材料成型设备选修课论文教材.docx

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材料成型设备选修课论文教材

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《特种成型技术》课程报告

院系：

材料科学与工程

专业：

高分子成型加工及模具

姓名：

学号：

指导老师：

李杏瑞李福山李永刚

时间：

2015年11月10日

（一）液态成型部分

一、消失模铸造

消失模铸造，又称“气化模造型”、“泡沫聚苯乙烯塑料模造型”、“无型腔铸造”或“实型铸造”。

1.消失模铸造的实质

采用泡沫聚苯乙烯塑料模样代替普通模样，造好型后不取出模样就浇人金属液，在灼热液体金属的热作用下，泡沫塑料模气化、燃烧而消失，金属液取代了原来泡沫塑料模所占据的空间位置，冷却凝固后即可获得所需要的铸件。

2.消失模铸造的主要工艺过程

消失模模样的制造→模样与浇冒口的粘合→模样涂挂涂料和干燥→填干砂并振动紧实→浇注落砂清理。

3.消失模铸造特点

消失模铸造主要有以下五方面特点：

（1）消失模铸造是一种近无余量、精确成形的新工艺。

由于采用了遇金属液即汽化的泡沫塑料制作模样，无需起模，无分型面，无型芯，因而铸件无飞边毛刺，减少了由型芯组合而引起的铸件尺寸误差。

铸件的尺寸精度和表面粗糙度接近熔模铸造，但铸件的尺寸可大于熔模铸件。

（2）为铸件结构设计提供了充分的自由度。

在设计机械产品时，必须对铸造零件进行结构工艺分析，包括该铸件结构是否合理，制模、起模、下芯是否方便，铸件的尺寸精度及冶金质量能否保证等。

实型铸造由于模样没有分型面，不存在分型起模等问题，各种形状复杂的铸件模样均可采用消失模材料粘合，成形为整体，因而改变了砂型铸造时铸件结构工艺性的内涵，很多普通砂型铸造难以实现的问题在实型铸造时根本不存在任何困难，产品设计者可根据总体的需要设计铸件的结构，增大了铸造零件设计的自由度。

（3）消失模铸造的工序比砂型铸造及熔模铸造大大简化。

实型铸造采用泡沫聚苯乙烯塑料制模比用木材或金属制造模的过程简单得多，加工容易，粘合方便，制模效率一般可提高1—3倍。

在多数情况下不用砂芯，省去芯盒制造、芯砂配制、芯骨准备、砂芯的制造及烘干等工序。

造型时，不起模、不修型、不下芯和配箱等。

造型效率可提高2—5倍。

同时，降低了劳动强度，改善了劳动条件。

（4）提高冒口的金属利用率。

实型铸造的冒口模样也是采用泡沫聚苯乙烯塑料制成的，由于不起模，可安放在铸件上的任何位置，可制成所需的各种形状，包括半球形的暗冒口，可显著地提高冒口的金属利用率。

（5）减少材料消耗，降低铸件成本。

采用实型铸造可节省大量木材，所用的泡沫塑料模的成本，一般只为木模的三分之一左右。

如果采用无粘结剂干砂实型铸造，可节省大量的型砂粘结剂，砂子可以回用。

型砂处理简单，所需的设备少，可节省投资60％一80％。

就总体来说，实型铸件的制造费用一般比普通砂型铸件低。

4.消失模铸造存在的问题

泡沫塑料模只能浇注一次，每生产一个铸件就消耗一个模样，增加了铸件的成本；泡沫塑料的密度小、强度低，若采用普通型砂造型，模样容易产生变形，影响铸件尺寸精度；泡沫聚苯乙烯塑料摸样在浇注过程的气化、燃烧，产生大量的烟雾和碳氢化合物，影响工人浇注操作和车间的环境卫生；对于具有凹深空腔、形状复杂的铸铁件，采用实型铸造，铸铁件容易产生皱皮缺陷；铸钢件采用实型铸造时，铸件经常产生渗碳现象等。

4.消失模铸造适用范围

（1）合金种类：

铝、铸铁（灰铁和球铁）、铜及除低碳钢以外的铸钢（因消失模在浇注的熔失过程中会对低碳钢产生增碳作用，使低碳钢的含碳量增加）。

（2）铸件壁厚3mm以上。

（3）铸件质量范围在几公斤以上至几十吨。

（4）生产批量可单件小批亦可成批大量。

（5）只要砂子在消失模模样中能得到足够紧实，对铸件的结构形状几乎无特殊限制。

二、负压实型铸造

负压实型铸造是将泡沫塑料气化模置于可抽真空的特制砂箱内，填入不含粘结剂和水分的单一型料，再用塑料薄膜覆盖箱口，然后抽真空，在不起模和负压的情况下浇注就可得到铸件的铸造方法。

