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第5篇 特种铸造1

2 特种铸造发展概况3

1 特种铸造方法3

第1章 概述3

3 特种铸造方法基本特点4

1.2 工艺特点7

1.1 工艺过程7

第2章 熔模铸造7

1 概述7

1.3 应用范围8

2.1 铸件结构11

2 铸件工艺设计11

2.2 基准面选择17

2.3 浇注系统设计18

2.4 冒口计算20

3.2 机械加工压型23

3.1 压型分类23

3 压型设计与制造23

3.5 硅橡胶压型29

3.4 石膏压型29

3.3 易熔合金压型29

4.1 模料31

4 易熔模制造31

4.6 组合模组和清洗模组34

4.5 浇口棒的制作34

4.2 制模设备34

4.3 制模工艺34

4.4 水溶芯制作34

5.1 制壳用耐火材料37

5 型壳制造37

4.7 模料回收和再生37

5.2 硅溶胶及其型壳40

5.3 硅酸乙酯及其型壳46

5.4 水玻璃及其型壳49

5.5 型芯51

6.1 常用浇注方法56

6 合金浇注56

6.2 过滤净化技术59

7.1 清理61

7 清理及精整61

7.2 铸件的修补65

7.3 铸件精整68

8 常见缺陷及其防止72

2.1 金属凝固热流76

2 定向凝固铸造原理76

第3章 定向凝固铸造76

1 概述76

2.2 定向凝固实现条件与结晶组织77

3.2 功率降低（PD）法78

3.1 发热铸型法78

3 定向凝固铸造的主要方法和设备78

3.4 液态金属冷却（LMC）法79

3.3 高速凝固（HRS）法79

4.1 定向凝固柱晶铸造工艺80

4 定向凝固铸造工艺80

4.2 定向凝固单晶铸造工艺83

6 定向凝固铸造的发展前景84

5.2 定向凝固过程数值模拟84

4.3 定向凝固共晶铸造工艺84

5 计算机技术的应用84

5.1 定向凝固过程的测试与控制84

1.3 应用范围85

1.2 工艺特点85

第4章 石膏型铸造85

1 概述85

1.1 工艺过程85

2.5 铸造斜度87

2.4 收缩率87

2 铸件工艺设计87

2.1 浇注位置和分型面选择87

2.2 铸件尺寸公差和表面粗糙度87

2.3 加工余量87

3.1 熔模石膏型用模样及制造88

3 模样选择与制造88

2.6 浇注系统及冒口设计88

2.7 冷铁的应用88

4.1 石膏型用原材料90

4 石膏型制造90

3.2 起模石膏型用母模选择90

4.2 石膏浆料93

4.4 石膏型的蒸汽处理、干燥和脱蜡95

4.3 灌浆95

5 浇注96

4.5 焙烧96

7 石膏型铸件常见缺陷及防止方法98

6 清整98

1.2 工艺特点100

1.1 工艺过程100

第5章 陶瓷型铸造100

1 概述100

1.3 应用范围101

2.4 浇注系统和冒口设计102

2.3 母模102

2 铸件工艺设计102

2.1 铸造工艺方案的确定102

2.2 铸造工艺参数选择102

3.1 陶瓷浆料用原材料103

3 陶瓷型制造103

3.2 制型工艺107

4 陶瓷型铸件常见缺陷及防止方法109

1.2 工艺特点111

1.1 消失模铸造的分类111

第6章 消失模铸造111

1 概述111

2.1 概述112

2 模样材料及其制造112

1.3 应用范围112

2.3 预发泡113

2.2 模样材料113

2.4 成形发泡114

3.1 涂料的作用与要求117

3 涂料117

2.5 模样分片与黏结117

3.3 涂料的组成、制备与使用118

3.2 涂料性能及检测118

4.1 砂箱与型砂119

4 造型、填砂和紧实119

4.3 真空系统120

4.2 填砂与振动紧实120

5.3 浇注系统和浇注工艺121

5.2 模样的热解特性121

4.4 旧砂的冷却与再生回用121

5 浇注和冷却凝固121

5.1 金属液的充填121

6 消失模铸造缺陷与对策123

5.4 消失模铸造的凝固特性123

