第二讲
1. 精密洁净铸造成形工艺
气化模铸造工艺与设备
概述
气化模铸造按工艺方法主要分为两种：气化模-铡压铸造（EPC-V法）和气化模-精铸-负压复合铸造（EPC-CS法）。
EPC-V法铸造是气化模-振动计紧实负压工艺。它利用气化模作一次性模型和不含水分、粘结剂及任何其他附加物的干砂造型，浇注和凝固期间铸型保持一定的负压度，由此获得近零起模斜度，可直接铸螺纹及曲折通道，表面光洁、尺寸精确、无飞边的近无余量少加工精密铸件。
EPC-CS法复合铸造是气化模-精铸-振动紧实负压复合铸造工艺。它是用气化模代替蜡融出，将超薄型壳埋入无粘结剂干砂中，采用振动紧实造型，浇注和凝固期间铸型保持一定的负压度，而获得表面光洁、尺寸精确的无余量精密铸件。
气化模铸造是在实型铸造基础上发展起来的。实型铸造由美国H.F.Shoyer发明并于1958年获得专利。后经德国Witmoser等深入研究，1961年进入工业化生产，尤其对冶金矿山、造船和机械用大型、单件、小批量生产的铸件更为适宜，在工业生产中应用实型铸造的国家主要有美、英、法、俄、日、德、和中国等。由于实型铸造采用可消失的聚苯乙烯塑料模，不存在普通砂型铸造从铸型中取出模样的困难，简化了铸造工序，降低劳动强度和成本，提高了生产效率。但实型铸造存在着铸件表面质量差，尺寸精度低，易造成中、低碳钢铸件表面增碳和缺陷，因此限制了该工艺的发展和应用。80年代，工业发达国家，在实型铸造基础上，针对上述问题进行了研究，推出了EPC-V法铸造工艺，引起了铸造界的关注，认为这是铸造行业上的一项突破。福特、通用、菲亚特等汽车公司已开始应用该工艺生产汽车、发动机和涡轮机用铸件，如图28所示。该工艺在欧洲、美洲、日本及中国也等到大力开发和应用。然而，EPC-V法铸造工艺易于在铸件内存在气化残物和造成中、低碳钢铸件表面增碳、增氢缺陷[59]，一般渗碳层深度为0.5～2.5mm，渗碳量（质量分数）在0.01%～0.6%之间，使铝合金铸件的气密性较差，从而限制了EPC-V铸造在生产铸铝、铸钢件中的应用。为此，英国Foseco公司推出了EPC-CS法复合铸造工艺。它是将实型铸造、熔模精铸造不能用于大件以及成本高、工艺复杂的不足，采用负压造型实现了无粘结剂干砂造型，解决了铸钢件增碳问题，提高了铸件质量，消除了污染。为了解决铝合金铸件气密性问题产生了气化模-低压复合铸造工艺[55]，这些复合铸造工艺继承了气化模铸造的优点也弥补了其不足。
图28 Fiat公司生产的铸件及气化模
综上所述，这种先进的铸造技术充分显示了旺盛的生命力。
气化模铸造技术的特点及应用
气化模铸造是当今新兴的先进铸造技术之一，其特点如下：
1）允许零件的结构设计有更大的自由度。
2）稍除了起模斜度，可最大限度地减少铸件的壁厚，提高铸件的尺寸精度。
3）由于实现无粘结剂干砂造型，使普通铸造法的型、芯砂运输、混制、旧砂处理及回用、制芯、下芯及分箱合型等繁复工序得以消除和减化，显著降低用于这些工序的巨大工作量和高额成本，减少影响铸件质量的人为因素，使铸件成品率和生产率大为提高。其干砂95％以上可以回用而不需处理。
4）落砂和清理铸件的工作量及设备大大减少。
5）可实现砂型铸造无法实现的复杂部件的整体铸造，获得表面光洁、尺寸精确、无飞边的少无余量精密铸件。
由于EPC-V法具有上述优点，在国内外得到广泛的应用，如武汉钢铁公司烧结备件厂建成一条年产8万支炉篦条的简易生产线；沈阳铸造研究所和工厂合作，生产了高铬、低铬铸铁和高铬钢等20多种耐磨铸件，年产量为5000～7000t，铸件综合成本降低13.5％。
在EPC-V法中，由于EPS在高温下分解的产物有一部分裂解碳聚集在铸件表面造成缺陷；铸铁件特别是球铁件表面出现积碳、皱褶等缺陷。使低碳钢、不锈钢铸件表面增碳。为了解决上述问题，美国DOW化学公司在80年代已研究开发出一种专门用于EPC-V法的EPMMA材料［59］，用它制作的气化模当时已在美国通用汽车公司的Saginow中心铸造厂应用，近年又在美国的其他生产厂家及日本、欧洲应用，专门用来生产球墨铸铁或低碳钢、不锈钢的EPC 铸件。近年来浙江省化工研究院等也研究了EPMMA。国产的EPMMA气化模使涂料涂挂性好，燃烧及高温分解时基本上无黑烟，残留物少，浇注球铁铸件无积碳、皱皮。
