铸造工艺设计技术与生产质量控制实用手册.pdf

铸造工艺设计技术与生产质量控制实用手册李 昂吴 密主编第一册金版电子出版公司铸造工艺设计技术与生产质量控制实用手册李 昂吴 密主编第二册金版电子出版公司铸造工艺设计技术与生产质量控制实用手册李 昂吴 密主编第三册金版电子出版公司铸造工艺设计技术与生产质量控制实用手册李 昂吴 密主编第四册金版电子出版公司前言随着改革开放的深入，我国国民经济取得了持续的发展，年产各类铸件的总产量达千万余吨，稳居世界第一；铸造企业的装备条件有了很大的改善；在铸件产品质量方面，我国大多数骨干企业的产品质量已达到国际水平；不少生产出口铸件的企业，外方已确认其产品可以免检；还有不少企业已具备使其铸件质量达到国际先进水平的条件。近几年来，铸造科学技术发展很快，新工艺、新材料层出不穷，对产品质量的要求也不断提高，处理生产中的各类问题，需要更多先进而实用的资料和数据作为依据。铸造工艺设计技术与生产质量控制实用手册 正是为了适应这一需求编写而成的。本书系统地阐述了铸造基础知识，铸造工艺设计技术、造型材料、铸件配料实用手册、铸造工艺设备、铸造合金及其熔炼、铸造生产技术与质量控制、特种铸造工艺设计与生产实用技术、铸造生产质量检验与铸件缺陷分析处理、现代计算机技术在铸造生产中的应用。本手册是数十位专门从事铸造工作研究者的共同创作成果，凝聚了几代人的生产经验和智慧。在编写过程中始终坚持理论联系实际的原则。并且采用前沿的新技术新工艺、新材料与国内外新技术标准。本手册在编写过程中还得到许多工厂及其领导和铸造熔炼工作者的大力帮助，在此一并表示感谢。由于铸造工艺技术是一项非常复杂的技术，书中难免会出现许多不足乃至谬误之处，敬请广大读者朋友批评指正，以便本书再版时能使其内容更为充实、更为新颖。本书编委会!#年$月%前言!目录第一篇铸造基础知识（!）第一章铸造概述（）第一节现代铸造技术的状况及发展（）第二节充型及凝固（#）第三节我国铸造行业生产技术的发展方向（!）第二章铸造常用数据和资料（!$）第一节标准编号（!$）第二节国际单位制和我国的法定计量单位（!%）第三节一些元素的物理性能和铸造行业常用化工产品的性质（&）第四节铸造生产中常见矿物的基本特性（!）第五节常用几何图形的参数（(）第六节耐火材料和隔热材料（$!）第七节燃料（(）第三章铸造金属学（!(）第一节金属学知识（!(）第二节合金结晶与铸件凝固（!&）第三节冶金原理知识（!&%）第四节合金的铸造性能（!）第五节铸造生产中常用的相图（!$）第六节铸件热处理（!$%）第四章机械制图常识（!($）第一节正投影原理和三视图（!($）第二节零件形状的表达方法（!#&）第三节常用零件的规定画法及代号标注（!%&）第四节识读零件图（!%(）第五节简单装配图的识读（!%)）!目录第六节铸造工艺图（!#）第五章机械传动（!）第一节带传动（!）第二节链传动（$%$）第三节螺旋传动（$%#）第四节齿轮传动（$%&）第六章机械切削加工与生产技术管理（$%）第一节机械加工常识（$%）第二节生产技术管理（$）第二篇铸造工艺设计技术（#）第一章铸造工艺设计基础（(）第一节铸造工艺设计的内容和原则（(）第二节液态金属充型过程的性能与作用（)）第三节铸件的结晶控制、凝固与收缩（&!）第二章铸造工艺设计（(!）第一节造型造芯方法分类与选择（(!）第二节铸件工艺方案选择（(&）第三节铸件设计要点和铸件的工艺性（*$）第四节砂型铸造的工艺方案（)%）第五节铸造工艺设计主要参数（)$!）第六节砂芯设计（)(）第七节浇注系统设计（)(#）第八节冒口设计（#(）第九节出气孔、冷铁设计（&$)）第十节铸造工艺图及工艺卡片（&)）第十一节铸造工艺设计示例（&）第三章+,-.+,/.+,0 在铸造工程中的应用（&*!）第一节铸钢件铸造工艺+,-原理（&*$）第二节现代铸造模具设计与制造技术（&)）第三节工程数据库的应用（&#）第四节产品数据交换标准（&*）第五节铸造工程中并行工程的应用（&）第四章铸造工艺设计相关技术标准（(%）$目录第三篇造型材料（!#）第一章铸造用原砂、黏结材料及辅助材料（!$%）第一节原砂（!$%）第二节黏结材料（!&）第三节造型辅助材料（!#%）第二章常用型砂种类（(%）第一节黏土砂（(%）第二节水玻璃砂（(）第三节树脂砂（%)）第四节合脂砂及其油类砂（%）第五节水泥粘结砂（*)）第三章铸造涂料（*!）第一节铸造涂料所用的原材料（*!）