7.1 工艺参数的确定124

7 发泡模具设计与制造124

7.2 发泡模具设计125

7.3 发泡模具制造127

8.2 废气处理方法129

8.1 废气状况129

8 清洁化生产129

1.4 应用范围130

1.3 工艺特点130

第7章 金属型铸造130

1 概述130

1.1 铸造原理130

1.2 工艺过程130

2.2 铸件在金属型中的位置131

2.1 基准面的选择131

2 铸件工艺设计131

2.4 铸件工艺性设计132

2.3 分型面的选择132

2.5 浇注系统133

2.6 冒口设计139

3.1 金属型结构形式142

3 金属型设计142

3.2 金属型结构设计143

3.3 金属型操纵机构设计150

3.4 金属型加热和冷却159

3.5 金属型用材料及其选用161

3.7 金属型寿命163

3.6 金属型的尺寸精度及表面粗糙度163

4.1 金属型的准备166

4 铸造工艺166

4.2 金属型的浇注工艺168

4.3 金属型的试铸169

4.4 典型铸件铸造工艺举例170

5.1 类型172

5 金属型铸造机172

5.2 通用金属型铸造机173

5.4 铸造生产流水线176

5.3 铸造机的选定176

6 铸件常见缺陷及防止方法178

1.2 压铸特点180

1.1 压力铸造成形原理与工艺流程180

第8章 压力铸造180

1 概述180

2.1 压铸件设计的基本要求181

2 压铸件结构设计181

1.3 应用范围181

2.2 压铸件的结构要素183

2.3 压铸件尺寸精度191

3.1 概述194

3 压铸合金194

3.2 各类压铸合金195

4.2 各类压铸机200

4.1 压铸机的分类200

4 压铸机200

5.3 压铸机的选择202

5.2 压铸型的分类与结构组成202

5 压铸型设计202

5.1 压铸型设计的依据与要求202

5.4 分型面的确定203

5.5 浇注系统的设计204

5.6 成形零件的设计212

5.7 抽芯机构的设计217

5.8 推出机构的设计222

5.9 复位机构224

5.10 压铸型的冷却系统225

5.11 压铸型的技术要求226

6.1 压力227

6 压铸工艺227

6.2 速度228

6.3 温度229

6.5 压铸涂料230

6.4 时间230

7.3 精、速、密压铸232

7.2 定向、抽气、加氧压铸232

7 特种压铸工艺232

7.1 真空压铸232

8.2 合金液的输送及浇注工具233

8.1 压铸型加热233

8 压铸生产233

8.3 浇注234

8.4 自动取件与喷涂235

8.6 压铸件主要缺陷特征、产生原因及控制236

8.5 压铸件后处理236

1.2 工艺特点241

1.1 铸造原理及工艺过程241

第9章 低压铸造241

1 概述241

1.3 应用范围242

2.2 浇冒口系统设计244

2.1 铸型种类选择244

2 铸型工艺244

3.1 保温炉及密封坩埚系统247

3 低压铸造设备247

3.3 液面加压控制系统248

3.2 铸型开合机构248

3.4 计算机控制低压铸造设备249

4.1 升液管和保温坩埚的准备250

4 低压铸造工艺250

4.3 低压浇注251

4.2 铸型的准备251

4.4 低压铸造实例252

5.1 差压铸造254

5 特种低压铸造工艺254

5.2 真空吸铸257

6.2 结晶器真空吸铸常见缺陷及防止方法262

6.1 低压铸造常见缺陷及其防止262

6 常见缺陷及其防止262

1.2 工艺特点265

1.1 工艺原理265

第10章 挤压铸造265

1 概述265

2.2 挤压铸造机266

2.1 挤压铸造对设备性能的要求266

1.3 应用范围266

2 挤压铸造设备266

3.3 铸件工艺分析268

3.2 铸型设计工艺参数268

3 铸型设计268

3.1 铸型设计基本要求268

3.5 排气和溢流槽的设计269

