1、材料成型設備課程論文 特種成型技術課程報告院 系： 材料科學與工程專 業： 高分子成型加工及模具 姓 名： 學 號： 指導老師： 李杏瑞 李福山 李永剛 時 間： 2015年11月10日 （一）液態成型部分一、消失模鑄造消失模鑄造，又稱“氣化模造型”、“泡沫聚苯乙烯塑料模造型”、“無型腔鑄造”或“實型鑄造”。1.消失模鑄造的實質采用泡沫聚苯乙烯塑料模樣代替普通模樣，造好型后不取出模樣就澆人金屬液，在灼熱液體金屬的熱作用下，泡沫塑料模氣化、燃燒而消失，金屬液取代了原來泡沫塑料模所占據的空間位置，冷卻凝固后即可獲得所需要的鑄件。 2. 消失模鑄造的主要工藝過程消失模模樣的制造模樣與澆冒口的粘合模樣

2、涂掛涂料和干燥填干砂并振動緊實澆注落砂清理。3.消失模鑄造特點消失模鑄造主要有以下五方面特點：(1) 消失模鑄造是一種近無余量、精確成形的新工藝。由于采用了遇金屬液即汽化的泡沫塑料制作模樣，無需起模，無分型面，無型芯，因而鑄件無飛邊毛刺，減少了由型芯組合而引起的鑄件尺寸誤差。鑄件的尺寸精度和表面粗糙度接近熔模鑄造，但鑄件的尺寸可大于熔模鑄件。(2)為鑄件結構設計提供了充分的自由度。在設計機械產品時，必須對鑄造零件進行結構工藝分析，包括該鑄件結構是否合理，制模、起模、下芯是否方便，鑄件的尺寸精度及冶金質量能否保證等。實型鑄造由于模樣沒有分型面，不存在分型起模等問題，各種形狀復雜的鑄件模樣均可采用

3、消失模材料粘合，成形為整體，因而改變了砂型鑄造時鑄件結構工藝性的內涵，很多普通砂型鑄造難以實現的問題在實型鑄造時根本不存在任何困難，產品設計者可根據總體的需要設計鑄件的結構，增大了鑄造零件設計的自由度。 (3) 消失模鑄造的工序比砂型鑄造及熔模鑄造大大簡化。實型鑄造采用泡沫聚苯乙烯塑料制模比用木材或金屬制造模的過程簡單得多，加工容易，粘合方便，制模效率一般可提高13倍。在多數情況下不用砂芯，省去芯盒制造、芯砂配制、芯骨準備、砂芯的制造及烘干等工序。造型時，不起模、不修型、不下芯和配箱等。造型效率可提高25倍。同時，降低了勞動強度，改善了勞動條件。 (4)提高冒口的金屬利用率。實型鑄造的冒口模樣

4、也是采用泡沫聚苯乙烯塑料制成的，由于不起模，可安放在鑄件上的任何位置，可制成所需的各種形狀，包括半球形的暗冒口，可顯著地提高冒口的金屬利用率。(5)減少材料消耗，降低鑄件成本。采用實型鑄造可節省大量木材，所用的泡沫塑料模的成本，一般只為木模的三分之一左右。如果采用無粘結劑干砂實型鑄造，可節省大量的型砂粘結劑，砂子可以回用。型砂處理簡單，所需的設備少，可節省投資60一80。就總體來說，實型鑄件的制造費用一般比普通砂型鑄件低。4.消失模鑄造存在的問題 泡沫塑料模只能澆注一次，每生產一個鑄件就消耗一個模樣，增加了鑄件的成本；泡沫塑料的密度小、強度低，若采用普通型砂造型，模樣容易產生變形，影響鑄件尺寸