1.负压实型铸造法工艺过程

将覆有涂料的泡沫塑料模置于可抽真空的特制砂箱内，填人干砂或铁丸，使其充填模样的内外型直至砂箱的上口；并加以微震紧实成实体的铸型；然后，用塑料薄膜覆盖住砂箱上口，以确保铸型呈密封状态；再将浇口杯和冒口圈放置在直浇口和冒口位置的塑料薄膜上。

同时，又在密封薄膜上另撒上一层干砂，以防止浇注过程中溅出的金属液烫坏塑料薄膜影响铸型内的真空度。

浇注时，开动真空泵抽真空，借助砂箱内的负压与箱外形成“压力差”，使铸型紧实。

随即可以进行浇注，待铸件表面层凝固（约2—10min）后，便可停泵；造型材料又恢复了它原来具有的流动性；待铸件凝固后即可落砂取出铸件。

2.负压实型铸造的关键工艺步骤

（1）在泡沫塑料模型的外表面涂刷上一层特殊的耐火涂料，这是用负压实型铸造获得光洁铸件的关键环节；

（2）采用振动力来紧实无粘结剂的型砂，提高型料在模型四周的紧实度；

（3）从砂箱的侧面、底面或顶部抽真空，以获得坚固的铸型，消除气化模气化后产生的烟雾

3.负压实型铸造的适用范围及特点

负压实型铸造集实型铸造、真空密封造型法的优点为一体，适用于各种材质的铸钢、铸铁、铸铝、铸铜及铸镁件的生产，若用于结构复杂及型芯较多的铸件，效果更加显著。

特点如下：

（1）结构形状不受铸造工艺限制，不用混砂、下芯、起模、合箱、分型，可实现最优化设计，并易于一箱多铸，并消除了以上因素引起的铸造缺陷与废品；

（2）生产效率高，减少配砂、造型工序，劳动强度低，生产周期短，工作效率高；

（3）铸件尺寸精度高，可达CT5—6级，铸件质量好，可部分取代熔模精密铸造，废品率可降低2％～3％，机加工减少30％～70％；

（4）铸件表面光洁，表面粗糙度Ra可达6.3—12.5μm，复印性能强；

（5）工艺稳定性高，补缩效果好，废品率低，工艺出品率高；

（7）改善工作环境，可完全消除浇注现场的烟气、粉尘。

三、熔模铸造又称失蜡铸造

它是用易熔材料（蜡料）制成精确的可熔性模样（熔模），在模样表面涂覆多层耐火材料，待干燥、硬化后，加热将模样熔去，获得与模样形状相应的整体型壳，再经高温焙烧之后进行浇注而获得铸件的一种方法。

熔模铸造的特点及优缺点

基本特点：

熔模铸造的型壳为整体型壳而无需分型面（制壳时采用可熔化的一次模，无需起模），且型壳是由高温性能优良的耐火材料组成

熔模铸造具有以下优点：

1）铸件尺寸精度较高，表面粗糙度较低，可减少或无需机加工。

一般精度可达5—7级，表面粗糙度达Ra25～6.3μm。

（净近终成形技术）

熔模铸造具有以下优点：

2）熔模铸件的外形和内腔形状几乎不受限制，可以铸造出形状复杂件、薄壁件以及质量很小的铸件。

如可以在铸件上铸出花纹精细的图案、文字，也可以铸出带有细槽和弯曲细孔的铸件，熔模铸件的最小壁厚可达0.5mm，质量可以小到几克。

另外，可以使有些组合件、焊接件在稍进行结构改进后直接铸造成整体零件，从而简化生产过程，减轻零件质量、降低生产成本。

3）铸件不受合金种类限制，尤其对难以切削加工或锻压加工的合金，更能显示其优越性。

生产批量也没有限制，可以从单件到成批大量生产。

适用：

熔模铸造是一种少、无切削的先进的精密成形工艺，它最适合25kg以下的高熔点、难以切削加工的合金铸件的成批大量生产。

目前主要用于航天、飞机、汽轮机、燃气轮机叶片、泵轮、复杂刀具、汽车、拖拉机和机床上的小型精密铸件生产。

脱蜡精密铸造，具有一般传统铸造、锻造、机械切削成型法所没有的特征与优点，且适用任何材质及更弹性化量产的能力，所以脱蜡铸件应用涵盖范围广泛，从天上的飞机、地上的车辆、海上的船舶到各产业机械设备及休闲艺术用品都可承制。

