光固化成型_百度百科
光固化成型
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&Stereo lithography Appearance&的缩写,即立体光固化成型法.
用特定与强度的激光聚焦到光固化材料表面,使之由点到线,由线到面顺序凝固,完成一个层面的绘图作业,然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度,再固化另一个层面.这样层层叠加构成一个三维实体.
3D Systems 推出的Viper Pro SLA system
SLA 的优势
1. 光固化成型法是最早出现的制造工艺,成熟度高,经过时间的检验.
2. 由CAD数字模型直接制成原型,加工速度快,产品生产周期短,无需工具与模具.
3.可以加工结构外形复杂或使用传统手段难于成型的原型和模具.
4. 使CAD数字模型直观化,降低错误修复的成本.
5. 为实验提供试样,可以对计算机仿真计算的结果进行验证与校核.
6. 可联机操作,可远程控制,利于生产的自动化.
SLA 的缺憾
1. SLA系统造价高昂,使用和维护成本过高.
2. SLA系统是要对液体进行操作的精密设备,对工作环境要求苛刻.
3. 成型件多为树脂类,强度,刚度,耐热性有限,不利于长时间保存.
4. 预处理软件与驱动软件运算量大,与加工效果关联性太高.
5. 软件系统操作复杂,入门困难;使用的文件格式不为广大设计人员熟悉.
6. 立体光固化成型技术被单一公司所垄断.
SLA 的发展趋势与前景
立体光固化成型法的的发展趋势是高速化,节能环保与微型化.
不断提高的使之有最先可能在生物,医药,微电子等领域大有作为.
光固化成型的应用
在当前应用较多的几种工艺方法中，光固化成型由于具有成型过程自动化程度高、制作原型表面质量好、尺寸精度高以及能够实现比较精细的尺寸成型等特点，使之得到最为广泛的应用。在的交流、单件小批量、、快速工模具及直接面向产品的模具等诸多方面广泛应用于航空、汽车、电器、消费品以及医疗等行业。
1 SLA 在航空航天领域的应用
在航空航天领域，SLA 模型可直接用于，进行可制造性、可装配性检验。航空航天零件往往是在内运行的复杂系统，在采用光固化成型技术以后，不但可以基于SLA 原型进行装配干涉检查，还可以进行可制造性讨论评估，确定最佳的合理制造工艺。通过快速、快速等辅助技术进行特殊复杂零件（如涡轮、叶片、叶轮等）的单件、小批量生产，并进行发动机等部件的试制和试验。
航空领域中发动机上许多零件都是经过来制造的，对于高精度的木模制作，传统工艺成本极高且制作时间也很长。采用SLA 工艺，可以直接由CAD 数字模型制作熔模铸造的母模，时间和成本可以得到显著的降低。数小时之内，就可以由CAD 数字模型得到成本较低、结构又十分复杂的用于熔模铸造的SLA 母模。
利用光固化成型技术可以制作出多种弹体外壳，装上传感器后便可直接进行。通过这样的方法避免了制作复杂曲面模的成本和时间，从而可以更快地从多种设计方案中筛选出最优的整流方案，在整个开发过程中大大缩短了验证周期和。此外，利用光固化成型技术制作的导弹全尺寸模型，在模型表面表进行相应后，清晰展示了导弹外观、结构和战斗原理，其展示和讲解效果远远超出了单纯的电脑图纸模拟方式，可在未正式量产之前对其可制造性和可装配性进行检验。
2 SLA 在其他制造领域的应用
快速成型技术除了在航空航天领域有较为重要的应用之外，在其他制造领域的应用也非常重要且广泛，如在汽车领域、模具制造、电器和铸造领域等。下面就光固化快速成型技术在汽车领域和铸造领域的应用作简要的介绍。
生产的特点就是产品的多型号、短周期。为了满足不同的生产需求，就需要不断地改型。虽然现代计算机模拟技术不断完善，可以完成各种动力、强度、刚度分析，但研究开发中仍需要做成实物以验证其外观形象、工装可安装性和可拆卸性。对于形状、结构十分复杂的零件，可以用光固化成型技术制作零件原型，以验证设计人员的设计思想，并利用零件原型做功能性和装配性检验。
快速成型技术还可在发动机的试验研究中用于流动分析。流动分析技术是用来在复杂零件内确定液体或气体的流动模式。将透明的模型安装在一简单的试验台上，中间循环某种液体，在液体内加一些细小粒子或细气泡，以显示液体在流道内的流动情况。该技术已成功地用于（、机体水箱）、进等的研究。问题的关键是透明模型的制造，用传统方法时间长、花费大且不精确，而用SLA技术结合CAD 造型仅仅需要4~5 周的时间，且花费只为之前的1/3，制作出的透明模型能完全符合机体水箱和气缸盖的CAD 数据要求，模型的表面质量也能满足要求。
