第三章 先进制造工艺技术
2. 成型工艺特点及研究方向 粉末冶金工艺一般具有以下特点： (1) 可以得到近净形零件； (2) 通过粉末合金成分的配合，可以得到符合零件性能要 求的制品； (3) 也适合于大批量生产。
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粉末成型领域的主要研究方向是：
(1) 粉末制造技术，例如急冷凝固粉末、机械合金化(MA) 粉末、超微(1 μm以下)粉末的制备等。
(3) 新的挤压成型法。常规金属挤压仅限于铝和铜一类延 性材料，而高强度材料和高温材料只能采用锻造与机加工方 法。新的挤压法可通过调节金属粉末/粘结剂混合系统的粘度 来制取挤压料，然后用挤压塑性材料的常规挤压机进行挤压。 可像金属注射成型那样，用溶剂萃取法去除粘结剂，而后经 烧结可制得棒、管等一类致密型材。通过调节粉末坡度与烧 结参数，也可制取壁上有开孔的管，由此制成过滤器及其他 功能产品。
(2) 成型及固化技术，例如冷等静压成型(CIP)和热等静 压成型(HIP)、粉末锻造、电磁成型、金属粉末注射成型(MIM) 等。
新开发的粉末材料需配以优化的固化及成型技术。另外， 比较成熟的模具成型技术亦存在工艺优化的需求。复杂零件的 粉末精确成型(公差达±0.02 mm)也需要高精度、智能化的成 型和固化设备的支持。这些问题共同的特点是对技术诀窍或经 验的依赖程度很大。
1. 粉末成型方法
(1) 磁动力压制。装于精密模具中的松散铁粉，经磁场径向 压制可达到很高的密度，同时克服了单轴模压方法中限制轴向 长过程
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(2) 爆炸压制。爆炸压制是得到高密度坯料的好方法。 冲击波通过粉末即可将粉末压制成坯。光学研究表明，对于 柱形试样，为使密度均匀，冲击波的形状应该是锥形的。
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3.1.2 精密洁净铸造 1. 精密砂型铸造(Precision Sand Casting)
(1) FM法。FM为法语Fonte Mince(薄壁铁)的缩写。FM法 采用冷芯盒砂芯叠箱造型，在低压下进行浇注。这种方法已 成功地用于大量生产壁厚仅2.8 mm的球墨铸铁排气管。法国 一铸造厂已建成日产2500根排气管的生产线(1992年)，其主要 用户为美国通用汽车公司Cadillac豪华型轿车部。
第三章 先进制造工艺技术 (2) Zeus法。Zeus法采用冷芯盒砂芯组芯造型，重力浇 注。由于所用的工艺装备(芯盒)制造得十分精确，因而可获得 尺寸十分精确的铝铸件，这种方法可以生产壁厚仅2.5 mm的复 杂铝合金发动机缸体、缸盖。
(3) Cosworth法。Cosworth法(见图3-2)采用冷芯盒砂芯 组芯造型，但是它使用锆砂(通常在铸造生产中使用石英砂)， 利用电磁泵来实现在可控压力下使铝合金液由下而上地充填铸 型。由于锆砂的热膨胀率很小而且恒定，因而有利于获得尺寸 精确度高的铸件。但是，由于锆砂导热性极好，比石英砂高出 两倍多，因而用它所造的砂型难以浇注出壁厚小于4 mm的铝铸 件。此外，砂芯采用机械组装，组装后砂型如同一个整体，也 有利于确保铸件尺寸精度。
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(4) 吹气装粉法。因粉末流动性差，故往往在压模装粉时 出现粒度偏析。新开发出的吹气装粉法将少量气体吹入装粉靴 中，因而改善了粉末的流动性，降低了粒度偏析，缩短了装粉 时间。
(5) 温压。温压工艺是利用温度与压力使粉末致密化的， 其最终密度可达7.25～7.458 g/cm3。各种温压工艺都有一定的 温度范围。温压工艺应用于汽车零件等高强度、小型化的开发 制造过程。
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今天被普遍接受的“挤压铸造”定义是：一种具有低的 充型速率，最低限度的扰动，并在整个凝固期间保持高压的 工艺方法，它能稳定地制造进行固熔热处理的高度整体性的 铸件。
汽车发动机铝合金活塞可以由加热的含超过25%陶瓷或耐 磨金属纤维的预制件挤压铸造而成。该工艺方法将增强材料 安放在需要的部位，如活塞圆顶或上活塞环槽处，以达到耐 热及耐磨等目的。
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3.1 精密成型技术 3.2 精密与超精密加工技术 3.3 超高速加工技术 3.4 特种加工技术 3.5 微细加工技术 复习思考题
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3.1 精密成型技术
3.1.1 粉末冶金
粉末冶金是一种精密成型工艺，成品件可以达到相当高的 精度和表面粗糙度，可以不经任何后续加工直接应用，也可以 进行一定的精加工。图3-1所示为粉末冶金工艺过程。
这种方法在大量生产中应用后发现还有不少有待解决的技 术问题，例如：用于制造消失模的模具成本高和制造周期长， 消失模因刚度差在紧砂过程中易变形，铸件表面质量不稳定， 等等。
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B）工艺过程
（P104）
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3. 挤压铸造(Squeeze Casting)
所谓“挤压铸造”，是指将液体金属在不受扰动、不卷进 空气的条件下充填金属铸型，随后又使铸件在高压下完成凝固 过程，从而获得优质可热处理的铸件的工艺方法。这种最初作 为液态冲压而开发的“挤压铸造”，目前则一般是指一种由截 面尺寸很大的浇道将液态金属引入型腔的铸造方法，这样就能 使铸件在凝固过程中能得到充分的补缩。
第三章 先进制造工艺技术 图3-2 Cosworth法示意图
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2. 消 失 模 铸 造 (Expendable Pattern Casting or Lost Foam Process)
消失模铸造采用遇液体金属后即气化的泡沫塑料作模样， 无分型面，也不用取模，不用砂芯，同时采用无水分、无粘结 剂、无附加物的干砂造型。这种方法可以生产出薄壁、零度拔 模斜率的复杂铸件，并可直接铸出螺纹及曲折的通道。它可以 减少机械加工工序。
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4. 半固态铸造(Semi-solid Metal Casting)
半固态铸造的过程是：将一专门的连续铸造铝合金的坯料 仔细地加热到其中含有一定的液态容积组分的温度，这一粥状 坯料随后被挤压到一金属型腔内以形成一近终形、致密的铸件， 然后可以通过热处理来进一步改善其性能。半固态铸造示意图 如图3-3所示。