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特种铸造
作者:陈维平
ISBN:978-7-111-58960-0
所属丛书:普通高等教育“十三五”规划教材

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主要涵盖目前先进金属液态凝固成型领域的主要应用技术及发展前沿,包括:金属型铸造、压力铸造、差压与低压铸造、熔模铸造、挤压铸造、消失模铸造、离心铸造、半固态铸造和其他特种铸造技术,以及艺术铸造。主...

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ISBN:978-7-111-58960-0
装订:平装
责编:冯春生 章承林 丁昕祯
开本:16开
出版日期: 2018-04-24
字数:652 千字
定价:63.0
图书简介

主要涵盖目前先进金属液态凝固成型领域的主要应用技术及发展前沿,包括:金属型铸造、压力铸造、差压与低压铸造、熔模铸造、挤压铸造、消失模铸造、离心铸造、半固态铸造和其他特种铸造技术,以及艺术铸造。主要内容涉及各项特种铸造技术的基本原理、典型技术工艺和设备,并安排有多种工业典型实例和思考题。

作者信息
章节目录
前 言
第1 章 绪论 1
 1. 1 特种铸造方法 1
 1. 2 特种铸造的技术特点 2
 1. 3 特种铸造技术的应用与发展 3
 1. 4 本课程的性质与任务 6
 思考题 6
 参考文献 6
第2 章 金属型铸造 7
 2. 1 金属型铸造原理 7
 2. 2 金属型铸件的成形特点 8
  2. 2. 1 型腔内气体对铸件成形的影响 8
  2. 2. 2 铸件凝固过程中热交换的特点 9
  2. 2. 3 金属型阻碍收缩对铸件质量的
影响 12
 2. 3 金属型铸造工艺参数 13
  2. 3. 1 金属型铸造的工艺流程 13
  2. 3. 2 金属型的预热 13
  2. 3. 3 金属型的浇注 14
  2. 3. 4 铸件的出型时间 14
  2. 3. 5 金属型涂料 14
  2. 3. 6 覆砂金属型铸造 15
 2. 4 金属型铸件的工艺方案 17
  2. 4. 1 铸件结构的工艺性分析 17
  2. 4. 2 铸件在金属型中的浇注位置 19
  2. 4. 3 铸件分型面的选择 19
  2. 4. 4 浇注系统的设计 20
  2. 4. 5 冒口的设计 26
 2. 5 金属型设计与制作 27
  2. 5. 1 金属型的结构型式 28
  2. 5. 2 金属型主体设计 29
  2. 5. 3 金属型型芯的设计 32
  2. 5. 4 金属型排气系统的设计 37
  2. 5. 5 顶出机构的设计 38
  2. 5. 6 金属型的加热和冷却装置 40
  2. 5. 7 金属型的定位、导向和锁紧
装置 41
  2. 5. 8 金属型材料的选择 41
 2. 6 金属型铸造缺陷与对策 43
  2. 6. 1 缩孔与缩松 43
  2. 6. 2 冷隔或浇不足 44
  2. 6. 3 裂纹 44
  2. 6. 4 气孔 45
  2. 6. 5 夹渣 46
 2. 7 发动机缸盖金属型铸造应用
实例 46
  2. 7. 1 模具或铸型结构设计 46
  2. 7. 2 铸造机及关键工艺参数的选择 47
  2. 7. 3 铸造工艺流程 47
  2. 7. 4 铸件热处理 48
 思考题 50
 参考文献 50
第3 章 压力铸造 51
 3. 1 概述 51
  3. 1. 1 压铸定义 51
  3. 1. 2 压铸流程 51
  3. 1. 3 压铸生产需具备的条件 52
