铸造技术范文

铸造技术篇1

关键词：壳体铸件；差压铸造；工艺

差压铸造工艺是在低压铸造工艺基础上发展起来的一种全新的铸造技术。该铸造技术结合了低压铸造技术与压力环境结晶铸造技术的优点，差压铸造技术与其他技术相比具有显著优势。因而它的应用范围非常广。随着人们对壳体铸件质量的要求越来越高。加强对差压铸造工艺的研究显得非常重要。笔者认为加强差压铸造工艺的研究必须要了解差压铸造工艺的特点。

笔者认为差压铸造工艺具有以下三个特点：一是利用差压铸造工艺可以有效控制金属液在一定压力下充型，从而能够制造出无针孔组织致密的铸件。二是采用差压铸造工艺制造出来的铸件与其他技术相比，抗拉强度得到有效提高，伸长率也有显著上升。三是差压铸件铸造出来的壳体铸件充型速度，充型金属液非常优良。我们在今后应用差压铸造工艺的时候必须要高度重视差压铸造工艺的特点。本文将结合某壳体铸件来介绍这一工艺。

1.某壳体铸件的结构特点

某壳体铸件的内部要求非常高，在铸造过程中需要利用X光和荧光来进行检测。某壳体铸件属于I类铸件，它的外形尺寸是600*550，壁厚则是9mm。该壳体铸件各部位的壁厚相差非常大，铸件结构非常复杂。在铸造过程中极易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷。该壳体铸件结构复杂采用以往的低压铸造技术很难达到设计要求，同时还会对铸件的质量造成影响。笔者曾专门调查发现，采用低压铸造工艺制造出来的某壳体铸件的合格率只有百分之四十。可见传统的铸造工艺已经不能适应时展的要求了。我们必须要采用铸造水平更高的差压铸造工艺来进行制造。

2.某壳体铸件的差压铸造工艺设计

差压铸造工艺分为两个步骤，一是工艺设计，另外一个就是工艺操作。接下来，笔者就来详细分析某壳体铸件铸造工艺的设计。壳体铸件铸造工艺设计主要包含两方面内容：一是工艺曲线设计；二是工艺参数设计。接下来，笔者就来详细探讨这两个方面。

1.工艺曲线的选择。在差压铸造工艺中在形成金属液充型的时候，压力差的选择有两种方式。一种是减压法；另外一种就是增压法。所谓增压法（亦称下罐进气法）主要指的是在差压铸造工艺中先是将干燥压缩空气通入到上下两个压力筒中，而后加压。在里面的气压达到工作压力的时候就关闭互通阀，使上下压力筒互相隔绝，而后再继续将压缩空气通入到下压力筒中，最终使得上下压力筒之间形成一个压力差。然后在压力差的推动下进行充型。在充型完成后把铸件凝固，此时要在高压状态下凝固，在凝固以后然后再打开互通阀。上下压力筒的气体全部放出，而升液管中的金属液则自然回流。采用增压方法可以得到理想的壳体铸件，这种方式在差压铸造工艺中有着重要作用。

减压法。所谓减压法（亦称上罐排气法）主要指的是通过降低上压力筒的压力来形成压力差，从而推动升液管中金属液充型。减压法与增压法达到工作压力的程序基本上是相同的。所不同的地方是在关闭进气阀及互通阀之后，不是对下压力筒增压，相反却是对上压力筒降压。这样也可以有效地形成压力差，从而有利于充型。在充型完毕之后要及时关闭上压力筒排气阀。与增压法相比，减压法更容易实现对压筒内的压力进行精确控制，而这对于铸件排气具有重要意义。

某壳体铸件的内部结构非常复杂，对于浇注的平稳性有着严格的要求。与此相适应，减压充型可以有效避免由于金属液充型的升温从而造成上压力筒的压力变化。总之， 减压法能够保证壳体铸件在浇注过程中的平稳运行。因此我们选择减压法来进行填充，同时对于工艺参数的设计，也要完全按照减压法来进行设计。

2.工艺参数的设置。差压铸造工艺中各种参数的设置主要包括工作压力，浇注温度，保压时间等因素。接下来笔者就来详细分析这几个参数。针对差压铸造工艺的工作压力的选择，笔者认为应该是越高越好。但是在工作中我们也需要注意工作压力如果大于某个值的时候，效果也就不会太明显。铸件性能也不会得到有效提高。结合某壳体铸件的设计要求和结构特点，笔者认为工作压力应该设置在650KPa。浇注温度对于差压铸造也有很大影响。某壳体铸件的差压铸造在很大程度上要受到浇注温度的影响，笔者经过某壳体的充型特点进行深入分析，在当前的设计过程中浇注温度应该保持在740度左右。保压时间关系到高结晶压力，为了充分发挥高结晶压力的优点，我们有必要延长保压时间，当然这是在升液管上部凝固100-150mm左右，而不是全部凝固堵塞升液管的情况下才可以的。

3.某壳体铸件铸造工艺操作

上文说的是设计，接下来笔者就来介绍一下铸造工艺的操作。因此在差压铸造工艺操作过程中必须要高度重视工作台面与砂型的密封问题。针对这个问题，需要在操作过程中高度重视。一般意义上在差压铸造过程中往往是通过在砂箱底部与升液管之间放置石棉垫来起到密封的作用。通常石棉垫的厚度选择为6-8mm左右比较合适，过厚或过硬会使得砂型破碎而影响密封。在今后我们还要尝试采用其它更好的材料及方法来进行密封。笔者认为在差压铸造过程中工程技术人员必须要结合差压铸造的特点来进行设计，同时要加强对砂箱底部加工平整，保证底部平整一致。

壳体铸件铸造是工业机械生产中的重要环节，壳体铸件本身的质量和性能对于机械本身具有重要影响。随着科学技术的进步，壳体铸件铸造技术也在不断发展中，其中差压铸造工艺就是一种全新的壳体铸造工艺，本文以某壳体为实际案例详细分析了当前差压铸造工艺的特点，工艺设计和操作。笔者认为在今后的发展过程中要想保证壳体铸件铸造工艺的性能就必须要慎重选择形成压力差的方式。在操作过程中要注重密封问题。

参考文献：

[1]余四红，贾相武.基于ProCAST的壳体铸件数值模拟铸造工艺优化[J].铸造技术，2010（10）.

