◎本书在现有铸造理论体系的基础上,引入了新的科学理念、新的技术,同时兼顾传统的技术传承和积累。
◎书中工程实践内容丰富,不仅有丰富的应用实例,还对实践中遇到的问题和有效的解决方法进行了详细的介绍。
◎本书面向广大的铸造工程技术人员、相关专业在校师生及研究人员,为他们进行铸造工艺设计、相关课程的学习和讲解、相关课题研究提供了参考。
◎本书主要内容包括:铸造工艺设计概论、铸造工艺方法和方案以及工艺参数的设计、砂芯设计、浇注系统设计、补缩系统设计、冷铁设计、典型铸件铸造工艺设计实例、特种铸造工艺、铸造工艺装备设计、铸造工艺新技术。
本书系统地介绍了铸钢件、铸铁件和有色合金铸件的铸造工艺设计及相关的技术内容,全书主要内容包括:铸造工艺设计概论、铸造工艺方案和工艺参数的设计、砂芯设计、浇注系统设计、补缩系统设计、冷铁设计、典型铸件铸造工艺设计实例、特种铸造工艺、铸造工艺装备设计、铸造工艺新技术。本书全面贯彻了铸造领域相关的现行技术标准,技术内容新,实用性强。书中工程实践内容丰富,不仅有丰富的应用实例,还对实践中遇到的问题和有效的解决方法进行了详细的介绍,便于读者学习借鉴。
本书可供铸造工程技术人员参考,也可供相关专业的在校师生和科研人员参考。
前言
第1章铸造工艺设计概论1
1.1铸造技术的发展1
1.2我国铸造业在国际上的地位2
1.3铸造在国民经济中的重要性4
1.4铸造工艺设计内容和铸造方法
分类4
1.4.1铸造工艺设计内容4
1.4.2铸造方法分类4
第2章铸造工艺方案和工艺参数的
设计6
2.1铸造工艺设计考虑的因素与铸造
方法的选择6
2.1.1铸造工艺设计考虑的因素6
2.1.2铸造方法的选择10
2.2铸造工艺方案设计10
2.2.1浇注位置的设计11
2.2.2分型面的选择12
2.2.3典型铸件的铸造工艺方案14
2.3铸造工艺参数设计16
2.3.1铸件尺寸公差16
2.3.2机械加工余量18
2.3.3铸造线收缩率20
2.3.4起模斜度22
2.3.5最小铸出孔和槽23
2.3.6工艺补正量24
2.3.7分型负数25
2.3.8分芯负数26
2.3.9反变形量26
2.3.10工艺筋28
2.3.11落砂时间31
2.3.12压铁及其计算33
2.3.13铸件表面粗糙度36
2.4铸造工艺的输出及其表示方法37
2.4.1铸造工艺的输出方式37
2.4.2铸造工艺的表示方法38
2.4.3铸造工艺的输出内容46
第3章砂芯设计47
3.1砂芯的划分47
3.2砂芯的舂砂方向49
3.3芯头的设计51
3.4芯撑的设计57
3.4.1强度法计算芯撑58
3.4.2热平衡法计算芯撑59
3.5排气系统的设计60
3.6芯骨的设计62
3.7砂芯的特殊固定和预装配64
第4章浇注系统设计65
4.1浇注系统的组成与类型65
4.1.1浇注系统的组成65
4.1.2浇注系统的类型67
4.2浇注系统的设计内容与原则72
4.2.1浇注系统的设计内容72
4.2.2浇注系统的设计原则72
4.3各种合金的浇注系统设计73
4.3.1灰铸铁件的浇注系统设计73
4.3.2球墨铸铁件的浇注系统设计118
4.3.3可锻铸铁件的浇注系统设计126
4.3.4铸钢件的浇注系统设计128
4.3.5铝合金与镁合金铸件的浇注系
统设计137
4.3.6铜合金铸件的浇注系统设计144
4.4浇注系统用材料及其结构与熔体过
滤技术152
4.4.1浇注系统用材料及其结构152
4.4.2熔体过滤技术168
第5章补缩系统设计175
5.1铸钢件的补缩系统设计175
5.1.1铸钢件的体收缩175
5.1.2冒口的补缩距离177
5.1.3补贴的设计179
5.1.4冒口的分类、结构及安放
原则185
5.1.5模数法冒口设计186
5.1.6热节圆法冒口设计219
5.1.7液量补缩法冒口设计237
5.1.8比例法冒口设计237
5.1.9保温冒口的设计249
5.2铸铁件的补缩系统设计251
5.2.1灰铸铁件的冒口设计252
5.2.2球墨铸铁件的冒口设计265
5.2.3可锻铸铁件的冒口设计273