光固化成型技术在汽车行业除了上述用途外，还可以与逆向工程技术、快速模具制造技术相结合，用于汽车车身设计、前后保险杆总成试制、内饰门板等结构样件/ 功能样件试制、赛车零件制作等。
在铸造生产中，模板、芯盒、压蜡型、等的制造往往是采用机加工方法，有时还需要进行修整，费时耗资，而且精度不高。特别是对于一些形状复杂的铸件（例如飞机发动机的叶片、船用、汽车、拖拉机的缸体、缸盖等），模具的制造更是一个巨大的难题。虽然一些大型企业的铸造厂也备有一些数控机床、仿型铣等高级设备，但除了设备价格昂贵外，的周期也很长，而且由于没有很好的软件系统支持，机床的编程也很困难。快速成型技术的出现，为铸造的铸模生产提供了速度更快、精度更高、结构更复杂的保障。
光固化成型技术的研究进展
自问世以来在快速制造领域发挥了巨大作用，已成为工程界关注的焦点。光固化原型的制作精度和成型材料的性能成本，一直是该技术领域研究的热点。目前，很多研究者通过对成型参数、成型方式、材料固化等方面分析各种影响成型精度的因素，提出了很多提高光固化原型的制作精度的方法，如扫描线重叠区域固化工艺、改进的二次曝光法、研究开发用CAD 原始数据直接切片法、在制件加工之前对工艺参数进行优化等，这些工艺方法都可以减小零件的变形、降低，提高原型的制作精度。此外，SLA 所用的材料为液态，其性能的好坏直接影响到成型零件的强度、韧性等重要指标，进而影响到SLA 技术的应用前景。所以近年来在提高成型材料的性能降低成本方面也做了很多的研究，提出了很多有效的工艺方法，如将改性后的纳米SiO2 分散到自由基- 阳离子混杂型的光敏树脂中，可以使光敏树脂的临界增大而投射深度变小，其成型件的、硬度和有明显的提高；又如在中加入SiC ，可以提高其韧性和可靠性；开发新型的固化树脂，这种新型树脂使用可见光便可固化且固化速度快，对人体危害小，提高生产效率的同时大幅度地降低了成本。
快速成型技术发展到今天已经比较成熟，各种新的成型工艺不断涌现。下面从微光固化和生物医学两方面展望SLA 技术。
1 微光固化快速成型制造技术
目前，传统的SLA 设备成型精度为±0.1mm，能够较好地满足一般的工程需求。但是在微电子和生物工程等领域，一般要求制件具有微米级或亚微米级的细微结构，而传统的SLA 工艺技术已无法满足这一领域的需求。尤其在近年来，（MicroElectro-Mechanical Systems）和微电子领域的快速发展，使得微机械结构的制造成为具有极大研究价值和经济价值的热点。微光固化μ-SL（Micro Stereolithography）便是在传统的SLA 技术方法基础上，面向微机械结构制造需求而提出的一种新型的快速成型技术。该技术早在20 世纪80 年代就已经被提出，经过将近20 多年的努力研究，已经得到了一定的应用。目前提出并实现的μ-SL 技术主要包括基于单光子吸收效应的μ-SL 技术和基于效应的μ-SL 技术，可将传统的SLA 技术成型精度提高到亚微米级，开拓了快速成型技术在微机械制造方面的应用。但是，绝大多数的μ-SL 制造技术成本相当高，因此多数还处于试验室阶段，离实现大规模工业化生产还有一定的距离。因而今后该领域的研究方向为：开发低成本生产技术，降低设备的成本；开发新型的树脂材料；进一步提高光成型技术的精度；建立μ-SL 数学模型和物理模型，为解决工程中的实际问题提供理论依据；实现μ-SL与其他领域的结合，例如生物工程领域[8] 等。
2 生物医学领域
快速成型技术为不能制作或难以用传统方法制作的模型提供了一种新的方法，基于CT图像的光固化成型技术是应用于假体制作、复杂外科手术的规划、口腔颌面修复的有效方法。目前在生命科学研究的前沿领域出现的一门新的交叉学科——组织工程是光固化成型技术非常有前景的一个应用领域。基于SLA技术可以制作具有的人工骨支架，该支架具有很好的机械性能和与细胞的，且有利于的黏附和生长。如图5 所示为用SLA 技术制作的组织工程支架，在该支架中植入老鼠的预成骨细胞，细胞的植入和黏附效果都很好[9]。
误差分析 ：
的误差分析光固化快速成型技术的基本原理是将任意复杂的三维CA
D模型转化为一系列简单的二维层片,逐层固化粘结,从而获得&按照成型机的成型工艺过程,可以将产生成型误差的因素按图1.1所示分类&。
2.前期数据处理误差
