补充-铸造技术发展趋势

1、 铸造生产技术的发展趋势铸造生产技术的发展趋势1、铸件凝固过程数值模拟 /铸造工艺CAD2、快速成形在铸造中的应用3、近终形状铸造技术铸件凝固过程数值模拟铸件凝固过程数值模拟 欲获得健全的铸件，必先确定一套合理的工艺参数。数值模拟的目的，就是要通过对铸件充型凝固过程的数值计算，分析工艺参数对工艺实施结果的影响，便于技术人员对所设计的铸造工艺进行验证和优化，以及寻求工艺问题的尽快解决办法。铸件三维工艺实体网格自动剖分流场计算温度计算缺陷预测结果显示数据库应力场计算 前处理 主体计算 后处理 铸造数值模拟的过程Procast软件在熔模铸造中的应用实例软件在熔模铸造中的应用实例 初始的蜡模组布置，标

2、示处就是气泡（左图），右图是铸件的气孔缺陷 X射线和procast模拟下的收缩缺陷 优化后的设计方案 修改前（左）和 修改后（右）的模拟（灰色是凝固部分金属，红色是液态金属）基于基于Magma软件的转向摇臂铸造工软件的转向摇臂铸造工艺计算机模拟艺计算机模拟#1浇注系统模型 #2浇注系统模型 #3浇注系统模型 经过数值模拟显示，#1浇注系统有宏观缩孔出现，#2和#3 浇注系统纠正了宏观收缩，#3浇注系统进一步铸件端部质量，并且不需要横浇道。#2 浇注系统工艺出品率大约71%， #3浇注系统工艺出品率大约77%, 是比较经济的设计方法。与液态成形相关的新工艺、新技术简介 快速成形（Rapid Pr

3、ototyping，简称RP）：利用材料堆积法制造实物产品的一项高新技术。它能根据产品的三维模样数据，不借助其它工具设备，迅速而精确地制造出该产品，集中体现在计算机辅助设计、数控、激光加工、新材料开发等多学科、多技术的综合应用。传统的零件制造过程往往需要车、钳、铣、刨、磨等多种机加工设备和各种工装、模具，成本高又费时间。一个比较复杂的零件，其加工周期甚至以月计，很难适应低成本、高效率生产的要求。快速成形技术是现代制造技术的一次重大变革。被认为是近年来制造技术领域的一次重大突破，其对制造业的影响可与数控技术的出现相媲美。 快速成形技术系统的工作流程如图 1-61所示。 CAD模型 Z向离散化Sl

4、icing 代码转换 单元制造与结合 层层堆积 后处理 快速成形技术的基本工艺过程为：（1）由CAD软件设计出所需零件的计算机三维曲面或实体模型；（2）将三维模型沿一定方向（通常为Z向）离散成一系列有序的二维层片（习惯称为分层Slicing）；（3）根据每层轮廓信息，进行工艺规划，选择加工参数，自动生成数控代码；（4）成形机制造一系列层片并自动将它们联接起来，得到三维物理实体。 逆向工程（Reverse Engineering) 在传统的产品设计制造过程中，新产品设计起源于由功能需求产生概念设计，再进行详细设计，最终产生完整CAD模型，继而进行分析、制造。 逆向工程是通过对存在的实物模型或零件

5、进行测量，然后根据测量数据重构设计概念的过程。 逆向工程技术始于油泥模型设计汽车摩托车外形，现已广泛地用于产品改进创新设计，特别是具有复杂自由曲面外形产品，它极大地缩短了产品的开发周期，提高了产品精度和质量。是消化吸收先进技术进而创造和开发各种新产品地有效途径 。 在设计制造领域，任何产品的问世，包括创新、改进和仿制，都蕴含着对已有科学、技术的应用和借鉴。 战后日本工业恢复的需要使其首先对反向工程进行了较早的研究，日本提出“第一台引进，第二台国产化，第三台出口”的口号，用了近二十年时间迅速崛起成为世界经济强国就是一个生动的历史证明。 （一）快速成形工艺 快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通

6、过快速成形机，将一层层的材料堆积成实体原型。迄今为止，国内、外已开发成功了10多种成熟的快速成形工艺，其中比较常用的有以下几种： 1纸层叠法薄形材料选择性切割Laminated Object ManufacturingLaminated Object Manufacturing （LOM法） 计算机控制的CO激光束按三维实体模样每个截面轮廓对薄形材料（如底面涂胶的卷状纸、或正在研制的金属薄形材料等）进行切割，逐步得到各个轮廓，并将其粘结快速形成原型。用此法可以制作铸造母模或用于“失纸精密铸造”。 2激光立体制模法Stereolithography Stereolithography Appar