5.3有色合金铸件的补缩系统设计276
5.3.1铝合金铸件的补缩系统
设计276
5.3.2铜合金铸件的补缩系统
设计282
第6章冷铁设计290
6.1冷铁的分类、作用及使用材料290
6.2外冷铁291
6.2.1直接外冷铁292
6.2.2间接外冷铁297
6.3内冷铁298
6.3.1熔焊内冷铁299
6.3.2不熔焊内冷铁302
6.3.3螺旋内冷铁305
6.3.4栅格内冷铁305
第7章典型铸件铸造工艺设计
实例307
7.1铸钢件铸造工艺设计实例307
7.1.1高压气缸下半部铸造工艺
设计307
7.1.2摇臂铸造工艺设计309
7.1.3调节阀阀盖铸造工艺设计311
7.1.447MW联合循环汽轮机阀壳
体铸造工艺设计312
7.1.5喷嘴室铸造工艺设计314
7.2铸铁件铸造工艺设计实例316
7.2.1自动关闭器外壳铸造工艺
设计316
7.2.2桥规铸造工艺设计318
7.2.3曲轴铸造工艺设计319
7.3有色合金件铸造工艺设计实例322
7.3.1第Ⅱ级混合室盖铸造工艺
设计322
7.3.2外壳铸造工艺设计323
第8章特种铸造工艺326
8.1陶瓷型铸造326
8.1.1陶瓷型铸造的分类、工序过
程及应用326
8.1.2陶瓷型铸造工艺设计328
8.2消失模铸造339
8.2.1消失模铸造的特点及应用340
8.2.2模样341
8.2.3涂料349
8.2.4型砂与造型及浇注356
8.2.5落砂清理及砂处理系统360
8.2.6消失模铸造工艺设计361
8.2.7砂箱的设计366
8.3金属型铸造367
8.3.1金属型铸造的特点及应用367
8.3.2金属型铸造工艺设计368
8.3.3覆砂金属型铸造383
8.3.4金属型的设计385
8.3.5金属型铸造机410
第9章铸造工艺装备设计418
9.1模样与模板418
9.1.1模样418
9.1.2模板426
9.2芯盒436
9.2.1芯盒的类型与材料436
9.2.2芯盒的结构设计438
9.3砂箱446
9.3.1砂箱的分类与特点446
9.3.2砂箱的基本构成与设计447
第10章铸造工艺新技术473
10.1铸件凝固过程的数值模拟473
10.1.1铸件凝固温度场的数值
模拟473
10.1.2铸件缩孔和缩松的预测480
10.1.3铸造充型过程的数值模拟484
10.2铸造工艺CAD技术488
10.2.1铸造工艺CAD的内容488
10.2.2铸造工艺CAD的实现模式488
10.2.3铸造工艺CAD系统的组成
与构建489
10.3强制冷却技术在铸造中的应用491
10.3.1强制冷却技术的原理及
其方式491
10.3.2强制冷却技术的计算和
应用实例496
10.4快速成形技术在铸造中的应用502
10.4.1快速成形的原理502
10.4.2快速成形与铸造成形507
10.4.3直接铸造成形507
10.4.4间接铸造成形513
参考文献517
铸造是机械行业中的重要一环,也是材料学科的重要分支,铸件具有形状的任意性、材料的任意性和大小尺寸的任意性,铸造在一些领域具有不可替代性。人类的文明发展与铸造技术的发展密切相关,我国古代先人创造了辉煌的铸造历史和成就,“铸造”了我国古代文明的灿烂篇章。目前我国铸件的年产量和从业人员均为世界第一,技术和设备水平也步入世界先进的行列。铸造在国民经济中发挥着重要的作用。在科学技术日新月异的今天,铸造这一传统行业面临着新的挑战,适应新兴技术和新形势对铸件的要求是铸造领域的新课题。
铸造工艺及其相关技术在铸件的生产中起着至关重要的作用,铸造工艺设计的优劣、铸造方法选择的合理与否均对铸件的质量、生产效率和生产成本等方面产生较大的影响。只有通过科学的计算和长期的工程实践积累,以及科学与工程实践的有机融合,相互促进,协调发展,才能实现铸造领域不断的技术进步。本书在现有铸造理论体系的基础上,引入了新的科学理念、新的技术,进行了知识的更新,全面贯彻了铸造领域相关的现行技术标准,同时兼顾传统的技术传承和积累。结合具体的内容,加入了相关的工程实践经验,收入了一些经过实践检验的案例,并结合生产实践过程加以说明和讲解。根据浇注系统用材料的变化,加入了陶瓷管浇注系统设计的相关资料,包括类别、结构和尺寸等。
