半固态铸造成形装备
专升本《材料成型装备及自动化》_试卷_答案
专升本《材料成型装备及自动化》一、（共44题,共150分）1. 材料通常是指可以用来制造有用的构件、器件或其他物品的( )。
（2分）A.物质B.材料C.构件D.器件.标准答案：A2. 金属塑性成形的设备有( )。
（2分）A.压力机B.弧焊机C.挤压铸造机D.车床.标准答案：A3. 气流紧实型砂的特点是，铸型沿高度方向的紧实度( )。
（2分）A.上高下低B.上低下高C.相同D.无规律.标准答案：B4. 按所用铸型不同，铸造成形又可分为：( )铸造、金属型铸造等。
（2分）A.砂型B.木型C.模锻D.拉拔.标准答案：A5. 压力铸造通常采用( )型模具。
（2分）A.砂型B.金属型C.陶瓷型D.壳型.标准答案：B6. 基本的焊接方法包括：熔焊、压焊和钎焊，常见的( )属于熔焊。
（2分）A.摩擦焊B.扩散焊C.炉钎焊D.电弧焊.标准答案：D7. 为了实现板料的自动冲压生产，必需要采用( )装置。
（2分）A.曲柄压力机B.磨擦压力机C.自动送料D.人工给料.标准答案：C8. 高分子材料主要包括塑料、( )和合成纤维。
（2分）A.木料B.石料C.橡胶D.水泥.标准答案：C9. 粉末冶金工艺的基本工序，主要包括：( )、加工成形、性能测试等。
（2分）A.称量B.混合C.压制D.粉末准备.标准答案：D10. 对于振动较大的锻压设备，为了减少工作时对地基的影响，常需要采用( )。
（2分）A.消声器 B.隔振装置 C.隔离方式 D.封闭方式.标准答案：B11. 材料成形装备的作用。
（5分）标准答案：1）大大提高了生产率、降低了工人的劳动强度；2）提高了产品质量与精度，降低了原材料消耗；3）缩短了产品设计至实际投产时间；4）减少制品的库存；5）改善操作环境，实现安全和清洁生产。
12. 简述自动浇注机的基本功能及常用形式。
（5分）标准答案：自动浇注机的基本功能包括浇注时的定位与同步、浇注流量控制、浇注速度控制、金属液补充及保温、安全保护等。
镁合金半固态成型用模具
镁合金半固态成型用模具一、镁合金半固态成型用模具的设计1. 成型零件的特点镁合金半固态成型工艺的特点是成型零件具有较高的强度和硬度，同时还具有优异的成型精度和表面质量。
因此，模具的设计需要考虑成型零件的特点，在保证成型零件精度和表面质量的基础上，尽可能地降低设备成本和生产成本。
2. 模具结构设计模具结构设计是模具设计的关键环节，其设计需要考虑到材料的选择和成型零件的结构特点。
对于镁合金半固态成型，通常采用的模具结构包括上模、下模和模具芯。
上模用于固定模具，下模用于支撑工件，而模具芯则用于成型工件的内部空腔。
3. 模具材料选择模具材料的选择对模具的寿命、使用性能和成本都有着直接的影响。
对于镁合金半固态成型，需要选择耐磨性好、热膨胀系数低、导热性能好的材料。
常用的模具材料包括优质合金钢、硬质合金和陶瓷材料等。
4. 模具温控系统设计模具在半固态成型过程中需要保持一定的温度，以保证工件成型时的温度控制和成型质量。
因此，对于镁合金半固态成型用模具，需要设计相应的温控系统，以实现对模具的恒温控制和稳定工作温度。
二、镁合金半固态成型用模具的制造1. 模具加工工艺模具加工工艺通常包括数控加工、线切割、磨削和装配等环节。
数控加工通常用于模具的大型结构部件加工，如上模和下模等；线切割用于模具的小孔和内部复杂结构的加工；磨削则用于模具的表面精加工，以提高模具的表面质量和精度；最后进行模具的装配和调试，以保证模具的成型精度和稳定性。
2. 表面处理工艺模具的表面处理通常包括热处理、表面涂层等。
热处理可以提高模具的耐磨性和使用寿命，同时还可以改善模具的机械性能；表面涂层可以提高模具的表面硬度和耐磨性，从而提高模具的表面质量和成型精度。
3. 模具检测与质量控制模具的质量控制通常包括模具的检测和试模等。
模具的检测主要包括外观检测、尺寸检测和材料检测等，以保证模具的质量和使用性能；试模则用于验证模具的成型工艺和成型零件的质量，以保证模具能够正常运行和生产出合格的工件。
半固态流变铸造和触变铸造
半固态流变铸造和触变铸造所谓流变铸造(压铸)是将液态金属制备成半固态浆糊料然后将其压铸成形的方法，主要设备由一台流变浆液连续制备器和一台压铸机组成。
