材料成型设备选修课论文.doc

材料成型设备课程论文 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： 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13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25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210min)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ct56级，铸件质量好，可部分取代熔模精密铸造，废品率可降低23，机加工减少3070； (4)铸件表面光洁，表面粗糙度ra可达6.312.5m，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57级，表面粗糙度达ra256.3m。（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20mm0.13mm、100mm0.30mm、200mm 0.43mm，而小件尺寸精度不易达到0.10mm以内。角度公差为0.52.0度，铸件最薄壁厚度可做到0.5mm。铸件表面粗度约rmax 4s12s。 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105 w/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 -107wcm2，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大，特别是高功率连续激光器的价格昂贵，而且对高反射率的金属直接进行焊接比较困难。可以通过改进，使激光与其他热源的复合，从而形成激光复合焊接技术，如激光tig复合、激光一电弧焊、激光高频焊 、激光等离子弧复合、激光双电弧复合等。二：电子束焊电子束焊接因具有不用焊条、不易氧化、工艺重复性好及热变形量小的优点而广泛应用于航空航天、原子能、国防及军工、汽车和电气电工仪表等众多行业。电子束焊接的基本原理是电子枪中的阴极由于直接或间接加热而发射电子，该电子在高压静电场的加速下再通过电磁场的聚焦就可以形成能量密度极高的电子束，用此电子束去轰击工件，巨大的动能转化为热能，使焊接处工件熔化，形成熔池，从而实现对工件的焊接。1：焊接原理：电子是物质的一种基本粒子，通常情况下他们围绕原子核高速运转。当给电子一定的能量，他们能脱离轨道跃迁出来。加热一个阴极，使得其释放并形成自由电子云，当电压加大到30到200kv时，电子将被加速，并向阳极运动。2：工艺特点：电子束焊机用高压电源在操作时必须与有关系统进行连锁保护，主要有真空连锁、阴极连锁、闸阀连锁、聚焦连锁等，以确保设备和人身安全。高压电源必须符合emc标准，具有软起动功能，防止突然合闸对电源的冲击。有较高的可靠性，属户内设备，要求连续工作，外观满足工业设备要求，维修方便等3工艺过程：3.1焊前准备（1）为防止钉尖缺陷的产生，电子束焊时往往要加衬垫，衬垫的材料应与产品的材料相同。衬垫的厚度应不小于被焊接工件厚度的30%，参数的选择应保证熔深比实际接头要求的焊接深度大20%。焊后采用机加的方法去除衬垫。（2）为防止焊缝隙表面的金属外流，在破口的外侧还需加挡圈，待焊接结束后采用机加的方法去除。（3）待焊工件的接缝区应精确加工并采用专用夹具进行装配和固定，焊接集团采用了横焊，焊接时工件固定，焊枪运动。（4）焊缝表面的清理。由于电子束焊接过程中将金属加热成金属蒸气，与此同时焊缝表面的夹杂、油锈水等也被加热蒸气。在焊接过程中这些蒸气与金属蒸气将共同填满焊缝，这会形成气孔、夹渣等缺陷，降低焊接的质量。因此焊接前要冼焊接表面采用酒精和丙酮进行擦洗，防止留有铁锈、夹杂和水。对于真空电子工业束焊接设备，焊件表面的清理更加严格，否则不仅会导致焊缝缺陷及软科学性能劣化，而且影响抽气时间与焊枪运行稳定性，同时会加导师真空泵轴老化。3.2焊前调试(1)首先安装工件，通过控制系统将电子枪调整至待焊位置，使电子枪与待焊件保持一定的距离。我们称焊接过程中电子工业枪与工位之间的距离为工作距离。在整个焊接过程中，这一距离将保持不变。(2)关闭真空室的大门，开始抽真空，当真空度达到规定数值0.667pa即可进行焊接。电子束焊机的工作环境温度应控制在12-35之间，厂房应配有空气干燥系统以降低环境(3)调整焊枪使之对准铜棒，在铜棒上测试最大电流。在焊接过程式中，电子工业束束流过小，会使发射电子束的阴极受损，通常在焊接前，要将电流加以测试。(4)进行焊接起始点位置的调试。通过x，y，z方向位移来确定焊缝的位置。3.3焊接参数电子束焊接随着焊接参数的不同，所能焊接的壁厚也不同。通过大量的试验研究，所确定的适合于该产品的焊接参数见表3。在该图中，纵坐标是焊接电流及聚焦电流(括号中标出)，横坐标是电子枪的移动距离。各阶段分别为:阶段是将程序调整至正常状态；阶段是将电流调整到工作状态；阶段是保持工作状态；阶段是电流进行逐步衰减并进行焊缝隙的搭接。3.4试验结果焊接接头力学性能检验试验结果完全满足asme及国内相应法规的要求。4应用：由于电子束焊接包含了机械、真空、高电压和电磁场理论、电子光学、自动控制和计算机等多学科技术，对国内一般厂商来说技术难度较大，而引进费用又昂贵，为此桂林电气科学研究所结合国外技术及多年从事电子束技术研究开发经验，研制成功了我国第一条国产双金属锯带生产线设备。其中高压电源是双金属锯带焊接设备的关键技术之一，它主要为电子枪提供加速电压，其性能好坏直接决定电子束焊接工艺和焊接质量。为此许多电子束焊机制造商及研究机构均对高压电源的可靠性、高压保护、高压打火对焊件的影响进行了研究，并相应制造出具有较高性能的高压电源，以满足不同的电子束焊机的需要。由于双金属焊接要求平行焊缝，要用高压电子束焊机(100kv以上)焊接双金属锯带,为此开展高压电源的开发和研究工作是非常必要的。(三) 锻造成型部分锻造成型指固态金属在外力作用下产生塑性变形，获得所需形状、尺寸及力学性能的型材、毛坯或零件的加工方法。其成型方式主要由以下几种：1.轧制成形 轧制也叫压延，是金属坯料通过一对旋转轧辊之间的间隙而使坯料受挤压产生横截面减少、长度增加的塑性变形过程。 2. 挤压成形挤压成形是使坯料在压力作用下，使模具内的金属坯料产生定向塑性变形，并通过模具上的孔型(模孔)，而获得具有一定形状和尺寸的型材或毛坯、零件的加工方法。3. 拉拔成形拉拔成形是使坯料在外力作用下，使模具内的金属坯料产生定向塑性变形，并通过模具上的孔型，而获得具有一定形状和尺寸的型材（含管材）、棒材、线材、零件的加工方法。4. 自由锻