本书的特点是经典知识与传统技术相结合,科学理念与工程实践相结合,介于高校教材与专业手册之间,侧重讲解和说明。本书面向广大的铸造工程技术人员、相关专业的在校师生及研究人员,为他们进行铸造工艺设计、相关课程的学习和讲解、相关课题研究提供了参考。本书也顺应了当前教育改革的状况,自1998年专业目录调整后,高校实行大专业培养,宽口径模式,使得所培养学生的专业知识与企业对人才知识的需求产生了较大的差异,学生在现有教育体系下所学的专业知识远远不够,他们需要更加系统的专业知识。本书对相关专业在校学生以及刚刚进入铸造领域的毕业生获得系统的专业知识提供了一个理想的学习途径。
本书共10章,第1章、第4章、第5章、第6章、第7章和第8章由赵成志编写,第2章、第3章、第9章、第10章由张贺新编写。哈尔滨汽轮机有限责任研究所的段亚芳高级工程师、汪松工程师,哈尔滨电机厂有限责任公司热加工事业部的周佩超高级工程师,宁夏众信机械设备制造有限公司的任江波工程师,浙江长兴恒传耐火材料有限公司的杨和平工程师,哈尔滨工程大学的李志平等人为本书的成稿提供了大力帮助,段亚芳高级工程师参与了本书图稿的绘制,并提供了大量的工艺实例和说明,汪松工程师也提供了部分案例和图稿,在此一并表示衷心的感谢!
由于作者水平有限,错误和不足之处在所难免,敬请广大读者批评指正!同时,我们负责对书中所有内容进行技术咨询、答疑。我们的联系方式如下:
联系人:赵成志;电话:13895718408;电子邮箱:zcz2261@sina.com。
作者
在我的职业生涯中,我曾多次因为对某些铸造工艺细节理解不够深入而付出代价,往往是一些看似微小的因素,却能导致整个批次的产品不合格。《铸造工艺设计与实践》这本书,我希望能它能帮我“补齐短板”。我尤其希望书中能够详细阐述“表面处理工艺”的每一个细节。我知道,很多时候铸件的最终性能和外观,很大程度上取决于其表面的处理,比如热处理、机械加工、防腐蚀处理等。我希望书中能够提供不同热处理方法的原理、工艺参数选择,以及它们对铸件组织和性能的影响。在机械加工方面,我希望能看到如何根据铸件的材料特性和加工要求,选择合适的加工方法和刀具,以及如何避免加工过程中产生的应力集中和变形。而对于防腐蚀处理,我希望能了解不同防腐蚀技术的优缺点,以及如何根据使用环境选择最合适的处理方案。如果书中还能提供一些关于“失效分析”的案例,深入剖析铸件在实际使用过程中出现问题的根本原因,并指导我们如何通过改进工艺来提高其可靠性,那将极大地增强我的工作信心。
评分在铸造这个传统行业里,技术革新往往是循序渐进的,但有时一个小小的工艺改进,就能带来生产效率的巨大飞跃。《铸造工艺设计与实践》这本书,我希望它能提供一些“创新火花”。我一直在思考,如何将一些先进的仿真技术,如计算流体力学(CFD)、有限元分析(FEA)等,更深入地应用到铸造工艺的设计中。我希望书中能够详细介绍这些仿真软件在铸造领域的应用案例,比如如何通过流体仿真来优化浇注系统,如何通过热力学仿真来预测凝固过程和残余应力。此外,我一直认为,“人机协作”将是未来铸造业的重要发展方向。我希望书中能够探讨如何将机器人技术、自动化设备与铸造工艺设计相结合,比如如何利用机器人进行自动化造型、合箱、清砂等操作,以及如何通过智能控制系统来提高生产的柔性和效率。如果书中还能对“标准化与信息化建设”进行一些探讨,比如如何建立完善的工艺数据库,如何实现工艺信息的共享与传递,那将非常有价值。