由于成型机所接收的是模型的轮廓信息,所以加工前必须对其进行数据转换&1987年,3DsystSnel公司对任意曲面CAD模型作小三角型平面近似,开发了TsL文件格式,并由此建立了从近似模型中进行切片获取截面轮廓信息的统一方法,延用至今[1]&多年以来,STL文件格式受到越来越多的CAD系统和设备的支持,其优点是大大简化了CAD模型的数据格式,是目前CAD系统与RP系统之间的数据交换标准,它便于在后续分层处理时获取每一层片实体点的坐标值,以便控制扫描镜头对材料进行选择性扫描&因此被工业界认为是目前数据的准标准,几乎所有类型的快速成型系统都采有STL数据格式,极大地推动了快速成型技术的发展&对进行数据处理,误差主要产生于三维CAD模型的STL文件输出和对此STL文件的分层处理两个过程中&下面将分别论述STL格式文件转换和分层处理对成型精
2.1几文件格式转换误差
STL几文件的数据格式是采用小三角形来近似逼近三维CAD模型的外表面,小三角形数量的多少直接影响着近似逼近的精度.显然,精度要求越高,选取的三角形应该越多&一般三维CAD系统在输出STL格式文件时都要求输入精度参数,也就是用STL格式拟合原CAD模型的最大允许误差&这种文件格式将CAD连续的表面离散为三角形面片的集合,当表面均为平面时不会产生误差,.但对于曲面而言,不管精度怎么高,也不能完全表达原表面,这种逼近误差不可避免地存在&如制作一圆柱体,当沿轴线方向成型时,如果逼近精度有限,则明显地看到圆柱体变成了,如图1.2所示&
图1.2圆柱体的STL文件格式
解决方法：清除这种误差的根本途径是直接从CAD模型获 取制造数据,但是目前实用中尚未达到这一步&现有的办法只能在对CAD模型进行ST职洛式转换时,通过恰当地选择精度参数值减少这一误差,这往往依赖于经验&。
2.2分层处理对成型精度的影响
分层处理产生的误差属于原理误差,分层处理以S几文件格式为基础,先确定成型方向,通过一簇垂直于成型方向的平行平面与STL文件格式模型相截,所得到的截面与模型实体的交线再经过数据处理生成截面轮廓信息,平行平面之间的距离就是分层厚度&由于每一切片层之间存在距离,因此切片不仅破坏了模型表面的连续性,而且不可避免地丢失了两切片层间的信息,这一处理造成分层方向的尺寸误差和面型精度误差&。
(1)分层方向尺寸误差分析
进行分层处理时,确定分层厚度后,如果分层平面正好位于顶面或底面,则所得到的多边形恰好是该平面处实际轮廓曲线的内接多边形;如果汾层平面与此两平面不重合,即沿切层方向某一尺寸与分层厚度不能整除时,将会引起分层方向的尺寸误差&
1)增加分层数量!减小分层厚度
为了获得较高的面型精度,应尽可能减小分层厚度,但是,分层数量的增加,使制造效率显著降低&同时,层厚太小会给涂层处理带来一定的困难&另外,自适应性切片分层技术能够较好的提高面型精度,是解决这一问题的较为有效途径&
2)优化成型制作方向
优化成型制作方向,实质上就是减小模型表面与成型方向的角度,也就是减小体积误差&
3成型加工误差
3.1机器误差
机器误差是成型机本身的误差,它是影响制件精度的原始误差&机器误差在成型系统的设计及制造过程中就应尽量减小,因为它是提高制件精度的硬件基础&。
(l)工作台Z方向运动误差
工作台Z方向运动误差直接影响堆积过程中的层厚精度,最终导致Z方向的尺寸误差;而工作台在垂直面内的运动宏观上产生制件的形状!,微观上导致粗糙度增大&对于CPS350成型机来说,所采用的系统在500mm范围内的全程为0.03mm,双向为0003mm。
(2)X.Y方向同步带变形误差
X.Y扫描系统采用X,Y二维运动,由驱动同步齿形带并带动扫描镜头运动在定位时,由于同步带的变形,会影响定位的精度,常用的方法是采用位置补偿系数来减小其影响CPS35O成型机出厂后进行位置补偿,其重复定位精度可达到005mm。
扫描过程中,X.Y扫描系统存在以下问题:
1)系统运动的影响
对于采用步进电机的开环驱动系统而言,步进电机本身和机械结构都影响扫描系统的&-XY扫描系统在扫描换向阶段,存在一定的惯性,使得扫描头在零件边缘部分超出设计尺寸的范围,导致零件的尺寸有所增加&同时扫描头在扫描时,始终处于反复加速减速的过程中,因此,在工件边缘,低于中间部分,光束对边缘的照射时间要长一些,并且存在扫描方向的变换,扫描系统惯性力大,加减速过程慢,致使边缘处树脂固化程度较高&。
2)扫描机构振动的影响
成型过程中,扫描机构对零件的分层截面作往复填充扫描,扫描头在的驱动下本身具有一个,由于各种长度的扫描线都可能存在,所以在一定范围内的各种频率都有可能发生,当发生时,振动增大,成形零件将产生较大的误差&。
3.2光固化成型误差
(1)光斑直径产生的误差