铸造技术篇2

关键词：铝合金；熔模铸造；技术应用

前言

随着现代重工业的发展，对于金属材料的性能要求标准不断提高。铝合金材料相比于钢铁材料，由于其较好的比强度、比刚度、耐腐蚀性以及抗疲劳性能，在众多的行业中得到了广泛的应用，尤其是近年来铝合金熔模精密铸件的生产规模和产量都迅速增加，出现了一大批生产企业。就如现代航空航天工业中，飞行器制造所需要的构件在质量、强度、整体结构性能方面的要求较高，铝合金熔模精密铸件就被应用于其中，技术开发的利用得到了延伸和发展，本文就结合了生产实际对铝合金熔模精密铸件的技术及应用进行了深入的探讨。

1铝合金熔模铸造技术及应用分析

1.1熔模制作技术

铝合金熔模铸件选用的模料的性质以及蜡模会对其表面的粗糙程度有较大的关系，究其原因在于铝合金材料的熔点低，铝合金液表面经过空气氧化会形成氧化膜，难以对铸型壁上微小孔穴进行有效复制，因此铸件表面的平整度就较差。为了满足现代重工业对于薄壁、结构复杂的大型铸件的需求，因此当前技术研发部门一直致力于研究强度较高、不易收缩变形的性能较优的膜料，如水溶芯成型、液态模料高压注射成型等技术都得到了快速的开发应用和发展。在技术应用方面，对压蜡设备生产研发的不断精进，大型压蜡机的出现为大型熔模件的制造提供了条件，如美国TEMPCRAFT生产的V-3002型压蜡机，最大合型力可达3000kN。

1.2石膏型熔模铸造技术

石膏型熔模铸造技术优势在于其良好的复制性，因此可以应用于对尺寸精度要求高的铸件，但是对铸件表面粗糙度要求不能太高；石膏型熔模铸造应用的热模浇注，导热率不高，因此可以浇注出壁面厚度不均匀的薄壁精铸件，而不会出现缩孔此类现象，在铸造薄壁、结构复杂的大型铝合金精密铸件往往就会用到的是石膏型熔模铸造技术。石膏型熔模铸造技术具体操作有：按照石膏型混合料的水粉比标准，将规定的适量自来水和粉料置入容器中，在真空环境下进行搅拌，同时搅拌的水温，在向容器中加水的同时，加入其他液态附加剂如正辛醇溶入水中，通过这些工序充分保证工艺质量的可靠性。在对凝固的石膏型进行脱蜡前，先要将其放置足够时间，待石膏可以充分硬化。石膏型拔模后不必进行脱蜡，即可以焙烧，若石膏型中没有残蜡，在250～400℃的温度下进行煅烧即可，可将自由水和结晶水充分除去。

1.3陶瓷型壳熔模铸造

改进陶瓷型壳熔模铸造法工艺，可应用于制造结构复杂的中、小型铝合金熔模精铸件。由于铝合金熔模铸件具有壁薄、强度低的特点，铸后脱壳时要注意不能破坏浇注系统，并且铝合金材料在浇注时由于低温、低密度的特点产生的动、静压力和热冲击都较弱，所以，型壳就应当在湿强度、透气性以及高温强度等方面符合一定的标准，同时为保证型壳残留强度较低，可以应用的方法有：减少型壳的里外层次的数量选择使用粘接强度大但粘度低的粘结剂。提高加固层的撒砂粒度。④科学控制型壳焙烧温度，并添加乳胶等附加剂于制壳涂料中，以充分提升型壳的溃散性和透气性。

2铝合金熔模铸件技术的发展趋势

随着现代工业对铝合金铸件的技术要求越来越高，铸造新技术在尺寸精确性、表面质量和内部冶金质量方面得到了充分的发展，铸件表面粗糙度可以控制Ra在0.8～3.2μm之间，因此在制造大型、薄壁、复杂铝合金铸件技术会不断取得进步。薄壁的大型铝合金精密铸件的壁厚要求小于2mm，且铸件外廓尺寸要求大于500 mm，尺寸误差是±0.125 mm/25 mm，如下图1所示，这些大型铝合金铸件在大型电子设备框架、壳体上得到了广泛应用。由机等大型设备的结果设计越来越复杂，因此未来铝合金铸件将向形状复杂和结构复杂化方向发展，对于铝合金熔模铸件应用的工艺会有更高的要求。

3结束语

近几年来，工业发达国家铝合金熔模铸造技术均得到了迅速的发展，高强度、高性能铝合金铸件推进了熔模铸造技术的深层次的开发和应用。本文对铝合金熔模铸造技术进行了详细的探讨，希望能对铝合金熔模铸造技术的应用推广起到作用。

参考文献：

[1]纪小虎.铝合金薄壁件熔模精密铸造研究[D].合肥工业大学，2013.