评分作为一名资深的铸造技术专家,我对于“工艺设计”和“实践”这两个词有着极其深刻的体会。我知道,好的工艺设计不仅仅是理论上的严谨,更需要与实际生产紧密结合。《铸造工艺设计与实践》这本书,我期待它能提供一些“锦囊妙计”,解决那些在实际生产中看似棘手,但可能在理论层面有巧妙解决方案的问题。比如,在处理一些复杂形状的铸件时,如何进行有效的应力分析,并据此优化分型面和浇注位置,以减少铸件在凝固过程中的变形和开裂。再者,对于一些高合金材料的铸造,其性能要求极高,我希望能看到书中关于这些材料的特殊工艺要求,以及如何通过精细化的工艺参数控制来保证其优异的性能。此外,我一直认为,工艺的持续改进是提升企业核心竞争力的关键。我希望书中能提供一些关于“工艺创新”的思路和方法,比如如何借鉴其他行业的先进技术,或者如何通过多学科的交叉融合来突破现有工艺的瓶颈。这本书如果能在我已经掌握的知识体系上,提供一些“点睛之笔”,让我能够更上一层楼,那就再好不过了。
评分我对铸造行业的发展趋势一直保持着高度关注,尤其是在环保和智能化方面。《铸造工艺设计与实践》这本书,我希望能看到它在这两个方向上的前瞻性。例如,在“绿色铸造”方面,我希望书中能介绍一些关于环保型铸造材料的应用,如低VOCs的涂料、可回收利用的型砂等,以及如何优化工艺流程以减少污染物排放。另外,在“智能化铸造”方面,我非常期待书中能探讨如何将物联网、大数据、人工智能等技术应用于铸造工艺的设计和生产过程。比如,如何通过传感器实时监测浇注温度、冷却速度等关键参数,并利用AI算法进行智能调控,以实现铸件质量的稳定性和可追溯性。我希望书中能给出一些具体的应用场景和技术路径,而不是停留在概念层面。此外,这本书如果能对“先进铸造工艺”,如3D打印铸造、精密铸造等进行深入的阐述,并分析其在不同领域的应用前景和技术难点,那将是非常有价值的。总而言之,我希望这本书能够引领我看到铸造工艺的未来,并为我提供一些应对行业变革的思路。
评分这本书的出现,简直是为我这种多年在铸造一线摸爬滚打,却总觉得理论知识不够扎实,实践经验又零散的学习者量身定做的。我是一名车间技术员,每天面对的都是具体的生产问题,有时候一个设计上的小改动,就能让整个生产线陷入停滞,或者直接影响到产品的最终质量。过去,我总是靠着经验和一些零散的书籍、网络资料来解决问题,但总感觉缺乏系统性和前瞻性。这本书的标题《铸造工艺设计与实践》,光听着就让人眼前一亮。我迫不及待地翻开,想看看它到底能不能填补我知识上的空白。从目录上看,它似乎涵盖了从设计理念到实际操作的方方面面,比如模具设计、浇注系统优化、凝固过程控制、后处理技术等等,这些都是我日常工作中经常会遇到的关键环节。特别是“工艺设计”这个词,它预示着这本书不仅仅是停留在描述“怎么做”,更会深入探讨“为什么这么做”,以及“如何做得更好”。我期待它能提供一些更具指导意义的工艺参数选择方法,或者是一些创新性的工艺解决方案,能够帮助我更有效地应对生产中的各种挑战,提升产品合格率,降低生产成本。这本书如果能详细讲解不同合金的铸造特性、不同铸造方法的优缺点比较,以及针对具体零件的工艺流程设计思路,那绝对是无价之宝。我希望它能用清晰易懂的语言,结合实际案例,来阐述复杂的铸造原理,而不是枯燥的理论堆砌,这样我才能真正地将书中的知识内化,并应用到我的工作中去。
评分作为一名刚入行不久的铸造工程师,我对理论知识的渴求是毋庸置疑的,而《铸造工艺设计与实践》这本书的出现,无疑为我提供了一个绝佳的学习平台。我了解到,铸造是一个涉及多学科交叉的复杂工程,包括材料科学、力学、热力学等等,而这本书显然是对这些知识进行了系统性的梳理和整合,并侧重于其在实际工艺设计中的应用。我特别关注的是书中关于“凝固过程控制”的部分,这直接关系到铸件内部的组织结构和力学性能,也是许多铸造缺陷产生的根源。我希望这本书能够深入剖析不同合金的凝固行为,以及如何通过优化浇注温度、浇注速度、冷却方式等参数来获得理想的凝固组织。此外,对于“型砂性能与调整”的讲解,我也非常期待。你知道,不同类型的铸件对型砂的要求都不一样,如何根据实际需求选择合适的型砂,并进行有效的管理和调整,是保证铸件质量的关键。我希望这本书能够提供一些实用的检测方法和调整技巧,甚至是一些关于新型环保型砂的介绍,这对于我们企业来说,既是提升产品质量,也是响应国家环保政策的重要举措。总而言之,这本书如果能像一本“铸造宝典”一样,为我这个初学者指明方向,解决我心中的疑惑,帮助我建立起扎实的理论基础,那将是对我职业生涯的一大助力。