  3. 1. 4 压铸产品应用示例 53
  3. 1. 5 压铸新技术 54
 3. 2 压铸机 60
  3. 2. 1 压铸机的分类 60
  3. 2. 2 压铸机的结构特点及应用 61
  3. 2. 3 压铸机的总体结构 62
  3. 2. 4 压铸机的选用 62
 3. 3 压铸合金 64
  3. 3. 1 铝合金 64
特种铸造
Ⅷ 
  3. 3. 2 锌合金 64
  3. 3. 3 镁合金 65
 3. 4 压铸工艺 66
  3. 4. 1 压铸过程中压力与速度的变化 66
  3. 4. 2 压力 67
  3. 4. 3 速度 68
  3. 4. 4 时间 69
  3. 4. 5 温度 71
  3. 4. 6 工艺案例 72
 3. 5 压铸件结构设计 74
  3. 5. 1 压铸件的结构要素 75
  3. 5. 2 压铸件的尺寸要素 80
  3. 5. 3 简化模具结构的铸件设计 81
  3. 5. 4 功能组合设计 82
  3. 5. 5 压铸件尺寸精度和公差 83
 3. 6 压铸件缺陷分析及对策 83
  3. 6. 1 缺陷分类及影响因素 83
  3. 6. 2 缺陷检验方法 84
  3. 6. 3 缺陷产生原因及防止方法 85
 3. 7 压铸模 89
  3. 7. 1 压铸模基本结构 89
  3. 7. 2 压铸模设计要点 89
  3. 7. 3 压铸模设计步骤 89
  3. 7. 4 压铸模加工工艺流程 91
  3. 7. 5 压铸模设计与分解案例 92
 思考题 96
 参考文献 97
第4 章 反重力铸造 98
 4. 1 反重力铸造原理及分类 98
  4. 1. 1 真空吸铸 99
  4. 1. 2 低压铸造 101
  4. 1. 3 差压铸造 102
  4. 1. 4 调压铸造 104
 4. 2 反重力铸造工艺参数 106
  4. 2. 1 压力调控 106
  4. 2. 2 浇注温度及铸型温度 109
 4. 3 反重力铸造工艺方案 110
  4. 3. 1 浇注位置及分型面 110
  4. 3. 2 浇注系统及冒口设计 111
  4. 3. 3 铸型排气设计 112
  4. 3. 4 铸型涂料 113
 4. 4 反重力铸造设备及自动化 115
  4. 4. 1 反重力铸造设备 115
  4. 4. 2 压力控制系统 118
  4. 4. 3 保温炉结构设计 120
  4. 4. 4 升液管结构设计 122
  4. 4. 5 电磁低压铸造 123
 4. 5 反重力铸造的缺陷与对策 123
  4. 5. 1 缩孔与缩松 123
  4. 5. 2 气孔 124
  4. 5. 3 浇不足及铸件空壳 126
  4. 5. 4 铸件披缝、鼓胀及跑火 126
  4. 5. 5 铸件变形及裂纹 127
  4. 5. 6 黏砂 127
 4. 6 反重力铸造应用实例 128
  4. 6. 1 汽车轮毂铸件低压铸造实例 128
  4. 6. 2 航空器舱体铸件调压铸造实例 130
 思考题 132
 参考文献 132
第5 章 熔模铸造 133
 5. 1 概论 133
  5. 1. 1 熔模铸造的定义 133
  5. 1. 2 熔模铸造的发展历程 133
  5. 1. 3 熔模铸造的工艺流程 133
  5. 1. 4 熔模铸造应用实例 135
 5. 2 熔模的制备 137
  5. 2. 1 模料常用原材料 137
  5. 2. 2 常用模料的成分及性能 139
  5. 2. 3 模料的配制与制模 142
  5. 2. 4 旧模料的处理及回收 144
 5. 3 型壳制备 146