铸造技术篇3

关键词：高温合金;细晶组织;铸造技术

1.引言

高温合金是以元素周期表中第八主族元素为基，含有适量合金元素，在高温下能够承受较高应力、较高的抗氧化性能和良好的组织稳定性的合金材料，从上世纪30年代开始，高温合金主要应用于航空发动机的热端部件制作，当前高温合金体系已经初步形成。上世纪50年代高温合金逐渐形成了镍基、铁基、钴基三大高温合金体系，而且相继出现定向凝固、单晶、粉末冶金和机械合金化等工艺，高温合金细晶铸造技术也出现于该时期。当前高温合金细晶铸造技术在能源、交通运输和化学工业等领域得到了广泛的应用，成为国民经济和国防建设具有重大战略意义的材料，

2.高温合金细晶铸造研究发展

锅炉燃烧器用的喷口（耐热合金）的恶劣工况对于高温合金铸件提出更高的要求，因此在整体叶盘和涡轮机匣等期间的铸造，通常为普通熔模精铸的工艺条件下的粗大树枝晶或柱状晶，晶粒的平均尺寸大于4mm，因此容易造成铸件使用过程中的疲劳纹的产生，影响铸件的整体性能与使用寿命。采用细晶铸造技术，能够改善铸件中的低温疲劳性能和其他力学性能，延长铸件的使用寿命。

2.1 细晶铸造原理和方法

细晶铸造技术的原理是通过控制普通熔模铸造工艺，强化合金的形核机制，在铸造过程中使合金形成的莱昂结晶和新，组织晶核长大，从而火大晶粒尺寸小于1.6mm的均匀、细小、各项同性的等轴晶铸件，从而确保铸件的性能。常用的细晶铸造方法有动力学法、热控法、改变铸造参数法、化学法等多种方法。

2.2 细晶铸造研究进展

上世纪70年代中期开始，美国Howmet公司发展了高温合金细晶铸造法，采用Grainix法控制合金铸造热参数，从而对合金铸造晶粒大小进行控制。1984年美国Airresearch铸造公司采用热控法生产了T-63型发动机的IN713合金整体涡轮，将浇筑过热度控制在27℃以下，平均晶粒度达到ASTM 00级别，细晶铸造技术生产的涡轮低周疲劳寿命提高了75%。钢铁研究院从上世纪80年代开始采用热控法研究直径为250mm的涡轮的细晶铸造技术，采用合金液相线以上约30℃的浇注温度得到型壳，结果表明热控法能够细化晶粒，但是因为热控法的浇注温度低，因此显微疏松较多，采用热等静压处理会提升铸造成本。

3.高温合金细晶铸造新技术研究

高温合金细晶铸造新技术主要是针对高温合金的大型复杂难充型铸件的细晶铸造工艺，采用感应电流对金属液体施加一定的交变磁场，从而在金属液中产生合适的感应电流，从而确保金属能够持续降温，保持合金的纯液态形态，使液态金属具有良好的充型能力，最终获得全铸造的均匀细等轴晶。

3.1 充型能力研究

采用铸造新技术，能够确保合金单相液体的充型能力，该技术已经制成多种Ni基高温合金铸件，采用顶注加侧注的方法设计法兰铸件，对法兰厚大部位进行补缩。为了对充型能力进行研究，设计制造60kg细经真空铸造炉，采用特定的电磁场参数保证金属液体能够在熔点以下保持纯液态，浇筑温度能够达到熔点以下10-16℃，通过该设备能够得到K4168细晶铸件，得到的铸件冒口下方和冒口上表面层均形成了细晶组织，冒口部分的中心部位形成大的缩孔和粗大的柱状晶。形成柱状晶的主要原因是过冷液体在热传导的有利部位迅速生长，通过铸型壁传导结晶潜热，从而形成不具有过冷度的普通低温金属液体，从而生成粗大的柱状晶结构。

3.2 铸造新技术优点

对过冷金属液体施加抑制 固相形核的电磁场，能够对过冷金属液体的凝固过程进行控制，因为过冷金属液体凝固过程是在充型完成后开始的，因此为了达到细晶凝固的条件，坩埚内的金属液体温度需要降低到熔点低温浇筑温度。但是该阶段的金属液体内部温度均匀性很差，有些局部已经是固、液两相混合的粥状液体，因此结构复杂、薄壁类的铸件会形成欠铸缺陷。在高温合金细晶铸造技术中注入过冷的金属春液体，采用电磁场保证金属液体的均匀状态，最终得到的法兰逐渐铸造界面全部是均匀的等轴细晶，薄壁件充型完整，棱角分明，具有优异的充型能力。采用施加人为影响因素使金属液体过冷新型细晶铸造工艺所铸铸件达到了普通锻造、轧制级别的晶粒度，而且产生的金属液体使等轴的，且能够完成大型复杂耐压关键不见，对于节约能源、资源具有重要的意义。新型细晶铸造工艺的力学性能如表1所示。

表1 K4168细晶铸件法兰铸件力学性能

4.结束语

高温合金细晶铸造技术对于铸造具有重要的意义，传统的铸造技术包括有动力学法、热控法、改变铸造参数法、化学法等多种技术，在铸造冷却的过程中施加合适的电磁场，能够控制金属液体在过冷状态下完成充型，而且该方法能够在复杂、薄壁的典型铸件上得到ASTM3级以上的均匀等轴细晶组织，充型能力强，达到了较高的力学性能水平。

参考文献：

[1]专利文献CN102133629A.一种轻合金电磁悬浮铸造装置和方法

铸造技术篇4

【关键词】负压实型铸造；泡沫塑料模样；三维振动台；涂料

引言

我公司自建立以来，铸钢件生产采用水玻璃砂、手工造型，生产的铸件表面粗糙，尺寸精度低，加工余量大，废品率高，型砂消耗量大，而且回用困难，铸件清理劳动强度大，经济效益差。为扭转此局面，我们将负压实型铸造新技术应用于铸钢件生产。由于此为新技术，许多工艺技术参数尚不完善。现就把我们在生产中工艺参数的选取和具体做法，总结如下：

1 负压实型铸造原理及技术特点

1.1 负压实型铸造原理

负压实型铸造又称气化模铸造、消失模铸造、无型腔铸造等，它是采用泡沫塑料模样，造型时不取出，形成无型腔铸型，浇注时高温金属液使泡沫塑料气化、消失，金属液取代原泡沫塑料模样，凝固冷却形成铸件的一种铸造方法。