这一固化成型特点,使所做出的零件实体部分实际上每侧大了一个半径,零件的长度尺寸大了一个光斑直径,使零件产生正偏差,虽然控制软件中采用自适应拐角延时算法,但由于光斑直径的存在,必然在其拐角处形成圆角,导致形状,降低了制件的形状精度,而使得一些小尺寸制件无法加工&由上述分析可知,如果不采用光斑补偿,将使制件产生正偏差&为了消除或减少正偏差,实际上采用光斑补偿,使光斑扫描路径向实体内部缩进一个光斑半径&。
4.后处理产生的误差
从成型机上取出已成型的工件后,需要进行剥离支撑结构,有的还需要进行、修补、打磨、抛光和表面处理等,这些工序统称为后处理&这类误差可分为以下几种:
(1)工件成型完成后,去除支撑时,可能表面质量产生影响,所以支撑设计时要合理,不多不少,一般支撑间距为6nnn&支撑的设计与成型方向的选取有关,在选取成型方向时,要综合考虑添加支撑要少,并便于去除等&。
(2)由于温度!湿度等环境状况的变化,工件可能会继续变形并导致误差,并且由于成型工艺或工件本身结构工艺性等方面的原因,成型后的工件内总或多或少地存在,这种残余应力会由于时效的作用而全部或部分地消失,这也会导致误差&设法减小成型过程中的残余应力有利于提高零件的成型精度&。
(3)制件的表面状况和等方面还不能完全满足最终产品的要求&例如制件表面不光滑,其曲面上存在因分层制造引起的小台阶、小缺陷,制件的薄壁和某些小特征结构可能强度不足、尺寸不够精确!表面硬度或色彩不够满意&采用修补、打磨、抛光是为了提高表面质量,表面涂覆是为了改变制品表面颜色提高其强度和其它性能,但在此过程中若处理不当都会影响原型的尺寸及,产生后处理误差&。
如何控制成形工艺的精度是目前众多研究者和学者必须考虑的一个问题。尽管目前可以通过多种方法来提高制件的成形精度，比如直接对三维 CAD 模型进行分层以避免 STL 文件转换过程中造成的误差和通过改进激光扫描方式也可以减小制件的和形变量来提高制件的精度等方法都可以实现对精度的控制。但是在整个成形工艺过程中，其和工艺参数对制件的精度也存在着很大的影响，仍然需要进一步的研究。另外，光固化工艺的、生产效率及制件性能也需要在整个成形过程中考虑的重要因素。掌握了不锈钢精密铸造工艺的相关介绍会使我们打造出更加优质的铸件产品 - 江苏兴化市强力特种钢铸件厂
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掌握了不锈钢精密铸造工艺的相关介绍会使我们打造出更加优质的铸件产品
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不锈钢精密铸造的机械性能比铸铁高，但其铸造性能却比铸铁差，属于熔模精密铸造或精密铸造。不锈钢具有熔点较高，钢液易氧化、钢水的流动性差、收缩性大等特点，精密铸造适用于各种类型不锈钢的铸造。
硅溶胶工艺不锈钢铸造属于熔模精密铸造或精密铸造，是一种少切削货物切削的铸造工艺，是铸造行业中的一项优异的工艺技术，其应用非常广泛。它不仅适用于各种类型、各种合金的铸造，而且生产出的尺度精度、表面质量比其他铸造方法更高，甚至其他铸造方法难以铸造的复杂、耐高温、不易于加工的铸件，均可采用熔模精密铸造铸得。
所谓熔模铸造工艺，简单说就是用易熔材料（例如蜡料或塑料）制成可熔性模型（简称熔模或模型），在其上涂覆若干层特制的耐火涂料，经过干燥和硬化形成一个整体型壳后，再用蒸汽或热水从型壳中熔掉模型，然后把型壳置于砂箱中，在其四周填充干砂造型，最后将铸型放入培烧炉中经过高温培烧（如采用高强度型壳时，可不必造型而将脱模后的型壳直接焙烧），铸型或型壳经焙烧后，于其中浇注熔融金属而得到铸件。
熔模铸件尺寸精度较高，一般可达CT4~6（砂型铸造为CT10~13，压铸为CT5~7），当然由于熔模铸造的工艺过程复杂，影响铸件尺寸精度的因素较多，例如磨料的收缩、熔模的变形、型壳在加热和冷却过程中的线量变化、合金的收缩率以及在凝固过程中铸件的变形等，所以普通熔模铸件的尺寸精度虽然较高，但其一致性仍需提高（采用中、高温蜡料的铸件尺寸一致性要提高很多）。
压制熔模时，采用型腔表面光洁度高的压型，因此，熔模的表面光洁度也比较高。此外，型壳由耐高温的特殊黏结剂和耐火材料配制成的耐火涂料挂在熔模上而制成的，与熔融金属直接接触的型腔内表面光洁度高。所以，熔模铸件的表面光洁度比一般铸件的高，一般可达Ra1.6~3.2μm。
熔模铸造最大的优点就是由于熔模铸件有着很高的尺寸精度和表面光洁度，所以可减少机械加工工作，只是在零件上要求较高的部位留少许加工余量即可，甚至某些铸件只留打磨、抛光余量，不比机械加工即可使用。由此可见，采用熔模铸造方法，可以大量节省机床设备和加工工时，大幅度节约原材料金属。