  5. 3. 1 对型壳的性能要求 146
  5. 3. 2 型壳的原材料及其作用 146
  5. 3. 3 制壳工艺 154
  5. 3. 4 熔模铸造型芯 162
 5. 4 熔模铸造工艺设计 172
  5. 4. 1 熔模铸件结构工艺性分析 172
  5. 4. 2 浇注补缩系统设计 173
  5. 4. 3 压型设计 176
 5. 5 熔模铸造的浇注与清理 183
目录
Ⅸ 
  5. 5. 1 熔模铸造的浇注 183
  5. 5. 2 熔模铸件的清理 186
 5. 6 熔模铸造生产的机械化和
自动化 186
  5. 6. 1 熔模生产的机械化 186
  5. 6. 2 型壳生产的机械化 187
  5. 6. 3 焙烧、浇注生产线 191
 5. 7 熔模铸造的缺陷及对策 191
 5. 8 熔模铸造的工艺适应性分析 194
  5. 8. 1 以铸代锻技术的应用 195
  5. 8. 2 以铸代铸(砂铸) 技术的应用 195
  5. 8. 3 以铸代冲技术的应用 196
  5. 8. 4 以铸代焊技术的应用 196
  5. 8. 5 以铸代加工技术的应用 197
  5. 8. 6 以铸代装配技术的应用 197
 思考题 198
 参考文献 198
第6 章 挤压铸造 199
 6. 1 挤压铸造的工艺方法分类、
特点及适应范围 199
  6. 1. 1 工艺方法分类 199
  6. 1. 2 工艺特点 201
  6. 1. 3 工艺适应范围 201
 6. 2 挤压铸造基本理论简介 202
  6. 2. 1 挤压铸造流变学理论 202
  6. 2. 2 高压凝固理论 203
  6. 2. 3 挤压铸造下的力学成形理论 206
 6. 3 挤压铸造模具、工艺及设备 209
  6. 3. 1 挤压铸造模具设计 209
  6. 3. 2 挤压铸造设备 215
  6. 3. 3 挤压铸造工艺参数 220
 6. 4 挤压铸造件组织性能与质量
控制 221
  6. 4. 1 挤压铸造件组织与性能 221
  6. 4. 2 挤压铸造的缺陷形成及对策 228
 6. 5 挤压铸造生产实例 231
  6. 5. 1 汽车铝轮毂 231
  6. 5. 2 摩托车发动机镁合金外壳 234
  6. 5. 3 钢平法兰 237
 思考题 239
 参考文献 240
第7 章 消失模铸造 241
 7. 1 消失模铸造概述 241
  7. 1. 1 消失模铸造的分类及其技术
特点 241
  7. 1. 2 消失模铸造的应用及经济性
分析 243
  7. 1. 3 消失模铸造的发展趋势 244
 7. 2 消失模铸造成形理论基础 246
  7. 2. 1 消失模铸造充型时气体间隙
压力 246
  7. 2. 2 消失模铸造的浇注温度 247
  7. 2. 3 消失模铸造的合理浇注速度 247
  7. 2. 4 消失模铸造中铸型坍塌缺陷的
形成机理 249
 7. 3 消失模铸造的充型特征及界面
作用 250
  7. 3. 1 消失模铸造的充型过程及裂解
产物 250
  7. 3. 2 热解产物对铸件质量的影响 252
  7. 3. 3 消失模铸造的充型及凝固特点 253
  7. 3. 4 消失模铸造的凝固及组织特点 254
  7. 3. 5 消除消失模铸造组织不利因素的
措施 256
 7. 4 消失模铸造的关键技术 256
  7. 4. 1 消失模铸造的白区技术 256
  7. 4. 2 消失模铸造的涂料技术 258
  7. 4. 3 消失模铸造的黑区技术 259
  7. 4. 4 振动紧实工艺基础 262
 7. 5 消失模铸造的工艺参数及其
铸件的缺陷防治措施 266