1.2 负压实型铸造的工艺技术特点

（1）由于突破了分型起模的铸造工艺界限，使模样可以按照铸件使用要求，制造出理想结构的铸件，极大地扩充了铸造工艺的可行性和设计自由度。

（2）大大简化了造型工序，取消了复杂的造型材料准备过程以及混砂、分型、起模、造芯、下芯、合箱、配箱等繁杂工序，使造型效率提高。

（3）造型材料由于不加粘结剂，附加物和水，简化了砂处理工作，旧砂只要过筛去除杂质和细粉，冷却后即可使用，故造型材料废弃少，造型时不用舂砂，只要微振并对铸型施加自下而上的负压，使铸型砂粒间维持一定紧实力就可满足要求，铸造落砂清砂方便，劳动强度低，劳动量减少。

（4）铸件的尺寸精度提高，表面粗糙度细。

（5）加工余量小，金属利用率高，废品率低。

2 负压实型铸造工艺主要设备

气垫三维铸型振动台、水环式真空泵、管路系统、砂箱、 恒温料烘干室。

3 负压实型铸造工艺

3.1 负压实型铸造工艺如下

可发性聚苯乙烯珠粒预发泡熟化塑料模发泡成型模样干燥和时效模样修整并与浇注系统组装涂敷涂料干燥填充干砂振实造型抽真空浇注铸件冷却及取出铸件铸件清理热处理检验。

3.2 造型

将砂箱置于气垫三维振动台上，往砂箱内装l00-150mm的底砂，启动振动台垂直振动使底砂紧实，振实底砂后放进第一层模样，在箱内与浇注系统（冒口）组合，完毕后装砂超过模样80-lOOmm，先纵向振动，后三维振动，（注意对于难于填砂的部位要仔细用手塞实）。这样逐层重复操作完成造型后要在模样上方覆盖150-200mm的砂子，铺上塑料薄膜，安放好浇口杯，覆盖压紧砂，连接好负压管，待浇。

4 负压实型铸造主要材料

（1）背模：背模用于砂箱背面的密封，我公司选用农用聚乙烯薄膜。

（2）型砂：洁净无粘结剂的干砂，性能参数主要是以下几方面。

1）透气性；对干砂而言，透气性主要取决于砂粒尺寸，我公司造用粒度集中在一个筛号上的人造石英砂。

2）耐火度：人造石英砂的Si02含量≥98%。

3）水份：水份应

4）颗粒形状：因选用人造石英砂呈多角形。

（3）塑料模样

1）负压实型铸造对泡沫塑料模的要求

①必须符合铸件图的几何形状，尺寸（含收缩率），表面必须光洁，不许有凹凸不平，珠粒间要很好融合在一起，模样的尺寸稳定。

②模样的密度要控制在一定的范围内。我们通过生产实践，在保证模样强度、光洁度、刚度、保证在搬运、贮存、刷涂料和造型，振实型砂过程中，不擦伤和变形的前提下，铸钢件选取密度为

③为避免出现浇不足、冷隔、气孔、夹渣等铸造缺陷要求模样发气小，发气速度适中，保证金属液能顺利充填，气化完全，残留物少。

④泡沫塑料模气化，不产生有害气体，以免污染环境。

2）模样原材料的选用

①聚氯乙烯泡沫塑料，具有发气量低，残留物量少、密度小，气化迅速，价格适中等优点，成为我公司负压实型铸造制模材料的首选。

②原材料主要质量指标为残余苯乙烯单体，珠粒的粒度和密度，希望获得小粒径的同时，适当降低密度。

③粒度及发泡倍率

泡沫塑料珠粒的粒径选用时须考虑合适的发泡倍率，模样的大小及壁厚，我们根据公司里产品的特点结构等选用粒径0. 3-0.4mm，发泡倍率40倍，获得了密度0.018-0. 0228/cm2的表面光洁的模样。

3）制模

泡沫塑料模样的制造方法，主要依据产品的数量而言，一般分为发泡成型和加工成型。我公司矿车及40T铸件全部采用压机成型，单件铸件用泡沫板经电热丝切割、粘结、打磨而成。

（4）涂料

负压实型铸造工艺中涂料的作用至关重要，它除有提高铸型耐火度和铸件表面质量外，还有提高泡沫塑料模样表面抗磨性和表面强度的作用，因此负压实型铸造用涂料分为耐火涂料和表面光洁涂料两种。我公司根据煤矿产品的特点，仅选用耐火涂料。涂料除具备有耐火度高，热稳定性好等要求外，还有如下要求：

1）透气性：涂料透气性是影响铸件质量的关键因素，是涂料性能重要指标。

2）涂挂性：泡沫塑料具有憎水性，涂料不容易涂挂在模样表面，因此涂料必须有良好的涂挂性。

3）快干性：泡沫塑料不透气，热变形温度低，故涂敷在模样表面的涂料只能在空气中自然千燥或经50℃-60℃烘干。

根据以上要求，我公司通过生产实践、比较，从省内几家铸造涂料厂中选择了一家的涂料来应用于生产，涂敷一遍干燥后再涂敷第二遍，一般涂敷2-3遍，厚度一般为2-3mm。

5 铸造工艺参数

5.1 浇注系统

负压实型铸造采用开放式，底注或阶梯式浇注系统，浇注系统各组元截面积比为：∑F直：∑F横：EF内=1：1. 1-1.2：1. 2-1.4

5.2 冒口

铸件壁厚均匀，壁厚≤30mm的铸钢件一般不放冒口，有局部热节须补缩时，因负压实型铸造不受取模的限制，可以放置在需要补缩和排渣的任意部位，故采用暗冒口，既节约金属，又可消除浇注时烟雾，同时还阻止泡沫塑料的裂解燃烧。冒口尺寸的确定方法与普通砂型铸造相同。

