挤压铸造技术的最新发展
2015-03-23 共同成长8...阅 879 转 13
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挤压铸造技术的最新发展
中国兵器科学研究院宁波分院齐丕骧
摘要
近年国内外挤压铸造产业规模，产品品种均有一定的发展，在双重挤压铸造、铸件热处理、半固态挤压铸造、计算机技术的应用及挤压铸造先进设备等方面均有所突破，高硅及变形铝合金，镁合金，锌合金，钢铁材料及铝基复合材料在挤压铸造中的应用也日益广泛，只是我国相对落后的挤压铸造设备水平，制约了这种发展。
关键词；挤压铸造，挤压铸造机，铝合金，镁合金
挤压铸造（液态模锻）技术发展一直受到产业界的重视，近年又有了长足的进步。本论文从产业规模、工艺技术、材料应用和工装设备等四个方面介绍国内外的最新发展，并对当前存在的问题进行讨论。
1、产业规模的发展状况：
在国外，挤压铸造工艺始于1937年的前苏联，上世纪五、六十年代，先后传入我国和世界各国。八十年代，日本宇部公司开发成功HVSC和VSC系列挤压铸造机，使此工艺在日本及欧美各国得到了迅速的发展。目前，宇部挤压铸造机已销售307台，最大设备合模力达3500吨，日本丰田公司的轮毂生产厂拥有14台VSC1500—VSC1800挤压铸造设备，已形成年产400万只高档汽车铝轮的生产能力。此外，丰田公司还拥有年产120万只复合材料活塞的生产能力，并已在23种车辆得到使用[1,2,3]。
此外，日本的日产汽车、马自达、Art、U-mold和Tosei等公司及美国SPX、Amcast等国外大公司也拥有挤压铸造生产厂或车间[4]。在我国，挤压铸造是从上世纪六、七十年代开始发展的。九十年代，曾随摩托车行业大发展，有了一个大飞跃。仅铝轮毂就形成了年产300万只的能力。但随着市场、利润和当时技术、质量等原因，使此生产规模很快就下来了。近十年来，我国挤压铸造业还是得到了稳步发展。当前，国内有一百多台设备在工作。国内外生产的产品参见表1，[5-6]
表1 各国生产的主要挤压铸造件品种
图1。部分挤压铸件照片
目前，国内外生产的大型受力零件有：重25—50公升的坦克铝合金负重轮，外廓尺寸为1200×400×300mm的汽车底盘铝横梁。以及大型载重汽车铝轮毂等。
2、挤压铸造工艺技术的发展
近年，挤压铸造工艺技术，较为突出的创新点有如下几个方面：
2.1 双重挤压铸造形式的发展。
双重挤压铸造是继“直接挤压”和“间接挤压”之后，一种正发展的挤压铸造新形式，它实际上是将“直接挤压”和“间接挤压”两种形式结合起来，靠间接挤压法成形毛坯，用直接挤压法（闭式模锻）压实铸件，以达到其组织致密，形状尺寸精确，表面光洁度好的目的，由于其兼有直接挤压和间接挤压的优点，近年发展很快。
图2为一种杯形件的双重挤压铸造示意图，它是靠下挤压冲头5将浇入料缸4中的液态金属推入已预闭合锁模的上、中模（2、3）和预留有一定压下量（h）的上挤压冲头1组成的型腔中，并继续保压（此称为第一次挤压），然后，上挤压头1再下行施以高压，即对凝固中的铸件实施第二次挤压（锻压）直至将铸件压实并完全凝固。此种工艺，国内也有多种名称，如“连铸连锻”，“铸锻双控成形”和“二次补压”等，其定义的范围也有所局别。本论文将其统称为双重挤压铸造。[7，8，9，10]
图2 一种杯形件的双重挤压铸造示意图
a、预合模、锁模、浇注
b、第一次挤压——下挤压头上升、充型、保压（挤压充型）
c、第二次挤压——上挤压头下行挤压（锻压）
d、开模、推出铸件
1、上挤压冲头
2、上模
3、中模（阴模）
4、料缸（压室）
5、下挤压冲头
双重挤压铸造已发展有如下多种工艺形式，如局部补压，带供料系统的双重挤压及镁合金双重挤压等。
图3为局部补压方式生产汽车铝轮毂的工艺过程示意图。[11]其第二次挤压主要实施在其轮
毂中心的厚大部位。使用此项技术的，还有A356铝储气罐体件[12]美国SPX公司的铝泵体件[4]和作者研制的空压机高硅铝缸体件等。图4为低压铸造方式充型的双重挤压（连铸连锻）原理图[8]
图3 在宇部VSC挤压铸造机上生产汽车铝轮毂工艺过程示意图
1、上模
2、上挤压杆
3、侧模滑块
4、下模
5、下挤压头
6、料缸
图4 低压铸造方式充型的“双重挤压”原理图
1、上压头；
2、凹模
3、铸件
4、模板
5、压套
6、下压头
7、输液管 8、低压铸造炉 9、合金液
图5 为一种摩托车发动机镁合金外壳双重挤压（铸锻双控成形）工艺过程示意图，所用材料为AZ91D镁合金。为满足上述工艺要求，厂方专门设计制造了铸锻双控成形机。[9]
图5 镁壳体双重挤压（铸锻双控成形）工艺过程示意图
必须指出为实施双重挤压，其模具须设计成可预合模，可锁模，并可实施两次挤压的功能，其挤压铸造设备须是有三个独立操控的油缸的液压机，以便可实现，预合模并锁模、第一次挤压和第二次挤压动作。此液压机必须用电脑（PLC）控制，以便可精确掌握，浇注至第一次挤压、第二次挤压的时间间隔。
双重挤压是当前挤压铸造形式的一种新发展，它在为复杂高质量的或铸造性能差的变形合金的铸件生产，提供了一种有潜力的工艺形式。
2.2 挤压铸件的热处理技术
一般情况下，只要工艺、工装设置合理，挤压铸件是可以进行固溶热处理的，但在实际生产中，尤其是间接挤压铸件，在固溶处理时往往会出现“起泡”缺陷，使热处理无法进行。上世纪九十年代后期，造成我国挤压铸造摩托车铝轮产量急剧下滑，与当时热处理技术未过关有直接关系。对此国内外进行了不少研究，作者也进行了工作[13-14]。为控制热处理“起泡”缺陷，应尽量减少气体及夹渣卷入液态金属中。为此，要采取如下措施：
①须严格控制液态金属的充型速度（浇口速度），一般情况下，要控制在0.8m/s以下。对直接挤压铸造，此由挤压冲头速度来控制，一般在0.1～0.4m/s之间，间接挤压铸造由浇口速度，或铸件最窄处速度来测算，一般控制在0.5～1m/s之间。
②应使用水剂涂料，要禁止用油剂或腊基涂料，而且浇注前，一定要将料缸，型腔中的水气吹干。
③要解决好模具的集渣，排气问题，对挤压铸造模具，一般是采用模具的配合间隙，排气槽，集渣包，顶杆等进行排气；对于形状复杂又要求严格的铸件，有的还需使用排气块，排气阀，甚至真空等方法排气。
④在模具的进料系统及内浇道设计时，要尽量采用自下而上的立式挤压充型（进料）系统，减少液态金属流对型芯和模腔壁的正面冲击，使液态金属的浮渣和已凝固的硬壳尽量挡在料缸内，形成料饼或进入渣包中，并使型腔中气体能顺利排出。图6为一种典型的挤压料缸与内浇口的设计图，多数情况下，自下而上的中心进料比侧面的横向进料更有利于排气并减少气体的卷入。
图6挤压料缸与内浇口设计图
1、分流锥
2、浇口套
3、内浇口
4、集渣腔
5、液态金属
6、挤压头 7 料缸
2．3 半固态挤压铸造技术
半固态加工是当前正快速发展的一项新技术，由于挤压铸造产品的优质特性，使半固态挤压铸造（或称半固态锻造）受到产业界的关注，近年也有一定的发展/[15，16]
日本宇部公司开发的UNRC半固态流变铸造新工艺，与该公司生产的VSC，HVSC挤压铸造机相结合，即形成一整条半固态挤压铸造生产线。其工艺流程为：（参见图7）
图7 UNRC半固态流变挤压铸造工艺示意图
1、浇勺
2、储液器
3、陶瓷盖
4、空气
5、感应圈
6、挤压料缸
此种工艺可适合于生产铸造铝合金，变形铝合金和镁合金铸件，其力学性能能略高于挤压铸件，而且生产成本还低于挤压铸造（参见图8）是一种低成本的半固态工艺[3，17，18]
图8 UNRC工艺与挤压铸造、触变铸造生产成本的比较