第二节涂料制备与性能测定（)&）第三节常用涂料配方及选用（)$）第四节涂料涂敷方法及适用范围（&）第四章旧砂再生技术（(）第一节机械再生设备（%）第二节热法再生设备（$）第五章我国铸造造型材料部分技术标准（$(）第四篇铸件配料实用技术（#）第一章铸件（%(%）第一节铸件的含义（%(%）第二节铸件的分类（%(*）第三节铸件的合金牌号及其表示方法（%(）第二章铸件配料的基本原则（%(*%）第一节铸件配料应符合铸件化学成分的要求（%(*%）第二节铸件配料应注意防止铸件产生缺陷（%(&$）第三节铸件配料应力求炉料的低成本（%(!$）第三章铸件配料常用金属炉料与处理剂（%(!#）第一节生铁锭与废钢铁（%(!#）第二节非铁合金铸锭与非铁合金回炉料（%(*）第三节纯金属与中间合金（%&）第四节铁合金（%)）)目录第五节处理剂（!）第四章铸件配料实例（!#$）第五篇铸造工艺设备（!%&）第一章模样（!%&(）第一节木模（!%&(）第二节金属模（!%&$）第三节塑料模（!%&)）第四节泡沫塑料气化模（!%&*）第二章模板（!%!）第一节模板的分类（!%!）第二节模底板的结构设计（!%!）第三节模样与模底板的装配（!%!(）第三章芯盒（!%!）第一节芯盒的种类（!%!）第二节芯盒的结构（!%!）第三节芯盒技术要求（!%）第四节特种芯盒（!%）第四章砂箱（!%*）第一节砂箱的选用和设计原则（!%*）第二节砂箱的分类（!%*）第三节通用砂箱结构（!%&）第四节砂箱的选择和设计（!%）第五节特殊砂箱的结构和尺寸（!%*）第五章其他工艺装备（!%#%）第一节压砂板（!%#%）第二节填砂框（!%#(）第三节砂箱托板（!%#$）第四节套箱（!%#）第五节浇注系统模具（!%#*）第六节烘芯板（!%)）第七节砂锌修磨用具（!%*%）第八节砂芯检验用具（!%*）目录第六篇铸造合金及熔炼（!#$）第一章铸造合金原理（!）第一节液态金属的结构与性质（!）第二节液态金属结晶的基本规律（!%）第三节铸造合金的流动性（!&）第四节铸造合金的收缩性及缩孔的形成（!%#）第五节铸造应力、变形与裂纹（!%）第六节铸造合金中的偏析、气体和夹杂物（!(&）第二章铸铁及其熔炼（!)%）第一节灰铸铁（!)%）第二节球墨铸铁（!)）第三节蠕墨铸铁（!&）第四节可锻铸铁（!(）第五节耐热铸铁（!%*(）第六节耐磨铸铁（!%!）第七节耐蚀铸铁（!%#%）第八节冷硬铸铁（!%#)）第九节铸铁熔炼（!%#）第十节铁水质量的炉前控制与检测（!%!）第三章铸钢及其熔体（!%$*）第一节铸钢材料的基本知识（!%$*）第二节铸钢牌号表示方法（!%$!）第三节铸造碳钢（!%$%）第四节铸造低合金钢（!%$)）第五节铸造不锈钢（!%$）第六节铸造耐热钢（!(*#）第七节铸造抗磨钢（!(*）第八节低温用铸钢（!(*)）第九节铸造用工具钢（!(*&）第十节铸钢熔炼（!(*）第四章铸造非铁合金及其熔炼（!(#)）第一节铸造铝合金（!(#)）第二节铸造钢合金（!(）第三节铸造镁合金（!()）第四节铸造锌合金（!($&）(目录第五节铸造钛合金（!#$）第六节铸造轴承合金（!%）第七节铸造纯镍和镍合金（!&）第五章铸造合金及熔炼相关技术标准（!&(）第七篇铸造生产技术与质量控制（!)&）第一章铸造生产概述（!)(）第一节铸造生产基本工序（!)(）第二节铸造工艺装备（!)%!）第三节砂型铸造的基本操作（!)&*）第二章铸造车间（!)(）第一节铸造车间的分类、组成、工作制度及工作时间（!)(）第二节铸造车间的生产纲领（!)(&）第三节铸造车间的主要工部（!)()）第四节铸造车间（主要工部的相互位置）平面布置（!)$#）第五节铸造车间布置实例（!)$*）第六节铸造车间的生产技术管理（!)$%）第七节铸造车间的安全技术操作规程（!)$)）第三章造型技术（!$#）第一节造型工艺知识（!$#）第二节砂箱造型（!$!#）第三节地坑造型（!$*#）第四节刮板造型（!$*）第五节造型方法的选择（!$）第六节砂型、砂芯烘干（!$&）第七节机器造型（!$%*）第八节几种铸件造型实用技术（!$&）第四章制芯技术（!$）第一节概述（!$）第二节芯骨（!$(!）第三节砂芯的制造（!$(&）第四节砂芯的排气（!$)!）第五节砂芯的修理、装配与合箱（!$)%）第五章浇注（!$%）第一节铸铁的浇注（!$%）目录第二节钢的浇注（!）第三节非铁合金的浇注（!#）第六章铸件落砂、清理及后处理（!$%）第一节铸件落砂和清砂（!$%）第二节铸件浇冒口、飞翅和毛刺的去除（!）