不锈钢各种铸造工艺的主要特点比较中包括利用金属型永久型模及压铸方面的铸造工艺。实际直到最近，由于所用压铸机的金属配件，包括压型要承受强烈的热冲击，使金属配件的使用寿命缩短，因此还没有哪类钢应用该铸造工艺可进行大批量生产。但是压铸工艺具有很高的生产率，故研究不锈钢压铸法发展很快，已成为现在生产铸件可行方法之一。
熔模铸造方法的另一优点是，它可以铸造各种合金的复杂的铸件，特别是可以铸造高温合金铸件。如喷气式发动机的叶片，其流线型外廓与冷却用内腔，用机械加工工艺几乎无法形成。用熔模铸造工艺生产不仅可以做到批量生产，保证了铸件的一致性，而且避免了机械加工后残留刀纹的应力集中。他们的基本工艺还是差距不大的，主要是不锈钢熔炼温度略高，所采用的造型材料及熔炼炉的筑炉材料有差异。
另外如果需要准确区别铸造，则还需要说明两者采用的是什么工艺生产，例如普通砂铸、熔模铸造，熔模铸造又分为水玻璃工艺、硅酸乙酯工艺或硅溶胶工艺等等，没有具体说明及产品生产要求，很难明确说明两者间的具体差异。
铸造是将液体金属浇注到铸型，待其冷却凝固后，以获得一定形状和性能铸件的成型方法。多数铸件需要机械加工后方可使用，这类铸件叫做铸件毛坯。也有的不经过机械加工直接装配到机器上即可使用。
铸造方法有很多，常分为砂型铸造和特种铸造两类。砂型铸造即为型砂紧实成型的铸造方法。特种铸造是与砂型铸造不同的其他铸造方法，如金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、陶瓷铸造等。
熔模铸造、精密铸造及失蜡铸造在本质上都是完全相同的。精密铸造的特点是在设计上较其他金属成型法具有更大的灵活性。当铸件形状复杂而精度要求又较高时，许多合金包括不锈钢都可用此法生产。铸件可达到较高的精度，因此铸件可以少加工或不需切削加工。此法与砂型铸造相似，即在金属浇铸、凝固后破坏铸型取出铸件。但精密铸造又与其他铸造方法不同，即模样和铸型都是一次性的。
生产蜡模的压型根据所需铸件的精度及压型的使用寿命，可选用钢、铝、软金属或橡胶替材料来制造。
精密铸件可由实型法或陶瓷型壳法生产。实型法是用细的硅胶涂料先在一次性的模样上涂刷一层，再撒上耐火沙子，然后在模样周围灌以浆料，并让其凝固。模样因为没有分型面，所以所有尺寸公差都保证一定的精度。震动砂箱使模样周围的浆料密实而无气泡，并使水和固体材料分离，由型箱上部排出。将沙箱倒置在烘炉中使蜡模熔化蜡液流出，即剩下铸型。铸型在高温下进行焙烧，熔烧后当铸型还处在热状态即准备进行浇注。铸型按垂直方式排列，通常采用重力浇注，有时也采用离心、真空或大气压力的方法，在热的铸型中进行浇注。浇注完毕后，使铸型冷却，然后破坏铸型取出铸件。
陶瓷壳型铸造由于制作铸型的费用较实型铸造法便宜，这已被证实对精密铸造生产者是有利的。法的模样是用蜡模在中心直浇口棒上。经组成好的模组在合适的溶剂中仔细清洗，浸入硅酸乙酯中滴流几分钟。停止滴流后，将模组放入流态床中涂刷熔融过的石英砂涂刷，一般涂刷5层就足够了。陶瓷壳型铸造占所有精密铸件的85%以上。
蜡模通常优于塑料模。因为它价格比较便宜而且容易焊成树状。由于蜡膜尺寸对温度具有敏感性，故通常为它提供具有空调的房间。精密铸造法尺寸公差的控制不仅要考虑铸件本身尺寸的变化，也要计算蜡模及铸型尺寸的变化。液态蜡注入压型后凝固及冷却时收缩，陶瓷壳型在高温加热时引起尺寸的变化，铸造合金在凝固及随后冷却时的收缩，所有这些尺寸的变化，都要跑通过制造压型时来加以补偿，而蜡模是由压型直接制造出来的。
常用的精密铸造混合料中的耐火材料为细石英砂和石英粉。有时由于要获得高熔点或改进热稳定性，也采用其他耐火材料，如锆石英、刚玉、氧化镁，黏合剂包括硅酸乙酯及磷酸镁。
这些黏合剂在铸型脱蜡后经过高温（980~1100℃）焙烧，使可获得足够的强度。
精密铸造的设计者在铸件几何形状的设计方面有着广阔的天地。在蜡模中应用水溶性蜡芯，就完全能生产出内部轮廓相当复杂的铸件。这些芯子在形成整个铸型之前，便从蜡模中被融掉。在浇注后，不锈钢铸件可在专门的盐浴池中清理，从型芯形成的空腔中去除耐火铸型。
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【引言】铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺,已有约6000年的历史.中国约在公元前1700~前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期,工艺上已达到相当高的水平.一、铸造的定义和分类铸造的定义:是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中,待其冷却凝固......
