53
2.半固态铸造生产过程
动画56 半固态成形工艺流程
54
表8 用于汽车前悬挂系统的SSM成形零件与铸铁零件的质量比较
零件名称 铸铁零件/kg SSM零件/kg 质量减少/kg 质量减少％
上控制臂：前端
上控制臂：后端 悬臂 驾驶控制杆 支撑 悬挂支架 减震器支架梁 驾驶控制杆支撑 架 万向节
0.73710
13.1 造型新方法
13.1.1 真空密封造型
真空密封造型又称真空薄膜造型、减压造型、负压造型或V法， 适用于生产薄壁、面积大、形状不太复杂的扁平铸件。 1.真空密封造型法的优点 (1)铸件尺寸精确， 能浇出2～3mm的薄壁部分。 (2)铸件缺陷少，废品率可控制到1.5%以下。 (3)砂型成本低，损耗少，回用率在95%以上。 (4)工作环境比较好，噪声小、粉尘少，劳动强度低。 2.真空密封造型法的缺点 (1)对形状复杂、高度较高的铸件覆膜成形困难。 (2)工艺装备复杂，造型生产率比较低。
件精度高、表面粗糙度低，工作安全、可靠、方便。
气冲造型的缺点是砂型最上部约 30mm的型砂达不到紧实要 求，因而不适用于高度小于150mm的矮砂箱造型。工装要求严格，
砂箱强度要求较高。
45
1.气冲紧实原理 气冲紧实过程可分成两个阶段，如动画52所示。 (1) 型砂自上而下加速并初步紧实阶段。在顶部气压迅速提高 的作用下，表面层型砂上下产生很大的气压差，使表面层型砂紧实 度迅速提高，形成一初实层。在气压的推动下，初实层如同一块高 速压板，以很大的速度向下移动，使下面的砂层加速并初步紧实。 (2) 运动的砂层自下而上冲击紧实 阶段。初实层继续向下移动和扩展，型 砂的紧实前锋很快到达模板，与模板发 生冲击；在冲击处，砂层运动突然滞止， 产生巨大的冲击力，使靠近模板的一层 型砂紧实度迅速提高；随后，冲击向上 发展，型砂由下而上逐层滞止，直到砂 层顶部为止。
轿车 载货汽车 造船业 管件 机床 一般工业 其他 总计
50
动画55 消失模铸造新发展示意图
13.2.3 快速原型制造技术
铸造模型的快速原型制造技术(RPM)是以分层合成工艺为基 础的计算机快速立体模型制造系统，包括分层合成工艺的计算机 智能铸造生产是最近几年机器制造业的一个重要发展方向。快速 原型制造技术集成了现代数控技术、CAD/CAM技术、激光技术 以及新型材料的成果与一体，突破了传统的加工模式，可以自动、 快速地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或直接制造 零件，从而对产品设计进行快速评价、修改，以适应市场的快速 发展要求，提高企业的竞争力。 快速原型制造技术的工作原理是将零件的CAD三维几何模型， 输入到计算机上，再以分解算法将模型分解成一层层的横向薄层， 确定各层的平面轮廓，将这些模型数据信息按顺序一层接一层地 传递到分层合成系统。
58
2.特种铸造工艺的发展 随着现代工业对铸件的比强度、比模量要求的增加，以及 近净成形、净终成形的发展和特种铸造工艺向大型铸件方向发 展等，使铸造柔性加工系统得以推广，逐步适应多品种少批量 的产品升级换代需求。复合铸造技术（挤压铸造和真空吸铸） 和一些全新的工艺方法（快速凝固成形技术、半固态铸造、悬 浮铸造、定向凝固技术、压力下结晶技术、超级合金等离子滴 铸工艺等）逐步进入应用。
动画54 消失模铸造
48
2.消失模铸造特点和应用范围 消失模铸造主要用于形状结构复杂，难以起模或使用活块和外 型芯较多的铸件。与普通铸造相比，具有以下优点：工序简单、生 产周期短、效率高，铸件尺寸精度高 ( 造型后不起模、不分型，没 有铸造斜度和活块)，精度达CT8级，可采用无黏结剂型砂，增大了 铸件设计的自由度，简化了铸造生产工序，降低了劳动强度。近年 来，消失模铸造技术在欧美发展很快（见表7）。 3.消失模铸造的新发展 消失模铸造用的泡沫塑料模与不断涌现的其他新材料、新设备、 新技术相结合，发展形成很多新的造型和铸造方法（如动画 55 所 示）。这些方法扩大了消失模铸造的应用范围，提高了铸造生产水 平。
49
表7 美国消失模铸造情况（生产和增长速度）
应 用 吨/年（1997年） 82.697 5.110 8.463 11.057 7.018 7.105 19.026 140.676 增长速度% （1994~1997年） 13 44 65 163 6 19 60 27 增长速度% （1997~2000年） 52 232 43 200 15 45 168 83
金属材料及工艺（第二版）
铸造篇之 铸造新技术
主讲：
铸造生产的机械化自动化程度在不断提高的同时，将更 多地向柔性生产方面发展，以扩大对不同批量和多品种生产 的适应性。节约能源和原材料的新技术将会得到优先发展， 少产生或不产生污染的新工艺新设备将首先受到重视。质量 控制技术在各道工序的检测和无损探伤、应力测定方面，将 有新的发展。 铸造产品发展的趋势是要求铸件有更好的综合性能，更 高的精度，更少的加工余量和更光洁的表面。此外，节能的 要求和社会对恢复自然环境的呼声也越来越高。为适应这些 要求，新的铸造合金将得到开发，冶炼新工艺和新设备将相 应出现。