3.4 铸型分型面和挤压位置的选择269

3.7 铸型加工和装配技术要求270

3.6 模具材料270

4.1 铸型涂料271

4 铸造工艺271

4.4 压力272

4.3 浇注温度272

4.2 铸型温度272

4.8 典型铸件工艺273

4.7 保压时间273

4.5 加压开始时间273

4.6 加压和充型速度273

5 常见缺陷及防止方法275

1.4 应用范围277

1.3 离心铸造分类277

第11章 离心铸造277

1 概述277

1.1 工艺过程277

1.2 特点277

2.1 离心力场278

2 离心铸造工艺原理278

1.5 离心铸造发展278

2.2 合金液自由表面的形状279

2.4 合金液中非金属质点的移动280

2.3 离心压力280

2.5 合金凝固特点281

3.1 铸型涂料282

3 离心铸造工艺282

2.6 离心力偏析282

3.2 铸型温度284

3.3 铸型转速285

3.4 浇注系统287

3.5 合金定量288

3.7 浇注温度和铸件出型温度289

3.6 离心浇注充型参数289

4.2 普通筒式铸型290

4.1 离心铸件工艺设计290

4 铸型设计290

4.3 双层铸型291

4.4 端盖及紧固292

4.5 铸型损坏分析293

4.6 铸型材质选择295

5.1 离心铸造机构造297

5 离心铸造机297

5.2 主要零件设计299

5.3 离心铸造机附属装置301

5.4 专用离心铸造机302

6.1 离心铸造铸铁冶金复合轧辊303

6 离心铸造双金属铸件303

6.2 离心铸造空心铸铁复合轧辊306

6.3 离心铸造钢背铜合金轴瓦307

6.4 离心铸造钢背锡合金轴瓦309

7.2 铸铁缸套缺陷分析310

7.1 锡青铜铸件缺陷分析310

6.5 离心铸造钢和铸铁复合缸套310

7 离心铸件典型缺陷分析310

7.3 铸铁管缺陷分析311

7.4 钢管缺陷分析312

1.1 连续铸造的主要工艺方法314

1 概述314

第12章 连续铸造314

2.1 连续铸管的主要工艺及设备315

2 连续铸造铸铁管315

1.2 连续铸造产品的特点及应用315

2.2 主要工艺参数及其控制326

2.3 铸铁管主要缺陷及防止方法329

3.1 铸铁型材概述332

3 水平连续铸造铸铁型材332

3.3 主要工艺参数及质量控制335

3.2 主要工艺设备335

1.3 半固态金属铸造的优势339

1.2 半固态金属铸造的基本工艺过程339

第13章 半固态金属铸造339

1 概述339

1.1 半固态金属铸造的诞生339

1.4 半固态金属铸造的应用340

2.1 机械搅拌制备工艺341

2 半固态金属浆料或坯料的制备工艺341

2.2 电磁搅拌制备工艺342

2.3 变形诱变激活制备工艺343

2.4 低过热度浇注制备工艺344

2.5 其他制备工艺345

3.1 半固态金属坯料的重熔加热346

3 半固态金属的触变铸造346

3.2 半固态金属的触变压铸347

3.4 半固态金属的触变射铸351

3.3 半固态金属的触变锻造351

4.1 压射室制备浆料式流变铸造352

4 半固态金属的流变铸造352

4.2 单螺旋机械搅拌式流变铸造353

4.3 双螺旋机械搅拌式流变铸造354

4.4 低过热度倾斜板浇注式流变铸造355

4.5 低过热度浇注和弱机械搅拌式流变铸造357

2.3 快速成形的特点359

2.2 快速成形的原理359

第14章 快速铸造359

1 概况359

2 快速成形技术359

2.1 概述359

2.5 快速成形的典型工艺360

2.4 快速成形的过程360

2.6 快速成形样件的表面处理362

3.2 快速制造铸型364

3.1 快速铸造的技术路线364

3 快速铸造364

3.3 快速制造模样367

3.4 快速制造模具369

2 V法造型的特点373

1 基本原理373

第15章 V法造型373

4 V法造型工艺374

3 工艺装备374

