《金属材料及工艺(第2版)》第11章 特种铸造
金属工艺学复习题参考答案
《金属工艺学》复习题一、填空题第一章钢铁材料及热处理1. 机械设计时常用屈服点和抗拉强度两种强度指标。
2.金属材料的力学性能主要有强度、硬度、塑性、冲击韧性等。
3.工程上常用的硬度值有布氏硬度和洛氏硬度。
4.Q235A是碳素结构钢,其中“A”的含义是A级,235表示屈服点。
5.45钢是优质碳素结构钢,45表示含碳量为0.45 %。
6.T8钢是碳素工具钢,8表示含碳量为0.8 %。
7.常见的金属晶胞结构有体心立方晶格和面心立方晶格。
8.铁碳合金在室温时的基本组织有铁素体、渗碳体和珠光体三种。
9.珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物,其含碳量为0.77 %。
10.奥氏体只在高温时存在,其晶格结构为面心立方晶格,最大含碳量可达2.11 %。
11.钢的热处理一般可分为加热、保温、冷却三个步骤。
12,钢的热处理方法主要有退火、正火、淬火、回火。
13.回火可分为低温回火、中温回火、高温回火三种。
14.生产中常用的调质处理是淬火加高温回火。
15.钢的表面热处理有表面淬火和化学热处理两类。
16. 1Cr18Ni9Ti是不锈钢钢,其碳的质量分数是0.1 %。
17.在Fe-Fe3C相图中,钢与铸铁分界点的含碳量为 2.11 %。
18.QT600-03为球墨铸铁,其中的“600”的含义是抗拉强度为600MPa。
19.HT200为灰口铸铁,其中的“200”的含义是抗拉强度为200MPa。
第二章铸造1.通常把铸造方法分为_砂型铸造和特种铸造两类.2.特种铸造是除砂型铸造以外的其他铸造方法的统称, 如金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造等。
3.制造砂型和芯用的材料,分别称为型砂和芯砂,统称为造型材料。
4.为保证铸件质量,造型材料应有足够的_耐火性_,和一定强度、透气性、退让性等性能。
5.用_芯砂和芯盒制造型芯的过程叫造芯。
6.为填充型腔和冒口儿开设于铸型中的系列通道称为浇注系统,通常由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道组成。
金属工艺学(第二版)
20xx年3月高等教育出版社出版的图书
01 成书过程
03 教材目录 05 作者简介
目录
02 内容简介 04 教学资源
《金属工艺学(第二版)》是由郁兆昌主编,高等教育出版社于2008年3月5日出版的中等职业教育国家规划 教材。该教材可作为中等职业学校工程技术类及其相关专业的专业基础课程教材,也可作为有关技术人员、管理 人员和技术工人的培训教材和参考书。
该教材修改和补充的内容主要有:
2008年3月5日,《金属工艺学(第二版)》由高等教育出版社出版发行。
内容简介
该教材共三篇,第一篇介绍机械工程材料,包括金属的力学性能、金属的结构与结晶、铁碳合金状态图、非 合金钢、有色金属及其合金、粉末冶金材料、零件材料的选用及热处理等内容;第二篇讲述金属热加工基础,包 括铸造、锻压、毛坯生产方法的选择等内容;第三篇介绍金属切削加工基础,包括金属切削基础知识、金属切削 机床及其加工、零件生产工艺过程等内容。
教材目录
(注:目录排版顺序为从左列至右列《金属工艺学(第二版)》有配套教材——“《金属工艺学实习(第二版)》”。
《金属工艺学(第二版)》的数字课程与纸质教材一体化设计。
作者简介
郁兆昌,九江职业技术学院离退休老干部。
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该教材共二十章,包括金属的结构与结晶、铁碳合金状态图、非合金钢、有色金属及其合金、粉末冶金材料、 毛坯生产方法的选择、零件材料的选用及热处理、金属切削基础知识、金属切削机床及其加工、零件生产工艺过 程等内容。
成书过程
修订情况
修订背景
出版工作
随着现代科学技术的不断发展、新的中华人民共和国国家标准的陆续颁布和实施、教学改革的不断深化及大 学生就业市场的变化。
金属工艺学特种铸造课件
2024年2月4日星期日
第四章 特种铸造
特种铸造方法通常是指区别于普通砂型铸造的一些 方法。其在提高铸件精度和表面质量,改善合金性能, 提高生产率,改善劳动条件和降低铸造成本等方面,各 有优越之处。
❖ 熔模铸造 ❖ 离心铸造 ❖ 压力铸造 ❖ 金属型铸造 ❖ 消失模铸造
熔模铸造
b.制造单个泡沫塑料模 C.组装模样束
(2)上涂料 泡沫塑料模样束表面应上两层
涂料。第一层是用来提高表面光洁度的涂料。第 二层是耐火涂料。
(3)填砂、紧实、浇注 (4)落料、清理
消失模铸造特点
1、铸件尺寸精度高(可达5-7级)
2、铸件表面光洁(Ra6.3-12.5um) 3、铸件加工量小 4、铸件无飞边毛刺,落砂清理容易,清理工时少
❖ 浇注
浇注温度比砂型铸造时高。由根据合金种类、铸件大 小和壁厚决定。
❖ 开型、取出铸件、清理
金属型铸造方法主要用于熔点较低的有色金属或合金铸 件的大批量生产。黑色金属类铸件只限于形状简单的中小零 件。
金属型铸造的特点
❖可承受多次浇注,便于实现机械化生产 ❖铸件精度和表面质量高(铝合金铸件的尺寸公 差等级可达IT7~IT9,表面粗糙度可达 Ra3.2~12.5um) ❖铸件的结晶组织致密,机械性能高
压力铸造的特点和适用范围
❖缺点 ❖ 投资大,生产周期长 ❖ 压铸合金的种类受限制,压铸高熔点合金(铸铁 、铸钢)时,压型寿命低 ❖ 铸件内部常有气孔和缩松,不能进行较多余量的 切削加工 ❖ 压铸件不能用热处理的方法提高性能
❖适用范围
❖主要用于有色合金(如铝合金、锌合金)的中 、小铸件的大量生产。
冷压室卧式压铸(目前应用最多)
工艺过程
特种铸造
或暗灰色粗晶粒,则球化不良或未球化。随白口宽度
增大σb上升,δ下降。浇温越高三角试块内陷越大。
观察金相组织及并测试力学性能验证。
• 思考题: • • • • • 1. 铸造的实质是什么,具有哪些优缺点,适 用范围如何? 2. 合金铸造性能的衡量指标和易生铸造缺陷? 3. 如何划分和改变铸件的凝固方式? 4.简述砂型铸造的基本工艺过程。 5. 什么是特种铸造,与砂型铸造相比有何特 点?