（产品：1.5kg重的铝合金万向节）
日本东芝公司在其设计生产的DXHV和DXV型挤压铸造机基础上，将其挤压料缸（Shot Sleeve）增加冷却控温系统（参见图9），使由电磁泵经管道输入的液态金属在此挤压料缸中经冷却控温，成半固态后由冲头挤压充型并压力下凝固。此设备是在不增加其它装置的条件下，也实现了半固态挤压铸造的全过程生产。用此工艺开发的A356，A357合金汽车零件性能良好，并已在尼桑（Nissan）汽车上使用[19]。
一般情况下，用各种方法制备的半固态浆料（坯料），都是可以用挤压铸造工艺成形零件的，目前，国内外研究开发的半固态挤压铸造铝合金的产品有A356铝轮毂A357汽车转向节，
2L117高硅铝活塞，Y112汽车中间轴螺塞以及空气压缩机铝活塞，斜盘，连杆等[29，30]。
图9 日本东芝半固态挤压铸造机经改装的料缸示意图
1、料缸外套
2、料缸内套
3、冷却水
4、挤压头
5、铝液
6、惰性气体入口
7、感应圈
8、缝隙
2.4 计算机技术的应用
当前，计算机技术在挤压铸造工艺中的应用开发，主要围绕两方面；第一是进行挤压铸造过程的数据模拟（CAE）以进行挤压铸造工艺参数及模具设计的优选。在文献[20，21，22]中，分别介绍了用MAGMAsoft，Angcasting和Jscast铸造软件对摩托车镁合金轮毂、铝合金支架和汽车空调铝合金缸体进行铸造过程的数据模拟，以给出铸件充型和凝固过程的任何时刻的温度场，速度场，压力场和凝固顺序分布图等。以便可分析判断实际铸造过程中出现缩松，缩孔，裂纹及卷气的可能性，进行工艺参数，模具结构设计的优化。报告均表明，使用CAE 技术后，可大大减少工艺试验的次数，节省了时间和资金的投入，提高了产品质量。
计算机应用的第二方面是建立模具设计的专家系统和标准件图库以实现模具的虚拟现实设计及智能化设计，文献[23，24，25]中分别介绍在挤压铸造模具设计中，上述技术的应用实例，它明显提高了设计效率，降低了设计成本。
3、新材料在挤压铸造中应用技术的发展。
基于挤压铸造可成形厚壁复杂铸件，内部组织致密，且又能进行固溶热处理，因而当前此工艺已发展成为一种高档铸件，如耐磨、耐压、高强韧铸件等的重要生产手段。一些新材料，如高硅铝合金，高强韧铝，镁、锌基合金及其复合材料等，也越来越多的被用于生产[26]表现在：
3.1 高硅铝合金挤压铸造
由于压力下结晶有利于初晶硅细化，可消除缩松气孔缺陷并可固溶热处理，因而挤压铸造不失为高硅铝合金一种较理想的先进工艺。
图10是用日本东芝DHXV350挤压铸造机生产的空调压缩机缸体铸件照片，合金材料为日本ADC14高硅铝合金，目前该厂已达每年数十万只的生产批量[27]。
图10高硅铝合金缸体铸件照片
1、料饼
2、内浇道
3、缸体
4、集渣及排气系统
论文[28]研究了半固态流变挤压铸造对高硅A1-si铝合金组织，性能的影响，表明挤压压力的升高，可明显细化初晶硅（参见图11）并提高材料的力学性能，为高硅铝合金优质铸件的生产提供了一条有效的新途径。
图11 半固态挤压铸造的比压对ZL117高硅铝合金初晶硅等效直径的影响
3.2 镁合金挤压铸造
目前，镁合金铸件大多用压铸工艺生产，但对于有高质量和高力学性能要求的铸件，压铸就有困难了，因而镁合金挤压铸造有了快速的发展。
重庆大学用其专利的挤压铸造新技术，将摩托车镁轮毂成功的投入了批生产[40]其工艺过程参见图12。
图12 镁合金轮毂新型挤压铸造工艺示意图
（a）模具清整、合型（b）低压充型（c）高压凝固（d）开型取件
与传统挤压铸造相比，新型挤压铸造工艺有以下创新。
①采取加热浇管进行封闭定量浇注，将镁合金熔体与外界隔绝，解决了镁合金熔体浇注过程中的氧化和降温问题。
②采用低压充型和高压凝固分离的模式，有效地减少了压室料饼，提高了工艺收得率。
③改传统的三片两开型结构为两片单开型结构。在一次工艺循环中只需一次开合型就可以实现浇注和取件，缩短了工艺流程，将工艺循环时间从4～5min降低到2min左右，大幅度提高了生产效率。
为了减少工艺试验、模具设计和生产调试的工作量，用MAGMA软件对新型挤压铸造过程进行了模拟和数值优化，获得了优化的工艺参数组合，确定了模具工艺结构。
镁合金半固态铸造，尤其是半固态射铸成形已成为新的发展亮点。为此，日本制钢所设计制造了镁合金触变成形机[31]。文献[32]研究比较了双螺杆机械搅拌法制备半固态桨料再经挤压铸造的AZ91D镁合金的组织与性能，在普通挤压铸造基础上，半固态挤压有了明显的提高。（参见图13）
图13 不同工艺条件下 AZ91D镁合金试样的密度与硬度
钢铁材料挤压铸造产品的开发生产，国内外虽进行了大量工作，但都因模具寿命问题，而不能形成大的生产批量，近年北京交通大学与企业合作在模具、涂料、工艺等方面进行了研究，并在煤矿设备、电气化铁路配件上进行产品开发，取得了一定的进展[37]。
4、挤压铸造设备的发展
早期的挤压铸造多用直接挤压铸造形式，所使用设备为摩擦压力机，后改用通用油压机和普通型挤压铸造机，到上世纪八十年代后随着下顶式间接挤压铸造方式应用的增多，日本宇部公司开发成功VSC和HVSC系列挤压铸造设备（图14，15）使挤压铸造机水平有一个大的飞跃，使国际挤压铸造产业也有一个大的发展[38]。
上世纪90年代以后，挤压铸造机呈现多方向发展的趋势。其一，随着计算机控制系统及铝液自动输送等技术的发展，出现了更新型的挤压铸造机，东芝公司DXV立式机和DHXV卧式机（图16），即为其中代表，其二，随着实时控制系统的开发成功，使传统的卧式压铸机也可以实现挤压铸造生产，率先开发此项技术的是瑞士布勒公司。随后美国、欧洲等多家公司也都在压铸机上实现了挤压铸造[39]。其三，随着半固态铸造技术日趋产业化，一些适应半固态挤压铸造的设备也相应发展起来。包括上述的宇部公司的NRC半固态铸造设备及东芝公司新设备等都能适于铝合金、镁合金半固态挤压铸造生产。
下面重点介绍两种机型：
4.1 日本宇部公司VSC、HVSC挤压铸造机系列
日本宇部兴产株式会社生产的VSC立式挤压铸造机（立式合模，立式挤压）系列有合模力分别为3 150～35 000KN等9种规格的设备。而且8000至15000KN设备上可设置2工位机构进行生产，18000KN机已实现3工位生产。此类机型均为4柱立式结构，合模力多直接由主油缸活塞实施。
HVSC卧式挤压铸造机（卧式合模，立式挤压）已经生产的有合模力分别为1 400～8 000KN 等6种规格产品，其合模机构是采用曲肘机构。
上述两种机型的最大特点是其立式挤压系统均采用斜摆动式结构。即挤压缸处倾斜位置时进行浇注，然后挤压缸快速摆正上升并实施挤压，参见图3。对VSC立式机的挤压速度最大达80mm/s，并可分为3段调速。HVSC卧式机则可在30～1 500mm/s范围内可分4段调速。
两种机型均配有自动浇注、自动喷涂、自动取料系统，并配有独立的液压系统，可实现模具的抽芯、分型、2次补压及冲料饼等操作。而上述的全过程均由计算机编程，并进行精确控制和重要工艺参数的显示，以确保生产过程全自动进行并确保工艺参数的稳定性。此外，设备还配有快速模具更换，模具的液压锁紧，模具加热及水冷配套装置，因而系统设置是比较完善的。
4.2 日本东芝公司DXHV和DXV挤压铸造机系列
日本东芝公司株式会社开发的挤压铸造机系列，也有两大类型。一是DXHV卧式合模、立式挤压设备，目前已生产的有锁模力为3 500和5 000KN两种机型，其合模机构均为曲肘式；另一类是DXV立式合模立式挤压设备，已开发出的有合模力分别为1 350～15 000KN等5
