冷却速度块，晶粒细小，铸件的力学性能高。3.铸造生产中不用型砂，可节省造型材料，减少砂处理和型砂运输设备。4.铸型的制造成本高，生产准备费时，不能生产大型铸件，铸件的外形不易太复杂。低压铸造：是一种介于重力铸造与压力铸造之间的铸造工艺方法。低压铸造的优缺点：1.金属自下而上平稳充填型腔，减少卷入气体和氧化物的可能性，防止铸件产生气孔和非金属夹杂物缺陷。2.铸件补缩效果好，铸件致密度高、力学性能好。3.简化了浇注系统，金属的利用率高。4.减轻了劳动强度，整个过程易于机械化、自动化，生产效率高。5.设备模具消耗较大。离心铸造：将液态金属浇入高速旋转的铸型，在离心力作用下凝固成型的工艺叫离心铸造。离心铸造分为立式离心铸造和卧式离心铸造。造型方法：手工造型和机器造型两大类。手工造型：手工造型是全部用手工或手动工具紧实型砂、制造砂型的造型方法。其优点是操作方便，灵活性强，特别适合单件小批量生产。下图是手工造型主要工艺流程图。常用的手工造型方法有：整模造型、分模造型、活块造型、挖砂造型、假箱造型、刮板造型、两箱造型、三箱造型和地坑造型。机器造型：主要由填砂、紧实、起模、修型等工序组成。用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型方法称为机器造型。按紧砂和起模方式不同，有多种不同类型的机器造型方法及相应的造型机。按型砂的紧实方式，主要的机器造型方法有压实造型、震实造型、抛砂造型、射砂造型、静压造型、高压造型和震压造型。其中以震压造型在中、小工厂应用较广。气动微振压实造型机的紧砂原理。铸造设备熔炼设备：冲天炉、感应电炉、电弧炉混砂设备：筛沙机、混砂机运输设备：皮带运输型砂、运动小车运输砂型、链轮式循环运输砂芯造型设备：射砂机、造型机、翻转砂箱设备、合箱设备造芯设备：热芯盒造芯机、冷芯盒造型机浇注设备：浇注小车清理设备：落砂设备、抛丸机冲天炉：冲天炉广泛应用于铸铁熔炼。冲天炉的优点有很多，如设备费较低，占地面积小、能连续供应铁液、因有冶金反应易于得到品质优良的铁液。冲天炉的主要缺点：铁液的化学成分和温度波动较大，且铁液的供应量不易改变、柔性不足。感应电炉特点：1.熔炼工艺稳定，可以熔炼各种成分的铸铁。熔炼过程氧化烧损少，又能方便的调节铁液的成分和温度，获得的铁液质量较稳定。2.用感应电炉熔化有色金属，可减少烧损或实现真空无氧化熔炼。3.可利用廉价的原材料。在感应电炉熔炼过程中，由于存在电磁搅拌，特别有利于熔炼各种加工切削和细小的边角料。4.减少环境污染。电弧炉：电弧炉是利用电弧产生的高温熔炼金属。在电弧炉中存在一个或多个电弧。由于电弧温度高，电热效率高，炉内气氛和炉子操作容易控制，特别适合冶炼难溶金属。铸造行业的发展趋势铸件的轻量化铸件的精确化数字化铸造网络化铸造近无缺陷铸造技术绿色铸造技术结束语一、铸造行业的发展趋势高速发展的工业技术要求产品精密化、轻量化、集成化•国际化的市场竞争要求产品性能高、成本低、周期短•环境要求能源消耗低、污染少铸件的发展方向：更轻、更薄、更精、更强、更韧、成本更低、周欺更短、质量更高铸造技术的发展方向：轻量化、精确化、高效化、数字化及绿色化轻量化的要求以汽车制造为例，汽车重量减轻10%可使燃烧效率提高7%，并减少10%的污染。