所谓触变铸造(压铸)，是将由浆液连续制备器出来的浆液不直接压铸成形，而先制成料锭，并将料锭熔成一定的尺寸，可作为商品出售，用户在使用时先将其加热，并送入压铸机内压铸成型的方法。
整个系统包括压铸机、感应炉和刚玉质的料锭软度指示计组成。
1970年，美国马萨诸塞州技术研究所在研究部分凝固合金的流动性时，意外地发现了应用半凝固金属糊状浆料进行压铸的可能性。
这种糊状浆料的初生固体颗粒包含有粗化的树枝晶或是球形的团块。
它们彼此不连结，并且冷在液态基质中，其固相体积比可高达80%，可以在任意长的搅拌时间内阻止这些固相颗粒进行接触，得到具有流变性和触变性的半固态糊浆料(其粘度随剪切速率或随时间的增加而减小，并有可逆性)。
近30年来，有关流变铸造和触变铸造压铸专利技术的报道不断涌现。
由于二次加热能耗大，工艺过程较复杂，加之具有触变性的金属材料种类不多。
因此，半固态金属铸造的工业应用受到限制。
近年来，世界各国的研究人员们在研究新的半固态金属压铸工艺技术时，将塑料的注射成形原理应用于固态金属铸造工艺中，形成了流变注射成形(1theo.moulding)和触变注射成形(1~ixomoulding)新工艺，它们集半固态金属浆料的制备、输送、成形等过程于一体，较好地解决了半固态金属浆料的保存、输送、成形控制困难等问题，使得半固态金属铸造技术的大量工业应用出现了光明的前景。
(一)触变注射成形由美国’Fhixomat公司提出的半固态金属触变注射成形工艺(‘rhixomoulding)，采用了塑料注射成型的方法和原理，它由给料器、驱动及注射系统、剪切螺旋、加热剪切镁合金的粒料或屑料可变成含固相率在60%以上的半固态浆料，剪切螺旋的平移速度为380cra/s。
其成形过程为：被制成粒料、屑料或细块料的镁合金原料从料斗中加入;一定量的半固态金属液在螺旋的前端累积;最后在注射缸的作用下，半固态金属液被注射入模具成形。
半固态成形
如果浆流变浆料凝固成锭，按需要将此金属 锭切成一定大小，然后重新加热(即坯料的二 触变成形 thixoforming 次加热)至金属的半固态温度区(金属锭称为半 固态金属坯料)。利用金属的半固态坯料进行 成形加工的方法为触变成形
金属材料在液态、固态和半固态三个阶段均呈现出明显不同的物理特性，利 用这些特性，产生了凝固加工、塑性加工和半固态加工等多种金属热加工成形 方法。图1表示金属在高温下三态成形加工方法的相互关系
(7) 倾斜冷却板制备法 原理：如图10所示，金属液通过坩埚倾倒在内部具有水冷却装置的冷却 板上，金属液冷却后达到半固态。，流入模具中制备成半固态坯料。
图10 倾斜冷却板制备半固态坯料的工艺及设备图
4、半固态金属触变成形
(1) 触变成形工艺及设备 触变成形(Thixomolding)由美国的Dow公司开发的，1992年由日本引入 并完成成形机的研制开发。图11为Thixomolding工艺的简图，其设备由原 料入料与预热装置、螺旋注射机、加热装置以及压铸机等部分组成。 设备特点： ① 原料进入料斗后边加热边剪切 搅拌，最后形成半固态的状态 再射入模具中； ② 半固态浆料的固相分数可控性 强，成形件质量高、性能稳定 ③ 螺旋机内密闭性好，在成形过 程中不需要严格的保护性气氛 进行保护，仅在投料口处用少 量的Ar气保护即可。
(3) 应变诱导熔化激活法
利用传统连铸方法预先连续铸造出晶粒细小的金属锭坯。
将该金属锭坯在回复再结晶的温度范围内进行大变形量 的热态挤压变形，通过变形破碎铸态组织。 再对热态挤压变形过的坯料加以少量的冷变形，在坯料的 组织中储存部分变形能力。
机械搅拌示意图
按需要将经过变形的金属锭坯切成一定大小，迅速将其加热到固液两相区并 适当保温，即可获得具有触变性的球状半固态坯料。
航空航天材料及加工成形技术
–足够的热强性，即能在更高的温度下具有抗蠕变和断 裂的能力；
–满意的塑性和韧性；
–更高的抗热疲劳性能，即对能引起热应力的热交换的 敏感性要低；
–足够高的低循环疲劳强度；
–良好的抗腐蚀能力，以保持叶片的空气动力性能；
–高的导热性和低的热膨胀系数；
–良好的焊接性能、锻造性能，对于铸件材料还应具有 优良的铸造性能、易于浇铸成形等等。
• 构成飞机的主要的金属结构材料有铝合金、镁合 金、钛合金、结构钢、高温合金及各类复合材料 等。