种机型，东芝卧式机动作原理参见图17。
此两类机型的最大特点是配置了输送金属液的电磁泵装置，电磁泵装置缩短了金属液充型至开始挤压的时间，减少料缸中因凝固结壳给铸件带来的夹渣、冷隔等缺陷，另一方面金属液改由管道输送，不与空气直接接触，可减少氧化夹杂的产生，以确保金属液的内在质量。在挤压系统中，东芝机用两个油缸自由控制其增压时间，并实现超高速或超低速压射。此外，两机型还配有自动喷涂、自动取件、挤压头润滑、模具快速更换及自动锁紧、模具的2次补压等装置，从供液到取件，整机也均由计算机进行编程，全过程精确控制并实现自动化生产。用先进的T0SCAST系统可以锁定最佳工艺参数，保证从头1件到最后1件所有铸造条件基本一致。
图14 日本宇部VSC立式挤压铸造机
图15日本宇部HVSC卧式挤压铸造机
图16 日本东芝DHXV350CL-T 型卧式挤压铸造机
图17 东芝DHXV卧式挤压铸造机动作原理图
1、铝液输送管
2、电磁泵
3、静模 4 动模 5挤压头 6、挤压缸
但是，我国挤压铸造设备与日、美等国有相当差距，现工作的一百多台挤压铸造设备中，近80%以上是经改装的通用油压机，进口的先进设备只有十几台，因而我国挤压铸造的生产效率，产品档次与国外相差较大。
例如：在日本用3工位大吨位的VSC机，45秒钟即可挤压铸造成一只小轿车或大卡车铝轮毂，并早已形成每年百万只的生产规模。而我国仍未形成批生产能力，对此设备宇部公司是禁止出口的，因而一直是日本独家垄断的局面。又如一只5V16气缸体，用日本东芝机约30秒生产一只，而用我国经改装的通用油压机须3分钟才能做一只，而且质量的稳定性还有差距。
因而发展我国挤压铸造产业的最关键问题是应开发和生产自己的挤压铸造机系列。由于国外的专机都是有专利的，价格又特贵，特殊的又不卖。因此，我们的挤压铸造机开发还是应走我们自己的路。
随着国内外市场对高档有色金属铸件需求的不断增加，我相信，挤压铸造产业仍会有一个大的发展。
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十三五铸造行业发展规 划及前景分析 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
十三五中国铸造行业发展规划及前景分析 “十二五”以来，我国铸造行业持续平稳发展，但增速显着放缓，与其他国民经济各行业一样进入到了发展的新常态。 我国铸造行业发展现状如何，面临哪些主要问题“十三五”期间，我国铸造行业的发展趋势如何行业发展的指导思想、战略、目标和主要任务是什么哪些相关政策和措施将会出台日前，中国铸造协会全文发布了《铸造行业“十三五”发展规划》（以下简称《规划》）。 重点发展任务直指行业难题 《规划》指出了我国铸造行业面临的主要问题：铸造行业仍然存在大量落后产能，多数领域产能过剩加剧，少数领域关键铸件尚不能满足主机要求，质量和品牌意识不强，粗放式发展方式没有根本转变。铸造行业标准体系不适应市场经济运行下的需求，职业教育与培训体制不适应行业发展的需要。 为了适应制造强国战略，把我国建设成为铸造强国，铸造行业在“十三五”期间面临的转型发展任务十分艰巨。因而，《规划》提出了铸造行业在“十三五”期间的重点任务。 一、是加快淘汰铸造行业落后产能。继续深入推进铸造行业准入制度的实施，通过国家铸造行业准入管理的产业政策引导，加强环保及淘汰落后产能政策的制定，推进地方相关产业发展配套政策实施，通过市场驱动，积极化解铸造行业产能过剩矛盾，引导产能向优势产能集中。 二、是重点攻克一批高端装备制造业关键铸件制造的“瓶颈”。特别是攻克能源动力、轨道交通、航空航天等领域需要的关键铸件核心铸造技术，攻克工程机械高压力、大流量高端液压铸件等基础铸件的制造。 三、是关键共性技术研究和优先发展重大技术装备。为提升我国铸造行业的技术水平，提高铸件产品质量，重点要在材料、生产、工艺、质量检验及修复、节能减排及资源再生循环利用、工程模拟及信息化、智能制造等方面开展一批关键共性铸造技术研究。同时，在先进自动化铸造设备、废砂再生、高效节能熔炼设备、铸造3D打印设备等领域突破一批重大技术装备的研制与应用。 四、是推动铸造行业创新驱动发展。推进以企业为主体、以市场为导向、产学研用相结合的技术创新体系建设，继续支持行业研究机构的发展，大力提升中国绿色铸造研究院等新型研究机构的建设水平。在分行业或专题领域继续培育一批如压铸技术、耐磨材料、精密铸造等行业关键共性技术研究机构、产业联盟和协同创新工作平台的建设，推动铸造行业创新发展。 建立完善的科技成果信息共享平台，加快科技成果转化和产业化进程，推
名词解释 1.材料成形技术：利用生产工具对各种原材料进行增值加工或处理，材料制备成具一定结构形式和形状工件的方法 2.液态成型：将液态金属浇注到与零件形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法 3.逐层凝固：纯金属和共晶成分的合金在凝固中不存在固液两相并存的凝固区，所以固液分界面清晰可见，一直向铸件中心移动（铸铁） 4.糊状凝固：铸件在结晶过程中，当结晶温度范围很宽且铸件界面上的温度梯度较小，则不存在固相层，固液两相共存的凝固区贯穿整个区域（铸钢） 5.同时凝固原则：铸件相邻各部位或铸件各处凝固开始及结束的时间相同或相近，甚至是同时完成凝固过程，无先后的差异及明显的方向性 6.顺序凝固原则：在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措施，使铸件远离冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口的部位凝固，最后才是冒口本身凝固。 7.均衡凝固原则：利用铸铁件石墨的共晶膨胀消除缩松的工艺方式 8.砂型铸造：以型砂（SiO2）为铸型、在重力下充型的液态成形工艺方法 9.金属型铸造：以金属为铸型、在重力下的液态成形方法。 10.熔模铸：以蜡为模型，以若干层耐火材料为铸型材料，成形铸型后，熔去蜡模形成型腔，最终在重力下成形的液态成形方法 11.压力铸：把液态或半液态的金属在高压作用下，快速充填铸型，并在高压下凝固而获得铸型的方法 12.低压铸造：是液态金属在较小的压力（20—80Kpa）作用下，使金属液由下而上对铸型进项充型，并在此压力下凝固成型的铸造工艺 13.反重力铸造：液态金属在与重力相反方向力的作用下完成充型，凝固和补缩的铸造成型 14.离心铸造：将液态金属浇注到高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下充填型腔并凝固成型的方法 15.消失模铸造：用泡沫塑料制成带有浇冒系统的模型，覆上涂料，用干砂造型，无需取模，直接浇注的铸件方法 16.浇注系统：液态金属流入型腔的通道的总称，通常由浇口杯，直浇道，直浇道窝，横浇道和内浇道组成 17.阻流界面：在浇注系统各组元中，截面积最小的部分称为阻流截面 18.集渣包：横浇道上被局部加大加高的部分 19.浇口比：直浇道，横浇道，内浇道截面积之比 20.热节：在壁的相互连接处由于壁厚增加，凝固速度最慢，最容易形成收缩类缺陷 分型面：两半铸型相互接触的表面。分为平直和曲面。作用：便于造型、下芯和起模具。 21.砂芯：为了起模方便并形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位，所采用的砂块 22.芯头：伸出铸件以外不与金属液接触的砂芯部分芯头种类：垂直芯头、水平芯头、特殊结构的芯头 23.