5、精度；泡沫聚苯乙烯塑料摸樣在澆注過程的氣化、燃燒，產生大量的煙霧和碳氫化合物，影響工人澆注操作和車間的環境衛生；對于具有凹深空腔、形狀復雜的鑄鐵件，采用實型鑄造，鑄鐵件容易產生皺皮缺陷；鑄鋼件采用實型鑄造時，鑄件經常產生滲碳現象等。4.消失模鑄造適用范圍(1) 合金種類：鋁、鑄鐵(灰鐵和球鐵)、銅及除低碳鋼以外的鑄鋼(因消失模在澆注的熔失過程中會對低碳鋼產生增碳作用，使低碳鋼的含碳量增加)。(2) 鑄件壁厚3mm以上。(3) 鑄件質量范圍在幾公斤以上至幾十噸。(4) 生產批量可單件小批亦可成批大量。(5) 只要砂子在消失模模樣中能得到足夠緊實，對鑄件的結構形狀幾乎無特殊限制。二、負壓實型鑄造負

6、壓實型鑄造是將泡沫塑料氣化模置于可抽真空的特制砂箱內，填入不含粘結劑和水分的單一型料，再用塑料薄膜覆蓋箱口，然后抽真空，在不起模和負壓的情況下澆注就可得到鑄件的鑄造方法。 1. 負壓實型鑄造法工藝過程將覆有涂料的泡沫塑料模置于可抽真空的特制砂箱內，填人干砂或鐵丸，使其充填模樣的內外型直至砂箱的上口；并加以微震緊實成實體的鑄型；然后，用塑料薄膜覆蓋住砂箱上口，以確保鑄型呈密封狀態；再將澆口杯和冒口圈放置在直澆口和冒口位置的塑料薄膜上。同時，又在密封薄膜上另撒上一層干砂，以防止澆注過程中濺出的金屬液燙壞塑料薄膜影響鑄型內的真空度。澆注時，開動真空泵抽真空，借助砂箱內的負壓與箱外形成“壓力差”，使鑄

7、型緊實。隨即可以進行澆注，待鑄件表面層凝固(約210min)后，便可停泵；造型材料又恢復了它原來具有的流動性；待鑄件凝固后即可落砂取出鑄件。 2.負壓實型鑄造的關鍵工藝步驟(1)在泡沫塑料模型的外表面涂刷上一層特殊的耐火涂料，這是用負壓實型鑄造獲得光潔鑄件的關鍵環節；(2)采用振動力來緊實無粘結劑的型砂，提高型料在模型四周的緊實度；(3)從砂箱的側面、底面或頂部抽真空，以獲得堅固的鑄型，消除氣化模氣化后產生的煙霧 3. 負壓實型鑄造的適用范圍及特點負壓實型鑄造集實型鑄造、真空密封造型法的優點為一體，適用于各種材質的鑄鋼、鑄鐵、鑄鋁、鑄銅及鑄鎂件的生產，若用于結構復雜及型芯較多的鑄件，效果更加顯

8、著。 特點如下： (1)結構形狀不受鑄造工藝限制，不用混砂、下芯、起模、合箱、分型，可實現最優化設計，并易于一箱多鑄，并消除了以上因素引起的鑄造缺陷與廢品；(2)生產效率高，減少配砂、造型工序，勞動強度低，生產周期短，工作效率高；(3)鑄件尺寸精度高，可達CT56級，鑄件質量好，可部分取代熔模精密鑄造，廢品率可降低23，機加工減少3070； (4)鑄件表面光潔，表面粗糙度Ra可達6.312.5m，復印性能強；(5)工藝穩定性高，補縮效果好，廢品率低，工藝出品率高；(7)改善工作環境，可完全消除澆注現場的煙氣、粉塵。三、熔模鑄造又稱失蠟鑄造它是用易熔材料(蠟料)制成精確的可熔性模樣(熔模)，在模

9、樣表面涂覆多層耐火材料，待干燥、硬化后，加熱將模樣熔去，獲得與模樣形狀相應的整體型殼，再經高溫焙燒之后進行澆注而獲得鑄件的一種方法。熔模鑄造的特點及優缺點基本特點：熔模鑄造的型殼為整體型殼而無需分型面（制殼時采用可熔化的一次模，無需起模），且型殼是由高溫性能優良的耐火材料組成 熔模鑄造具有以下優點： 1)鑄件尺寸精度較高，表面粗糙度較低，可減少或無需機加工。一般精度可達57級，表面粗糙度達Ra256.3m。（凈近終成形技術）熔模鑄造具有以下優點： 2) 熔模鑄件的外形和內腔形狀幾乎不受限制，可以鑄造出形狀復雜件、薄壁件以及質量很小的鑄件。如可以在鑄件上鑄出花紋精細的圖案、文字，也可以鑄出帶有細