• 飞机结构用材将形成“铝合金为主，钢用量明显 减少，钛合金用量显著增加，树脂基复合材料在 主承力结构上全面应用”的新格局。
TSINGHUA UNIVERSITY
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• “锻打”发展到“塑性加工成形”， 是一个从“经验”到“规律”的漫 长的认识过程。
• 面向21世纪信息时代，锻造仍将是 制造金属零件的基本方式之一。
– 据统计，全世界生产的钢材约有75％ 要经过塑性加工制成成品。
– 钢铁工业，20世纪增长了28倍；21世 纪，仍将有很大的发展。
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• 钛合金：
–钛合金的发展是当今航空金属结构材料中最活 跃的研究领域之一，
–其比强度超过钢和铝合金，允许的工作温度高， 有优异的抗腐蚀性能，
–军用战斗机上被广泛采用，其占结构重量的比 例已由F/A-18E/F的15%增加到F-22的41%。
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–高温服役条件要求发展陶瓷及碳基复合材料。
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镁合金半固态压铸成型工艺
镁合金半固态压铸成型工艺
镁合金？啊，这个我知道！它不是那种特别重的金属，反而有点轻飘飘的，但超级结实，就跟我们玩的橡皮泥似的，但比橡皮泥可结实多了！
压铸成型？哦，这个嘛，就是将那个镁合金放进一个超大的机器里，然后“嘭”的一声，它就变成了我们想要的样子。
就像我小时候用模具做饼干一样，但肯定没这个机器厉害。
啊！说到半固态，镁合金在半固态的时候真的超级神奇！它就像那种快要融化的冰淇淋，软软的，黏黏的。
这时候把它放到压铸机里，就能轻松变出各种各样的形状啦！
你知道吗？用镁合金压铸出来的东西真的超级有用！汽车用了它，变得更轻，跑得更快；手机用了它，变得更结实，不怕摔。
每次看到这些，我都觉得镁合金真是个了不起的家伙！
镁合金半固态压铸成型工艺，听起来好像很复杂，但其实超酷的！我长大后也想成为一名工程师，研究出更多这样的神奇工艺，让我们的生活变得更加美好！。
半固态金属成形技术
半固态金属成形技术1. 引言半固态金属成形技术是一种新兴的金属加工技术，它将固态和液态的金属材料的优点结合在一起，可以制造出具有高强度、高精度、复杂形状的金属零件，具有极高的应用价值。
本文将介绍半固态金属成形技术的基本原理、应用范围、优点和发展前景。
2. 基本原理半固态金属成形技术的基本原理是将铸造过程中合金中铸晶的分布状态控制在半固态状态，通过控制合金的热状态和机械变形来实现金属成形。
具体而言，就是将合金熔融后，在一定的时间和温度范围内，控制其冷却速度，使合金中的铸晶呈现出部分熔化和形变状态，从而达到半固态的状态。
3. 应用范围半固态金属成形技术可以应用于航空航天、汽车、船舶、机械等领域的制造。
具有如下优点：（1）可以直接制造出高强度、高精度、复杂形状的零件，避免了加工中的残余应力和失真；（2）可以大幅减少加工成本，节约了材料和时间成本；（3）可以提高金属材料的性能和质量，增加产品寿命和安全性；（4）可以生产大尺寸、高质量的零件，提高了生产效率和产能。
4. 优点半固态金属成形技术具有以下优点：（1）成形精度高，可以实现微米级的精度控制；（2）成本低，可以节省大量人力、物力和时间成本；（3）高性能材料制造，可以生产出高强度、高耐热、高耐腐蚀的材料，扩展了金属材料的应用范围；（4）可持续发展，可以对既有材料进行再加工和再利用。
5. 发展前景半固态金属成形技术是一种有前途的金属制造技术，目前已经进入实际应用阶段。
未来，它将逐步替代传统的金属成形工艺，成为重要的先进制造技术之一。
同时，随着科学技术的不断发展，半固态金属成形技术也将不断创新和完善，提高成形速度和效率，扩大应用范围。
预计在未来的十年内，半固态金属成形技术将会取得重要的技术突破，推动金属制造行业的成型和发展。
6. 结论半固态金属成形技术是一种健康、可持续发展的金属制造技术。
它具有高效、高精度、高性能、低成本等优点，可以适应不同的金属制造领域的需求。
半固态镁合金压铸件
半固态镁合金压铸件