点击上方「材料科学与工程」快速关注材料类综合、全面、专业的微信平台【引言】铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。中国约在公元前1700～前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。一、铸造的定义和分类铸造的定义：是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，获得具有一定形状、尺寸和性能金属零件毛坯的成型方法。常见的铸造方法有砂型铸造和精密铸造，详细的分类方法如下表所示。砂型铸造：砂型铸造——在砂型中生产铸件的铸造方法。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。精密铸造：精密铸造是用精密的造型方法获得精确铸件工艺的总称。它的产品精密、复杂、接近于零件最后形状，可不加工或很少加工就直接使用，是一种近净形成形的先进工艺。铸造方法分类二、常用的铸造方法及其优缺点1. 普通砂型铸造制造砂型的基本原材料是铸造砂和型砂粘结剂。最常用的铸造砂是硅质砂，硅砂的高温性能不能满足使用要求时则使用锆英砂、铬铁矿砂、刚玉砂等特种砂。应用最广的型砂粘结剂是粘土，也可采用各种干性油或半干性油、水溶性硅酸盐或磷酸盐和各种合成树脂作型砂粘结剂。砂型铸造中所用的外砂型按型砂所用的粘结剂及其建立强度的方式不同分为粘土湿砂型、粘土干砂型和化学硬化砂型3种。砂型铸造用的是最流行和最简单类型的铸件已延用几个世纪.砂型铸造是用来制造大型部件，如灰铸铁，球墨铸铁,不锈钢和其它类型钢材等工序的砂型铸造。其中主要步骤包括绘画，模具，制芯，造型，熔化及浇注，清洁等。工艺参数的选择加工余量：所谓加工余量，就是铸件上需要切削加工的表面，应预先留出一定的加工余量，其大小取决于铸造合金的种类、造型方法、铸件大小及加工面在铸型中的位置等诸多因素。起模斜度：为了使模样便于从铸型中取出，垂直于分型面的立壁上所加的斜度称为起模斜度。铸造圆角：为了防止铸件在壁的连接和拐角处产生应力和裂纹，防止铸型的尖角损坏和产生砂眼，在设计铸件时，铸件壁的连接和拐角部分应设计成圆角。型芯头：为了保证型芯在铸型中的定位、固定和排气，模样和型芯都要设计出型芯头。收缩余量：由于铸件在浇注后的冷却收缩，制作模样时要加上这部分收缩尺寸。优点：粘土的资源丰富、价格便宜。使用过的粘土湿砂经适当的砂处理后，绝大部分均可回收再用；制造铸型的周期短、工效高；混好的型砂可使用的时间长；适应性很广。小件、大件，简单件、复杂件，单件、大批量都可采用；缺点及局限性：因为每个砂质铸型只能浇注一次，获得铸件后铸型即损坏，必须重新造型，所以砂型铸造的生产效率较低；铸型的刚度不高，铸件的尺寸精度较差；铸件易于产生冲砂、夹砂、气孔等缺陷。2. 熔模铸造用蜡料做模样时，熔模铸造又称&失蜡铸造&。熔模铸造通常是指在易熔材料制成模样，在模样表面包覆若干层耐火材料制成型壳，再将模样熔化排出型壳，从而获得无分型面的铸型，经高温焙烧后即可填砂浇注的铸造方案。由于模样广泛采用蜡质材料来制造，故常将熔模铸造称为“失蜡铸造”。可用熔模铸造法生产的合金种类有碳素钢、合金钢、耐热合金、不锈钢、精密合金、永磁合金、轴承合金、铜合金、铝合金、钛合金和球墨铸铁等。熔模铸造工艺过程优点：尺寸精度较高。一般可达CT4-6（砂型铸造为CT10~13，压铸为CT5~7）；可以提高金属材料的利用率。熔模铸造能显著减少产品的成形表面和配合表面的加工量，节省加工台时和刃具材料的消耗；能最大限度地提高毛坯与零件之间的相似程度，为零件的结构设计带来很大方便。铸造形状复杂的铸件熔模铸造能铸出形状十分复杂的铸件，也能铸造壁厚为0.5mm、重量小至1g的铸件，还可以铸造组合的、整体的铸件；不受合金材料的限制。熔模铸造法可以铸造碳钢、合金钢、球墨铸铁、铜合金和铝合金铸件，还可以铸造高温合金、镁合金、钛合金以及贵金属等材料的铸件。对于难以锻造、焊接和切削加工的合金材料，特别适宜于用精铸方法铸造；生产灵活性高、适应性强熔模铸造既适用于大批量生产，也适用小批量生产甚至单件生产。缺点及局限性：铸件尺寸不能太大工艺过程复杂铸件冷却速度慢。熔模铸造在所有毛坯成形方法中，工艺最复杂，铸件成本也很高，但是如果产品选择得当，零件设计合理，高昂的铸造成本由于减少切削加工、装配和节约金属材料等方面而得到补偿，则熔模铸造具有良好的经济性。3. 