第2章 快速成型技术及其在铸造中的应用
2.1 引 言
快速成型（Rapid Prototyping-RP）技术是国际上新开发的一项高科技成果，简称快速成型技术。它的核心技术是计算机技术和材料技术。快速成型技术摒弃了传统的机械加工方法，根据CAD生成的零件几何信息，控制三维数控成型系统，通过激光束或其它方法将材料堆积而形成零件的。用这种方法成型，无需进行费时、耗资的模具或专用工具的设计和机械加工，极大地提高了生产效率和制造柔性。
从制造原理上讲，快速成型（RP）技术一改“去除”为“堆积”的加工原理，给制造技术带来了革命性的飞跃式发展。基于RP原理的快速制造技术经十几年的发展，在创新设计、反求工程、快速制模各方面都有了长足的进步。RP技术的应用可大大加快产品开发速度，缩短制造周期，降低开发成本。 现代市场竞争的特点是多品种、小批量、短周期，要求企业对市场能快速响应并不断推出新产品占领市场，如新型电话机的市场寿命仅6个月，又如台湾和日本摩托车行业，每三个月就推出一种新型摩托车投入市场，摩托车几万辆就需改型。二十世纪九十年代以来，在信息互联网支持下，由快速设计、反求工程、快速成形、快速制模等构成的快速制造技术取得很大进展。
快速成形技术最早产生于二十世纪70年代末到80年代初，美国3M公司的Alan J.
Hebert(1978)、日本的小玉秀男(1980)、美国UVP公司的Charles W. Hull(1982)和日本的丸谷洋二(1983)，在不同的地点各自独立地提出了RP的概念，即用分层制造产生三维实体的思想。Charles W. Hull 在UVP的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的称之为Stereolithography Apparatus (SLA)的完整系统SLA-1，1986年该系统获得专利，这是RP发展的一个里程碑。同年，Charles W. Hull和UVP的股东们一起建立了3D System公司。与此同时，其它的成形原理及相应的成形系统也相继开发成功。1984年Michael Feygin提出了薄材叠层（Laminated Object Manufacturing，以下简称LOM）的方法，并于1985年组建Helisys公司，1992年推出第一台商业成形系统LOM-1015。1986年，美国Texas大学的研究生C. Deckard提出了选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)的思想，稍后组建了DTM公司，于1992年开发了基于SLS的商业成形系统Sinterstation。Scott Crump在1988年提出了熔融成形(Fused Deposition Modeling，简称FDM)的思想，1992年开发了第一台商业机型3D-Modeler。自从80年代中期SLA光成形技术发展以来到90年代后期，出现了几十种不同的RP技术，除前述几种外，典型的还有3DP等。但是，SLA、LOM、SLS和FDM四种技术，目前仍然是RP技术的主流。
第二章习题参考答案
2-1 零件、铸件和模样三者在形状和尺寸上有哪些区别？
答:
在尺寸方面：零件尺寸最小，铸件上有加工余量，尺寸比零件大，模样上除了要加加工余量外，还需加上液态金属的收缩率，故尺寸最大。
在形状方面：铸件与零件相比，铸件在垂直于分型面的壁上有起模斜度，且有些小孔、小槽不铸出。模样与铸件相比，在需铸出的孔处，并无孔，且需加上型芯头。
2-2确定图2-63所示零件的浇注位置、分型面和手工造型方法，并画出铸造工艺图。
图2-63 支承台
解:
铸造工艺图如下图所示。在零件的铸造工艺图上，分型面在图中横向的中心线上，已标在图上。手工造型时应采用两箱造型法。说明：零件图中的8个小孔不铸出，垂直于分型面的铸件表面应加上起模斜度。
上下 2-3 比较各种铸造方法的特点。
答：各种铸造方法的特点见下表。
铸造类别 砂型铸造 金属型铸造 压力铸造 熔模铸造 离心铸造
适用合金 不限制 以有色合金为主 用于有色合金 以碳钢和合金钢为主 多用于黑色金属和铜合金
铸件大小及重量 不限制 中小件 一般中小件 一般<25kg 中小件
尺寸精度（CT） 9 6 4 4
铸件最小壁厚/mm 灰铸铁件3，铸钢件5，有色合金3 铝合金2~3，铸铁>4，铸钢>5 铜合金<2，其它0.5~1，孔φ0.7 通常0.7，孔φ1.5~2.0 最小内孔为φ7
表面粗糙度/µm 粗糙 12.5~6.3 3.2~0.8 12.5~1.6
尺寸公差/mm 100±1.0 100±0.4 100±0.3 100±0.3
金属利用率/% 70 70 95 90 70~90
铸件内部质量 结晶粗 结晶细 结晶细 结晶粗 结晶细
生产率（适当机械化、自动化） 可达240型/小时 中等 高 中等 高
2-4 下列铸件在大批量生产时最适宜采用哪种铸造方法？
铝合金活塞、车床床身、齿轮铣刀、铸铁水管、照相机机身
答：
铝合金活塞：金属型铸造 车床床身：砂型铸造 齿轮铣刀：熔模铸造 铸铁水管：离心铸造 照相机机身：压力铸造。
金属工艺学
第二章 液态成形工艺
重点与难点
（1） 重点：铸铁的石墨化及其对铸件组织和性能的影响，常用铸造合金的获得方法及铸造特点。
（2） 难点：制定铸造方案、绘制出铸件的铸造工艺简图。
一 什么是铸造? 将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中,待其冷却凝固后,以获得零件或毛坯的方法.