10、槽和彎曲細孔的鑄件，熔模鑄件的最小壁厚可達0.5mm，質量可以小到幾克。另外，可以使有些組合件、焊接件在稍進行結構改進后直接鑄造成整體零件，從而簡化生產過程，減輕零件質量、降低生產成本。 3) 鑄件不受合金種類限制，尤其對難以切削加工或鍛壓加工的合金，更能顯示其優越性。生產批量也沒有限制，可以從單件到成批大量生產。 適用：熔模鑄造是一種少、無切削的先進的精密成形工藝，它最適合25kg以下的高熔點、難以切削加工的合金鑄件的成批大量生產。目前主要用于航天、飛機、汽輪機、燃氣輪機葉片、泵輪、復雜刀具、汽車、拖拉機和機床上的小型精密鑄件生產。脫蠟精密鑄造，具有一般傳統鑄造、鍛造、機械切削成型法所沒有的

11、特征與優點，且適用任何材質及更彈性化量產的能力，所以脫蠟鑄件應用涵蓋范圍廣泛，從天上的飛機、地上的車輛、海上的船舶到各產業機械設備及休閑藝術用品都可承制。 失蠟精密鑄造的使用特征為可制造薄壁零件、形狀復雜零件、花紋精細零件、工序繁雜零件、難切削加工零件、凈形零件、材質昂貴零件、及數種零件一體成型、且尺寸精度及表面光度良好。尤其是對于難以用傳統砂模鑄造、鍛造法或切削加工方法制造的奇形怪狀、中空、復雜零件，及雖然可以用鍛造、切削加工等方法制造，但工序繁多，需大量機械加工，生產率低，又會耗費大量金屬材料，致制造成本高的零件，改用脫蠟模鑄造，可達到工期短、成本低的目的。 對精細花紋、細槽、彎曲細孔零件

12、，也可省卻放電加工及雷射雕刻工時與成本支出。另外，運用失蠟精密鑄造法最適合制造凈形零件，可大幅減輕零件重量，也可將數種零件鑄成一體，減輕重量，改善機械性能及尺寸精度，并減少加工時數、降低成本。 本土生產失蠟精密鑄件的最大界限長度為700mm，易做長度在200mm以下。鑄件最大重量約100公斤，一般常做為10公斤以下鑄件，超過30公斤以上鑄件較少。鑄件尺寸公差約20mm0.13mm、100mm0.30mm、200mm 0.43mm，而小件尺寸精度不易達到0.10mm以內。角度公差為0.52.0度，鑄件最薄壁厚度可做到0.5mm。鑄件表面粗度約Rmax 4S12S。 失蠟精密鑄件的另一特色是材質活

13、潑，幾無任何限制，如鑄鐵、鑄鋼、合金鋼、不銹鋼、工具鋼、鋁合金、鎂合金、鈦合金、銅合金、鈹銅合金、超合金、鈷基和鎳基耐熱合金等，任合金屬都適用。張永遠說，任何合金均能行失臘鑄造，如果遇到生產某一零件，其合金是難切削或不可能切削時，一般失蠟精密鑄造即是該零件的最好生產方法。且有些合金較適合用失蠟精密鑄造生產，會更有效率、更完美，如復雜組合零件可以精細鑄出孔、溝、斜角、鋸齒狀、缺口、薄斷面、刀口及其它形態，由于尺寸精度良好，有90%以上不需再加工即可使用，因此那些銑切、車削、搪孔等完工精制之工具機均可不用，產品開發、設計的可撓性極佳。 促使許多買主由其它制造方法改變成失蠟精密鑄造的動機，是可節省大