5.3 浇注温度

实型铸造浇注原则是高温快浇，先慢后快。浇注温度铸钢比砂型铸造温度提高10-40℃。

5.4 负压的选取

根据生产实践确定负压为0. 03-0. 05Mpa

6 部分负压实型铸件与普通砂型铸件的工艺对比

项目

铸件名称 砂型铸造 负压铸造

铸件重 浇冒口重 钢水用量 铸件重 浇冒口重 钢水用量

1t轮子 30 2 32 23 2 25

1t缓冲座 63 5 68 54 5 59

40T半滚筒 40 15 55 34 4 38

3t车轮 43 15 58 34 5 39

7 结论语

铸造技术篇5

关键词：3D打印 铸造 激光成形 铸型

3D打印技术自1984年正式诞生以来，今年恰逢30周年。随着第三次工业革命的提出，在普通大众眼中也日渐火爆。论文、专利的井喷好像象征着3D打印就可以进入千家万户，但实际情况并非如此。

传统的铸造生产是设计-模具-造型-浇注-清理-后处理-机加。3D打印是否可以在铸造的铸型制造、铸造模具或者直接打印产品上做出贡献？

1 3D打印技术概述

3D打印学名为增材制造技术，其工作原理是将计算机设计出的三维模型分解为若干层平面切片，然后把“打印”材料按切片图形逐层叠加，最终“堆积”成完整的物体。关于3D打印技术的发展脉络、各种技术原理及适用范围已经在各书籍、论文中，限于篇幅，本文不再赘述。

1.1 目前主要应用领域

目前，3D打印主要用在3个方面：大众消费（桌面级）、工业级、生物工程级。

①大众消费（桌面级）。用于工业设计、工艺设计、珠宝、玩具、文化创意等领域。

②工业级又有两个方面，一是原型制造，主要用于模具、模型等行业。二是产品制造，包括大型金属结构件和小型金属零部件的直接制造。

③生物工程级。如打印器官、骨骼、牙齿、细胞、软组织等[1]。

1.2 3D打印技术与行业现状

①欧美的3D研究和产业化。

在美国，3D打印技术已初步产业化，其中Stratasys和3D Systems是两家龙头企业，均已经在纳斯达克上市。2013年8月16日，“美国国家增材制造创新中心”剪彩成立。

欧盟也设置了基金会来支持3D打印技术，分别在诺丁汉大学、谢菲尔德大学、埃克斯特大学建立了3D打印中心。

②国内3D行业现状。

国内的3D打印行业分为学院派和市场派。学院派主要以清华大学、西安交通大学、华中科技大学、西北工业大学、北京航空航天大学等高校为主。市场派主要包括南京紫金立德、湖南华曙高科、无锡飞尔康、杭州先临、中航激光、武汉滨湖等[1]。

③中国3D打印技术产业联盟。

2012年10月15日，由亚洲制造业协会、北京航空航天大学、华中科技大学、清华大学等权威科研机构和3D行业领先企业共同发起的中国3D打印技术产业联盟在北京宣告成立，自称是全球首家3D打印产业联盟。

④世界3D打印技术产业联盟。

2013年5月29日，由中国3D打印技术产业联盟以及英国3D增材制造联盟、美国的Exone 公司、德国EOS公司、美国的3D Stratsys公司、比利时Materialise公司、英国Choc Edge Ltd公司、美国drexel大学、新加坡南洋理工大学机械与宇航学院等科研单位和企业共同发起成立世界3D打印技术产业联盟。2014年6月19-22日将在青岛召开第二届世界3D打印技术产业大会暨2014年世界3D打印技术博览会。

1.3 3D技术应用前景

通过中国知网、维普等查询到关于3D的论文汗牛充栋，让人热血沸腾。但基本都是关于3D技术的普及知识以及在医学、模具、建筑等应用案例。资本市场也热闹非凡，但有头脑的风投非常谨慎[2]。一般认为：

①3D打印不可能，至少不可能完全，取代传统制造业。

3D打印究竟能够做什么？美国的、欧洲的3D企业，也说不出来。否则，他们就不会在世界3D产业大会上和中央电视台的专题节目中炫耀：利用3D打印技术打印一把吉他，打印一支电子琴，打印一个台灯，或者打印一把手枪……

传统制造业经过数千年的积累和发展，已经非常完善和成熟，无论是工艺特点，还是成本因素、材料因素，3D打印技术都是无法比拟的。3D打印技术的真正奥秘所在，不是什么都能做，而应该是传统制造业不能做或很难做的领域，利用3D打印技术可以轻松实现[1]。

②个人消费。

由于成本问题以及操作者的技术水平――因为3D应用并不是零门槛，要以现有技术，一家用户需要准备多种原材料和成本的水平推广，肯定有难度，很难形成市场规模。关键是如何培育应用市场，用户是需要去培育的。所以，短期内家用3D打印行业也难形成气候。

2 3D打印技术在铸造中应用现状综述

3D打印在铸造中已经有一些应用，主要是用在快速制造砂型和直接打印金属产品两方面。在缺陷修补（挽救）方面也有一定的应用。

2.1 利用3D技术原理快速制造无模精密砂型

中国铸造协会网站称，2014年5月将在北京召开第十二届中国国际博览会，其中的“3D打印与数字化无模铸造精密成型技术”中提到“北京瑞泓翔宏大科技集团、北京北方恒利科技发展有限公司等将展示3D砂型/砂芯打印机和各类激光粉末烧结快速成型3D打印机”[3]。

