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下面我们讲一下
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铝合金主要的主导工艺
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铝合金的铸造主要采取以下方式
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重力铸造 低压铸造 高压铸造
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消失模铸造和砂漠铸造
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下面我们首先看一下重力铸造
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铝合金的重力铸造
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又叫做半永久模铸造
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那么它的铸件外部形状是
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通过长期多循环使用的
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金属性外模来做成的
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它的内部结构性的空腔
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通过所需形状的砂芯临时充填
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然后去掉
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所以砂芯的形状和尺寸
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通过审核来实现
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所以这种工艺又叫做半永久模制造
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在使用金属性外模的重力铸造中
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铸件充型和给料在正常的大气压下完成
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充型我们就是讲的从铝液倒入浇口
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开始到模具型腔完全充满为止
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这是一个完整的创新过程
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重力铸造一般它用底注式浇铸方式
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就是铝液尽量地从铸件底部
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往上平稳充型
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不受阻碍也不产生涡流
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许多杂气都背上浮在毛孔当中
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所以这是铝合金的底注式浇铸系统
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这是重力铸造底注式模具与缸盖毛坯
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那么从这个缸盖毛坯
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我们也可以看到它
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是一个底注式的产品
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就是铝合金
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尽量的铜缸盖的底部
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进入到这个模具的新厂当中
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慢慢的充型完成
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知道做成整个缸盖
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下面看一下铝合金的低压铸造
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模具成型的时候
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在金属液面和模具之间
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制造一定的压力差
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压力介于0.2到0.5 atm
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推动铝液进入模具
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模具是保持常压
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二再加料口
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通过压缩空气
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创造出一个0.3到0.6帕的压力
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依此来弥补液面和模具的位置差
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进料口和模具之间
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通过一个浇道管连接
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这是低压铸造的设备示意图
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下面看一下铝合金的高压铸造
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高压铸造
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那么和低压铸造不一样
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它是通过相当高的压力将浓浓的金属推入模具
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冷凝速度非常快
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生产效率很高
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所以金属利用率也比较高
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加工余量小
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几乎接近总形
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那么成本相对来讲就比较低
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那么高压铸造由于
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它是通过一个高的压力
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保持这个合金的通行
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和产品的凝固
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所以对合金的要求也相对比较低
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另外高压铸造还有一个优点
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就是后续清理加工工序简单
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铸造时可以镶入其他材料
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比方说铝合金缸体的缸套
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就可以提前镶嵌到模具当中
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以及成型
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机械性能比较高
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一般不需要进行热处理
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高压铸造的产品铸造精度
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尺寸精度比较高
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表面质量比较好
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但是对模具材料要求比较高
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模具寿命相对比较长
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适合大批量生产
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那么高压铸造
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更重要的它是失意于
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薄壁和简单形状的产品
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随着设备水平的提高
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越来越大
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越来越复杂的产品也可以压铸
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多孔结构可以直接铸造出来
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那么高压铸造的缺点
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就是排气比较困难
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有时候导致铸件内气孔率高
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厚大部位质量不好
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模具制造周期长
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改动困难
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这是高压设备的装备示意图
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这是设备
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上面是模具
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镶嵌在这个设备当中
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都是加料桶
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这是高压铸件的浇铸系统和铸件
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还有一种工艺
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现在在我国的汽车工业中
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也得到越来越多的应用
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就是消失模铸造
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那么消失模铸造道
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顾名思义就是产品在成型以后
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这个模具就自然而然的消失了
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所以在这几幅图当中
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我们可以看到它有白色的部分
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也有黑色的部分
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白色的部分
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就是刚才讲的消失模
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它是有泡沫材料来制成的
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那么在它成型以后
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通过在外表面上涂一层涂料角度的时候
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把这个模具消失掉
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那么我们用的金属液体
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填充了这个模型所占的空间
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就形成了这个产品
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所以这种工艺叫消失模铸造
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到最后我们看一下砂模铸造
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那么砂模铸造
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顾名思义就是模具是用沙子来做的
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当然大部分用的是用树脂砂或者是覆膜沙
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沙子通过一种树脂作为粘结剂
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多成各种各样的砂型
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砂型成型以后那么装配成型
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然后浇铸
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就得到了这样的产品
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这是模铸造
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刚才我们讲了铝合金的主要制造工艺