7 塑料薄膜376

6 型砂376

5 涂料376

参考文献377

第6篇 铸造成形CAD/CAE381

2 铸造CAD/CAE/CAM技术383

1 铸造CAD技术发展383

第1章 铸造工艺CAD383

3 铸造工艺基本设计过程384

5.1 工艺设计三维造型的实现385

5 基于三维几何造型的铸造工艺CAD系统385

4 三维铸造工艺CAD系统功能分析385

5.5 参数化设计技术386

5.4 系统开发工具386

5.2 数据的操作与维护386

5.3 友好的用户界面386

5.7 工程数据库技术387

5.6 基于实体的特征造型技术387

6 小结388

1.1 液态金属流体性质的抽象389

1 液态金属充型过程的数学物理模型389

第2章 液态金属充型过程的数值模拟389

1.2 液态金属流动的基本方程390

1.4 紊流391

1.3 初始条件和边界条件391

2.1 SIMPLE算法393

2 液态金属充型过程的数值求解方法393

2.2 MAC技术394

2.3 SOLA-VOF方法396

2.4 格子气模型400

2.5 液态金属充型过程数值模拟中的其他问题401

3.1 并行计算技术概述405

3 液态金属充型过程数值模拟中的并行计算技术405

3.2 两种主要的并行编程环境——PVM与MPI407

3.3 铸造充型数值模拟中的并行计算技术应用408

4.3 逐层充填简化方法410

4.2 近表面迭代方法410

4 液态金属充型过程的简化模型及简化算法410

4.1 变网格方法410

5.1 压室慢压射过程流动模拟412

5 铸件充型过程数值模拟应用实例412

5.3 气缸盖罩盖充型过程模拟413

5.2 倒挡伺服器活塞充型模拟计算413

5.4 发动机罩盖充型过程模拟414

5.5 阀盖体充型过程模拟416

1.1 传热的基本方式417

1 凝固过程传热学基础417

第3章 铸件凝固过程数值模拟417

1.2 导热微分方程418

1.3 直角坐标系下一般方程的特殊形式420

1.5 凝固过程结晶潜热的处理421

1.4 导热过程的定解条件421

2.2 有限差分法的数学基础425

2.1 数值模拟方法介绍425

2 铸件凝固过程数值模拟方法425

2.3 凝固传热有限差分法求解426

3.1 铸钢件缩孔缩松预测430

3 铸件凝固过程缩孔缩松预测430

3.2 球墨铸铁缩孔缩松预测432

3.3 灰铁铸件缩孔缩松预测434

3.4 压力条件下的缩孔缩松预测436

4.1 分区计算的基本思想437

4 铸件凝固过程数值模拟计算效率研究437

4.2 分区计算的实现438

4.3 分区计算的计算效率439

5.1 大型缸体铸钢件的补浇工艺优化440

5 铸件凝固过程数值模拟工程应用440

5.2 大型压机上梁铸件工艺优化442

5.4 驱动轮毂灰铸铁件模拟及其工艺优化443

5.3 轮毂球墨铸铁件模拟及其工艺优化443

2.1 连续介质的离散445

2 有限元法基础445

第4章 铸造过程的应力场数值模拟445

1 概述445

2.3 等参单元的形函数446

2.2 形函数446

2.5 整体集成与求解447

2.4 高斯数值积分447

3.1 弹性力学基本方程448

3 热弹塑性模型及其有限元算法448

3.2 热弹塑性模型本构方程449

3.3 热弹塑性模型的有限元算法450

4.1 准固相区间流变学模型及其有限元算法451

4 其他力学模型和算法简介451

4.2 基于控制体积的弹性模型452

5.1 热-力耦合453

5 数值模拟中的几个主要问题453

5.2 铸件／铸型边界条件处理454

6.1 应力测试方法455

6 验证与工程应用455

5.3 有限元前处理455

5.4 基于准固相区热应力分析的热裂倾向预测455

6.2 应力框试件应力分析456

6.3 铸件、铸型接触单元算例457

6.4 铸铁带轮残余应力分析458

2.2 金属凝固热力学459

2.1 金属结晶的微观过程459

第5章 铸件的微观组织模拟459

