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1、液态成形设备及自动化,南昌航空大学铸造工程系,Foundry Machine and Automatization,本课程的主要内容,绪论,什么是液态成形技术？,液态成形是指用熔融的材料制作产品的方法。主要包括以下两种： 金属液态成形 塑料液态成形,“重力作用下的铸造成形”和“非重力作用下的铸造成形” 。 “砂型铸造”和“特种铸造”。 1）砂型铸造（根据粘结剂的不同）通常可分为粘土砂型铸造、树脂砂型铸造、水玻璃砂型铸造、覆膜砂型（壳型）铸造等； 2）特种铸造通常是指所有的非砂型铸造，包括：压力铸造、离心铸造、低压铸造、金属型铸造、熔模铸造、挤压铸造等等。,金属液态成形方法的分类,用框图表示铸造
2、方法的分类,汽车 汽车业是铸造业的最大客户，如汽车中铸件质量占19(轿车)。23（卡车）。据统计，全世界铸铁件的25、铸铝件的60及北美压铸镁件的80都应用于汽车工业。 以批量大、铸造过程机械化程度高为特点。 机械行业 机床、拖拉机、液压泵、阀和通用机械中铸件质量占6580；农业机械中铸件质量占40、70： 航空航天 在重、大、难设备中也占有很大的比重。以高、精、尖技术为特点，如定向凝固技术、单晶技术等。所用合金以铝、镁、钛和高温合金为主。,液态成形技术的应用,在十大铸件生产国中， 美国有33的铸件用于汽车业；欧盟有4080用于汽车和机械工业，其中球铁几乎90是用于汽车和机械工业；法国50铸件
3、、巴西50.1及墨西哥60以上的铸件也都是应用于汽车业。从一定意义上说，汽车产量的升降可以左右铸件产量的升降。,汽车铸造工业,汽车前桥,汽车铸件,进排气歧管,缸体模样及铝合金铸件,缸体模样及铝合金铸件,配备鎂合金6缸引擎的宝马“630i”,汽车曲轴,镁合金进气歧管,奔驰镁合金坐椅 框架,镁合金轮毂,镁合金车架,在道路交通工具上的应用,摩托车零部件,移动电话壳体,摄象机壳体,手锯壳体,在3C产品和手动工具上的应用,数码相机壳体,3C电子产品领域,机械工业,机械工业,航空工业领域,航空发动机（叶片、涡轮盘、燃烧室等）,航空发动机构造,高温合金精密铸造叶片,定向、单晶叶片,单晶叶片,陶瓷型芯,定向叶
4、片,艺术品,艺术品,艺术品,主要内容,中国铸造行业发展现状与未来,1-1 中国铸件产量、工厂数及分类和人数,铸铁厂,有色合金厂,铸钢厂,4300,19200,5700,2005,2005,2012年总计约30,000家,从事铸造工作 人数约200万,工程技术人员约3.5,50余所高校每年铸造专业毕业约1500人,近十所中专铸造专业每年毕业约400人,铸件产量,（万吨）,1395.46,2442.12,增长75,1 中国铸造行业概况,1-2 中国铸件占世界比例及出口比例,(%),2006年情况,1-2 中国铸件占世界比例,1-3 中国人工费与其它国家比较,相对指数,日本,泰国,西班牙,美国,中国
5、,印尼,韩国,德国,来自木口 昭二教授2006年在中国作的报告,140.85,30 133,20,美国,日本,中国,(吨/人年),劳动生产率,原材料价格,1-4 中国劳动生产率和原材料价格与其它国家比较,1-5 中国生铁价格与其它国家比较,来自木口 昭二教授2006年在中国作的报告,相对指数,日本,泰国,西班牙,美国,中国,印尼,韩国,1-6 科研开发和生产能力,研究开发和工程 技术人员约40000人,研究开发的硬件条件已初步建立,南京晨光铸造的香港天坛大佛,河北兴旺铸造的铜麒麟,河北津通铸造的工艺品,电渣熔铸水轮发电机水轮导叶，单重13吨,单晶叶片,三峡水轮机,航空发动机,发电机转子,120