二 特点
1 优点: 1) 可以生产形状复杂的零件,尤其复杂内腔的毛坯(如暖气)
2) 适应性广,工业常用的金属材料均可铸造. 几克~几百吨.
3) 原材料来源广泛.价格低廉. 废钢,废件,切屑 4) 铸件的形状尺寸与零件非常接近,减少切削量,属少无切削加工.
∴ 应用广泛: 农业机械40~70% 机床:70~80%重量铸件
2 缺点: 1) 机械性能不如锻件(组织粗大,缺陷多等)
2) 砂性铸造中,单件,小批,工人劳动强度大.
3) 铸件质量不稳定,工序多,影响因素复杂,易产生许多缺陷. 铸造的缺陷对铸件质量有着重要的影响,因此,我们从铸件的质量入手,结合铸件主要缺陷的形
成与防止,为选择铸造合金和铸造方法打好基础.
第一节 金属的凝固特点
Ⅰ、液态合金的充型
充型: 液态合金填充铸型的过程.
充型能力: 液态合金充满铸型型腔,获得形状完整,轮廓清晰的铸件的能力 充型能力不足:易产生: 浇不足: 不能得到完整的零件.
冷隔:没完整融合缝隙或凹坑, 机械性能下降.
一 合金的流动性 液态金属本身的流动性----合金流动性
1 流动性对铸件质量影响
1) 流动性好,易于浇出轮廓清晰,薄而复杂的铸件. 2) 流动性好,有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体上浮,排除.
3) 流动性好,易于对液态金属在凝固中产生的收缩进行补缩.
1 2 测定流动性的方法:
以螺旋形试件的长度来测定: 如 灰口铁:浇铸温度1300℃ 试件长1800mm. 铸钢: 1600℃ 100mm
3 影响流动性的因素
主要是化学成分: 1) 纯金属流动性好:一定温度下结晶,凝固层表面平滑,对液流阻力小
教师姓名 授课形式 讲授、分组讨论 授课时数 4
授课日期 年 月 日 授课班级
授课项目及
任务名称 第2章 热加工基础
第1节 铸造
教学目标 知识
目标 1、了解铸造特点、分类及应用。
2、掌握砂型铸造的特点及工艺过程。
3、了解特种铸造的方法、工艺及设备。
4.了解铸造的新工艺和新技术。
技能
目标 了解砂型铸造的工艺过程及应用
教学重点 铸造的特点应用及各种铸造的工艺方法。
教学难点 铸造的工艺过程及应用
教学方法
教学手段 借助多媒体教学设备、铸造工件展示、砂型铸造设备展示等增强学生对铸造知识的认识，通过观看铸造视频，让学生了解铸造工艺流程。
学时安排 1．铸造的概念及分类约15分钟。
2.砂芯铸造约60分钟。
3.特种铸造约60分钟。
4.铸造新工艺和新技术约45分钟。
教学条件 多媒体教室
课外作业 观察周围的工具、器皿和零件，分析它们选用的哪种铸造方法。
检查方法 课前提问，按效果计平时成绩。
教学后记
授课主要内容
复习提问
1. 钢的热处理的原理与分类？
2. 钢的整体热处理方法有那些？
3. 钢的表面化学热处理方法有那些？
导入新课
工业生产中，铸件所占的比重相当大，铸造在工业生产中获得了广泛的应用。如在机床和内燃机产品中，铸件占总重量的70%~90%，在拖拉机和农用机械中占50%~70%。那么铸件成型方法有哪些呢？铸件还应用在什么场合，本次课我们将来学习铸件的相关知识。
铸造在够工业生产中获得了广泛的应用，逐渐
新课讲授
第2章 热加工基础
第1节 铸造
一、铸造概述
1、铸造的概念
熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇注铸型，凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件毛坯的成形方法称为铸造。
铸造所得的金属零件或毛坯称为铸件。
2、铸造的分类
根据造型材料及工艺方法的不同，铸造可分为砂型铸造和特种铸造两类。
金属型铸造：铸型由金属材料加工而成，可多次使用铸造砂型铸造特种铸造离心铸造 ：金属液注入高速旋转的铸型，离心力作用下结晶熔模铸造：以易熔材料制造模样，再以模样制作壳型