1 引言459

2 金属凝固热力学与动力学459

2.3 界面过冷动力学460

2.4 形核461

2.5 生长463

3.1 宏观传输方程464

3 微观组织模拟的数学模型464

3.2 金属凝固过程中的溶质再分配与扩散过程465

3.3 金属凝固过程的微观动力学模型466

4.1 基本原理470

4 确定性模拟方法470

4.2 共晶合金471

5.1 基本原理472

5 相场方法472

4.3 枝晶合金472

5.2 相场方程473

5.3 枝晶生长的模拟474

6.1 Monte Carlo方法476

6 随机性模拟方法476

6.2 Cellular Automata方法477

7.1 液固相变时的微观组织模拟482

7 球墨铸铁的微观组织模拟482

7.2 固态相变时的微观组织模拟483

7.4 某球墨铸铁件的微观组织模拟与验证485

7.3 球墨铸铁力学性能预测485

1 并行工程环境下铸造CAD/CAE的集成488

第6章 并行工程与网络化铸造488

2.3 ASP需要解决的问题489

2.2 ASP的发展概况489

2 全新的服务提供者ASP489

2.1 ASP的概念489

3.1 文件管理模块及前处理模块490

3 网络化铸造工艺CAE系统设计490

3.2 核心计算模块491

3.4 网络安全和系统管理模块492

3.3 后处理模块492

4.2 网络化凝固模拟网站493

4.1 系统方案选择493

4 基于Web的铸造工艺CAE系统网站493

5 小结496

参考文献497

第7篇 铸造生产质量检测及控制501

1.2 温标503

1.1 温度503

第1章 温度检测503

1 温度与温标503

2.1 玻璃液体温度计505

2 膨胀类温度计505

2.2 双金属温度计507

2.3 压力式温度计508

3.4 标准化热电偶510

3.3 热电偶温度计的结构510

3 热电偶类温度计510

3.1 工作原理510

3.2 热电偶温度计的分类510

3.6 热电偶绝缘材料512

3.7 热电偶保护管512

3.5 非标准化热电偶512

3.8 铠装热电偶514

3.10 补偿导线518

3.9 其他特殊热电偶518

4.2 纯金属电阻温度计519

4.1 电阻温度计的分类519

4 电阻温度计519

5.1 辐射温度计的测温原理522

5 辐射温度计522

4.3 热敏电阻522

5.2 辐射温度计的分类和基本结构523

5.3 光学高温计524

5.6 热像仪525

5.5 比色温度计525

5.4 全辐射温度计525

5.7 辐射温度计的选型526

6.2 光纤温度计的应用527

6.1 光纤温度计的分类及原理527

6 光纤温度计527

1 铸造热分析技术529

第2章 金属液的热分析529

1.1 铸造热分析的基本原理530

1.2 铸造热分析系统的基本组成532

2 用热分析法测定铁液成分533

2.2 碳当量的检测534

2.1 原理534

2.3 碳和硅含量的检测535

3 热分析法在综合评估金属液质量方面的应用536

2.4 采用微分热分析法检测铁液成分536

3.1 在评估球墨铸铁铁液质量方面的应用537

3.2 在评估灰铸铁铁液质量方面的应用540

3.3 在评估铝合金液质量方面的应用542

3.5 利用冷却曲线整体形状综合评估金属液质量544

3.4 热分析法与微机技术相结合综合评估金属液质量544

1.1 体视学基本符号547

1 定量金相分析的体视学基础547

第3章 定量金相分析547

1.2 体视学基本公式548

2.1 基本测量方法549

2 显微组织特征参数的测量原理549

2.2 定量金相试样的选取与制备551

2.3 显微组织特征参数的测量552

3.1 自动图像分析仪的基本原理与结构558

3 图像分析仪558

3.2 计算机图像处理基本原理559

3.3 基于PC机的图像分析仪560

4 定量金相学的应用561

3.4 自动图像分析的误差561