  7. 5. 1 消失模铸造的浇注系统特征及
工艺参数 266
  7. 5. 2 消失模铸造的常见缺陷及防治
措施 267
 7. 6 消失模铸造应用实例 273
  7. 6. 1 工艺设计过程 273
  7. 6. 2 确定浇注位置 274
  7. 6. 3 确定主要铸造工艺参数 274
特种铸造
Ⅹ 
  7. 6. 4 变速器箱体铸造过程数值模拟及
工艺优化 275
  7. 6. 5 变速器箱体铸件浇注实践 276
 7. 7 铝、镁合金特种消失模铸造新
技术 277
  7. 7. 1 铝、镁合金消失模铸造特点 277
  7. 7. 2 压力消失模铸造技术 280
  7. 7. 3 真空低压消失模铸造技术 280
  7. 7. 4 振动消失模铸造技术 285
  7. 7. 5 消失模壳型铸造技术 286
 思考题 289
 参考文献 289
第8 章 离心铸造 291
 8. 1 概述 291
 8. 2 离心铸造原理 293
  8. 2. 1 离心力场与离心压力 293
  8. 2. 2 离心铸件内表面的形状 294
  8. 2. 3 离心力场中异相质点的径向
移动 294
 8. 3 离心铸件的凝固及其组织 295
  8. 3. 1 凝固特征 295
  8. 3. 2 凝固组织 296
 8. 4 离心铸造工艺 298
  8. 4. 1 铸型的转速 298
  8. 4. 2 涂料工艺 301
  8. 4. 3 浇注温度 304
  8. 4. 4 金属液的定量 305
 8. 5 离心铸造机及生产自动化 306
  8. 5. 1 水冷金属型离心机的特点 307
  8. 5. 2 水冷金属型离心机的结构 307
 8. 6 离心铸造的工艺适应性分析 314
 8. 7 离心铸造应用实例 317
  8. 7. 1 毛坯及模具结构的设计 317
  8. 7. 2 离心铸造工艺及过程控制要点 318
  8. 7. 3 涂料工艺及要求 318
  8. 7. 4 铸造工艺流程及过程管理要点 319
  8. 7. 5 缩松的产生与防止 319
 思考题 320
 参考文献 320
第9 章 半固态铸造 322
 9. 1 半固态铸造的原理、分类、
特点及其特性 322
 9. 2 半固态铸造充型基本理论 326
  9. 2. 1 非牛顿型流动基本理论 326
  9. 2. 2 半固态金属浆料的流变行为 328
  9. 2. 3 具有连续固相半固态浆料的
特性 331
  9. 2. 4 固相体积分数为0. 5 左右的部分
重熔半固态金属 332
  9. 2. 5 半固态铸造下塑性变形理论 332
 9. 3 半固态铸造用材料及其制备
方法 337
  9. 3. 1 A356 和A357 合金 337
  9. 3. 2 A319 和A355 合金 338
  9. 3. 3 液相铸造比较困难的合金 338
  9. 3. 4 半固态铸造用材料的制备方法 340
  9. 3. 5 半固态金属坯料重熔(二次
加热) 347
 9. 4 半固态铸造工艺 349
  9. 4. 1 半固态压铸 349
  9. 4. 2 半固态压铸工艺参数 354
 9. 5 半固态成形件热处理工艺与
缺陷分析 357
  9. 5. 1 热处理 357
  9. 5. 2 缺陷分析 358
 9. 6 半固态铸造工艺实例 359
  9. 6. 1 镁合金触变注射成形 359
  9. 6. 2 半固态金属挤压铸造 362
 思考题 363
 参考文献 363
第10 章 其他特种铸造技术介绍 366
 10. 1 陶瓷型铸造 366
  10. 1. 1 陶瓷型铸造的工艺特点及应用
范围 366