7、atusApparatus液态光敏树脂选择性固化（SLA法）液槽盛满液态光敏树脂，它在计算机控制的激光束照射下会很快固化形成一层轮廓，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此重复直至成形完毕，即快速形成原型。激光立体制模法可以用来制作消失模，在熔模精密铸造中替代蜡模。 3烧结法粉末材料选择性激光烧结Selective Laser SinteringSelective Laser Sintering （SLS法） 粉末材料可以是塑料、蜡、陶瓷、金属或它们复合物的粉体、覆膜砂等。粉末材料薄薄地铺一层在工作台上，按截面轮廓的信息，CO2激光束扫过之处，粉末烧结成一定厚度的实体片层，逐层扫描烧结最终形成

8、快速原型。用此法可以直接制作精铸蜡模、实型铸造用消失模、用陶瓷制作铸造型壳和型芯、用覆膜砂制作铸型、以及铸造用母模等。 4熔化沉积法Fused Depostion Fused Depostion ModelingModeling丝状材料选择性熔覆（FDM法） 加热喷头在计算机的控制下，根据截面轮廓信息作X-Y平面运动和高度方向的运动，塑料、石腊质等丝材由供丝机构送至喷头，在喷头中加热、熔化，然后选择性地涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层截面轮廓，层层叠加最终成为快速原型。用此法可以制作精密铸造用蜡模、铸造用母模等。 快速成形技术特点：材料不限，各种金属和非金属材料均可使用；原型的复制性、互换性

9、高；制造工艺与制造原型的几何形状无关，在加工复杂曲面时更显优越；加工周期短，成本低，成本与产品复杂程度无关，一般制造费用降低50，加工周期缩短70以上；高度技术集成，可实现设计制造一体化。快速成形技术在铸造上的应用快速成形技术在铸造上的应用 直接制模铸造的过程a) CAD 设计好的零件模型 b) 模壳设计装置构造模壳设计 c) 模壳制造装置上表面沉积薄层陶瓷粉 d) 喷墨头喷射微滴粘结剂 e) 过程重复出所有的薄层 f) 取走模壳处的疏松粉 g) 燃烧模壳注入熔融金属 h) 分开模壳露出完成的零件 直接制模铸造的周期 快速原型的陶瓷型壳精密铸造实例 精密铸造标准试样 a树脂原型试样 b 涂挂后

10、的型壳 c 焙烧后的型壳图 精密铸造标准试样涂挂及焙烧过程a 树脂原型 b 铝合金铸造件摩托车发动机外壳SL原型及铝合金铸造件近终形状铸造技术近终形状铸造技术 近终形状铸造（Near Net Shape Casting）：技术主要包括薄板坯连铸（厚度40100mm）、带钢连铸（厚度小于40mm）以及喷雾沉积等技术。其中喷雾沉积技术为金属成形工艺开发了一条特殊的工艺路线，适用于复杂钢种的凝固成形。其工艺原理如图1-63所示喷雾沉积工作原理 液态金属的喷射流股从安装在中间包底部的耐火材料喷嘴喷出，金属被强劲的气体流股雾化，形成高速运动的液滴。在雾化液滴与基体接触前，其温度介于固-液相温度之间。随后

11、液滴冲击在基体上，完全冷却和凝固，形成致密的产品。向机械化、自动化方向发展向机械化、自动化方向发展 由于各种新造型方法(如高压造型、射压造型、气冲造型)和制芯方法(如热芯盒法、冷芯盒法)的开发和推广，铸件生产以汽车、拖拉机铸件为代表，向机械化、自动化的方向发展。发展特种铸造工艺技术发展特种铸造工艺技术 扩大特种铸造工艺的适应性，如精密铸造的应用向大型铸件 方向发展，压铸柔性加工系统(FMS)和压铸柔性加工单元 (FMC)使压铸适应产品更新换代迅速和多品种小批量生产的 要求。 发展复合铸造工艺技术，如挤压铸造、熔模真空吸铸等。 完善和开发一批全新的工艺方法，如实型铸造工艺、超级合 金等离子滴铸工艺。3采用具有高强韧性和特殊使用性能的铸造合金材料 采用具有高比强和特种性能的材料，如球墨铸铁、合金钢及铝合金、钛合金等。 开发新型铸造功能材料，如铸造复合材料、阻尼材料和具有特殊磁学、电学、热学性能和耐辐射材料。 4发展材料净化强化新技术 冶炼方面采用炉外精炼、电渣熔铸；铸后采用浸渗、激光等离子表面处理及热静压处理等。5加速采用微电子技术加速采用微电子技术 微电子技术已开始用于铸造生产的各个环节，如铸件及铸造工艺设计，模具的设计与制造，凝固过程数值模拟，铸造过程自动检测、监测与控制，铸造车间管理，各种数据库系