在计算机的控制下，由激光器或紫外光发生器逐层扫描塑 料、复合材料、液态树脂等成形材料，在激光束或紫外光束作 用下，这些材料将会发生固化、烧结或粘结而制成立体模型。 用这种模型作为模样进行熔模铸造、实型铸造等，可以大大缩 短铸造生产周期。 目前，正在应用与开发的快速原型制造技术有以分层叠加 合成工艺为原理的激光立体光刻技术(SLA)、激光粉末选区烧结 成形技术(SLS)、熔丝沉积成形技术(FDM)、叠层轮廓制造技术 (LOM)等多种工艺方法。每种工艺方法原理相同，只是技术有所 差别。 (1) 激光立体光刻技术(SLA)。采用SLA成形方法生产金属零 件的最佳技术路线是：SLA原型(零件型)→熔模铸造(消失模铸 造)→铸件，主要用于生产中等复杂程度的中小型铸件。
铸造技术的发展趋势（续）
59
3.特殊性能合金进入应用 球墨铸铁、合金钢、铝合金、钛合金等高比强度、比模量 的材料逐步进入应用。新型铸造功能材料如铸造复合材料、阻 尼材料和具有特殊磁学、电学、热学性能和耐辐射材料进入铸 造成形领域。 4.微电子技术进入使用 铸造生产的各个环节已开始使用微电子技术。如铸造工艺 及模具的CAD及CAM，凝固过程数值模拟，铸造过程自动检测、 监测与控制，铸造工程 MIS ，各种数据库及专家系统，机器人 的应用等。
面上。 (2)放置砂箱，充填型砂，微振紧实。 (3)刮平，覆背膜，抽真空，使砂型保持一定的真空度。 (4)在负压状态下起模、下芯、合型浇注。铸件凝固后恢复常 压，型砂自行溃散，取出铸件。
43
动画51 真空密封造型
44
13.1.2 气流冲击造型
气流冲击造型简称气冲造型，是一种新的造型方法。其原理 是利用气流冲击，使预填在砂箱内的型砂在极短的时间内完成冲 击紧实过程。 气冲造型分低压气冲造型和高压气冲造型两种，低压气冲造 型应用较多。 气冲造型的优点是砂型紧实度高且分布合理，透气性好、铸
动画52 气冲造型紧实过程
46
2.气冲造型紧实度 (1)紧实度分布规律。气冲造型紧实度 如动画 53 所示，靠近模底板处紧实度最高， 随着与模底板的距离加大，紧实度逐步降 低。这样的分布即保证砂型分型面处及型 腔的高紧实度，又使型砂具有良好的透气 性。有利于得到表面粗糙度低、精度高的 铸件。气冲造型砂型紧实度分布最为合理。
65
61 62 47 43 55 29 稳，加工温度较低，模具寿命大幅提高，凝固时 间短，生产率高。 (2)铸件表面平整光滑，内部组织致密，气孔和偏析少；晶 粒细小，力学性能接近锻件。 (3)凝固收缩小，尺寸精度高，可实现近净成形、净终成形 加工。 (4)流动应力小，成形速度高，可成形十分复杂的零件。 (5)适宜于铸造铝、镁、锌、镍、铜合金和铁碳合金，尤其 适宜于铝、镁合金。
13.2 铸造新技术
13.2.1 半固态金属铸造
1.半固态金属铸造原理 半固态金属加工技术属21世纪前沿性金属加工技术（其生产过 程见动 画 56 ） 。 20 世 纪 70 年 代 麻省理 工 学院 （ MIT ） 弗 莱 明斯 （Flemings ）教授发现金属在凝固过程中进行强烈搅拌或通过控制 凝固条件，抑制树枝晶的生成或破碎所生成的树枝晶，形成具有等 轴、均匀、细小的初生相均匀分布于液相中的悬浮半固态浆料。这 种浆料在外力作用下即使固相率达到 60%仍具有较好的流动性。可 利用压铸、挤压、模锻等常规工艺进行加工，这种工艺方法称为半 固态金属加工技术（简称 SSM ）。表 8列出了用于汽车前悬挂系统 的SSM成形零件与铸铁零件的质量比较。
42
3.真空密封造型原理 真空密封造型是在特制砂箱内充填无水无黏结剂的型砂，用薄 而富有弹性的塑料薄膜将砂箱密封后抽成真空，借助铸型内外的压
力差(约40kPa)使型砂紧实和成形。
4.真空密封造型过程 真空密封造型过程如动画51所示，主要由以下几个步骤：
(1)通过抽气箱抽气，将预先加热好的塑料薄膜吸贴到模样表
动画53 气冲造型紧实度分布
(2) 影响紧实效果的主要因素。压力梯度是影响紧实度的主要 因素。所谓压力梯度是指作用在型砂上面先后的压力差dP与建压时 间dt之比。当dP/dt值愈大，铸型的紧实度愈高。
51
13.1.3 冷冻造型法
冷冻造型法又称低温硬化造型法，采用普通石英砂加入少量的 水，必要时还加入少量的黏土，按普通造型法制好铸型后送入冷冻 室，使铸型冷冻，借助于包覆在砂粒表面的冰冻水分而实现砂粒的 结合，使铸型具有很高的强度及硬度。浇注时，铸型温度升高，水 分蒸发，铸型逐步解冻，稍加振动立即溃散，可方便地取出铸件。 与其他造型方法相比，这种造型方法具有以下特点 (1)型砂成分简单，配置容易，铸件落砂清理方便，旧砂回用容 易，砂处理设备少。 (2)在造型、浇注、落砂过程中，产生的粉尘及有害气体少，符 合清洁生产的要求。 (3)铸型强度高、硬度大、透气性好，铸件表面光洁、缺陷少。