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。
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
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.
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