冒口：铸型内用于储存金属液的空腔，在铸件凝固过程中补给金属，起到防止缩孔，缩松，排气和集渣的作用 冒口=冒口区+轴线缩松区+末端区 24.冒口的补缩距离：冒口补缩后形成的致密冒口区和致密末端区之和 25.补贴：为实现顺序凝固和增强补缩效果，在靠近冒口的壁厚上补加倾斜的金属块 26.均衡凝固：利用铸铁件石墨的共晶膨胀消除缩松的工艺方法 27.缩孔与缩松：液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。大而集中的称为锁孔，细小而分散的称为缩松 28.收缩时间分数：铸铁件表观收缩时间与铸件凝固时间的比值 29.补缩量：铸件从浇注系统，冒口抽吸的补缩液量收缩模数：均衡凝固时均衡点的模数 30.复合材料：由有机高分子，无机非金属和金属等几类不同材料人工复合而成的新型材料。它既保留原组分的主要特征，又获得了原组分不具备的优越性能 31.机械加工余量：在铸件加工表面上流出的、准备切削去的金属厚度。 32.冒口补缩通道：末端多了一个散热面，散热快—构成一个朝向冒口而递增的温度梯度；存在平行于轴线的散热表面，形成一个朝向冒口的楔形的补缩通道 33.工艺出品率：铸件质量占铸件及浇注系统（含冒口）质量的比例 34.反重力铸造：指液态金属在与重力方向相反方向力的作用下完成充型，补缩和凝固过程的铸造成型方法 35.离心铸造：指将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下充填型腔并凝固成型的方法
铸造发展历程 铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一。 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。中国商朝的重875公斤的司母戊方鼎，战国时期的曾侯乙尊盘，西汉的透光镜，都是古代铸造的代表产品。 早期的铸件大多是农业生产、宗教、生活等方面的工具或用具，艺术色彩浓厚。那时的铸造工艺是与制陶工艺并行发展的，受陶器的影响很大。 中国在公元前513年，铸出了世界上最早见于文字记载的铸铁件—晋国铸型鼎,重约270公斤。欧洲在公元八世纪前后也开始生产铸铁件。铸铁件的出现，扩大了铸件的应用范围。例如在15～17世纪，德、法等国先后敷设了不少向居民供饮用水的铸铁管道。18世纪的工业革命以后，蒸汽机、纺织机和铁路等工业兴起，铸件进入为大工业服务的新时期，铸造技术开始有了大的发展。 进入20世纪，铸造的发展速度很快，其重要因素之一是产品技术的进步，要求铸件各种机械物理性能更好，同时仍具有良好的机械加工性能；另一个原因是机械工业本身和其他工业如化工、仪表等的发展，给铸造业创造了有利的物质条件。如检测手段的发展，保证了铸件质量的提高和稳定，并给铸造理论的发展提供了条件；电子显微镜等的发明，帮助人们深入到金属的微观世界，探查金属结晶的奥秘，研究金属凝固的理论，指导铸造生产。 在这一时期内开发出大量性能优越，品种丰富的新铸造金属材料，如球墨铸铁，能焊接的可锻铸铁，超低碳不锈钢，铝铜、铝硅、铝镁合金，钛基、镍基合金等，并发明了对灰铸铁进行孕育处理的新工艺，使铸件的适应性更为广泛。 50年代以后，出现了湿砂高压造型，化学硬化砂造型和造芯，负压造型以及其他特种铸造、抛丸清理等新工艺，使铸件具有很高的形状、尺寸精度和良好的表面光洁度，铸造车间的劳动条件和环境卫生也大为改善。 20世纪以来铸造业的重大进展中，灰铸铁的孕育处理和化学硬化砂造型这两项新工艺有着特殊的意义。这两项发明，冲破了延续几千年的传统方法，给铸造工艺开辟了新的领域，对提高铸件的竞争能力产生了重大的影响。
第9章挤压铸造概述 工艺原理 挤压铸造，简称挤铸，也称“液态模锻”或“液锻”。其原理是对进入挤压铸型型腔内的液态（或半固态）金属施加较高的机械压力，使其成形和凝固，从而获得铸件或铸锭的一种工艺方法。 此工艺是一种介于模锻与压铸之间，实施铸锻结合的工艺。其与模锻不同，置于模具（铸型)中的不是固态坯料，而是液态（或半固态）金属；与普通压铸不同，其液态金属是自下而上缓慢、平稳充型的，并保持在高压力下凝固。 工艺分类 从工艺方法方面，挤压铸造主要分两大类：①直接挤压铸造，简称直接挤铸，包括直接冲头挤铸、柱塞挤铸等，即液态金属在压力推动下充填由冲头与凹型组成的型腔中，且挤压冲头直接挤压在铸件上（见图9-1）。②间接挤压铸造，简称间接挤铸，包括上压式和下顶式间接挤铸等，即液态金属在压力推动下，充填已闭合锁型的型腔中，挤压压冲头通过内浇道将压力传递到铸件上（见图9-2)。 图9-1典型直接挤压铸造工艺程序示意图 a）铸型准备b）浇注 c）合挤压压d）开型，取出铸件按挤压铸型的分（合）型方向的不同，挤压铸造也可分为立式挤铸（水平分型，如图9-1所示）和卧式挤铸（垂直分型，如图9-2所示)两大类。但不论是何种类型，为创造良好的排气条件，挤压冲头对液态金属的挤压力，大都是垂直方向（由上向下或自下而上)施加的。 图9- 2典型间接挤压铸造 （下顶式）工艺程序示意图 a）铸型准备后浇注 b）合型，挤压料筒摆正 e）挤压头和挤压料筒上升 d）挤压头上升挤压 工艺过程 挤压铸造的工艺过程一般分为下列步骤（见图9-1，图9-2）。 （1）铸型准备包括对铸型、挤压料简及挤压冲头的清理和喷涂，并将其回复到准备位置上。 （2）浇注将液态（或半固态）金属注入凹型或料筒中。 （3）合型合型并锁型，将料筒、冲头进入待 挤压位置。 （4）挤压用挤压冲头将液态（半固态）金属推人型腔，并继续保压直至其完全凝固。 （5）开型推出铸件。 挤压铸造一般在专用挤压铸造机（简称挤铸机） 上进行。但国内外也不少是选普通液压机代用，后者 设备投资少，也可行，但生产效率低并会影响产品质量。 工艺特点
中国铸造模具行业发展现状及趋势是怎样的 “十五”期间中国铸造巿场呈现良好趋势，2005年全国铸件总 量达到1800万吨左右，球墨铸件在总产量中的比重提高到20%-25%，即320万-400万吨;随着轿车产量的增加，有色铸造件产量接近200 万吨;今后国际巿场需求也将保持高速增长态势，全球对中国铸件的 年需求量约为4000万吨左右，其中球墨铸铁和有色合金铸件需求量 增长迅速，铸造模具产值将超过百亿元人民币。 一、国内外铸造模具企业比较 全国铸造模具生产企业，大体可以分成以下几类：第一类为铸造模具专业厂(包括合资和独资企业)，这些企业设备先进，技术优良，是铸造模具行业的主力;第二类是铸造专业厂的模具车间;第三类是 近年来发展迅速的私营和民营模具厂，这类企业规模不大，数量众多，各有分工，协同作战，分布在江浙、广东一带，其中有些厂已 经具备了一定的实力;第四类是兼做铸造模具的其他一些模具厂。总之，铸造模具生产企业呈多元化，并向高水平发展，这也是中国经 济发展带来的必然趋势。 国外发达国家的模具厂大体分为独立的模具厂和隶属于一些大的集团公司的模具厂，一般规模都不大，但专业化程度高，技术水平高，生产效率极高。 国外模具企业一般不超过100人，多数在50人以下。在人员结 构上，设计、质量控制、营销人员超过30%，管理人员在5%以下。 年人均产值超过100万元人民币，最高能达到200多万元人民币。 国内模具企业中一些私营、合资企业人员结构和国外差不多，但一 些国企的人员结构还不尽合理，在年人均产值上差距还很大，多数 在10~20万元人民币，少数能达到40万元人民币。 国外模具企业对人员素质要求较高，技术人员一专多能，一般能独立完成从工艺到工装的设计;操作人员具备多种操作技能;营销人