第三节铸件的表面清理（!&）第四节铸件去除应力处理（!%）第七章铸造流涂工艺（!%!）第一节流涂涂料及其制备（!%!）第二节流涂涂料的施涂（!&%）第八章铸造生产质量控制（!%）第一节铸造生产过程的质量控制（!%）第二节企业生产管理信息系统（!#(）第八篇特种铸造工艺设计与生产实用技术（!$%）第一章特种铸造概述（!$)）第一节特种铸造方法及其工艺过程特点（!$)）第二节各种特种铸造法的应用范围（!$#）第二章熔模铸造（!$!）第一节概述（!$!）第二节熔模铸件设计主要参数（!$!%）第三节制壳材料及工艺（!$($）第四节熔失熔模、型壳焙烧和浇注（!$&$）第五节脱壳和铸件清理（!$&）第六节熔模铸件常见缺陷及其防止方法（!$)）第三章压力铸造（!$)%）第一节概述（!$)%）第二节压铸合金（!$）第三节压铸机（!$)）第四节压 铸 型（!$#%）第五节压铸工艺（!$%）第六节压铸件缺陷及防治措施（!(#）第四章低压、差压和真空铸造（!*#）第一节低压铸造（!*#）第二节差压铸造（!&!）)目录第三节真空吸铸（!#）第五章离心铸造（!$%）第一节概述（!$%）第二节离心铸造原理（!%#）第三节离心铸造工艺（!%&）第四节离心铸造机（!()）第五节离心铸型（!(&）第六节离心铸铁管（!#）第七节离心铸铁轧辊（!#%）第八节离心铸造气缸套（!#）第九节离心铸造钢管（!）第十节离心铸造钢背轴套（!)）第六章陶瓷型铸造（!*）第一节概述（!*）第二节铸件工艺设计（!(）第三节铸造工艺（!&）第四节铸件常见缺陷及防止方法（!)*）第七章石膏型铸造（!)$）第一节石膏型铸造的工艺特点（!)$）第二节石膏型铸造方法的分类、工艺过程及应用（!)$）第三节石膏及石膏型的理论基础（!&(）第四节制备石膏型用的各种原材料（!&）第五节石膏混合料浆体的制备及灌注（!&$）第六节铸造工艺（!*(）第七节铸件常见缺陷及防止方法（!*）第八章金属型铸造（!$）第一节概述（!$）第二节金属型设计主要参数（!$）第三节金属型铸件的浇注系统及冒口（!$）第四节金属型浇注工艺（!%(）第五节铸件常见缺陷与防止方法（!%)）第九章消失模铸造（!%）第一节概述（!%）第二节成形基础理论（!%）第三节模样材料及制模技术（!)(#）$目录第四节涂料技术（!#）第五节铸造工艺（!#$）第六节消失模铸件的缺陷与防治（!%!）第七节消失模铸件的质量控制（!#）第十章挤压铸造（!&）第一节概述（!&）第二节挤压铸造机（!）第三节挤压铸造及铸型设计（!）第四节挤压铸造工艺参数（!&）第五节挤压铸造工艺应用举例（!&$）第十一章连续铸造（!#）第一节连续铸钢（!#）第二节连续铸管（!(&）第十二章压铸合金与熔模铸造相关技术标准（!()#）第九篇铸造生产质量检验与铸件缺陷分析处理（!*&）第一章铸件质量（!*&(）第一节铸件质量标准（!*&(）第二节铸件缺陷（!*&）第三节废品率（!*）第四节缺陷率（!*）第五节铸造质量管理（!*(%）第六节铸件缺陷检查（!*(）第二章铸件缺陷分析（!*(）第一节铸件缺陷分类（!*(）第二节铸造缺陷分析（!*）第三节铸件缺陷实例分析（!*$*）第三章铸件质量检验（!*&）第一节铸件外观质量检验（!*）第二节铸件内在质量检验（!$#&）第三节铸件质量的无损检验（!$%）第四章铸件缺陷修补（!$(）第一节矫正（!$*）第二节焊补（!$)）第三节钎焊（!$*)）第四节熔补（!$!）)目录第五节浸渗（!#）第六节其他修补方法（!）第五章铸件品质等级（!$%）第一节品质（质量）评定内容及等级（!$%）第二节品质（质量）分等（!$!）第三节评定方法（!$）第十篇现代计算机技术在铸造生产中的应用（!&#）第一章铸造工艺计算机辅助设计（!&）第一节铸件的模数和重量计算（!&）第二节铸件补缩系统设计计算（!$(%）第三节铸件浇注系统设计计算（!$(）第四节其他功能模块内容简介（!$(）第二章铸件充型和凝固过程计算机数值模拟（!$(&）第一节数学模型（!$(&）第二节实体造型和网格剖分（!$%）第三节速度场求解（!$%#）第四节充型过程液态金属速度场计算域确定（!$%)）第五节温度场求解（!$%$）第六节边界条件和数值稳定性条件（!$%&）第七节凝固潜热处理（!$!%）第八节数值计算步骤（!$!）第九节常见铸造缺陷预测方法（!$!#）第十节常用材料物性参数和铸件铸型传热边界条件（!$!)）第三章计算机技术在熔模铸造中的应用（!