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有重力铸造 低压铸造
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高压铸造 砂模铸造和消失模铸造
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那么重力铸造他的优点
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就是通过模具浇铸系统
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和冷却系统的设计
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可以实现平稳通行和顺序凝固
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比如我们最重要的零部件
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发动机的零部件缸盖
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他的燃烧室面
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那么可以在底部
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这样可以快速冷却
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从而得到组织致密
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晶粒比较细
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适合高负荷柴油机缸盖
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和高比功率汽油机缸盖
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但是它的缺点
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就是靠近毛孔的部位
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力学性能比较低
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那么低压铸造整体比较均匀
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加工余量小
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铸件不同部位力学性能差别不大
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传统的底注式工艺
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适合于汽油机缸盖
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特就是可以扩展到柴油机的缸盖
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L型或者V型
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发动机的闭式水套缸体
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那么它的缺点是
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对于创新过程的控制要求非常严格
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高压铸造适合于
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开始水套钢铁以及含有插件的产品
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界面结合比较好
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特别适合于薄壁产品
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形状简单的产品
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不用砂芯
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表面光洁
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凹陷部位
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孔 狭槽等
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能够很精确地接近公差地铸造出来
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加工余量非常小
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后续清理工序比较简单
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金属出频率高
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大批量生产的时候成本比较低
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那么高压铸造的缺点
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就是厚大部位组织和性能
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明显较薄壁部位比较差
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另外模具的投入也比较大
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砂模铸造到适用于批量比较小
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内腔比较复杂的产品
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也就说用其他工艺
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没法铸造出来的产品
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特别是一些大件产品
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以及一些快速的手工样件
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适于闭式水套缸体及用插件的产品
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一般来讲
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那么砂模铸造的产品性能比较差
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当然利用冷铁
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可以改善局部的机械性能
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最后一个消失模铸造
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消失模铸造不需要机械加工
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适合只列式的机械性能要求
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比较低的缸体
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可以一次成型多个铸件
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但是它的缺点
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是冷却凝固速度比较慢
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气孔率比较高
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机械性能难以满足
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中高速出功率的产品
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另外工艺也比较复杂
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那么下面我们就讲一下
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铸造铝合金材料和工艺的选择原则
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首先我们先看一下
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铝合金材料的选择原则
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那么在选择铝合金材料之前
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我们最基本的工作
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就是要清楚产品铸件的产品
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在装机以后的工作环境
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比方说是在高温下
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还是在常温下工作
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那么高温下工作的产品
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比方说发动机的缸盖 缸体
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那么常温下工作的产品
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比方说一些结构件一些悬挂件
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那么我们知道了它的工作条件以后
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根据使用环境和失效的模式
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我们就能定一个
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对这个产品的力学性能的要求指标
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也就说材料标准
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有了材料标准和技术要求以后
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那么我们就能确定制造工艺
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所以选择铝合金的材料的时候
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力学性能是很重要的一个条件
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比方说抗拉强度 曲复强度 延伸率
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硬度 疲劳极限
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这些力学性能
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有这些性能决定产品结构 尺寸
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特别是厚度
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那么铸造者的任务
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就是要保证在设计标明的特定区域
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通过适宜的金相组织
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也就是冶金级别
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达到上述性能要求
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另外一个选择要求
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就是看一下这个件
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这个材料能不能再处理
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那么通常来讲
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通过热处理工艺
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可以提高材料的力学性能
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和尺寸的稳定性
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但是这个材料能不能进行热处理
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那么取决于他和你的化学组成
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取决于主导工艺
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另外一个选择铝合金的时候
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考虑的一个原则
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就是高温机械性能
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那么对于高温下工作
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并且有受力的产品尤其重要
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在这样的情况下
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合金的化学成分
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和合适的热处理工艺
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对于材料有稳定的表现非常重要
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包括合金的性能和产品的尺寸
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另外一个耐腐蚀性
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产品的工作环境以及冷却水的性质
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盐水比方说
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那么就决定了
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这个产品是不是需要耐腐蚀性
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那么还有耐磨性
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对于处于机械运动状态
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而且又不允许尺寸变化的产品
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非常重要
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材料一定要耐磨