评分说实话,我对铸造工艺的理解,一直停留在比较浅显的层面,更多的是对某个环节的经验性把握,缺乏一个宏观的、系统性的认知。《铸造工艺设计与实践》这个书名,恰恰触及了我最需要提升的方面。我希望这本书能够在我脑海中勾勒出一幅完整的铸造工艺设计蓝图,让我明白从一个零件的设计图纸,到最终生产出合格铸件的整个过程中,每一个环节的重要性以及它们之间的相互联系。比如,在“模具设计”方面,我希望能看到关于模具结构优化、分型面选择、排气孔设计等方面的详细论述,并且最好能结合一些CAD/CAE软件的应用案例,让我了解如何利用现代工具来辅助设计。再者,对于“浇注系统设计”,这无疑是铸造工艺设计的核心之一。我期望书中能够详细讲解主流的浇注系统设计原则,例如冒口、直浇口、横浇口、内浇口的设计计算,以及如何根据铸件的形状、大小、壁厚以及合金的流动性来优化浇注系统,以避免气孔、夹砂、浇不足等缺陷。如果书中还能提供一些关于先进浇注技术,如真空铸造、低压铸造、离心铸造等的原理和应用介绍,那将更加令人欣喜,毕竟这些技术在一些高端领域有着越来越重要的作用。
评分我从事铸造行业多年,对这个行业的各个环节都有一定的了解,但总觉得知识体系不够完整,特别是对于一些新兴的铸造技术和材料,了解得还不够深入。《铸造工艺设计与实践》这本书,我希望能它能为我提供一些“知识更新”的机会。我非常期待书中能够详细介绍一些“新型铸造材料”的性能特点、应用领域以及相应的工艺要求。例如,一些高性能的铝合金、镁合金、钛合金,以及各种复合材料在铸造领域的应用。我希望书中能具体分析这些材料的特殊性,比如它们的高熔点、高活性、低流动性等,以及如何通过特殊的工艺手段来克服这些挑战。此外,我一直对“铸造过程的模拟与优化”很感兴趣,希望书中能提供一些关于这些方面的详细介绍。我知道,通过仿真技术可以有效地预测铸件的凝固过程、内部缺陷以及力学性能,从而指导工艺设计,减少实验次数,提高效率。如果书中能提供一些关于这些仿真软件的操作指南和案例分析,那将对我非常有帮助。这本书如果能成为我学习新知识、提升技术水平的一个“得力助手”,那我将会非常高兴。
评分我是一名铸造领域的学生,即将毕业,对于未来的职业发展充满了期待,但也感到一丝迷茫。《铸造工艺设计与实践》这本书,我希望能它能为我打开一扇通往专业领域的大门,让我看到更广阔的天地。我特别关注书中关于“铸造工艺流程的组织与管理”的部分。我知道,一个完整的铸造生产线,涉及多个部门、多个环节的协同工作。我希望书中能够系统地介绍如何进行生产计划的制定,如何进行物料的采购与管理,如何进行设备的操作与维护,以及如何进行人员的培训与组织。如果书中还能对“成本控制与效益分析”进行深入的探讨,比如如何通过工艺优化来降低材料消耗、能源消耗和人工成本,以及如何对不同工艺方案进行经济性评估,那将对我未来在企业中开展工作非常有指导意义。我希望这本书能够不仅仅是教授我“做什么”,更能让我理解“为什么这么做”,并培养我独立分析和解决问题的能力。
评分我是一位从事铸造生产管理的基层干部,每天都要为生产线的顺利运行操心。有时候,新来的技术员或者工人,对一些复杂的工艺问题理解起来很吃力,而我虽然经验丰富,但很多时候也难以用清晰的语言把道理讲透。《铸造工艺设计与实践》这本书,我希望它能成为我与团队之间的“沟通桥梁”。我期待书中能够提供大量图文并茂的案例分析,将抽象的工艺原理具象化,让一线工人能够“看得懂,学得会”。例如,在讲到“铸件缺陷分析与预防”时,我希望书中能够详细列举常见的铸造缺陷,如气孔、缩孔、裂纹、砂眼等,并深入分析其产生的原因,以及如何通过工艺参数的调整来避免。如果书中还能提供一些关于“工艺优化与改进”的系统方法论,指导我们如何通过数据分析和实验验证,持续改进现有工艺,提高生产效率和产品质量,那将对我管理团队和提升整体技术水平有极大的帮助。我特别关注书中关于“质量控制与检测”的部分,希望能看到一些关于无损检测、金相分析、力学性能测试等方法的介绍,以及如何将这些检测结果反馈到工艺设计中,形成一个闭环管理。
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