$#）第一节熔模铸造过程的计算机数值模拟（!$#）第二节快速样件和快速模具成形技术（!$*)）第三节在熔模铸造生产中实施并行工程（!$(）第四章铸造企业的计算机信息管理（!$)）第一节企业管理信息系统发展概述（!$)）第二节铸造企业管理信息系统发展现状（!$）第三节铸造企业管理信息系统的内容（!$)!）第四节企业网络建设与软件开发（!$)）第五节企业管理信息系统的规划与买施（!$)&）第六节相关管理技术（!$%）第七节应用实例（!$#）(%目录第一篇铸造基础知识第一章铸造概述第一节现代铸造技术的状况及发展铸造是零件毛坯最常用的生产工艺之一。铸造由于可选用多种多样成分、性能的铸造合金，加之基本建设投资小，工艺灵活性大和生产周期短等优点，因而广泛地应用在机械制造、矿山冶金、交通运输、石化通用设备、农业机械、能源动力、轻工纺织、家用电器、土建工程、电力电子、航天航空、国防军工等国民经济各部门，是现代大机械工业的基础。铸造具有很多特点，与其他成形工艺相比，它不受零件毛坯的重量、尺寸和形状的限制，重量从几克到几百吨，壁厚由!#$到%$，形状十分复杂，用机械加工十分困难，耗费大量机床工时，甚至难以制得的零件，都可用铸造方法获得。铸造工艺（造型、制芯、浇注、落砂、清理及其后处理等）是铸造生产的核心，是能否生产优质铸件的关键，古今中外都把提高和发展工艺水平，视为推动行业技术进步，满足经济和社会发展需要的一个重要组成部分。据出土文物考证和文献记载，我国的铸造技术已有&!年的悠久历史，是世界上最早掌握铸造工艺的文明古国之一。铸造技术的成就推动了农业生产、兵器制造、人民生产及天文、医药、音乐、艺术等方面的进步。毫不夸张地说，铸造在我国古老的历史上占有极其重要的地位。远在青铜器时代和封建社会的前期，大部分青铜器件和铁器件都由铸造成形，这一点和欧洲主要使用锻造成形有所不同。聪明的古代铸造匠师们以其精湛的技艺创造了一系列优秀技术，从而谱写了留芳于后世的铸造史。在我国夏代，就开始采用陶范（泥型）铸造青铜手工器具和农具，它对商周社会的发展起了重大作用，从而，造就了举世闻名的以葬器铸造为特征的灿烂的商周青铜文#第一章铸造概述化。铸接工艺到商代晚期已臻成熟，并具有各种形式。最著名的司母戊大方鼎，高!#$、长!%$、宽&($，重达)*+,，经-射线探伤检测，认定其鼎耳就是用铸接工艺同鼎体连接的。春秋战国时期，陶范铸造技术有了新的发展，突出表现在编钟和剑的铸造上。湖北随县曾候乙大型编钟群共%*枚，总重达.*/，每钟可发出两种乐音。它的出土，引起了国内外背遍重视，被誉为“世界第八大奇迹”。形状极其复杂的甬钟，铸型分为两段四个层次，由百余块范芯组成。湖北江陵出土的越王勾践剑，至今光亮无锈，锋利如新，剑首同心圆薄壁构造，厚仅&0$，系铸造成形。铸铁，是生铁冶铸技术在世界上最先发现并得以广泛使用的一项发明，是世界冶金史上具有重大意义的事件，并由此而形成了东西方古代钢铁技术的不同发展途径 东方的铸铁文化和西方的锻铁文化。我国最早的铸铁实物出现于春秋中期（公元前%、世纪）。就对中国社会历史发展的影响来说，铸铁起的作用继古代四大发明之后，称之为中国第五大发明是当之无愧的。为了制造更复杂的器形和纹饰，到西周东周之交，在陶范铸造的基础上，我国又发明了熔模（失蜡）铸造工艺。!()年湖北随县出土的战国初期的青铜尊和盘，就是我国先秦熔模铸造产品的例证。铜尊中形状与范纹最复杂的部位是颈部的透空附饰，它是由三个层次的铜撑、铜梗和纹饰组成，经考古反复论证，它属于熔模铸造的铸件。再如西汉的“鎏金长信宫灯”、明浑仪、乾隆朝钟均是用熔模铸造的享有盛誉的精密铸件。西汉时期云南滇池生产的贮贝器、铜兵器，有的由数百个动物、人物镶铸成形，有的盘绕着牛、虎、蛇等动物形象，具有熔模铸造艺术铸件的典型特征。该文物的出土是这一工艺在边远少数民族地区得以应用的重要例证。到清代，宫廷手工业就是采用熔模铸造法作为创作艺术铸件的主要方法。从早期的青铜尊、盘透空附饰，到现今的无余量叶片，显然有其内在的历史联系与渊源。随着生铁冶铸技术的发展和铸铁性能的提高，采用铁范（铸铁金属型）成批铸造生铁器件，是我国冶铁术的重大创造，曾引起了国内外的广泛重视。汉代至南北朝，我国铁范的应用范围逐步扩大，斧、锄、镰等农具，都采用铁范来生产。唐宋时期犁铧、犁镜，鸦片战争期间的铸炮等，也是采用铁范铸制的。我国!(0.年出版的 铸炮铁模图说 一书中详细记述了铁范制作工艺及其优点，铁范铸件质量好、生产成本低、节省工时，适于战时使用等，这可称得上是世界上最早阐述铸铁金属型的专著，也说明我国用铸铁金属型有较长的历史。