文献[4]综述了目前利用3D打印技术原理快速制造无模砂型的几种技术。

①激光烧结SLS。

用覆膜砂，逐层铺粉，用激光对粉末加以固化。

②中国的无模铸型制造技术PCM。

三维打印头喷射粘结剂，按照界面轮廓信息利用双喷头同时将粘结剂和催化剂喷射而出，通过两者的交联，制造的砂型涂上涂料即可浇注。

③美国的基于三维打印的直接壳型铸造DSPC。

选用陶瓷颗粒、硅酸盐水溶液打印壳型。浇注前需进行焙烧。

④Zcorp公司。

三维打印制造有色合金的砂型。型壳厚度可达到12mm。

⑤ExOne公司的3DP技术ProMetalRCT。

选用树脂砂作为成形材料。打印速度可达到59400-108000cm3/h。

⑥Generis公司的GS工艺。

将树脂通过多通道喷头均匀向砂床喷射，根据砂型轮廓喷射催化剂形成砂型。

2.2 激光立体成形技术

激光立体成形技术通过激光融化金属粉末，几乎直接可以“打印”任何形状的产品。其最大的特点是，使用的材料为金属，“打印”的产品具有极高的力学性能，能满足多种用途。

西北工业大学凝固技术国家重点实验室由长江学者黄卫东领衔。3D打印技术在航空领域应用的典型是为国产大飞机C919制造中央翼缘条。该中央翼缘的条长达3米，属于大型钛合金结构件。西北工业大学应用激光立体成形技术解决了C919飞机钛合金结构件的制造。

西工大3D打印技术对零部件的修复也独树一帜。航空航天零件结构复杂、成本高昂，一旦出现瑕疵或缺损，只能整体更换，可能造成数十万、上百万元损失。而通过3D打印技术，可以用同一材料将缺损部位修补成完整形状，修复后的性能不受影响，大大节约了时间和金钱[5]。

3 3D打印技术在铸造中应用发展展望

3D打印技术对于我国铸造行业整体而言，黄卫东教授认为“是机遇多于挑战”。他说，在激光组合制造领域，可以增强对市场需求的适应能力；在快速制造模型与砂型方面，3D打印可以加速新产品研发速度，降低工艺研究成本与风险，满足单件与小批量市场需求；在高性能修复方面，可减少高端铸件废品率，满足产品进度要求与直接制造相比较，3D打印技术在“更复杂的结构、更高的性能、更快的反应速度”方面具有极大的优势。但是当前的情况是，黄卫东认为“这些挑战对目前的铸造界来讲，还是微不足道的”。其中一个重要原因在于3D打印的原材料成本很高：现阶段铝合金大概是每公斤就要两万多元。“但是，这项新技术当中成本下降的空间是很大的，我们要对3D打印技术未来发展对铸造界带来的挑战保持清醒的认识”[5]。

3.1 日本计划开发下一代高性能铸模3D打印机

日本计划由产经省出资30亿日元，由日本产业技术综合研究所牵头，联合早稻田大学、群荣化学工业、木村铸造所、CMET、KOIWAI、日产汽车、小松制作所等发挥产学研优势，共同参与、分工协作，在5年内生产出较现行铸模制造装置成本下降80%，制造速度提高10倍的高性能铸模3D打印机。

目前，利用3D打印机制造工业大型铸模存在速度和精度等方面缺陷。日本设计中的下一代铸模3D打印机将采用反复、高速喷射特制胶水以固着细砂技术原理，以在短时间内形成复杂形状的铸模。

3.2 国家863计划关于3D打印的重点支持方向

《国家高技术研究发展计划（863计划）、国家科技支撑计划制造领域2014年度备选项目征集指南》中“面向复杂零部件模具制造的大型激光烧结成型装备研制及应用”的表述为，“针对复杂零部件模具快速制造的需求，研制适合制造蜡模、蜡型、砂型制造，以及尼龙等塑料零件制造的大型激光烧结成型装备，台面2米×2米，制件精度控制在±0.1%以内，堆积效率达1000cm3/h以上。制订相关技术标准，并在汽车、模具等行业产品研制中得到应用”。

4 结束语

3D打印技术在铸造上的应用，集中在砂型、模具、铸件制造及挽救。从中国和日本的发展指南来看，两个国家不约而同地选择了发展大型铸型3D打印技术。但中日的技术路线有所差别：日本的技术路线是采用分层喷射砂和粘结剂，中国863计划申报指南是采用激光打印铸型。二者的共同努力方向都是大型化，提高精度。

以3D打印为代表的第三次工业革命，以数字化、人工智能化制造与新型材料的应用为标志，必将为人类生活带来革新性的变化，而这也是发展中国家尽快赶上发达国家的良好机会。

参考文献：

[1]罗军.应积极推动3D打印技术产业发展[J].中国党政干部论坛.2013，10：19-22.

[2]唐一凡.3D打印在中国的发展现状、行业泡沫浮现投资观望（2014-2-20）.

[3]中国铸造协会展览部.智能化、数字化铸造装备尽在第十二届中国国际铸造博览会. http：//.cn/WebUI/IndustryNewsPre/IndustryNewDetial.aspx？typeId=16334（2014-2-20）.

[4]唐监怀.无模精密砂型快速铸造技术运用研究[J].铸造技术，2013，34（12）：1796-1798.

[5]王凡华.黄卫东教授剖析“3D打印”给铸造业带来的机遇与挑战.http：///info/1002/24420.htm（2014-2-20）.

基金项目：

四川工程职业技术学院课题“三维泡沫实型浇注验证铸造工艺的应用研究”（YJ2013KY-01）。

德阳市金桥工程“基于ANSYS的大余量机加工过程避免共振技术推广”。

作者简介：

铸造技术篇6

关键词：计算机数值模拟 铸造工艺 冒口 铸造缺陷

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（a）-0214-01

铸造是材料成型与控制专业的一个重要的方向之一，也是促进本科生就业的一个重要的方向，《铸造工艺与设备》是铸造专业方向的主干课程，该课程讲授铸造工程师必备的工艺理论和基础知识。目前《铸造工艺与设备》课程缺乏和理论课程相配套的实验，面临这个现实，将计算机模拟仿真技术应用于铸造专业课程的教学是一个很好的教学方法。应用计算机模拟技术及其仿真软件对砂型铸造过程进行工艺参数及砂模结构进行优化是一门前沿新技术。采用模拟仿真进行铸造工艺课程教学，既解决了实践环节缺少的矛盾，又能直观逼真地模仿铸造工艺过程，使学生较快掌握所学专业知识及并优化工艺和模具，直观生动地展现铸造过程各种物理场的细节变化，科学准确地传递大量有价值的数据，可提高教学质量，起到事半功倍的作用。