14、筆經費，一般來說，制造成本降低幅度約50%以上，且適合各種批量生產。其應用范圍很廣，包括：燃氣渦輪、蒸汽渦輪、飛機零件、內燃機、車輛零件、船舶零件、醫療器材、高爾夫球頭、食品機械、印刷機械、制紙機械、壓縮機、閥件、幫浦、計測儀、縫紉機、武器、事務機器及其它機器零件等。（二） 連接成型部分一：高能束激光焊 激光焊是以聚焦的激光束作為能源轟擊焊件接縫所 產生的能量進行焊接的方法。1. 焊接原理利用激光器受激產生的激光束，通過聚焦系統可聚焦到十分微小的焦點(光斑)上，其能量密度大于105 W/cm2。 當調焦到焊件接縫時，光能轉換為熱能，使金屬熔化形成焊接接頭。2. 工藝特點與常規焊接方法相比，激光

15、焊有如下特點：l）聚焦后的激光功率密度高達105 -107Wcm2，工件產生的變形極小，熱影響區也很窄，多以深熔深方式，特別適宜于精密焊接和微細焊接。2）焊接厚件時可不開坡口一次成形，獲得深寬比大的焊縫。不開坡口單道焊接鋼板的厚度已達50mm。 3）適宜于焊接一般焊接方法難以焊接的材料，如難熔金屬、熱敏感性強的金屬以及熱物理性能差異懸殊、尺寸和體積懸殊工件間的焊接；甚至可用于非金屬材料的焊接，如陶瓷、有機玻璃等。4）穿過透明介質對密閉容器內的工件進行焊接，適合于在玻璃的密封容器里焊接鈹合金等劇毒材料。5）可借助反射鏡使光束達到一般焊接方法無法施焊的部位，YAG激光（波長1.06um )還可用光

16、纖傳輸，可達性好。6）激光束不受電磁干擾，無磁偏吹現象存在，適宜于磁性材料焊接。7）不需真空室，不產生X射線，觀察及對中方便。8) 激光束易實現光束按時間與空間分光，能進行多光束同時加工及多工位加工，為更精密的焊接提供了條件。3.工藝過程4.應用1）激光焊接(主要是脈沖激光點焊)特別適合焊接微型、精密、排列非常密集和熱敏感材料的焊件，已廣泛應用于微電子元件的焊接。2）集成電路內外引線焊接，3）微型繼電器、電容器、石英晶體的管殼封焊，4）儀表游絲的焊接等。激光焊的不足之處是設備的一次投資大，特別是高功率連續激光器的價格昂貴，而且對高反射率的金屬直接進行焊接比較困難。可以通過改進，使激光與其他熱源

17、的復合，從而形成激光復合焊接技術，如激光TIG復合、激光一電弧焊、激光高頻焊 、激光等離子弧復合、激光雙電弧復合等。二：電子束焊電子束焊接因具有不用焊條、不易氧化、工藝重復性好及熱變形量小的優點而廣泛應用于航空航天、原子能、國防及軍工、汽車和電氣電工儀表等眾多行業。電子束焊接的基本原理是電子槍中的陰極由于直接或間接加熱而發射電子，該電子在高壓靜電場的加速下再通過電磁場的聚焦就可以形成能量密度極高的電子束，用此電子束去轟擊工件，巨大的動能轉化為熱能，使焊接處工件熔化，形成熔池，從而實現對工件的焊接。1：焊接原理：電子是物質的一種基本粒子，通常情況下他們圍繞原子核高速運轉。當給電子一定的能量，他們

18、能脫離軌道躍遷出來。加熱一個陰極，使得其釋放并形成自由電子云，當電壓加大到30到200kv時，電子將被加速，并向陽極運動。2：工藝特點：電子束焊機用高壓電源在操作時必須與有關系統進行連鎖保護，主要有真空連鎖、陰極連鎖、閘閥連鎖、聚焦連鎖等，以確保設備和人身安全。高壓電源必須符合EMC標準，具有軟起動功能，防止突然合閘對電源的沖擊。有較高的可靠性，屬戶內設備，要求連續工作，外觀滿足工業設備要求，維修方便等3工藝過程：3.1焊前準備（1）為防止釘尖缺陷的產生，電子束焊時往往要加襯墊，襯墊的材料應與產品的材料相同。襯墊的厚度應不小于被焊接工件厚度的30%，參數的選擇應保證熔深比實際接頭要求的焊接深度