据铸造行业现状了解，中国境内已经形成四个集聚趋势比较明显的铸造产业基地，它们分别是：中国铸造之乡-河北泊头，江南铸都-湖南嘉禾，中国汽车铸件出口基地-河南林州，中国耐磨铸件之都-安徽宁国等为代表的铸造产业集群发展基地。现对2014-2015年我国铸造行业概况及现状分析。 产业集聚发展能够聚合产业内和产业上下游企业的能量，形成一个能量巨大的产业能量环，以集聚的大量能量带动产业内部的企业发展。产业集聚具有诸多的优势，铸造产业已经深刻的认识到产业集聚对于推动铸造产业发展具有的重要意义。 一、铸造行业十年十大成就 1.铸件产量连续11年居世界首位 2010年我国铸件总产量已达3960万吨,产值超过4000亿元，铸造厂点约3万家，从业人员约200万人。 2.铸件进出口企稳回升 我国每年铸件出口总量点铸件总产量的8%左右。原来一些需要进口的铸件，现在可以自己制造。只有极少数高端铸件需要进口，铸件的进口数量，占我国铸件出口量的1.5%。 3.企业规模逐步增大
我国铸造企业数量比世界其他国家铸造企业的总和还要多，但企业的平均产量远低于发达国家，甚至低于一些发展中国家。目前这种状态正在渐渐改善，我国铸造企业的平均规模正逐步增大。 4.铸件质量明显提高 一是铸件内、外废品率有了明显下降;二是某些类别铸件的尺寸精度、表面 粗糙度、材质力学性能和耐热、耐蚀、抗磨等重要质量指标达到了国际一流水平;三是出口铸件的技术档次、质量、品种和数量都有大幅度提高，某些原来依靠进口的重要铸件已实现国产化。 5.铸造企业技术水平有较大提高 近十年来，国内已有一批铸造企业在规模和技术水平上接近和达到世界一流企业水平，并在国际竞争中取得明显优势。 6.铸造用原辅材料商品化程度大幅度提高 近年来，铸造用原辅材料的生产和供应已成为一个单独的产业。国内一些大型铸造原辅材料生产企业不仅在国内有举足轻重的地位，同时也向其它国家出口。 7.国产铸造设备占有率和模具的制造水平有显著提高 国内原有的铸造设备制造厂加上一批新兴的公司通过技术引进、消化吸收、自主创新的方式，生产了许多性价比高的铸造装备，基本满足了国内高端铸件生产企业需求，同时出口量呈逐年增加的态势。 铸造模具制造业也得到快速发展。浙江象山、江苏无锡等地已成为我国铸造模具的制造中心。一些复杂铸件的模具在国内均可制造。 8.铸造企业的专业化水平进一步提升 近年来，不少铸造企业加快了专业化步伐，致力于开发高技术含量、自主技术绝窍的产品。专业化生产优越性得到进一步体现。 9.“绿色铸造”理念得到强化
国内外铸造技术发展现状 铸造成型是制造复杂零件的最灵活的方法。先进铸造技术的应用给制造工业带来了新的活力。为数众多的软件问世和计算机技术的迅独猛发展使得为生产在几何形状、尺寸、使用性能等方面都符合要求的铸件提出确切可靠的信息成为可能。铸造厂在其用户进行产品设计和开发阶段就能成为后者在CAD层次上一个有力的伙伴。与此同时，铸造厂也遇到了来自铸造行业内部和外部的巨大挑战。或许可以说，处于世纪之交的各国铸造厂都把下述四项目标作为自己的主要任务：1．提高铸件质量和可靠性，生产优质近终形铸件； 2．加强环保，实现可持续性发展； 3．降低生产成本； 4．缩短交货期。 不言而谕，其中第一项是最重要的，如果不能生产出优质铸件，其它目标就无从谈起。 一．信息技术在铸造生产中得到广泛应用 由计算机、网络技术、传感技术、人工智能等所构成的信息技术近年来在铸造生产中得到更为广泛的应用。这正在改变着铸造生产的面貌。可以说，现代铸造技术的主要特征就是将传统的铸造工艺与信息技术溶于一体。
铸件充型和凝固模拟在世界各国铸造厂中得到越来越多的实际应用。据不完全统计，仅仅包括MAGMASOFT、AFS SOLIDFICATION SYSTEM（3D）在内的欧美八种软件共已销售出1200多套。 为了优化铸造厂的生产组织和车间设计，铸造工作者已经着手对铸造生产过程进行仿真研究。人们可以通过在屏幕上进行整个铸造厂或其中某一局部的生产，以找出其中的薄弱环节，提出优化生产组织和车间设计的方案。这已在美国、瑞典的一些铸造厂中得到应用，取得了良好结果。德国Laempe公司、Honttinger 公司、西班牙Loramandi公司等对其用户的制芯工段也进行三维仿真的实现优化设计。 造型、制芯过程的数值模拟正在成为国际铸造界关注的前沿领域之一。清华大学、日本新东工业等对湿型粘土砂紧实过程进行了数值模拟。德国亚琛工业大学、清华大学等正在对射芯过程进行数值模拟。 计算机网络技术的发展改变了铸造厂进行管理和经营的方式。例如，美国福特汽车公司的铸造部位于底特律郊区，它通过互联网与其所管辖的分别位于美国、加拿大、英国、澳大利亚、新西兰境内的多家铸造厂进行技术管理、策划扩建或技术革新，并解决各厂的关键技术问题。又如，隶属于法国Valfond集团的位于德国萨尔布吕肯的Halberg铸造厂，通过互联网与其所生产发动机铸件的用户厂、模具供应厂、大学及研究机械进行联系从而大大缩短了新产品开发周期，提高了在市场上的竞争能力。
铸造行业发展情况调研报告Investigation report on the development of foundry industry 汇报人：JinTai College
铸造行业发展情况调研报告 前言：调研报告是以研究为目的，根据社会或工作的需要，制定出切实可行的调研计划，即将被动的适应变为有计划的、积极主动的写作实践，从明确的追求出发，经常深入到社会第一线，不断了解新情况、新问题，有意识地探索和研究，写出有价值的调研报告。本文档根据调研报告内容要求展开说明，具有实践指导意义，便于学习和使用，本文档下载后内容可按需编辑修改及打印。 为全面摸清铸造行业发展情况，加快机电泵业配套产业发展，提升壮大机电泵业主导优势产业，推进产业结构调整，区中小企业局深入镇办、企业进行了详细调研，现将调研结果报告如下： 一、基本情况及特点 铸造工业是获得机械产品毛坯的主要方法，是机械制造工业的重要基础，是国民经济的基础工业之一。我区铸造产品广泛应用于泵业、减速机、其他机械设备等领域，铸件在许多机械产品中所占比例较大，铸件重量占整机重量的比例很高，在泵类机械中达50%-60%。根植于老工业基地的铸造业，随着老工业区的转型，近年来我区铸造业也在发生着悄然的转变，形成了一定的产业规模。截止底，全区配套泵业、减速机、其他机械企业132家，从业人员3500余人，总资产4.7亿元，固定资产原值
2.亿元。，全区铸造业铸件产量为14万吨，产值为7.3亿元，利润4700万元，上交税金2750万元。其中铸铁件11.8万吨，铸钢件1.8万吨，铸合金件吨。 主要特点有以下几点： （一）配套能力逐步增强。近几年来，我区的铸造业依托配套机电泵业，特别是在泵业集群的带动下，产业配套能力不断增强，加快了产业聚集发展。目前全区铸造行业，配套泵业企业达33家，配套减速机企业55家，配套电机及其他机械设备企业44家。从产值来推算，估计全区泵业集群配套率在50%左右，减速机集群配套率在80%以上。我区铸造产品总量的80%以上提供给本区泵类、减速机及其他机械设备厂家，近20%的其他铸造产品，除了满足本省市需求外，还销售到上海等省市区。 （二）铸件生产企业规模比较小。我区规模以上铸造企业29家，占总数的20%，而产值却占66%。产值过1000万元以上企业8家，实现产值3亿元，占整个行业40%以上，总资产1.85亿元，占行业总资产的38%。年产在5000吨以上的铸造企业仅有5家，占企业总数的4%，年产在1000吨以上的铸造企业有30家，占企业总数的23%，人均年生产铸件40吨，