EPS-CS法用的气化模在浇注前已清除，因此从根本上消除了积碳、皱褶、增碳问题，可实现熔模铸造无法铸出的几百千克重的无余量精密铸件。EPS-CS法可用于铸造各种合金大型复杂的精密铸件。沈阳铸造所与沈阳第一阀门厂采用该工艺批量生产了重28kg的不锈钢阀体铸件等。该工艺也存在着EPS原材料质量差，影响铸件表面质量和尺寸精度、模具制作成本高、生产周期长等缺点。
气化模以其独有的先进性、实用性在铸造行业得到广泛应用。我国在研究和应用气化模铸造技术方面已趋成熟并获得成功，但与国外相比，产量和生产规模小，机械化、自动化和专业化程度低，气化模用原材料和涂料质量与国外还有差距，制模技术不配套、不过关。由
此可见，这项新技术需要研究和开发的内容还很多，发展的潜力还很大，这项80年代发展起来的铸造新技术，必将在我国铸造生产中发挥越来越重要的作用。
2. 精密高效塑性成形技术
热精锻生产线成套技术
概述
金属坯料加热到锻造温度采用模锻方法实现精密成形是现休机械零件的重要成形方法之一。机械零件中很多承力件、保安件、传动件采用了热锻成形。汽车的连杆、高速柴油机曲轴、汽车前梁、汽轮机叶片、轴承环等都是热锻的典型件。
蒸汽-空气两用模锻锤曾经是热模锻生产的主要设备，由于能耗大、导向精度不高、又没有顶出装置，因而锻件精度不高。现代大批量生产的企业通常采用热模锻压力机、高能螺旋压力机、电液锤为主要锻造设备。为保证温度的一致性和高的生产率，通常采用感应加热。由于工艺技术提高，设备、模具、润滑条件改进，锻件尺寸精度和复杂程度在本世纪末均有显著提高，如汽车连杆锻件过去重量偏差在7%~8%，现在普遍达到3%~4%；现在曲轴锻件拐颊做到薄而深，满足了现代汽车道行驶速度提高，发动机结构紧凑，出力大的设计要求；新型轿车转向节是一个多枝叉零件，按照其复杂程度计算已经是热锻件的极限。非调质钢在汽车行业中大量应用可以利用锻件余热直接热处理，简化了工艺和设备，有显著节能、节材、节约生产面积的经济效益。工艺模拟和模具CAD/CAM技术的应用，使热锻成形新产品的设计和开发周期显著缩短，锻造机械手、机器人和生产自动化及其配套技术的应用，使热精锻在质量、效率和劳动条件方面有了显著改善。
热精锻生产线成套技术
1．精密热模锻生产线工艺流程设计
精密热模锻生产通常要经过下料、加热、制坯、预锻、终锻、切边、校正或精整等多道工步，。由于锻件形状尺寸和精度要求不同，有些工步可以省去，确定工步的一般原则和普通热模锻生产线相似；工艺流程设计对于正确选择和利用设备、保证产品精度和质量、提高生产效率、降低生产线投资和日常生产成本、节能节材、改善生产环境和劳动条件都有密切关系，所以无论是利用企业原有条件进行技术改造，还是新建生产线，都要进行详细分析比较，以下提出一些应该注意的问题。
1．原材料和下料工步
我国目前生产的钢材往往尺寸公差较大，平直度差，表面质量不高有时会有微裂纹，由于精锻后加工量小甚至不加工，这些裂纹和表面缺陷往往会造成锻件报废，去坯尺寸公差大会引起下料重量偏差增大，有些时候也会影响锻件精度。这些都必须予以考虑，采取相应的预防措施。
2．锻造工步的确定
确定锻造工步是建设生产线的关键。工艺人员要对锻造设备及其特点有清楚的了解，对各种锻造工艺的优缺点和适用范围也应当有正确认识，进行综合分析比较，兼顾当前企业实际条件，市场情况和技术发展趋势，从而优选先进实用的方案。如北京机电所的研究人员在制定汽车前梁生产线建设方案时提出采用精辊-精锻复合工艺，替代发达国家辊锻粗坯再用大吨位压力机锻造的方案就是一个很好的例子，在采用新方案后生产线主要设备吨位由万吨级降到2500t，投资只是国外方案的1/5～1/8，模具寿命还有提高，生产成本也有降低。柴油机的喷油体通常的工艺方案是模锻或镦锻，改用楔横轧制坯-立锻的方案后提高了锻件精度，节约材料降低加工费用受到后续加工企业好评，已经获得我国专利。
锻造工步确定后要绘制锻件图，设计每一工步毛坯尺寸和形状。每一工步毛坯设计，通