4.1 金属与合金组织基本参数的定量分析测量562

4.2 研究材料组织与性能间的定量关系563

4.3 研究相变过程动力学565

1.2 原砂（耐火材料）566

1.1 取样方法566

第4章 型砂性能检测566

1 原材料566

1.3 黏结剂572

1.4 附加物584

2.2 试样制备587

2.1 取样方法587

2 型（芯）砂587

2.3 黏土砂588

2.4 水玻璃砂595

2.5 油砂596

2.6 树脂砂597

1.4 无损检测方法的选用601

1.3 铸铁的缺陷及其分类601

第5章 铸件的无损检测601

1 概述601

1.1 无损检测技术的特点及其发展601

1.2 无损检测技术的分类601

2.2 超声检测技术基础602

2.1 概述602

2 超声检测602

2.3 超声检测方法604

2.4 超声检测设备605

2.5 铸件缺陷的超声检测606

2.7 铸件的超声检测标准607

2.6 铸件缺陷当量的确定607

2.9 铸件超声检测的应用608

2.8 铸件超声探伤规范608

2.10 自动化超声检测610

2.11 声成像超声检测611

2.12 电磁超声检测614

2.13 超声检测新技术615

3.2 射线检测技术基础616

3.1 概述616

3 射线检测616

3.3 X射线检测方法618

3.4 铸件的射线检测622

3.5 γ射线检测方法623

3.7 射线实时检测技术624

3.6 高能射线检测方法624

3.8 工业射线CT检测技术625

4.2 磁粉检测技术基础626

4.1 概述626

3.9 射线的防护626

4 磁粉检测626

4.3 磁粉检测方法627

4.5 铸件的磁粉检测630

4.4 磁粉检测设备630

5.3 渗透检测技术规范631

5.2 渗透检测方法631

5 渗透检测631

5.1 概述631

6.2 涡流检测技术基础633

6.1 概述633

6 涡流检测633

6.3 涡流检测方法636

6.4 涡流检测设备构成637

6.6 电磁分选638

6.5 涡流检测的应用638

7.1 声发射检测技术639

7 其他无损检测方法639

7.2 微波检测技术641

7.3 激光全息检测技术642

7.4 球墨铸铁球化率的检测643

7.5 工业内窥镜检测644

8 检测技术与质量控制645

8.3 检测的可靠性646

8.2 质量保证646

8.1 质量工程学概论646

2.3 常见质量特性分布648

2.2 抽样的基本概念648

第6章 统计工艺控制SPC在铸造中的应用648

1 概述648

2 铸造生产过程数理统计基础648

2.1 铸造生产过程中质量特性分类648

3.2 调查表法649

3.1 分层法649

3 七种工具649

3.4 因果分析图650

3.3 排列图650

3.6 直方图651

3.5 散布图法651

4.1 工序能力的概念652

4 工序能力652

4.2 工序能力分析653

5.1 控制图原理654

5 SPC与控制图654

4.3 工序能力和不良品率654

4.4 6σ质量标准654

5.2 控制图的判断准则658

5.3 控制图的使用659

5.4 控制图举例660

5.5 统计管理的控制点的设置661

6 PDCA工作循环662

7 计算机辅助统计质量控制664

2 铸造专家系统的发展665

1 概述665

第7章 铸造专家系统665

3.1 铸造方法与铸造合金的选择专家系统667

3 铸造专家系统举例667

3.2 铸造过程缺陷识别专家系统668

3.3 铸造过程型砂控制专家系统670

4 铸造专家系统的开发策略674

2.1 PDM的主要功能675

2 PDM的定义675

第8章 铸造企业PDM675

1 PDM产生的背景675

3 PDM与CAD/CAM/CAPP/MRPⅡ的关系676

2.2 PDM的体系结构676

6 PDM在铸造中的应用677

5 实施677

4 国内外PDM软件677

参考文献679