6、吨轧辊,1-7 主要行业铸件消费量,4, 640KT,4, 884KT,19%,20%,4, 395KT,1, 221KT,18%,17%,5%,4.5%,2.5%,2%,1.5%,10.5%,1, 098KT,610KT,488KT,366KT,1, 221KT,4, 151KT,2005年中国各主要行业铸件消费量总计: 24, 421KT,灰口铸铁,球墨铸铁,可锻铸铁,铸铁件产量,(万吨),(年),2-1 2000-2005年铸铁件生产情况,1230万吨, 占全球的30%, 较2000年增长了42%,51万吨, 占全球的41.7%, 较2000年增长了31.4%,584万吨, 占全球的30
7、%, 较2000年增长了150%,铸铁件产量持续增长, 广泛应用于内燃机、农机行业, 汽车行业, 机床行业, 纺织行业, 城市建筑行业,2 中国铸件生产状况,铸钢件产量,(万吨),(年),2-2 2000-2005年铸钢件生产情况,252.58,322.44,154.25,159.03,增长18.2,占全球的35.8%,272.79,增长54.1,169.21,2-3 2000-2005年有色合金铸件生产情况,有色合金铸件发展势头很好, 尤其是铝、镁合金,(万吨),有色合金总计,铜合金,铝、镁合金,锌合金,增长247%,2000,2005,2004,2003,2002,2001,254,225
8、.1,161.2,128.3,113.7,103.8,增长144.7%,188.6,79.9,较2000年增长136%,41.6,12,23.7,11.9,增长99.2%,120万吨,3 中国铸造产业分布特点,3-1 中国铸造产业分布地理位置,3-2 “长三角”铸造产业特点,(万吨),民营企业 日见规模,超过5000家, 管理严格, 生产率高,昆山六丰机械工业有限公司,由中国台湾六和集团与日本丰田集团,吸收外资最 多的铸造 产业集群,科学管理, 技术先进, 铸件质量好,约6000多家铸造企业, 年产量约600万吨, 占全国总量的1/4,3-3 山东铸造产业特点,3-3 山西铸造产业特点,中国资
9、源大省, 共有2500多个铸造企业, 年产量近300万吨,资源优势铸就产业集团,东部企业纷纷到山西投资建厂, 如杭州申达和大连机床等,铸件生产专业化产业初步形成,电动机壳,新型化铸造产业迅速发展,中高档次 产品产量 迅速攀升,3-4 辽宁铸造产业特点,沈阳铸造厂生产的39吨的大型制氧机壳、26吨的磨煤机; 沈重生产的130 吨的轧钢机架大型水轮机转子及叶片等,3-5 “珠三角”铸造产业特点,“小产品大市场”, 总产量接近100万吨,“小产品、大产业” 的广东铸造,形成注塑机件和集 装箱角的工业集群,外资企业多、 铸件出口量大,全省注塑机铸件年产量达 7-10万吨, 有该类企业15个,广东集装箱
10、箱角生产是全国乃至亚洲之冠, 最高年产量达5万吨左右, 广东韶铸集团是龙头企业, 年产20万套集装箱角。,以台湾、香港资本为主的外资铸造厂、五金厂在“珠三角” 达几百家. 铸件产量可达该地区总量的三分之一以上,全省铸造行业铸件出口量占生产总量的40%以上, 是中国的铸件出口大省,轻型缸体,高精度燃气轮机轴承,4 中国铸造产业存在的问题,高精度、高性能铸件比例 比日本低约20个百分点,三. 产学研官结合不够紧密 铸造技术基础薄弱,4 中国铸造产业存在的问题,四. 材料损耗及能耗高污染严重,中国 美国 日本,铸钢,(Kg),铸铁,生产一吨铸件消耗的煤量,900,700,800,701,323,30
11、8,中国 铸铁件 能耗比 美国、 日本高 70120%,中国铸造生产的材料和能源的投入约占产值的55%-70%.日本1合格铸件的三废排放量不到中国的1/10. 日本用于环保投资占整个设备投资的20%-30%, 而中国只占3%-18%,4 中国铸造产业存在的问题,大多数企业技术开发能力薄弱, 大中型企业有研发机构及研发活动的少, 仅占30%左右； 50%中央国营企业R&D投入小于业务收入的0.5%, 而国际上为5%。,4 中国铸造产业存在的问题,有些企业虽然有先进的技术和设备，但是却生产不出高质量产品。,4 中国铸造产业存在的问题,5 中国铸造产业未来的发展,鼓励企业重组发展专业化生产,培养专业