半固态镁合金压铸件是一种新型的金属材料，它具有优异的力学性能和良好的耐腐蚀性能，因此在航空、汽车、电子等领域得到了广泛的应用。
半固态镁合金压铸件的制造过程是将镁合金加热至半固态状态，然后通过压铸工艺制造成型。
这种制造方法可以使得镁合金在制造过程中不会出现热裂纹和气孔等缺陷，从而提高了制造效率和产品质量。
半固态镁合金压铸件具有以下几个优点：
半固态镁合金压铸件具有优异的力学性能。
镁合金是一种轻质金属，具有高强度、高刚度和良好的耐疲劳性能，因此可以用于制造高强度、轻量化的零部件。
半固态镁合金压铸件具有良好的耐腐蚀性能。
镁合金具有良好的耐腐蚀性能，可以在恶劣的环境下使用，例如海水、酸雨等。
半固态镁合金压铸件的制造过程简单、效率高。
半固态镁合金压铸件的制造过程不需要进行热处理，可以大大缩短制造周期，提高制造效率。
半固态镁合金压铸件是一种具有广泛应用前景的新型金属材料，它具有优异的力学性能和良好的耐腐蚀性能，可以用于制造高强度、
轻量化的零部件，同时制造过程简单、效率高，具有很高的经济效益。
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第2章
2.9.5 半固态铸造生产线及自动化
金属液态成形装备及自动化
（3）半固态流变铸造生产线及自动化 由铝合金熔化炉、挤压铸造机、转盘式制浆装置、自动浇注装置、坩埚自动清扫、喷涂料
装置等组成。
工艺过程为：
首先，浇注机械手3将铝液从 熔化炉2中浇入制浆机4的金属 容器中冷却；以此同时浆料搬 运机械手5从制浆机的感应加 热工位抓取小坩埚，搬运至挤 压铸造机并浇入压射室中成形。
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第2章
金属液态成形装备及自动化
2.9.3 半固态铸造成形装备
（2）半固态流变注射成形机
与触变注射成形不同点 在于加入料为液态镁合金； 在垂直安装的螺旋的搅拌作 用下冷却至半固态。积累至 一定量后，由注射装置注射 成形。
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第2章
金属液态成形装备及自动化
图2-105 流变注射成形原理示意图 1—金属液输入管 2—保温炉 3—螺杆 4—筒体 5—冷却管 6—绝热管 7—加热器 8—浆料累积腔 9—绝热层 10—射嘴
随后，继续旋转将空坩埚返回
送至回转式清扫装置上的空工
位；并从另一个工位抓去一个
清扫过的小坩埚旋转放置到制
浆机上。然后制浆机和清扫机
同时旋转一个角度，进入下一
个循环。
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图2-110 新流变铸造自动化生产线
1—取件机械手 2—熔化炉 3—浇注机械手4—转盘式浆料制 备装置 5—浆料搬运/浇注机械手 6—转盘式自动清扫和喷涂 料装置 7—挤压铸造机
第2章
2.9.5 半固态铸造生产线及自动化
金属液态成形装备及自动化
（4）新流变铸造法的半固态浆料制备原理 新流变铸造法的核心是采用冷却控制法的半固态浆料制备装置。其结构示意图如图2-110中
4所示，它采用转盘式结构，转盘上均匀布置8个冷却工位。工作原理，如图2-111所示。
2-金属容器
1-浇包 3-绝热材料
图2-101 机械搅 拌式制浆装置示 意图
1-浇包 2-浇口杯
3-搅拌杆
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2.9.2 半固态浆料的制备装置
（2）电磁搅拌式制浆装置
图2-102 电磁搅拌式制浆装置示 意图
1-高频加热段 2-搅拌段 3-浇口杯 4-防热罩 5-塞杆 6-感应备及自动化
1-送料装置 2-立式半固态成形机 3-残渣清除装置 4-零件冷却装置 5-去毛剌机 6-后处理系统 7集装箱包装系统 8精-安品全课护程栏 9-工业机器人 10-系统控制柜 11-机器人控制柜
2.9.5 半固态铸造生产线及自动化
（2）触变挤压 成形设备
第2章
金属液态成形装备及自动化
图2-109 触变挤压成形设备示意图
第2章
2.9.4 半固态铸造的其它装置
金属液态成形装备及自动化
（1）二次加热装置 （2）重熔程度测定装置
图2-106 一种二次加热装置的原理图