到春秋中、晚期，我国开始采用层叠铸造，批量生产小型铸件的先进技术，如铸造青铜刀币，它不仅减少作业面积、提高生产率，而且可以改善铸件质量。到汉代叠铸技术应用得更为广泛，如用来制作钱币、车马器等，规范化的程度更高。至今叠铸仍0第一篇铸造基础知识在我国一些手工操作和个别机器造型的厂家中应用，这是一种深受工人欢迎的工艺。唐代以后，大型、特型、特大型铸件的不断涌现，表明中世纪我国冶铸生产的宏大规模。现存著名的大型铸件有：沧州铁狮（约!#）、正定铜佛（约$#）、当阳铁塔（约$%#）、兰州铁柱（约&!#）、永乐大钟（约!#）等。目前，我国各地可见的大型铸件还有鼎、炉、旗杆、铁牛、大炮、浑仪和针灸铜人等，其铸造方法有分段接铸，分铸组装和整体浇注等三种。造型、制芯工艺大多为先做好蜡模或其他材质的实样，外型用泥范分组分段成形，泥芯一般是做成整体的，如沧州铁狮用!(块泥范做出外型，泥芯就是整体的。隋唐以来，大型铜、铁铸件生产规模之大，铸造技术难度之高，在世界上是罕见的。总之，我国古代的铸造工匠，在长期实践中表现出了卓越的才能、无穷的智慧及惊人的创造力，为铸造业的发展做出巨大的贡献。上述商周陶范铸造、传统熔模铸造、生铁冶炼技术、铸铁金属型、层叠铸造和大型铸件铸造等重大技术成就，使我国古代的铸造工艺，从商代中、晚期到产业革命前，一直处于世界领先地位。其中有些铸造工艺，虽然经历了几千年的发展和演变，但仍沿用至今，受到广大铸造工作者的欢迎。由于中国封建社会的历史过于漫长，进入近代后，中国铸造技术长期处于停滞状态，新中国成立后，我国的铸造技术又有了很大的发展，突出地表现在三个方面：造型、制芯的机械化自动化程度明显提高；取代干型粘土砂和油砂的化学硬化砂的广泛应用；铸造工艺技术由凭经验走向科学化。这对于提高生产效率，降低劳动强度，改善铸件的内在质量和外观质量，节约原材料及能源，起了重大作用。世界各国都很重视铸造生产的机械化自动化程度。他们经历了从单机开发，提供成套工艺设备；普及机械化、自动化生产线到机电一体化；电子计算机等自控系统在铸造工艺、设备和管理中应用等三个发展阶段。我国从)世纪$年代初纺织机械行业（上海中国纺织机械厂，山西经纬纺织机械厂）自行设计、投产的机械化造型的铸造车间开始，先后在机床、汽车、拖拉机等企业从国外引进了机械化造型生产线，从此结束了我国长期沿袭下来的单一的手工造型方法，进入了机械化生产年代。低噪声的气动微震造型机是批量生产中、小铸件，较为经济、应用最广泛的一种造型设备，由于它使用的砂箱简单、动力源单一、灵活性大、对型砂无特殊要求等特点，近几年的实践证明，由一对或两对造型机为主机布线的机械化、半自动、自动造型线具有投资少、周期短、可靠性高、操作维修方便等优点，特别是具有稳定可靠的生产率，为中小企业带来了可观的效益。但是，这种设备生产的砂型紧实度较低，起模斜度较大，生产出的铸件精度和表面质量仍不理想，用来生产壁厚（%*$+!*）,-*$,的铸件十分困难。)世纪 年代以后，在大批量生产铸铁件的铸造车间又开发了高压造型生产线。高压造型的主要优点是：由于机械化自动化程度高，因而生产效率很高，一般)型./左右；砂型紧实度高且较均匀，浇注时变形小，铸件精度高（可达 01&+$第一章铸造概述!#$级）和表面质量好（一般表面粗糙度为!%$&(!)）。高压造型机的种类很多，近年来国内外推广应用的主要是多触头高压造型机和射压造型机，按分型方式它又分为水平分型和垂直分型两种。相对来说，多触头高压造型机多用于比较大的铸件，而射压造型机多用于比较小的铸件。无箱射压造型机的结构简单、紧凑，成线辅机少，生产效率高。只要工艺上合理，具备批量生产规模，用这种造型机是比较经济的，特别适用于无芯或少芯的铸件。其中水平分型的射压造型机更引起不少企业的关注，因为在工艺上不需要变动，又可省去大量价格昂贵且维修量大的砂箱，所以国内外目前应用较多。鉴于多触头高压造型机的结构比较复杂，造价高，对设备的维修保养要求也较高，对工艺装备如模样、砂箱等要求高，尤其是噪声较大，砂型紧实度分布不匀，为此，瑞士*+公司于#,-.年提出了燃气冲击造型工艺的专利，并于#,.(年出售了第一条生产线。该公司又于#,.$年开发售出了空气冲击造型生产线，随后德国/01 公司#,.2 年也售出了第一条气冲造型生产线。这种最新的造型方法可以一次紧实造型，能以较低的有效压力得到较大的砂型强度和较高的紧实度。