我国铸造企业的现状与未来发展 1。中国铸造业现状 中国是当今世界上最大的铸件生产国家，据资料介绍，我国铸造产品的产值在国民经济中约占1%左右。最近几年，铸件进出口贸易增长较快，铸件的产量已达到9%左右。我国铸造厂点多达2万多个，铸造行业从业人员达120万之多。“长三角”地区的铸件产量占全国的1/3，该地区主要以民营企业为主，汽车和汽车零部件行业的发展有力地拉动了铸造行业的发展。万丰奥特是亚洲最大的铝合金车轮企业，年产值超过10亿元，出口额达6000美元。昆山富士和机械有限公司生产汽车发动机和制动系统的铸件，年产量达4万t，销售收入5。5亿元。华东泰克西是一个先进的现代化气缸体铸件生产企业，具有年产100万件轿车气缸体铸件能力。山西是铸造资源大省，有丰富的生铁、煤炭、铝镁、电力、劳力资源、使山西的铸造产业有得天独厚的优势，具有500个铸造企业，80%为民营企业。山西国际、河津山联、山西华翔年产量分别达4万t、2万t、12万t。“东三省”有一汽集团、哈飞集团等骨干汽车企业带动了汽车铸件产量的增长。一汽集团铸造公司，已经形成40万t铸件的生产能力。辽宁北方曲轴有限公司，到“十一五”末将形成年产15万台发动机、100万件曲轴、产值20亿的曲轴生产基地。“珠江三角洲”压铸行业发达，有700多个压铸企业，年产量达20万t。东风日产、广州本田、广州丰田和零部件企业有力带动了压铸业的发展，轿车气缸体、气缸盖的压铸件产量逐年增长。 2。国外铸造业现状 近几年来，全球铸造业持续增长，2004年铸件产量比上一年度增长8。4%，中国生产铸件2242万t，全球排名第一，比上一年增长23。6%。全球十大铸件生产国的产量与增长率见表1。从表1可见，2004年中国的铸件产量约占全球铸件产量的1/4。巴西铸件产量增长最快，达到25。8%。增长率超过2位数的国家有巴西、中国、墨西哥、印度，都是发展中国家。而发达国家的铸件增长率普遍较低。美国铸件产量自2000年以来，已经退居到第2位。2004年美国铸件总产量为1231万t，其中灰铁件占35%、球铁件占33%、铸钢件占8。4%、铝合金件占16%。从需求上看，球铁铸件和铝铸件的需求在增长。2003年进口铸件占总需求的15%，进口铸件的价格比美国国内低20%～50%。近年来因铸造环保要求高、能源消耗大、劳动力昂贵等原因，美国大型汽车公司生产普通汽车铸件的铸造厂纷纷关闭，逐步将铸件的生产转向中国、印度、墨西哥、巴西等发展中国家。日本的铸造业不景气，其从业人员在减少。2004年日本铸件总产量为639万t，其中灰铁件占42%、球铁件占30%、铸钢件占4%、铝合金件占21%。从需求上看，球铁铸件和铝铸件的需求在增长。日本铸造界在技术创新方面作其真空压铸的铸件中硅耐热球铁等材料。高减振铸铁材料、开发了球型低膨胀铸造砂、了大量工作，能焊接和热处理，半固态铸造生产用于汽车铝轮毂，提高了强度和伸长率。镁合金压铸进一步发展，并取代重力铸造，其性能提高，成本降低。 3。汽车铸造技术的发展方向 汽车技术正向轻量化、数值化、环保化方面发展。据有关资料报道，汽车自重每减少10%，油耗可减少5。5%，燃料经济性可提高3%-5%，同时降低排放10%左右。铸件轻量化主要有两个途径。一是采用铝、镁等非铁合金铸件，美国2003年统计有2/3的铝铸件用于汽车上，每车达到107kg。二是减小铸件壁厚、设计
国内外铸造新技术发展现状及趋势 2008-7-14 面对全球信息、技术空前高速发展，机械制造业尤其是装备制造业的现代化水平高速提升，中国（这里只讲大陆的情况，不包括台湾和港澳地区）铸造业当清醒认识自己的历史重任和与发达国家的现实差距，大胆利用人类文明的最新成果，认清“只有实现高新技术化才能跟上时代步伐”的道理，机智地把握现代铸造技术的发展趋势，理智地采用先进适用技术，明智地实施可持续发展战略，立足现实又高瞻远瞩，以振兴和发展中国铸造业的累累硕果来奠定中国现代工业文明进程的坚实基础。 1.发达国家铸造技术发展现状 发达国家总体上铸造技术先进、产品质量好、生产效率高、环境污染少、原辅材料已形成商品化系列化供应，如在欧洲已建立跨国服务系统。生产普遍实现机械化、自动化、智能化（计算机控制、机器人操作）。 铸铁熔炼使用大型、高效、除尘、微机测控、外热送风无炉衬水冷连续作业冲天炉，普遍使用铸造焦，冲天炉或电炉与冲天炉双联熔炼，采用氮气连续脱硫或摇包脱硫使铁液中硫含量达0.01%以下；熔炼合金钢精炼多用AOD、VOD等设备，使钢液中H、O、N达到几个或几十个10-6的水平。 在重要铸件生产中，对材质要求高，如球墨铸铁要求P≯0.04%、S≯0.02%，铸钢要求P、S均≯0.025%，采用热分析技术及时准确控制C、Si 含量，用直读光谱仪2~3分钟分析出十几个元素含量且精度高，C、S分析与调控可使超低碳不锈钢的C、S含量得以准确控制，采用先进的无损检测技术有效控制铸件质量。 普遍采用液态金属过滤技术，过滤器可适应高温诸如钴基、镍基合金及不锈钢液的过滤。过滤后的钢铸件射线探伤A级合格率提高13个百分点，铝镁合金经过滤，抗拉强度提高50%、伸长率提高100%以上。 广泛应用合金包芯线处理技术，使球铁、蠕铁和孕育铸铁工艺稳定、合金元素收得率高、处理过程无污染，实现了微机自动化控制。 铝基复合材料以其优越性能被广泛重视并日益转向工业规模应用，如汽车驱动杆、缸体、缸套、活塞、连杆等各种重要部件都可用铝基复合材料制作，并已在高级赛车上应用；在汽车向轻量化发展的进程中，用镁合金材料制作各种重要汽车部件的量已仅次于铝合金。 采用热风冲天炉、两排大间距冲天炉和富氧送风，电炉采用炉料预热、降低熔化温度、提高炉子运转率、减少炉盖开启时间，加强保温和实行微机控制优化熔炼工艺。在球墨铸铁件生产中广泛采用小冒口和无冒口铸造。铸钢件采用保温冒口、保温补贴，工艺出品率由60%提高到80%。考虑人工成本高和生产条件差等因素而大量使用机器人。由于环保法制严格（电炉排尘有9国规定100-250mg/m3、冲天炉排尘，11国规定100-1000mg/m3，或0.25-1.5kg/t铁液；砂处理排尘，8国规定100-250mg/m3。），铸造厂都重视环保技术。 在大批量中小铸件的生产中，大多采用微机控制的高密度静压、射压或气冲造型机械化、自动化高效流水线湿型砂造型工艺。
铸造技术的现状发展与对策 铸造是金属成形的一种最主要方法，它是热加工的基础。铸造的历史与华夏文明的历史一样悠久，我们的祖先在4000多年前就铸造出了“三星堆”那样精美的青铜器，其技术水平令人叹为观止，然而到了现代，作为全球铸件产量第一大国，中国的铸造水平却落后于发达国家。 一、我国铸造业的概况 我国铸件产量从2000年起超越美国已连续6年位居世界第一，其中2004年为2242万吨，2005年估计为2600万吨，铸件年产值超过2500亿元，铸件产量占世界总产量的1/4之多，已成为世界铸造生产基地。根据全球主要铸件生产国2004年的产量统计可以看出，十大铸件生产国可分为两类。一类是发展中国家，虽然产量大，但铸件附加值低，小企业多，从业人员队伍庞大，黑色金属比重大。另一类是发达国家，如日本、美国及欧洲等，他们采用高新技术主要生产高附加值铸件。 发达国家总体上铸造技术先进、产品质量好、生产效率高、环境污染小、原辅材料已形成系列化。欧洲已建立跨国服务系统，生产实现机械化、自动化、智能化。生产过程从严执行技术标准，铸件废品率约为2%—5%。重视用信息化提升铸造工艺设计水平，普遍应用软件进行充型凝固过程模拟和工艺优化设计。 