补充-铸造技术发展趋势

补充-铸造技术发展趋势第一页，共35页。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、近终形状铸造技术第二页，共35页。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。

第三页，共35页。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

初始的蜡模组布置，标示处就是气泡（左图），右图是铸件的气孔缺陷第四页，共35页。

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）第五页，共35页。第六页，共35页。#1浇注系统模型第七页，共35页。#2浇注系统模型第八页，共35页。#3浇注系统模型第九页，共35页。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。第十页，共35页。快速成形（RapidPrototyping，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。第十一页，共35页。

CAD模型Z向离散化Slicing

代码转换单元制造与结合

层层堆积后处理第十二页，共35页。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。第十三页，共35页。逆向工程（ReverseEngineering)

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进行测量，然后根据测量数据重构设计概念的过程。第十四页，共35页。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。第十五页，共35页。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。

第十六页，共35页。快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成形机，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：第十七页，共35页。1．纸层叠法—薄形材料选择性切割LaminatedObjectManufacturing

（LOM法）计算机控制的CO２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”。第十八页，共35页。2．激光立体制模法StereolithographyApparatus—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。第十九页，共35页。3．烧结法—粉末材料选择性激光烧结SelectiveLaserSintering

（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。第二十页，共35页。4．熔化沉积法FusedDepostionModeling—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Ｚ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。第二十一页，共35页。第二十二页，共35页。快速成形技术特点：①材料不限，各种金属和非金属材料均可使用；②原型的复制性、互换性高；③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；④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；⑤高度技术集成，可实现设计制造一体化。第二十三页，共35页。第二十四页，共35页。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第二十五页，共35页。直接制模铸造的周期第二十六页，共35页。精密铸造标准试样a树脂原型试样b涂挂后的型壳c焙烧后的型壳图

精密铸造标准试样涂挂及焙烧过程第二十七页，共35页。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第二十八页，共35页。近终形状铸造（NearNetShapeCasting）：技术主要包括薄板坯连铸（厚度40~100mm）、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所示第二十九页，共35页。喷雾沉积工作原理

第三十页，共35页。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。随后液滴冲击在基体上，完全冷却和凝固，形成致密的产品。第三十一页，共35页。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。第三十二页，共35页。发展特种铸造工艺技术①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。②发展复合铸造工艺技术，如挤压铸造、熔模真空吸铸等。③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。第三十三页，共35页。3．采用具有高强韧性和特