它的主要特点是：机器结构较简单，砂型的紧实度高且分布均匀，能生产出较复杂的砂型，生产效率高，工作噪声较低，对模样选材无特殊要求。尤其是压缩空气冲击造型机，不需要特殊的压气机，使用安全可靠，工作方便，是近年来发展较快、应用较广的一种造型方法，在我国已有不少工厂投产应用。而且，空气冲击造型机在国内也已研制成功并设计制造出成套的气冲造型线。但是，拥有较先进的成套技术设备的铸造厂目前在我国还为数不多，仅限于汽车、内燃机、机床等一些大、中型企业里。因此，提高我国铸造生产机械化自动化程度，对于改善铸件质量，节约能源与原材料，减轻劳动强度、增加企业效益，仍属铸造企业技术改造当务之急，有着极其重要的作用。我国铸造行业虽然已进入厂点多、产量大、门类剂全的世界铸造大国行列，但与美、日、德、法等铸造强国相比，还有相当大的差距。我国铸造生产必须走优质、高效、低耗、清洁，可持续发展的道路，才能迅速由大变强。世纪之交的技术经济特征就是高新技术发展引发知识经济的出现。知识经济的实现方式主要有两种途径：一是高新技术的产业化，二是传统产业高新技术化。我国铸造行业只有实现高新技术化才能面对国内外市场的激烈竞争。通过不断吸收电子、信息、材料、能源、现代化管理等高新技术成果，与传统铸造技术相结合形成一批先进铸造技术。它们不仅应用于铸件开发及生产，而且也影响到组织管理、营销、售后服务等环节，正显著改变铸造行业的技术面貌，使之以崭新的形象展现在世人面前。表#3#3#列举了跨世纪的先进制造技术及所形成的先进铸造技术。4第一篇铸造基础知识表!知识经济和高技术对铸造行业的影响技术特征跨世纪的先进制造技术形成的先进铸造技术精密、优质化精密成形与加工近无缺陷成形与加工精确铸造成形、高比强合金精密铸造金属熔体的纯净化至密化，铸件安全可靠性评估数字、网络化数字形造虚拟制造网络制造铸造工艺#$%铸造模具#$%&#$一体化、()!及*()在铸造企业的应用铸造过程宏观模拟及工艺优化、铸件组织微观模拟及性能寿命预测分散网络化铸造系统高效、智能化快速制造自动化制造系统智能制造快速原形及快速制模铸造过程自动检测与控制、铸造机器人的应用人工智能在铸造生产中的应用柔性、集成化柔性制造计算机集成制造快速易重组制造系统铸造+#、+,铸造#-,快速换模技术交叉、综合化并行制造复合成形与加工并行环境下铸造#$%&#$*&#$一体化半固态铸造、喷铸技术、复合材料铸造及复合铸造低耗、清洁化绿色制造清洁铸造技术、铸造废弃物的再生回用精益、快捷化精益生产快捷制造铸造企业精益生产模式虚拟铸造企业及铸件电子商务第二节充型及凝固一、铸造生产的基本过程液态金属成形有两个基本过程：充填铸型和冷却凝固。这两个基本过程可在重力场或其它力的作用下完成。充填铸型（亦称浇注）主要是一种运动速度变化的机械过程，冷却凝固则为结晶和组织变化的热量传递过程。根据生产的铸件的需要，预先制备好铸型及一定的化学成分的液态金属或合金。然后在重力或其它的力的作用下将液态合金材料注入铸型，其中充填是否充分、平稳对铸件的最终质量有重要的影响，特别是地于某些开头复杂、壁厚差异大或易氧化的.第一章铸造概述合金显得更为重要。液态合金材料的结晶与凝固，是铸件形成过程的核心问题，它在很大程度上决定了铸件的铸态组织及某些铸造缺陷的形成，因为材料一旦凝成固体后，在后续的其它加工中几乎无法使其品质有本质上的改变，所以冷却凝固对铸件质量，特别是铸态力学性能，起着决定性的作用。控制凝固过程以提高铸件质量、获得所要求的组织与性能，是铸造技术的重要内容。二、液态金属凝固成形的关键问题液态金属通过冷却凝固最终获得合格的、满足各种使用要求的铸件。下面的关键问题是在生产过程中应予以妥善解决的。（一）结晶及凝固组织的形成与控制液体金属的结构，晶核的形成与长大，晶粒的大小、方向和形态等与铸件的凝固组织密切相关，它们以铸件的物理性能和力学性能有着重大的影响。控制铸件的凝固组织的目的就是为了获得所希望的组织，欲控制凝固组织，就必须对其形成机理、形成过程和影响因素有全面的了解和深入研究。目前已建立的有效控制组织的方法有变质、孕育、动态结晶、顺序凝固、快速凝固等。（二）铸件尺寸精度和表面粗糙度控制现代制造的许多领域，对铸件尺寸精度和外观质量的要求愈来愈高，铸件的近净形化（!#$!%&#()$*+,）技术改变着铸造只能提供毛坯的传统观念，其目的在于降低物耗、能耗、工耗，并且改善产品的内外质量，争取市场和高效益。然而，铸件尺寸精度和表面粗糙度由于受到诸多因素（如铸型表面的作用、凝固热应力、凝固收缩等）的影响和制约，控制难度很大。