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图2-107 半固态金属重熔硬度测定装置
2.9.5 半固态铸造生产线及自动化
（1）半固态触变成形生产线
第2章
金属液态成形装备及自动化
图2－108 半固态触变成形生产线平面布置图
汽车零件
第2章
金属液态成形装备及自动化
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2.9 半固态铸造成形装备
汽车零件（二）
第2章
金属液态成形装备及自动化
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2.9 半固态铸造成形装备
第2章
金属液态成形装备及自动化
在电子产品方面的应用
壳体及框架
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2.9 半固态铸造成形装备
第2章
金属液态成形装备及自动化
壳体及框架
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2.9.1 半固态铸造的基本原理
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2.9.1 半固态铸造的基本原理
第2章
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2）触变铸造：是先由连铸等方法制得的具有半固态组织的锭坯，然后切成所需长度，再加热到半固 态状，然后再压铸或挤压成形，俗称“二步法”。
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2.9.2 半固态浆料的制备装置
（1）机械搅拌式制浆装置
第2章
金属液态成形装备及自动化
7-压射室
4-空气 5-绝热材料
6-感应线圈
（2）高频加热
（3）反转浇注
图2-111 精新品流课变程铸造法的半固态浆料制备原理 1-浇包 2-金属容器 3-绝热材料 4-空气 5-绝热材料 6-感应线圈 7-压射室
2.9.5 半固态铸造生产线及自动化
第2章
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2.9 半固态铸造成形装备
（1）原理： 半固态铸造成形是在液态金
属凝固的过程中进行强烈的搅 动，使普通铸造凝固易于形成 的树枝晶网络骨架被打碎而形 成分散的颗粒状组织形态，从 而制得半固态金属液，然后将 其铸成坯料或压成铸件。
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第2章
金属液态成形装备及自动化
2.9 半固态铸造成形装备
在汽车产品方面的应用
4 5 3
2 6
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2.9.2 半固态浆料的制备装置
（3）单辊旋转冷却式制浆装置
第2章
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图2-103 单辊旋转式制浆装备 1—辊筒 2—加料口 3—固定板 4—档板
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2.9.3 半固态铸造成形装备
（1）半固态触变注射成形机 其成形过程为：细块
状的镁合金从料斗加 入，在螺旋的作用下 向前推进，镁粒在前 进的过程中逐渐被加 热至半固态，并贮存 于螺旋的前端至规定 的容积后，注射缸动 作将半固态浆料压入 模具凝固成形。
第2章
金属液态成形装备及自动化
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第2章
2.9.1 半固态铸造的基本原理
金属液态成形装备及自动化
（2）半固态铸造方法及主要装备 按流变铸造和触变铸造分类，又有流变铸造装备和触变铸造装备。半固态铸造成形装备主要包括：
半固态浆料制备装备、半固态成形装备、辅助装置等。
1）流变铸造
将从液相到固相冷 却过程中的金属液 进行强烈搅动，在 一定的固相分数下 将半固态金属浆料 压铸或挤压成形， 俗称“一步法”；