压铸压铸工艺原理是利用高压将金属液高速压入一精密金属模具型腔内，金属液在压力作用下冷却凝固而形成铸件。压力铸造 a) 合型浇注 b) 压射 c) 开型顶件冷、热室压铸是压铸工艺的两种基本方式。冷室压铸中金属液由手工或自动浇注装置浇入压室内，然后压射冲头前进，将金属液压入型腔。在热室压铸工艺中，压室垂直于坩埚内，金属液通过压室上的进料口自动流入压室。压射冲头向下运动，推动金属液通过鹅颈管进入型腔。金属液凝固后，压铸模具打开，取出铸件，完成一个压铸循环。压铸工艺流程图优点：产品质量好。铸件尺寸精度高，一般相当于6~7级，甚至可达4级；表面光洁度好，一般相当于5~8级；强度和硬度较高，强度一般比砂型铸造提高25~30%，但延伸率 降低约70%；尺寸稳定，互换性好；可压铸薄壁复杂的铸件；生产效率高。机器生产率高，例如国产JⅢ3型卧式冷空压铸机平均八小时可压铸600～700次，小型热室压铸机平均每八小时可压铸次；压铸型寿命长，一付压铸型，压铸钟合金，寿命可达几十万次，甚至上百万次；易实现机械化和自动化；经济效果优良。由于压铸件尺寸精确，表泛光洁等优点。一般不再进行机械加工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金属利用率，又减少了大量的加工设备和工时；铸件价格便易；可以采用组合压铸以其他金属或非金属材料。既节省装配工时又节省金属。缺点及局限性：压铸时由于液态金属充填型腔速度高，流态不稳定，故采用一般压铸法，铸件易产生气孔，不能进行热处理；对内凹复杂的铸件，压铸较为困难；高熔点合金（如铜，黑色金属），压铸型寿命较低；不宜小批量生产，其主要原因是压铸型制造成本高，压铸机生产效率高，小批量生产不经济。4. 金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。铸型是用金属制成，可以反复使用多次（几百次到几千次），又叫永久型铸造。金属型的结构一般的，金属型用铸铁和铸钢制成。铸件的内腔既可用金属芯、也可用砂芯。金属型的结构有多种，如水平分型、重直分型及复合分型。其中垂直分型便于开设内浇口和取出铸件；水平分型多用来生产薄壁轮状铸件；复合分型的上半型是由垂直分型的两半型采用铰链连结而成，下半型为固定不动的水平底板，主要应用于较复杂铸件的铸造。金属型铸造型的工艺特点：金属型的导热速度快和无退让性，使铸件易产生浇不足、冷隔、裂纹及白口等缺陷。此外，金属型反复经受灼热金属液的冲刷，会降低使用寿命，为此应采用以下辅助工艺措施。预热金属型：浇注前预热金属型，可减缓铸型的冷却能力，有利于金属液的充型及 铸铁的石墨化过程。生产铸铁件，金属型预热至250～350℃；生产有色金属件预热至100～250℃。刷涂料：为保护金属型和方便排气，通常在金属型表面喷刷耐火涂料层，以免金属 型直接受金属液冲蚀和热作用。因为调整涂料层厚度可以改变铸件各部分的冷却速度，并有利于金属型中的气体排出。浇注不同的合金，应喷刷不同的涂料。如铸造铝合金件，应喷刷由氧化锌粉、滑石粉和水玻璃制成的涂料；对灰铸铁件则应采用由石墨粉、滑石粉、耐火粘土粉及桃胶和水组成的涂料。浇注：金属型的导热性强，因此采用金属铸型时，合金的浇注温度应比采用砂型高 出20～30℃。一般的，铝合金为680℃～740℃；铸铁为1300℃～1370℃；锡青铜为℃。薄壁件取上限，厚壁件取下限。铸铁件的壁厚不小于15mm，以防白口组织。开型：开型愈晚，铸件在金属型内收缩量愈大，取出采用困难，而且铸件易产生大 的内应力和裂纹。通常铸铁件的出型温度700～950℃，开型时间为浇注后10～60秒。优点：与砂型铸造相比，金属型铸造有如下优点：复用性好，可“一型多铸”，节省了造型材料和造型工时。由于金属型对铸件的冷却能力强，使铸件的组织致密、机械性能高。铸件的尺寸精度高，公差等级为IT12～IT14；表面粗糙度较低，Ra为6.3m。金属型铸造不用砂或用砂少，改善了劳动条件。缺点及局限性：金属型的制造成本高、周期长、工艺要求严格，不适用于单件小批量铸件的生产，主要适用于有色合金铸件的大批量生产，如飞机、汽车、内燃机、摩托车等用的铝活塞、汽缸体、汽缸盖、油泵壳体及铜合金的轴瓦、轴套等。对黑色合金铸件，也只限于形状较简单的中、小铸件。5. 低压铸造低压铸造是指使液体金属在较低压力(0.02～0.06MPa)作用下充填铸型，并在压力下结晶以形成铸件的方法。低压铸造工艺原理图：1—保温室 2—坩埚 3—升液管 4—贮气罐 5—铸型低压铸造的工作原理下图所示。