铸件是液态成形的，实现净形化具有独特的优越性，在结构方面铸件的内腔和外形用铸造方法一次成形，使其接近零件的最终形状，使加工和组装工序减至最少；在尺寸精度和表面质量方面，使铸件能接近产品的最终要求，做到无余量或小余量；另一方面，被保留的铸造原始表面有益于保持铸件的耐蚀和耐疲劳等优越性能，从而提高产品寿命。努力提高铸件的尺寸精度和降低表面粗糙度，推进铸件近净形技术的发展是未来的方向。（三）铸造缺陷的防止与控制铸造缺陷是造成废品的主要原因，是对铸件质量的严重威胁。由于方方面面的原因，存在于铸件的缺陷五花八门，由于凝固成形时条件的差异，缺陷的种类表现为形态和表现部位不尺相同。如液态金属的凝固收缩会形成缩孔、缩松；凝固期间元素在固相和液相中的再分配会赞成偏析；冷却过程中热应力的集中会造成铸件裂纹和变形。应根据产生的原因和出现的程度不同，采取相应措施加以控制，使之消除或降至最低程度。此外，还有许多缺陷，如有夹杂物、气孔、冷隔等，出现在充填过程中，它们不仅与合金种类有关，而且还与具体成形工艺有关。总之，防止、消除和控制各类-第一篇铸造基础知识缺陷是一个不容忽视的关键问题。三、液态金属凝固成形的方法液态金属凝固成形的方法主要是指铸造成形的工艺过程，它是首先制造一个形状、尺寸与所需零件相应的铸型型腔，然后将液态金属充填入型腔，待其冷却凝固后，而获得零件（称为铸件）的方法。凝固成形的方法很多，根据金属液充填进铸型方法是不同可分为重力铸造（液态金属靠自身重力充填型腔），低压铸造、挤压铸造、压力铸造（液态金属在一定的压力下充填型腔）等。根据形成铸型材料的不同，可分为一次型（如砂型铸造、陶瓷型铸造、壳型铸造）及永久型（如金属型铸造）。对于砂型铸造，根据型砂粘结剂的不同，有粘土砂、树脂砂、水玻璃砂等。根据造型方法不同有手工造型和机械造型。此外，对于一些特殊的凝固成形件，还可采用连续铸造（等截面长铸件）、离心铸造（四筒形铸件）、实型铸造、熔模铸造等方法。四、液态金属凝固成形技术的发展从历史悠久的铸造技术发展到今天的现代铸造技术或液态凝固成形技术，这不仅与金属与合金的结晶与凝固理论研究的深入和发展、各种凝固技术的不断出现和提高、计算机技术的应用等有关，而且还与化学工业、机械制造业、现代控制方法和技术的发展密切相关。（一）凝固理论的发展结晶与凝固是铸件形成过程的核心，它决定着铸件的组织和缺陷的形成，因而也决定了铸件的性能和质量。近!年来，借助于物理化学、金属学、非平衡热力学与动力学、高等数学和计算数学，从传热、传质和固液界面几个方面进行研究，使金属凝固理论有了很大的发展，这不仅使人们对许多条件下的凝固过程和组织特征有了深入的认识，而且促使了许多凝固技术和液态凝固成形方法的提出、发展和生产应用。例如凝固理论已建立了铸件冷却速度和晶粒度以及晶粒度与铸件力学性能之间的一些函数关系，从而为控制铸造工艺参数和铸件力学性能提供了依据。（二）凝固技术的发展控制凝固过程是开发新型材料和提高铸件质量的重要途径。近年来，顺序凝固技术、快速凝固技术、复合材料的获得、半固态金属铸造成形技术等等就是集中的代表。#$顺序凝固技术所谓顺序凝固技术，是使液态金属的热量沿着一定的方向排出，或通过对液态金属施行某方向的快速凝固，从而使晶粒的生长（凝固）向着一定的方向进行，最终获得具有单方向晶粒组织或单晶组织的铸件的一种工艺方法。由于冷却及控制技术的不%第一章铸造概述断进步，使热量排出的强度及方向性不断提高，从而使固液界面前沿液相中的温度梯度增大，这不仅使晶粒生长的方向性提高，而且组织更细长、挺直、并延长了定向区。顺序凝固技术已广泛应用于铸造高温合金燃气轮机叶片的生产中，由于沿定向生长的组织的力学性能优异，使叶片工作温度大幅度提高，从而使航空发动机性能提高。顺序凝固技术的最新进展是制取单晶体铸件，如单晶涡轮叶片，它比一般顺序凝固柱状品叶片具有更高的工作温度，抗热疲劳强度、抗蠕变强度和耐腐蚀性能。采用这种高温合金单晶叶片的航空发动机，有效地增加了航空发动机的推力和效率，使其性能大幅度提高。!快速凝固技术即在比常规工艺条件下的冷却速度（#$%&#$()*）快得多的冷却条件（#$+#$,()*）下，使液态合金转变为固态的工艺方法。它使合金材料具有优异的组织和性能，如很细的晶粒（通常-$#$#!.，甚至纳米级的晶粒），合金无偏析缺陷和高分散度的超细析出相，材料的高强度、高韧性等。