从批量和劳动生产率看，欧、美、日的优势很大，日本的劳动生产率是人均年产铸件140吨，我国估计约为20吨，相差7倍。我国人工成本低于1美元/小时，与发达国家相差几十倍，因而出口铸件具有优势。但近年来材料价格猛涨，使我国出口铸件在材料成本方面的优势消失殆尽。在产品质量和档次方面，我们远落后于发达国家。近年我国铸件出口虽有所增长，但出口只占我国总产量的97%，占世界铸件市场流通量不到8%，总体增速缓慢，表现为质量较差、价格低。长期以来，出口的铸件以中低档产品为主，各类管件、散热器、厨具及浴具占到36%。一些出口铸件虽可达到国际标准，但要达到欧美客户标准还有距离。 在国内，铸造业是关系国计民生的重要行业，是汽车、石化、钢铁、电力、造船、纺织、装备制造等支柱产业的基础，是制造业的重要组成部份。在机械装备中，铸件占整机重量的比例很高，内燃机占80%、拖拉机占50%—80%、液压件、泵类机械占50%—60%。汽车中的关键部件几乎全部铸造而成；冶金、矿山、电站等重大设备都依赖于大型铸锻件，铸件的质量直接影响着整机的质量和性能。 我国铸造生产企业主要分布在东部，西部产量较少。目前全国铸造企业约有24000家、从业人员约120多万。从产业结构看，既有从属于主机生产厂的铸造分厂或车间，也有专业铸造厂，还有大量的乡镇铸造厂。就规模和水平而言，既有工艺先进、机械化程度高、年产数万吨铸件的大型铸造厂，如重型行业、汽车行业、航空工业的一些先进的铸造厂；也有工艺落后、设备简陋、手工操作，年产铸件百余吨的小型铸造厂。 二、我国铸造业存在的问题
挤压铸造原理及缺陷分析 挤压铸造技术与传统金属型重力铸造相比区别较大，对于某些铸件的生产有独特优势，然而实际生产中出现的一些铸造缺陷，成因也不同于传统铸造，本文试图从原理和生产实际出发，分析挤压铸造的原理和流程参数，及其铸造常见缺陷，利用技术上的经验和实践提出改进方法，已达到推进该项铸造技术的推广，减少损失。 挤压铸造原理及特点 1.1.基本原理 挤压铸造又可称为液态模锻，是将金属或合金升温至熔融态，不加处理注入到敞口模具中，立即闭合模具，让液态金属充分流动以充填模具，初步到达制件外部形状，随后施以高压，使温度下降已凝固的外部金属产生塑性变形，而内部的未凝固金属承受等静压，同步发生高压凝固，最后获得制件或毛坯的方法。由于高压凝固和塑性变形同时存在，制件无缩孔、缩松等缺陷，组织细密，力学性能高于铸造方法，接近或相当锻造方法；无需冒口补缩和最后清理，因而液态金属或合金利用率高，工序简化，为一具有潜在应用前景的新型金属加工工艺。 1.2.挤压铸造的特点 挤压铸造的工艺对铸造设备有特殊的要求，并且目前只对部分铸件有较好的效果。首先，挤压铸造设备，需要提供低速但流量较大的液态金属填充能力，速度约为0.5~3m/s，流量可达1~5kg/s，这样熔融态金属才能平稳地将铸型内气体排出，并填充铸型，随后铸型填满的瞬间（50ms~150ms），应能将铸型内铸造比压提升到60~100MPa，这样合金便能在高压下凝固成型。由于前述的低速大流量，且挤压铸造
内浇道有冒口补缩的作用，内浇道口径较大，且位于铸件最肥厚的部位。 由于上述特点，挤压铸造适合厚壁铸件（10~50mm），但铸件尺寸不宜太大（小于200mm）。与压铸相同，挤压铸造只可使用脱模剂，不适用保温涂料，故而金属凝固速度极快，达到300~400摄氏度/s，与金属型重力铸造冷却速度相比，达到了其3~5倍，伸长率高于其他铸造方法约2~3倍。 挤压铸造的生产工艺流程 以直径190系列的铝活塞为例，介绍挤压铸造的工艺流程，挤压铸造借鉴于压力铸造和模锻工艺，其大体工艺流程为把液态金属直接浇入金属模内。然后在一定时间内以一定的压力作用于熔融的金属液体使之成形。并在此压力下结晶和塑性流动。从而获得铸件。在315t 的液压机上生产铝活塞的具体流程是：首先将铝加热到700~720摄氏度，形成铝液，倒入凹模中，进行扒渣得到相对纯净的铝液，液压机上缸下行，上压头对铝液加压，主缸的峰值加压压力达到280t，上压力加压至最大表压力22MPa起，到上压头起模止，维持保压时间在350秒，保压结束后开模，用底缸将铸件顶出即可。整体上可分为四个步骤，模具准备，浇注，合模加压，开模出件。 具体的铸造过程，注意的参数如下： 顶缸上升速度和金属流速；对铸造机而言，顶缸上升速度应该是丰富可调的，而金属流速须由铸件壁厚和尺寸决定，以不产生湍流，平稳填充铸型为原则，铸件的壁厚越大，尺寸越小，则流速较小，壁厚越小，尺寸越大，则流速较大。
铸造业的发展（一） 发展概论 中国是世界的鋳造大国，据有关部门统计，我国2010年的鋳件产量达3960万吨，其中灰鋳铁1900万吨，球墨鋳铁990万吨，可锻鋳铁60万吨，鋳钢530万吨，鋳铜70万吨，鋳铝380万吨，其他30万吨连续十年铸件产量居世界首位。经过最近几年的技术引进和设备引进，掌握大型鋳件的核心鋳造技术，已经能生产航天.航空.冶金.水电.火电.核电.石化.船舶…等多种高技术含量高精度的大型鋳件，如大型水轮机上冠.下环.叶片，核电站不锈主泵泵体.火电高压缸体.大型厚板轧机机架.1.85万吨油压机的横梁.25万吨船舶的螺旋桨…等大型鋳件,最大的鋳钢件520吨，替代了进口，我国已从鋳造大国迈向鋳造强国。首先必须当今的铸造市场有正确的分析，顺应市场的走向，在企业技术改造和产品的升级换代要有超前理念和意识，正确确认企业的市场定位，牢牢把握住企业的发展方向，才能使企业顺应市场的发展而发展，在千变万变的市场经济中立于不败之地。 第一铸铁市场 在2010年的3960万吨总产量中，铸铁件包括灰铁件、球铁件和可锻铸铁共2950万吨，占总产量的74．5%，铸铁市场仍然铸造市场的主
市场。 铸铁件对于人类文明社会的进程中，曾经发挥巨大的作用。但是近年来由于受能源，劳动力价格和环境的等综合因素的因素的影响，西方工业发达国家的各种铸铁产量有明显下降，铸铁被归入古老的一类，被看作是“走向衰微，对人类失去利用潜力”的材料。 然而，美国Lopet和Stefenescu教授在第65届世界铸造大会上提出不同的看法，他们认为铸铁仍然属未来的基础合金，灰铁和球铁件在个种工程应用中具有其他材料无可代替的各种优越性，适用于许多工程，至今仍然是各种工程材料的重要材料。如今，世界铸铁行业发展呈如下趋势： 1-1发达国家增速减慢，发展中国家增速加快。 美国从1981年1388万吨降至2002年1181万吨，日本略有下降，德国持平。 以中国为代表的发展中国家却以高速发展，中国的铸铁件产量从1981年的500万多吨增加到2002年1626万吨，到2010年已是2950万吨，连续十年居世界首位。其主要原因是作为汽车、建筑、机械和能源等支柱产业在我国高速发展的结果。从整个世界的发展趋势来看发达国家发展速度减慢而发展中国家却高速增长。 1-2 铸铁件的技术进步增强铸铁的生命力。 ,现代化的铁水净化处理技术，现代化球墨铸铁处理技术，现代化蠕化处理技术，电子计算机技术、现代化检测技术、热处理技术、低合金