把熔炼好的金属液倒入保温坩埚，装上密封盖，升液导管使金属液与铸型相通，锁紧铸型，缓慢地向坩埚炉内通入干燥的压缩空气，金属液受气体压力的作用，由下而上沿着升液管和浇注系统充满型腔，并在压力下结晶，铸件成型后撤去坩埚内的压力，升液管内的金属液降回到坩埚内金属液面。开启铸型，取出铸件。低压铸造示意图优点：浇注时金属液的上升速度和结晶压力可以调节，故可适用于各种不同铸型(如金属型、砂型等)，铸造各种合金及各种大小的铸件；采用底注式充型，金属液充型平稳，无飞溅现象，可避免卷入气体及对型壁和型芯的冲刷，铸件的气孔、夹渣等缺陷少，提高了铸件的合格率；铸件在压力下结晶，铸件组织致密、轮廓清晰、表面光洁，力学性能较高，对于大薄壁件的铸造尤为有利；省去补缩冒口，金属利用率提高到90%～98%；劳动强度低，劳动条件好，设备简易，易实现机械化和自动化。缺点及局限性：升液管寿命短，且在保温过程中金属液易氧化和产生夹渣。主要用来铸造一些质量要求高的铝合金和镁合金铸件，如气缸体、缸盖、曲轴箱和高速内燃机的铝活塞等薄壁件。6. 离心铸造离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型中，在离心力作用下填充铸型而凝固成形的一种铸造方法。离心铸造的分类根据铸型旋转轴线在空间的位置，常见的离心铸造可分为两种：卧式离心铸造：铸型的旋转轴线处于水平状态或与水平线夹角很小（&4°）时的离心铸造。立式离心铸造：铸型的旋转轴线处于垂直状态时的离心铸造称为立式离心铸造。铸型旋转轴与水平线和垂直线都夹有较大角度的离心铸造称为倾斜轴离心铸造，但应用很少。a)立式离心铸造 b)立式离心浇注成形铸件 c)卧式离心铸造1，16—浇包 2，14—铸型 3，13—液体金属 4—带轮和带 5—旋转轴 6—铸件 7—电动机8—浇注系统 9—型腔 10—型芯 11—上型 12—下型 15—浇注槽 17—端盖优点：用离心铸造生产空心旋转体铸件时，可省去型芯、浇注系统和冒口；由于旋转时液体金属在所产生的离心力作用下，密度大的金属被推往外壁，而密度小的气体、熔渣向自由表面移动，形成自外向内的定向凝固，因此补缩条件好，铸件组织致密，力学性能好；便于浇注“双金属”轴套和轴瓦，如在钢套内镶铸一薄层铜衬套，可节省价格较贵的铜料；充型能力好；消除和减少浇注系统和冒口方面的消耗。缺点及局限性：铸件内自由表面粗糙，尺寸误差大，品质差；不适用于密度偏析大的合金（如铅青铜）及铝、镁等合金。三、铸造缺陷及其控制方法铸件缺陷种类繁多，产生缺陷的原因也十分复杂。它不仅与铸型工艺有关，而且还与铸造合金的性制、合金的熔炼、造型材料的性能等一系列因素有关。因此，分析铸件缺陷产生的原因时，要从具体情况出发，根据缺陷的特征、位置、采用的工艺和所用型砂等因素，进行综合分析，然后采取相应的技术措施，防止和消除缺陷。1. 浇不到铸件局部有残缺、常出现在薄壁部位、离浇道最远部位或铸件上部。残缺的边角圆滑光亮不粘砂。产生原因：浇注温度低、浇注速度太慢或断续浇注；横浇道、内浇道截面积小；铁水成分中碳、硅含量过低；型砂中水分、煤粉含量过多，发气量大，或含泥量太高，透气性不良；上砂型高度不够，铁水压力不足。防止方法：提高浇注温度、加快浇注速度，防止断续浇注；加大横浇道和内浇道的截面积；调整炉后配料，适当提高碳、硅含量；铸型中加强排气，减少型砂中的煤粉，有机物加入量；增加上砂箱高度。2. 未浇满铸件上部残缺，直浇道中铁水的水平面与铸件的铁水水平面相平，边部略呈圆形。产生原因：浇包中铁水量不够；浇道狭小，浇注速度又过快，当铁水从浇口杯外溢时，操作者误认为铸型已经充满，停浇过早。防止方法：正确估计浇包中的铁水量；对浇道狭小的铸型，适当放慢浇注速度，保证铸型充满。3. 损伤铸件损伤断缺。产生原因：铸件落砂过于剧烈，或在搬运过程中铸件受到冲撞而损坏；滚筒清理时，铸件装料不当，铸件的薄弱部分在翻滚时被碰断；冒口、冒口颈截面尺寸过大；冒口颈没有做出敲断面（ 凹槽）。或敲除浇冒口的方法不正确，使铸件本体损伤缺肉。防止方法：铸件在落砂清理和搬运时，注意避免各种形式的过度冲撞、振击，避免不合理的丢放；滚筒清理时严格按工艺规程和要求进行操作；修改冒口和冒口颈尺寸，做出冒口颈敲断面，正确掌握打浇冒口的方向。4. 粘砂和表面粗糙粘砂是一种铸件表面缺陷，表现为铸件表面粘附着难以清除的砂粒；如铸件经清除砂粒后出现凹凸不平的不光滑表面，称表面粗糙。产生原因：砂粒太粗、砂型紧实度不够；
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