快速凝固技术可使液态金属脱开常规的结晶过程（形核和生长），直接形成非晶结构的固体材料，即所谓的金属玻璃。此类非品态合金为远程无序结构，具有特殊的电学性能、磁学性能、电化学性能和力学性能，已得到广泛的应用。如用作控制变压器铁心材料、计算机磁头及外围设备中零件的材料、钎焊材料等。快速凝固正日益受到多方的重视。+复合材料制备凝固技术的另一发展是用于复合材料的制备。所谓复合材料，就是在非金属或金属基体中引入增强相或特殊成分，通过控制凝固使增强相按所希望的方式分布或排列的一种具有特殊性能的材料。由于复合材料的基体具有较高的断裂性，加上增强相的存在，故能表现出与普通单相组织材料不同的性能，如高强度、良好的高温性能和抗疲劳性能，目前已发展了多种制取复合材料的工艺方法，如结合顺序凝固技术制备自生复合材料。此领域的应用前景将越来越广。&半固态铸造半固态金属铸造成形技术经过近!$多年的研究及发展，目前已进入工业应用阶段。其原理是在液态金属的凝固过程中进行强烈的搅拌（可以采用机械、电磁或其它方式），使普通铸造易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而形成分散的颗粒状组织形态，从而制得半固态金属液，它具有一定的流动性，然后可利用常规的成形技术如压铸、挤压、模锻等成形生产坯料或铸件。半固态金属铸造成形克服了传统铸造成形易产生的缩孔、缩松、气孔及尺寸偏差等缺点，具有成形温度低（铝合金至少可降低#!$/），延长模具寿命，节约能源，改善生产条件和环境，提高铸件质量（减少气孔和凝固收缩），减少加工余量等许多优点。半固态金属成形工艺将成为!#世纪极具发展前途的近净形化成形技术之一。$#第一篇铸造基础知识第三节我国铸造行业生产技术的发展方向世纪之交，中国加入世贸组织（!#），铸造行业与其它行业一样，将面临新的挑战与机遇。由于我国的铸造行业是劳动、资源相对密集的产业，在劳动力、成本等方面具有优势，入世带来的机遇将大于挑战。我国铸造行业应及时把握机遇，积极开拓新的市场，特别是国外市场，同时利用铸件出口积累的资金，积极引进先进技术与设备，使我国相对落后的铸造装备及原辅材料工业实现升级换代，使铸件质量及生产水平提高档次。从可持续发展和保护环境两方面来看，$%世纪需要的将是绿色集约化铸造。一、发展提高铸件外观质量的技术（一）造型造芯造型造芯是铸件形成过程中的关键工序之一，它对铸件质量、制造成本、生产效率、劳动强度和环境污染等各方面都有十分重要的影响。%&粘土砂湿砂造型工艺多年的生产实践表明，具有成本低、污染小、效率高、质量好等优点的射压、气冲造型和静压造型等高度机械化、自动化、高密度湿型造型工艺，将成为我国今后中、小型铸件生产的重要发展趋势。$&树脂砂造型造芯工艺通过开发无或少污染的粘结剂、催化剂、固化剂，研究与之配套的环保处理设备，广泛应用和发展树脂自硬砂、冷芯盒自硬工艺、温芯盒法及壳型（芯）法。&水玻璃砂造型造芯工艺研究水玻璃的净化及改性以提高其粘结性能，开发新型水玻璃砂旧砂再生回用工艺及设备，进一步推广酯硬化水玻璃砂在中、大型铸钢件上的应用。(&铸造涂料扩大和加强转移涂料、表面合金化涂料的应用领域和机理研究。（二）特种铸造方法特种铸造作为一种实现少余量、无余量加工的精密成形技术，将向着精密化、薄壁化、轻量化、节能化方向发展。特种铸造主要有熔模铸造、压铸、低压铸造。实型铸造（)*+）技术也有广泛的发展前途。%第一章铸造概述二、发展提高铸件内在质量的技术随着国民经济各部门对机械装备性能的要求日益提高，为其配套的各类铸件的质量也必须有相应改善，铸件性能的提高是其中的一个主要方面。（一）铸铁铸铁件的成本低、工艺性好、重熔再生节省资源和能源，所以这种材料的应用和发展持久不衰。如研究开发冲天炉 电炉双联熔炼工艺及装备；广泛采用先进的铁液脱硫、过滤技术；薄壁高强度的铸铁件制造技术；铸铁复合材料制造技术；铸铁件表面或局部强化技术；等温淬火球墨铸铁成套技术；采用金属型铸造及金属型覆砂铸造、连续铸造等特种工艺及装备等。（二）铸钢铸钢产量相对稳定，而铸钢件的质量、品种、性能以及合金钢、特殊钢的比例不断提高。采用各种精炼工艺和技术，开发新型铸钢材料，可提高材料的强韧性和特殊性能。（三）铸造轻合金铸造轻合金由于具有密度小、比强度高、耐腐蚀等一系列优良特性，将更广泛地应用于航空、航天、汽车、机械等各行业。特别是在汽车工业中，为降低油耗提高能源利用率，用铝、镁合金铸件代替钢、铁铸件是长期的发展趋势。其中着重解决无污染、高效、操作简便的精炼技术，变质