案例：铸造工艺冒口设置对铸件质量的影响，此零件为直齿轮，铸件材质为铸钢，零件净重为22.68kg，铸型重量23.98kg，铸件轮廓尺寸为83.88×Φ358.72，属于回转体中小型零件，大量生产。技术要求：铸造圆角R3-R5；齿部面淬火HRC40-45.铸件的最小壁厚为12mm，超过了可铸壁厚6-10mm的上限，不易产生浇不到的现象。考虑到铸件80mm处为整个铸型的最高处，则在此处要考虑排气问题，避免产生气孔缺陷。

两种冒口设计方案（见图1）：方案1、齿轮中央放置一个冒口；方案2、在齿轮中央放置一个冒口、边缘放置一个冒口。

方案1存在大量的卷气现象，方案2不存在卷气现象。方案1存在大量的缺陷，方案2不存在缺陷，因此，采用方案2是合理的。见图2，图3。

计算机数值模拟技术在《铸造工艺与设备》课程教学中的应用，可以充分发挥仿真软件理论和实践结合紧密的特点，克服当前该课程理论和实践教学存在的问题，全面提高学生的素质和综合能力，促进学生对铸造工艺过程的深入了解，激发学生的独立思考和创新意识，培养学生自主学习和勇于实践的能力。教师对铸造工艺课程的教学起到了事半功倍的作用，也在一定程度上弥补了实验室实践教学缺乏的不足。但计算机模拟技术在铸造工艺教学中的应用尚处在刚刚起步的阶段，仍有不少亟待完善之处。

参考文献

[1] 刘全坤.材科成形基本原理[M].北京：机械工业出版社，2007.

铸造技术篇7

一、铸造技术是航空工业的关键技术

制造技术是航空工业发展的基础，航空制造技术又是制造业中的一项高新技术。航空制造技术中有六大关键技术，铸造技术就是其中之一。因此铸造的技术进步对加速航空产品的更新换代，提高新机种的性能，缩短产品的制造周期，大幅度减轻重量，以及减少能源消耗和降低成本上都具有非常重要的意义。特别是在航空发动机制造上，铸造技术更有其重要的意义。

随着航空工业的发展，要求大幅提高发动机性能，如燃气涡轮发动机从第二次世界大战以来其最大推力提高了50倍，推重比已达到10，涡轮叶片的工作温度也提高了几百度，而燃油消耗却降低为原来的一半。为此，涡轮叶片从材质到结构都改变了，要生产出这些性能更好的涡轮叶片就要求铸造技术的进步。

图1是1960年以来涡轮叶片材质及工艺发展情况。由图中可以看到，1960～2000年涡轮叶片的材质（美国牌号）从IN100、B1900到MM200、MM247，再发展到PWA1480、PWA1484、CMSX—11。同时因凝固技术的发展和应用，生产涡轮叶片的工艺，则从传统的普通铸造（等轴晶EQ）到定向凝固铸造（DS），再发展到单晶铸造（SC）叶片，见图2。另外，为降低涡轮叶片工作温度，叶片结构从实心向空心发展。图3是形成叶片空心的型芯。如果没有铸造技术的进步就很难生产出新型的涡轮叶片，也就难于保证发动机性能的提高，因此说铸造技术是航空工业的关键技术之一。铸件在航空飞行器中，尤其是航空发动机中所占的比重也在逐年的增加。例如，美国GE公司制造的航空发动机1985年时铸

二、航空工业中使用的铸造材料及方法

航空工业中使用的发动机零件、结构件、附件有相当数量的铸件。这些铸件材料种类繁多，所用铸造方法也很多。主要材料有高温合金、不锈钢、钛合金和铝合金等有色合金，以及复合材料等。随着航空工业的发展，新材料的研制和使用在不断前进，品种也在不断增加。所使用的铸造方法有熔模铸造、石膏型铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、差压铸造、离心铸造和砂型铸造等。航空用各种材料及铸造方法所生产的典型铸件见附表。如前所述，发动机涡轮叶片越来越复杂和精密，对于空心复杂叶片，熔模铸造已成为其生产的独一无二的工艺技术。另外，为减轻飞机重量、降低油耗、减少制造和维修周期，近年来很多结构件开始用大型复杂薄壁整体件代替组装件，在生产此类铸件上熔模铸造也具有优势。因此，在航空工业中使用的众多铸造技术中，熔模铸造技术是应更加被关注的铸造技术。

三、铸造技术发展趋势

这里仅以熔模铸造技术为例，简介国内铸造技术发展的趋势和与国外的差距。

1.铸造新材料的研制

铸造新材料的研制一直是铸造技术发展的一个重要方面。航空材料要求能承受更高的工作温度、有更高的强度、并具有如持久、蠕变、断裂韧性，以及高、低周疲劳强度等其他良好的综合力学性能，同时有良好的工艺性，以满足航空工业发展的需要。例如，为满足航空发动机的要求，国内外已形成系列高温合金品种，而且还在不断出现新品种。又如，铝基复合材料硬度高、热膨胀系数小、轻且耐磨，近年来已开始应用。图4是用碳化硅/铝合金生产的军用直升机反光镜（3个）和外罩，以满足战斗机在遇到极端温度下还能正常工作。图5是宇宙飞船上的管接头零件，为Beralcast363金属复合材料，刚度比铝材高3倍以上，零件减轻了22%，并可很好地与石墨管匹配，减少焊接应力。目前，我国在新材料的研制方面与国外仍存在一定差距，主要是研制周期长，推广应用慢，合金品种仍较少。2.铸造工艺的发展航天工业的发展对铸件的要求越来越高，从而促进了铸造工艺技术的发展。