19、大20%。焊后采用機加的方法去除襯墊。（2）為防止焊縫隙表面的金屬外流，在破口的外側還需加擋圈，待焊接結束后采用機加的方法去除。（3）待焊工件的接縫區應精確加工并采用專用夾具進行裝配和固定，焊接集團采用了橫焊，焊接時工件固定，焊槍運動。（4）焊縫表面的清理。由于電子束焊接過程中將金屬加熱成金屬蒸氣，與此同時焊縫表面的夾雜、油銹水等也被加熱蒸氣。在焊接過程中這些蒸氣與金屬蒸氣將共同填滿焊縫，這會形成氣孔、夾渣等缺陷，降低焊接的質量。因此焊接前要冼焊接表面采用酒精和丙酮進行擦洗，防止留有鐵銹、夾雜和水。對于真空電子工業束焊接設備，焊件表面的清理更加嚴格，否則不僅會導致焊縫缺陷及軟科學性能劣化，而且

20、影響抽氣時間與焊槍運行穩定性，同時會加導師真空泵軸老化。3.2焊前調試(1)首先安裝工件，通過控制系統將電子槍調整至待焊位置，使電子槍與待焊件保持一定的距離。我們稱焊接過程中電子工業槍與工位之間的距離為工作距離。在整個焊接過程中，這一距離將保持不變。(2)關閉真空室的大門，開始抽真空，當真空度達到規定數值0.667Pa即可進行焊接。電子束焊機的工作環境溫度應控制在12-35之間，廠房應配有空氣干燥系統以降低環境(3)調整焊槍使之對準銅棒，在銅棒上測試最大電流。在焊接過程式中，電子工業束束流過小，會使發射電子束的陰極受損，通常在焊接前，要將電流加以測試。(4)進行焊接起始點位置的調試。通過X，Y

21、，Z方向位移來確定焊縫的位置。3.3焊接參數電子束焊接隨著焊接參數的不同，所能焊接的壁厚也不同。通過大量的試驗研究，所確定的適合于該產品的焊接參數見表3。在該圖中，縱坐標是焊接電流及聚焦電流(括號中標出)，橫坐標是電子槍的移動距離。各階段分別為:階段是將程序調整至正常狀態；階段是將電流調整到工作狀態；階段是保持工作狀態；階段是電流進行逐步衰減并進行焊縫隙的搭接。3.4試驗結果焊接接頭力學性能檢驗試驗結果完全滿足ASME及國內相應法規的要求。4應用：由于電子束焊接包含了機械、真空、高電壓和電磁場理論、電子光學、自動控制和計算機等多學科技術，對國內一般廠商來說技術難度較大，而引進費用又昂貴，為此桂

22、林電氣科學研究所結合國外技術及多年從事電子束技術研究開發經驗，研制成功了我國第一條國產雙金屬鋸帶生產線設備。其中高壓電源是雙金屬鋸帶焊接設備的關鍵技術之一，它主要為電子槍提供加速電壓，其性能好壞直接決定電子束焊接工藝和焊接質量。為此許多電子束焊機制造商及研究機構均對高壓電源的可靠性、高壓保護、高壓打火對焊件的影響進行了研究，并相應制造出具有較高性能的高壓電源，以滿足不同的電子束焊機的需要。由于雙金屬焊接要求平行焊縫，要用高壓電子束焊機(100kV以上)焊接雙金屬鋸帶,為此開展高壓電源的開發和研究工作是非常必要的。(三) 鍛造成型部分鍛造成型指固態金屬在外力作用下產生塑性變形，獲得所需形狀、尺寸及力學性能的型材、毛坯或零件的加工方法。其成型方式主要由以下幾種：1.軋制成形 軋制也叫壓延，是金屬坯料通過一對旋轉軋輥之間的間隙而使坯料受擠壓產生橫截面減少、長度增加的塑性變形過程。 2. 擠壓成形擠壓成形是使坯料在壓力作用下，使模具內的金屬坯料產生定向塑性變形，并通過模具上的孔型(模孔)，而獲得具有一定形狀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，使模具內的金屬坯料產生定向塑性變形，并通過模具上的孔型，而獲得具有一定形狀和尺寸的型材（含管材）、棒材、線材、零件的加工方法。4. 自由