第9章挤压铸造概述 挤压铸造，简称挤铸，也称“液态模锻”或“液锻”。其原理是对进入挤 压铸型型腔内的液态（或半固态）金属施加较高的机械压力，使其成形和凝固，从而获得铸件或铸锭的一种工艺方法。 此工艺是一种介于模锻与压铸之间，实施铸锻结合的工艺。其与模锻不同，置于模具（铸型)中的不是固态坯料，而是液态（或半固态）金属；与普通压铸不同，其液态金属是自下而上缓慢、平稳充型的，并保持在高压力下凝固。 从工艺方法方面，挤压铸造主要分两大类：①直接挤压铸造，简称直接挤铸，包括直接冲头挤铸、柱塞挤铸等，即液态金属在压力推动下充填由冲头 与凹型组成的型腔中，且挤压冲头直接挤压在铸件上（见图9-1）。②间接挤压铸造，简称间接挤铸，包括上压式和下顶式间接挤铸等，即液态金属在压力推动下，充填已闭合锁型的型腔中，挤压压冲头通过内浇道将压力传递到铸件 上（见图9-2)。 图9-1典型直接挤压铸造工艺程序示意图 a）铸型准备b）浇注 c）合挤压压d）开型，取出铸件 按挤压铸型的分（合）型方向的不同，挤压铸造也可分为立式挤铸（水平分型，如图9-1所示）和卧式挤铸（垂直分型，如图9-2所示)两大类。但不 论是何种类型，为创造良好的排气条件，挤压冲头对液态金属的挤压力，大都是垂直方向（由上向下或自下而上)施加 的。
图9- 2典型间接挤压铸造 （下顶式）工艺程序示意图a）铸型准备后浇注 b）合型，挤压料筒摆正 e）挤压头和挤压料筒上升 d）挤压头上升挤压 挤压铸造的工艺过程一般分为下 列步骤（见图9-1，图9-2）。 （1）铸型准备包括对铸型、挤压料简及挤压冲头的清理和喷涂，并将其回复到准备位置上。 （2）浇注将液态（或半固态）金属注入凹型或料筒中。 （3）合型合型并锁型，将料筒、冲头进入待挤压位置。 （4）挤压用挤压冲头将液态（半固态）金属推人型腔，并继续保压直至其完全凝固。 （5）开型推出铸件。 挤压铸造一般在专用挤压铸造机（简称挤铸机）上进行。但国内外也不少是选普通液压机代用，后者设备投资少，也可行，但生产效率低并会影响产品质量。 1）铸件组织致密，有利于防止气孔、缩松、裂纹产生；显微组织可细化；可进行固溶热处理；力学性能高于其他普通铸件，对直接挤压铸造件（简称直接挤铸件），可接近同种合金锻件水平。 2）铸件有较高的尺寸精度（铝合金和镁合金铸件可达GBT 6414-1999的CT5），较低的表面粗糙度值（铝铸件可达Ra=）。 3）工艺适应性较强，适用于生产多种铸造合金和部分变形合金件。 4）工艺出品率高。 5）便于实现机械化、自动化生产。 6）此工艺一般适合生产形状不很
在科学技术迅猛发展的今天，由于铸造成形工艺的特殊优势，有些复杂结构件目前尚无其他制造工艺可替代。铸造工艺仍是最经济且便捷的金属成形工艺。随着全球经济一体化，在国际间的合作日益密切、竞争日趋激烈之时，中国汽车铸造业应更充分地发挥铸造资源优势，发展自己的铸造工业。 1. 中国铸造业现状 中国是当今世界上最大的铸件生产国家，据资料介绍，我国铸造产品的产值在国民经济中约占1%左右。最近几年，铸件进出口贸易增长较快，铸件的产量已达到9%左右。我国铸造厂点多达2万多个，铸造行业从业人员达120万之多。“长三角”地区的铸件产量占全国的 1/3，该地区主要以民营企业为主，汽车和汽车零部件行业的发展有力地拉动了铸造行业的发展。万丰奥特是亚洲最大的铝合金车轮企业，年产值超过10亿元。昆山富士和机械有限公司生产汽车发动机和制动系统的铸件，年产量达4万t，销售收入5.5亿元。华东泰克西是一个先进的现代化气缸体铸件生产企业，具有年产1 00万件轿车气缸体铸件能力。山西是铸造资源大省，有丰富的生铁、煤炭、铝镁、电力、劳力资源、使山西的铸造产业有得天独厚的优势，具有500个铸造企业，80%为民营企业。山西国际、河津山联、山西华翔年产量分别达4万t、2万t、12万t。“东三省”有一汽集团、哈飞集团等骨干汽车企业带动了汽车铸件产量的增长。一汽集团铸造公司，已经形成40万t铸件的生产能力。辽宁北方曲轴有限公司，到“十一五”末将形成年产15万台发动机、100万件曲轴、产值20亿的曲轴生产基地。“珠江三角洲”压铸行业发达，有700多个压铸企业，年产量达20万t。东风日产、广州本田、广州丰田和零部件企业有力带动了压铸业的发展，轿车气缸体、气缸盖的压铸件产量逐年增长。 2. 国外铸造业现状 近几年来，全球铸造业持续增长，2004年铸件产量比上一年度增长8.4%，中国生产铸件2242万t，全球排名第一，比上一年增长23.6%。全球十大铸件生产国的产量与增长率见表1。从表1可见，2004年中国的铸件产量约占全球铸件产量的1/4。巴西铸件产量增长最快，达到25.8%。增长率超过2位数的国家有巴西、中国、墨西哥、印度，都是发展中国家。而发达国家的铸件增长率普遍较低。美国铸件产量自2000年以来，已经退居到第2位。2004年美国铸件总产量为1231万t，其中灰铁件占35%、球铁件占33%、铸钢件占8.4%、铝合金件占16%。从需求上看，球铁铸件和铝铸件的需求在增长。2003年进口铸件占总需求的1 5%，进口铸件的价格比美国国内低20%～50%。近年来因铸造环保要求高、能源消耗大、劳动力昂贵等原因，美国大型汽车公司生产普通汽车铸件的铸造厂纷纷关闭，逐步将铸件的生产转向中国、印度、墨西哥、巴西等发展中国家。日本的铸造业不景气，其从业人员在减少。2004年日本铸件总产量为639万t，其中灰铁件占42%、球铁件占30%、铸钢件占4%、铝合金件占21%。从需求上看，球铁铸件和铝铸件的需求在增长。日本铸造界在技术创新方面作了大量工作，开发了球型低膨胀铸造砂、高减振铸铁材料、中硅耐热球铁等材料。其真空压铸的铸件能焊接和热处理，半固态铸造生产用于汽车铝轮毂，提高了强度和伸长率。镁合金压铸进一步发展，并取代重力铸造，其性能提高，成本降低。
材料成型技术基础 第二章铸造 一、铸造的定义、优点、缺点： 铸造指熔融金属、制造铸型并将熔融金属浇入铸型凝固后，获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成型方法。 优点：铸造的工艺适应性强，铸件的结构形状和尺寸几乎不受限制；工业上常用的合金几乎都能铸造；铸造原材料来源广泛，价格低廉，设备投资少；铸造适于制造形状复杂、特别是内腔形状复杂的零件或毛坯，尤其是要求承压、抗振或耐磨的零件。 缺点：铸件的质量取决于成形工艺、铸型材料、合金的熔炼与浇注等诸多因素，易出现浇不到、缩孔、气孔、裂纹等缺陷，且往往组织疏松，晶粒粗大。 二、充型能力的定义、影响它的三个因素： 金属液的充型能力指金属液充满铸型型腔，获得轮廓清晰、形状准确的铸件的能力。 影响因素：①金属的流动性；②铸型条件；③浇注条件。 三、影响流动性的因素；纯金属和共晶成分合金呈逐层凝固流动性最好；影响充型能力的铸型的三个条件；浇注温度和压力对充型能力是如何影响的：影响流动性的因素： ①合金成分：纯金属和共晶成分的合金，结晶过程呈逐层凝固方式，流动性好；非共晶成分的合金，呈中间凝固方式，流动性较差；凝固温度范围过大，铸件断面呈糊状凝固方式，流动性最差。结晶温度范围越窄，合金流动性越好。 ②合金的质量热容、密度和热导率：合金质量热容和密度越大、热导率越小，流动性越好。 影响充型能力的铸型的三个条件： ①铸型的蓄热系数：铸型从其中金属液吸收并储存热量的能力。蓄热系数越大，金属液保持液态时间短，充型能力越低。（在型腔喷涂涂料，减小蓄热系数） ②铸型温度：铸型温度越高，有利于提高充型能力。 ③铸型中的气体：铸型的发气量过大且排气能力不足，就会使型腔中气压增大，阻碍充型。 浇注温度和压力对充型能力的影响： ①浇注温度：提高浇注温度，延长保持液态的时间，从而提高流动性。温度不能过高，否则金属液吸气增多，氧化严重，增大了缩孔、气孔、粘砂等缺陷倾向。 ②充型压力（流动方向上的压力）：充型压力越大，流动性越好。但充型压力不宜过大，以免金属飞溅，加剧氧化，气体来不及排出产生气孔、浇不到等缺陷。 四、铸造时液态和凝固收缩易产生缩孔和缩松；固态收缩易产生应力、变形和裂纹： 液态收缩（金属在液态时，由于温度降低而发生的体积收缩）和凝固收缩（熔