（1）铸件要求越来越大型、精密、复杂、高强图6是通用电气公司CF—6—80C发动机用前机匣，它用于A310、A300、波音747、波音767和MD—11多种飞机，最大轮廓尺寸为1320.8mm。该件原为由88个零件形成的一个组装部件，现被设计和制造为一个整体钛合金精铸件，重量仅为原来的45%，尺寸控制的更好，产品的力学性能也得到改善，同时大大减少了维修工作量。目前，这类大型精密复杂整体件已不罕见。图7为美国PCC公司生产的2108.2mm的复杂铸件。铸件也越来越精密，除线性尺寸公差外，还对形位公差有要求。如ISO标准中熔模铸件一般线性尺寸公差为CT4～6级，特殊线性公差可达CT3级，其铸件表面粗糙度值也越来越小，可达Ra=0.8μm。铸件结构越来越复杂，如涡轮空心叶片的内通道十分复杂。又如图8所示的飞机控制系统零件，形状复杂，内腔有许多空心通道，只有采用熔模铸造方法生产，铸件基本不加工就可使用。另外，对铸件的强度要求更高。

（2）铸造工艺技术进展对熔模铸造发展影响较大的工艺技术有大型熔模铸造技术、钛合金精铸技术、型芯技术、定向凝固和单晶技术、过滤技术、热等静压技术、快速成形技术、计算机在熔模铸造中应用及机械化和自动化等。大型熔模铸造技术是建立在更好性能模料和型壳、大型压蜡机和制壳机械手、更先进的熔炼技术和设备等基础上的一整套先进技术。我国在这方面与国外相比尚有差距，国外现已能生产2.1m左右的大型熔案，模拟结果与实际情况一致。

1.在铝合金压铸件上的应用

图1是某厂生产的铝合金舱体压铸件原始工艺方案充型过程模拟结果，从模拟结果看，在图1a所示位置容易产生裹气，实际生产也表明了这点，后改进了工艺方案，消除了裹气缺陷。

2.在铝合金低压铸件上的应用

图2是某单位生产的铝合金连接器低压铸件，该工艺实际生产有缩松缺陷，所在位置与模拟结果图2所示的孤立液相一致，后改进工艺消除了缩松缺陷。图3所示是铝合金平板低压铸件凝固过程不同时刻液相与缩松、缩孔的分布图，模拟过程中不仅考虑到了重力作

四、结语

铸造技术篇8

较长距离的铸造气力输送系统研究和应用??

锂基膨润土的制备及其在铸造涂料中的应用??

混合消失模涂料在大型铸铁件生产上的应用??

Si元素的添加对快冷Ti合金组织与力学性能的影响??

原铝液加工电工圆铝杆的工艺改进与控制??

铸造常用词中英文对照及简释??

镁基非晶合金的研究进展??

大型铸钢气缸盖的计算机模拟研究??

17型车钩钩体铸造工艺的改进??

锁条铸件自身余热石墨化退火工艺的生产实践??

铸铁生产技术新拓展??

专利介绍??

全国铸造行业协会秘书长工作会议召开??

第五届全国等温淬火球铁（ADI）技术研讨会成功举办??

中国铸造行业系列会议第二届中国耐磨材料铸造技术与生产管理研讨会通知??

泛珠三角区域（9＋2）铸造学术暨信息交流会通知??

2011全国铸件挽救工程技术交流会会议通知??

Fe-B-C合金冲击磨料磨损性能及磨损机制的研究??

高退让性呋喃树脂砂对铸钢件热裂纹的有效防止??

保温、发热冒口的技术进展??

铸件裂纹形成的原因分析??

YC6113柴油机蠕墨铸铁缸盖铸件的质量控制??

信息动态??

代铜用硅相增强铸造锌铝复合材料的研究??

低压铸造铝合金轮毂Si偏析的研究?

不同浇注方式对消失模铸造充型的影响??

基于UG/WAVE技术的柴油机气缸体铸造模具设计??

一种新型车板造型方法??

工业汽轮机汽缸与阀体的组焊??

中国艺术铸造近两年的发展——由中国艺术铸造第六届年会说开去??

气硬树脂砂研究的发展??

酯硬化水玻璃再生砂的控制和使用??

消失模白模黏结剂的应用??

间歇式无芯感应电炉熔制高品质铸铁??

含铬铜合金管坯水平连铸工艺探讨??

浅谈热芯盒模具的变形及应对措施??

飞轮铸件无冒口铸造工艺??

SiC颗粒自增黏熔体发泡法制备泡沫铝铸锭的组织及其特征分析??

Sn对AZ91镁合金显微组织与力学性能的影响?

铸造镁合金生产中砂型强度影响因素研究??

Mg-Mn-Pb铸造合金在力学环境下的行为研究??

铸旋铝轮毂低压铸造过程的数值模拟及工艺优化??

新理念、新起点、新高度??

关于"增值税先征后返"政策的动态和分析??

全国ADI技术高级培训班在长春举行??

2009华东地区铸造行业年会在杭州召开??

新型动物胶粘结剂的制备与硬化工艺的研究

生产球墨铸铁件的湿型砂含水量最高限度是多少??

改性水玻璃的生产与应用??

棕刚玉粉中Al2O3含量分析方法的探讨??

热分析技术在铸造合金上的应用?

国外新版球墨铸铁标准??

165MN油压机上横梁的铸造??

1000MW超超临界汽轮机主调门阀壳的铸造??

镁合金气体保护熔炼研究现状与展望?

日本压铸机行业2007年回顾与2008年预测?

意大利铸造业国家展团携高端技术于国庆日亮相上海——意大利国家展团参加"第九届中国国际铸造、锻压及工业炉展览会"??

日本压铸行业2007年回顾与2008年预测??