为了达到这一目标，要求整车重量减轻40%~50%，其中车体和车架的重量要求减轻50%，动力及传动系统减轻10%。新一代汽车中钢铁材料用量将大幅度减少，而铝及镁合金用量将显著增加，铝合金将从129公斤(284磅)增加到333公斤(733磅)，镁合金将从4.5公斤(10磅)增加到39公斤(86磅)。专家预测到2009年74%的汽车发动机缸体及98%的缸盖将用铝合金铸造。二、铸件的轻量化轻量化材料1.高强铝合金高强铝合金，其最终产品涉及航空、航天、国防、兵器、交通运输等各行业。第二次世界大战后，一系列新型高强铝合金（尤其是7000系），相继研制成功，东北轻合金公司已开发出7A04、7A09、7075、7050、7574、7001六个牌号的7系铝合金，生产的7系变形铝合金产品已应用于航空航天领域，在国产战斗机、长二捆火箭、神州系列飞船上得到应用，从神州一号到神州五号都受到国家奖励。2.镁合金镁合金是被世界各国材料界看好的最具有开发和发展前途的轻金属材料，被誉为21世纪最具开发和应用潜力的“绿色”工程材料。镁合金产品具有以下优势：1）轻量化：密度1.8g/cm3左右，是钢铁的1/4、铝的2/3、与塑料相近。2)比强度高、刚性好，优于钢及铝。3)极佳的防震性，耐冲击、耐磨性良好。4)优良的热传导性，可改善电子产品散热问题。5）非磁性金属，抗电磁波干扰，电磁屏蔽性好。6）加工成形性能好，成品外观美丽、质感佳，无可燃性(相对于塑料)。7)材料回收率高，符合环保法。8)尺寸稳定，收缩率小，不易因环境温度变化而改变(相对于料)。镁合金压铸件的应用：已广泛应用于交通工具如汽车、摩托车及飞机零件等、信息行业如手机、数码相机及手提电脑壳体等产品及小型家电(摄像机、照相机及其他电子产品外壳等)等行业(图1)。同时压铸镁合金产品在国防建设等领域也有十分广阔的应用前景。图1典型镁合金压铸件金属材料的热加工是将原材料制成我们所需要的零件毛坯的重要方法。当今一个重要的发展趋势是，随着精密成型技术的发展，毛坯的成型精度不断提高，正从近精确成型向精确成型方向发展。三、铸件的精确化——新一代精确铸造技术精确铸造技术包括：自硬砂精确砂型铸造高紧实度半刚性砂型铸造强迫铸型铸造特种铸造•自硬砂精确砂型铸造主要有改性水玻璃砂和合成树脂砂，适用于生产大型近精确铸件。近年来采用冷芯盒树脂砂发展起来的“精确砂芯组芯造型”技术，可以生产壁厚仅有2.5mm的缸体、缸盖、排气歧管等复杂的铸件。•高紧实度半刚性砂型铸造主要有高压、射压、气压和静压等造型方法。铸型虽然不烘干，但由于紧实度大大提高了，所以铸件的表面质量、精度很高，表面粗糙度可提高2~3级，适用于大批量铸件的生产。•强迫铸型铸造所谓强迫铸型是通过一定的措施，避免起模及刷涂料时引起的铸型精度及表面质量下降，使其完全等同于模样的水平。主要方法有消失模铸造、涂料转移法铸造等。1.消失模铸造研究的热点(1)消失模型材料及制模技术的研究(2)消失模铸造用涂料的研究(3)金属液—气化膜—涂料之间相互作用机理的研究(4)消失模铸造工艺的研究(5)提高铸件内在质量的研究(6)气化模与其它工艺相结合的气化模复合工艺的研究2.我国消失模铸造与国外的差距(1)我国消失模铸件产量偏低，据铸造协会实型铸造专业委员会最新统计，2001年我国消失模铸造黑色合金总产量为6.5万吨。消失模铸造企业不下500家，