失蜡精密铸造的使用特征为可制造薄壁零件、形状复杂零件、花纹精细零件、工序繁杂零件、难切削加工零件、净形零件、材质昂贵零件、及数种零件一体成型、且尺寸精度及表面光度良好。

尤其是对于难以用传统砂模铸造、锻造法或切削加工方法制造的奇形怪状、中空、复杂零件，及虽然可以用锻造、切削加工等方法制造，但工序繁多，需大量机械加工，生产率低，又会耗费大量金属材料，致制造成本高的零件，改用脱蜡模铸造，可达到工期短、成本低的目的。

对精细花纹、细槽、弯曲细孔零件，也可省却放电加工及雷射雕刻工时与成本支出。

另外，运用失蜡精密铸造法最适合制造净形零件，可大幅减轻零件重量，也可将数种零件铸成一体，减轻重量，改善机械性能及尺寸精度，并减少加工时数、降低成本。

本土生产失蜡精密铸件的最大界限长度为700mm，易做长度在200mm以下。

铸件最大重量约100公斤，一般常做为10公斤以下铸件，超过30公斤以上铸件较少。

铸件尺寸公差约20mm±0.13mm、100mm±0.30mm、200mm±0.43mm，而小件尺寸精度不易达到±0.10mm以内。

角度公差为±0.5~±2.0度，铸件最薄壁厚度可做到0.5mm。

铸件表面粗度约Rmax4S~12S。

失蜡精密铸件的另一特色是材质活泼，几无任何限制，如铸铁、铸钢、合金钢、不锈钢、工具钢、铝合金、镁合金、钛合金、铜合金、铍铜合金、超合金、钴基和镍基耐热合金等，任合金属都适用。

张永远说，任何合金均能行失腊铸造，如果遇到生产某一零件，其合金是难切削或不可能切削时，一般失蜡精密铸造即是该零件的最好生产方法。

且有些合金较适合用失蜡精密铸造生产，会更有效率、更完美，如复杂组合零件可以精细铸出孔、沟、斜角、锯齿状、缺口、薄断面、刀口及其它形态，由于尺寸精度良好，有90%以上不需再加工即可使用，因此那些铣切、车削、搪孔等完工精制之工具机均可不用，产品开发、设计的可挠性极佳。

促使许多买主由其它制造方法改变成失蜡精密铸造的动机，是可节省大笔经费，一般来说，制造成本降低幅度约50%以上，且适合各种批量生产。

其应用范围很广，包括：

燃气涡轮、蒸汽涡轮、飞机零件、内燃机、车辆零件、船舶零件、医疗器材、高尔夫球头、食品机械、印刷机械、制纸机械、压缩机、阀件、帮浦、计测仪、缝纫机、武器、事务机器及其它机器零件等。

（二）连接成型部分

一：

高能束激光焊

激光焊是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件接缝所产生的能量进行焊接的方法。

1.焊接原理

利用激光器受激产生的激光束，通过聚焦系统可聚焦到十分微小的焦点（光斑）上，其能量密度大于105W/cm2。

当调焦到焊件接缝时，光能转换为热能，使金属熔化形成焊接接头。

2.工艺特点

与常规焊接方法相比，激光焊有如下特点：

l）聚焦后的激光功率密度高达105-107W／cm2，工件产生的变形极小，热影响区也很窄，多以深熔深方式，特别适宜于精密焊接和微细焊接。

2）焊接厚件时可不开坡口一次成形，获得深宽比大的焊缝。

不开坡口单道焊接钢板的厚度已达50mm。

3）适宜于焊接一般焊接方法难以焊接的材料，如难熔金属、热敏感性强的金属以及热物理性能差异悬殊、尺寸和体积悬殊工件间的焊接；甚至可用于非金属材料的焊接，如陶瓷、有机玻璃等。

4）穿过透明介质对密闭容器内的工件进行焊接，适合于在玻璃的密封容器里焊接铍合金等剧毒材料。

5）可借助反射镜使光束达到一般焊接方法无法施焊的部位，YAG激光（波长1.06um）还可用光纤传输，可达性好。

6）激光束不受电磁干扰，无磁偏吹现象存在，适宜于磁性材料焊接。

7）不需真空室，不产生X射线，观察及对中方便。

8）激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。

3.工艺过程

4.应用

1）激光焊接（主要是脉冲激光点焊）特别适合焊接微型、精密、排列非常密集和热敏感材料的焊件，已广泛应用于微电子元件的焊接。

2）集成电路内外引线焊接，

3）微型继电器、电容器、石英晶体的管壳封焊，

4）仪表游丝的焊接等。

激光焊的不足之处是设备的一次投资