12、人才加强职工技术培训,大力降低能耗抓好环境保护,提高企业的科学管理水平,加大科技投入切实推动自主创新,5 中国铸造技术未来的发展,来自柳百成院士2005年中国铸造活动周报告,绿色铸造技术是中国铸造科技发展的重要方向,不断地与高新技术相互融合，高效 精密低成本铸造技术发展将日新月异,信息技术与铸造技术相结合， 将大大促进和提升铸造技术水平,极端条件下铸造是铸造技术发展的重要领域,二 铸 件 的 轻 量 化,一 铸 件 的 特 大 型 化,450吨水轮机叶片,743吨板轧机机架,铝镁合金部件的轻型汽车,镁合金笔记本和手机外壳,5 中国铸造产业未来的发展,120吨轧辊,四 数 字 化 铸 造,三 铸
13、 件 的 精 确 化,力学性能模拟,多尺度、多学科、多功能、高精度及高效率的铸造模拟,5 中国铸造产业未来的发展,日本的 减少、再利用及再循环(Reduce, Reuse, Recycle)的3R战略； 美国的 “无废弃物加工-Waste-free Processing”。,上海宝钢,福建南平铝业,5 中国铸造产业未来的发展,2442,5 中国铸造产业未来的发展,3623,3150,2625,2005年2015年中国铸件总产量预测,5 中国铸造产业未来的发展,2005年2015年中国黑色合金铸件产量预测,1230,323,51,50,47,43,1304,1181,347,362,326,93
14、6,1323,643,1313,584,5 中国铸造产业未来的发展,2005年2015年中国有色合金铸件产量预测,总结,中国是一个铸造大国，但不是强国,中国铸造产业在未来的10年内仍将快速发展,中国铸造技术研究发展方向：特大型 轻量和精确铸件生产技术研究与开发； 绿色和虚拟铸造技术的研究与开发。,中国铸造业发展方向：专业化生产； 自主创新能力的提高；提高企业科学管理水平； 强化职工培训和提高降耗及环境保护意识等。,1）熔化、浇注装备 冲天炉熔化装备 、电炉熔化装备 、浇注设备。 2）砂型铸造装备 砂处理装备、造型装备、制芯装备、落砂装备、清理装备。 3）特种铸造装备 压铸机、熔模铸造装备、低压
15、铸造机、离心铸造机。,金属液态成形设备的分类,4）运输定量装备 铸型输送机、鳞板输送机、振动输送机、气力输送装置、给料设备、定量设备。 5）检测与控制装备 冲天炉熔炼检测与控制设备、炉前快速分析与检验设备、型砂性能试验设备、铸件无损探伤设备。 6）环保装备 除尘设备、噪声防治设备、污水净化设备。 7）其它附属装备 材料准备设备、起重运输设备、远红外烘干炉。,金属液态成形设备的分类,液态成形设备的发展趋势,1、机电一体化,能快速自动完成极为复杂的程序动作 能以很高的精度和重复精度加工工件 能在很短的时间内自动更换加工对象并重新调整好 各种工艺参数 机器结构大为简化 监控机器的工况并实现故障“自诊
16、”,如数控、FMS、FMC、设备单元的自动控制、参数的闭环控制、过程联动在线反馈等技术将大大运用于成形设备工业。,2、实现成形设备的高速化和自动化,提高设备的行程次数和工作速度 缩短辅助时间，提高设备的开动率,如日本东久线AMFV-V06造型速度240型h，丹麦DISA230造型速度的510型h。,液态成形设备的发展趋势,自动化辅助设备,自动化辅助设备,3、成形设备的大型化、微型化,液态成形设备的发展趋势,制品收缩率、滑块行程精度、压力精确度等。,液态成形设备的发展趋势,4、成形设备的精密化,液态成形设备的发展趋势,降噪、工业设计、维护维修、排放、能源利用率等。,液态成形设备的发展趋势,5、成形设备的绿色化,液态成形设备与先进国家的差距,生产技术和工艺相对落后； 产品品种不能满足发展的需要，特别是专业性强、技术含量高的产品； 成套联线技术装置进展较慢； 数控设备品种少、产量低、性能不稳定