  10. 1. 2 陶瓷型的制造 366
 10. 2 石膏型铸造 368
  10. 2. 1 石膏型铸造的工艺特点及应用
范围 368
目录
Ⅺ 
  10. 2. 2 石膏型的制造 369
  10. 2. 3 石膏型铸造工艺 370
 10. 3 连续铸造 370
  10. 3. 1 连续铸造成形原理 370
  10. 3. 2 连续铸造工艺及应用 372
  10. 3. 3 双流浇注连续铸造技术 372
 10. 4 铸渗技术 375
  10. 4. 1 铸渗基本原理 375
  10. 4. 2 铸渗工艺 376
 10. 5 复合材料的金属浸渗技术 378
  10. 5. 1 金属液在多孔介质中的浸渗 378
  10. 5. 2 压力浸渗技术 378
 10. 6 电磁铸造技术 381
  10. 6. 1 电磁铸造技术原理 381
  10. 6. 2 电磁铸造工艺 382
  10. 6. 3 电磁铸造材料的组织与性能 384
 思考题 385
 参考文献 385
第11 章 艺术铸造 388
 11. 1 艺术铸造欣赏 388
 11. 2 艺术铸件铸造方法及应用 392
  11. 2. 1 制造过程及要求 392
  11. 2. 2 常用的铸造方法 392
 11. 3 艺术铸件材料选择及应用 398
  11. 3. 1 艺术铸造合金材料 398
  11. 3. 2 艺术铸造对合金材料性能的
要求及选材原则 398
  11. 3. 3 几种应用最广的艺术铸造
合金 399
  11. 3. 4 铜合金熔炼技术 401
 11. 4 艺术铸造案例 402
  11. 4. 1 案例一: 石膏型铸造《日晷》 402
  11. 4. 2 案例二: 石膏砂型铸造《海景
翔龙》 405
  11. 4. 3 案例三: 铸、锻、焊不锈钢雕塑
《九天揽月》 406
  11. 4. 4 案例四: 熔模铸造《论语
笔筒》 407
  11. 4. 5 案例五: 快速成形技术的
应用 408
 思考题 411
 参考文献 411
前言/序言 展开  + 收缩 —

本书是根据中国机械工业教育协会材料成形及控制学科教学委员会在兰州召开的会议精神, 组织全国具有代表性的高校和企业编写的铸造方向系列规划教材之一, 主要用于高等学校材料成形及控制工程专业铸造方向专业课程的教学。 我国高等院校自1952 年开始创办铸造专业, 较早期的特种铸造教材有南京工学院( 现东南大学) 铸工教研组编写的《特种铸造》(1961) 、宫克强主编的《特种铸造》( 高等学校试用教材, 1982) 、王乐仪主编的《特种铸造工艺》[ 航空院校铸造专业教材( 非指定) ,1984] 、曾昭昭主编的《特种铸造》(1990) 等。我国高校人才培养模式在1998 年发生了重大转变, 即由原来的按照专业( 产业) 培养模式, 转变为重基础、宽口径的学科培养模式,国家高等教育专业目录也进行了调整, 铸造专业并入材料成形及控制工程专业, 专业课程大幅削减, 很多高校取消了实践性很强的“ 特种铸造” 专业课。然而, 经过十多年的宽口径学科人才培养模式实践, 人们又发现, 原来学生的知识面过窄的状况虽然有所改善, 但是又出现了所学专业知识浅而泛、不深入, 不能很好地适应企业的专业生产实践需要等新问题。 材料成形及控制工程专业的大学毕业生对企业已大量应用的特种铸造新技术缺乏了解, 铸造专业技术人才奇缺的现象严重。尤其是我国铸造行业经过近三十年的快速发展, 大量的特种铸造新技术已经在生产实际中获得广泛应用, 而过去编写的《特种铸造》专业教材长期没有更新, 需要进行大幅度的修订或重新编写, 以汲取最新成果、适应工业发展的需要。 