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一般的轻质合金
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由于硬度比较低
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所以耐磨性能并不是很好
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但是可以使用超共晶硅铝合金
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也是说过硅的含量大于15%
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这样的材料来生产
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比方说活塞
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比方说无缸套的铝合金缸体
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那么在此类合金中
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初晶硅晶体的增加
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提高了合金的耐磨性
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最后一个选择原则就是
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材料的机械加工性能
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轻质铝合金硬度介于85到115
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也就说不适应度
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直接适于机械加工
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包括高速切削 铣 车等
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但是高贵和金
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就要需要金刚石来加工
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这是铝合金的材料选择原则
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下面我们看一下
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铝合金的制造工艺学的原则
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刚才讲过铝合金的铸造工艺
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有很多种
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那么砂模铸造 重力铸造 消失模铸造
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半永久生铸造
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底压铸造 高压铸造等等
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那么对于某一个确定的产品
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铸造工艺的选择
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必须由客户
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也就是说发动机厂家
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和主铸造厂家
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一起考虑以下参数
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来确定选择什么样的
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铝合金铸造工艺
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第一个铸件形状的复杂性和尺寸
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一般来讲砂模铸造和消失模铸造
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可以生产任何尺寸
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和复杂形状的铸件
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那么高压铸造
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他就只能生产可以
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通过外部抽芯形成铸孔的产品
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刚才讲过也就是说形状比较简单
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薄壁产品
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可以通过高压铸造来实现
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那么使用紧缩性外模
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也就是说半永久模铸造和低压铸造
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可以相对复杂的产品能够做出来
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并且可以把这个形状复杂
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和良好的力学性能结合起来
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选择铝合金铸造工艺的
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其他原则
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还包括要求的力学性能
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一般来讲重力铸件和低压铸造件
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还有带有急冷的插件的砂铸件
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能够通过良好的金相组织和
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适当的热处理工艺
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使得产品达到比较好的力学性能
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那么高压铸造
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一般来讲不能进行热处理
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消失模铸造
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由于没法实现快速凝固
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所以使得力学性能比较低
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所以就是要求的力学性能
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也是选择铝合金铸造工艺的
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一个重要原则
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那么其他的原则
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还包含尺寸精度
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那么尺寸精度
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取决于模具的制造精度
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下芯的位置
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准确度和芯影的影响
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以及震动 芯位性的位移
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浇铸的条件等等
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所以尺寸精度也和制造工艺有关
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最后一个选择原则
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就是表面光洁度
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那么产品的
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也就是说逐渐的表面光洁度
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它是取决于模具的表面质量
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表面形成锁切入的材料和产品的
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表面光洁度是有关的
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那么后续功率后续工序处理
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比方说抛丸 喷砂这些表面处理
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也可以改善表面的光洁度
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刚才我们讲了
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汽车制造工艺的第五节
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也就是铸造工艺
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那么作为这一切的结语
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我们讲以下三点
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第一个 铸造
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大家知道
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那么它效率比较高
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成本也比较低
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并且是能够一次成型
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各种复杂的零部件
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所以它是热成型的主要方式
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在汽车制造
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特别是动力总成零部件
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动力总成的零部件
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主要是发动机变图像的零部件
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所以铸造
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仍然有着不可替代的作用
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第二点我们讲了铸造材料
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包含黑色合金和有色合金
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那么在我们汽车制造业
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主要是铸铁和铝合金
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铸铁和铝合金
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是铸造各种零件毛坯的主要材料
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随着汽车轻量化
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和节能减排的要求
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铝合金的应用空间在逐步提高
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最后一点
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那么无论是铸铁还是铸铝
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制造材料的牌号非常多
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成型的工艺也多种多样
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那么科学合理的结构设计
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良好的产品质量
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选择什么样的材料
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选择何种工艺
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来满足使用性能
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和工艺性能的要求
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需要结构设计产品研发
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工装模具设备
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和铸造工作者的共同努力
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这就是我们要讲的
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汽车制造工艺
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那么到现在为止
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汽车制造工艺这一章
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就全部结束
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谢谢大家
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