本次教材的编写, 是铸造专业教材经历二十几年以后, 又一次由全国性学术团体组织的规模较大的规划教材的集中编写。根据教材编委会对本次教材编写提出的指导性意见和要求, 在全国铸造方向的代表性高校、研究院和企业中广泛征询意见、遴选专家, 组成了《特种铸造》教材编写组。教材编写第一次工作会议于2010 年10 月16 日( 第69 届世界铸造会议暨2010 中国铸造活动周同期举行) 在杭州市召开, 讨论确定教材编写大纲( 包括教材的定位、内容、特色) 、编写风格、各章的编写人员和负责人等。第二次工作会议于2010年11 月21 日在华南理工大学召开, 讨论确定特种铸造工艺案例的选取原则、案例编写规范、负责提供案例的单位等。第三次工作会议于2011 年7 月16 日( 第13 届全国特种铸造及有色合金学术年会同期举行) 在武汉市召开, 编写组对全书进行第一次集中审稿、修改。 第四次工作会议于2011 年11 月14 日( 第11 届亚洲铸造会议暨2011 中国铸造活动周同期举行) 在广州市召开, 编写组对全书进行第二次集中审稿、修改。 关于本书的编写定位和特色的几点说明。第一, 关于编写定位。特种铸造是一门工程技术, 既要掌握基本原理, 又要了解工程应用。因此, 本书较系统地介绍各种特种铸造技术的基本原理、技术方法和工程应用, 三者并重。第二, 关于内容的选取。本书以目前成熟、先进、实用的主流特种铸造技术作为主要内容, 同时介绍前沿的特种铸造技术, 以利于学生适应特种铸造技术开发工作。第三, 突出工程应用特点。各章针对不同特种铸造工艺选取适合特种铸造Ⅵ 的典型零件, 完整地介绍了特种铸造工艺过程、工艺特点。同时, 安排了“ 工艺适应性分析” 一节, 主要从成形性和经济性方面进行比较, 以供学生走上工作岗位, 有一个大致的工艺选择方向。第四, 专门安排了一章介绍艺术铸造, 这在以往的《特种铸造》教材中是很少见的, 可以让工科专业的学生在比较枯燥的专业课学习中欣赏艺术, 思考工程技术如何与艺术完美结合, 提高学习兴趣。第五, 在编排上采用模块式, 各部分内容相对独立, 使用者可以根据具体培养目标选择授课内容, 适合不同类型高校的学生选用。 本书由华南理工大学陈维平、李元元任主编, 哈尔滨工业大学罗守靖、西北工业大学黄卫东和华中科技大学樊自田任副主编。在陈维平、李元元的主持下, 通过充分的调研与论证, 由主编和副主编共同提出了本书的编写大纲( 草案) , 并经过第一次编写工作会议讨论确定。编写分工: 第1 章由陈维平、李元元、河南理工大学黄丹编写, 第2 章由河北科技大学谭建波、广东肇庆动力技研有限公司何韶编写, 第3 章由华南理工大学吴春苗、李元元、中国第一汽车集团公司邢敏儒编写, 第4 章由黄卫东、西北工业大学王猛编写, 第5 章由湖南大学叶久新、东风精密铸造有限公司李海树编写, 第6 章由罗守靖编写, 第7 章由樊自田、华中科技大学蒋文明编写, 第8 章由黄丹、陈维平编写, 第9 章由南昌大学杨湘杰编写, 第10 章由黄丹、陈维平编写, 第11 章由广州美术学院赖锡鸿编写。全书由陈维平负责统稿, 哈尔滨工业大学郭景杰担任主审。 在本书出版之际, 我们衷心感谢对本书给予帮助和支持的所有同行和专家! 这里要特别感谢广州有色金属研究院王顺成高工、广州钢铁企业集团技术中心李新国高工、中国兵器科学研究院宁波分院朱秀荣研究员、华南理工大学赵海东教授、广东肇庆动力技研有限公司李维明高工等, 他们受邀参加了本书调研的有关会议和讨论。罗杰硕士参加了前期调研资料的整理工作, 刘健博士协助了后期教材修改的汇总整理工作。 由于编者水平所限, 教材中不妥和错误之处在所难免, 恳请读者和相关专家不吝批评指正。 编 者

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