• • • • • • 带有抽气箱的模具上有透气孔直接与抽气室相连; 用0.10~0.20mm EVA 塑料薄膜在烘膜器加热软化; 模具真空使软化的塑料薄膜紧密贴覆; 将负压砂箱放置在模具上; 砂箱充干砂,震动紧实; 砂型顶覆层密封薄膜,将浇口盆与上型直浇道相连,下型只 需要在覆膜前将砂子刮平; • 对砂箱抽真空,使干砂得到紧实,同时释放模具抽气室的真 空,并通入压缩空气反吹,将砂型与模具分开; • 同样方法,生产下型。将上型与下型合型,准备浇注; • 浇注过程中继续对砂型抽真空。铸件冷却后,去除真空,铸 件直接落下,干砂可再生循环使用。
第四节 几种常用金属材料的铸造法制备技术 • 铸造技术是现在工业生产中最常用和最重
要的金属合金铸锭和铸件的制备方法,下面通
过几种重要的金属结构材料的制备进一步了解
材料的铸造法制备过程及工艺。
• 一.铸造铝合金ZL 104的制备
• ZL104为可热处理强化的铝-硅-镁系铸造 铝合金。具优良铸造工艺性能和气密性,强度 高。但有形成针孔倾向,熔炼工艺较复杂。适 砂型或金属型铸造复杂薄壁件,也可压力铸造,
振动法、金相法和热分析法等,这些方法虽然
在理论上具有一定的先进性,但都不如传统的
《机械制造基础》教材目录
《机械制造基础》教材目录绪论第1章工程材料1.1 材料的物理、化学及机械性能一、物理性能二、化学性能三、金属材料试验与金属材料的机械性能1.2 钢的热处理一、铁碳相图二、钢的热处理方法1.3 钢铁材料一、钢的分类二、碳素钢三、合金钢四、铸铁1.4 有色金属一、铝及铝合金二、铜及铜合金三、钛及钛合金四、轴承合金五、粉末冶金材料1.5 非金属材料一、陶瓷二、高分子材料三、复合材料1.6 主要材料的加工性能一、主要机械材料的加工性能二、材料的选用第2章铸造2.1 砂型铸造一、造型材料二、砂型三、浇注系统、冒口及溢放口四、造型2.2 特种铸造一、金属材料铸造二、压力铸造三、离心铸造四、熔模铸造五、特种铸造的特点和应用2.3 铸件的清理与检验第3章塑性加工3.1 塑性加工概述3.2 金属热变形加工一、锻造二、轧制三、其他热变形加工法3.3 冲压第4章焊接4.1 焊接概述4.2 气焊4.3 电弧焊4.4 其他焊接方法一、电阻焊二、钎焊三、特殊焊接第5章切削加工5.1 切削加工概述5.2 切削基本原理5.3 切削液第6章常用加工机械6.1 车床6.2 钻床与镗床一、钻床二、镗床6.3 刨床6.4 铣床6.5 磨床第7章螺纹及齿轮制造7.1 螺纹加工7.2 齿轮加工第8章特种加工8.1粉末冶金加工8.2 电火花加工8.3 电镀加工8.4 特殊切削加工简介第9章计算机辅助制造9.1 数控加工基础9.2 生产自动化9.3 机械制造的展望第10章新兴制造技术10.1 半导体制造简介10.2 微细制造简介10.3 其他制造技术。
《金属工艺学》工程材料及机械制造基础(铸造)
4) 铸件结构: 壁太薄、大水平面,流动困难
§2 铸件的凝固与收缩Freezing and Shrinkage
液态收缩和凝固收缩得不到补偿,将产生缩孔或缩松
1. 铸件的三种凝固方式 the wideness of paste zone
P36 图2-3 (a)逐层凝固 Freezing layer by layer (c)糊状凝固 Paste freezing (b)中间凝固 Middle freezing
2. 铸造合金的收缩 Shrinkage of the Casting Alloys
合金从浇注、凝固、直至冷却到室温,其体积和尺寸缩减 现象(p36)
液态收缩liquid Contraction 体收缩
凝固收缩freezing contraction 体收缩
固态收缩solid contraction 线收缩
Especially for the production of articles with
complicate shape and structure
铸
例如:机箱、阀体、汽缸等
造
各种材料
的
广泛
Suit for almost all kinds of alloy
特
wide-ranging 大小:g~t
白口铸铁→高温退火→石墨呈团絮状 成分:低碳、低硅;2.4~2.8%C,0.4~1.4%Si 适用范围:中压阀门
形状复杂的薄壁小件:大件容易产生麻口 受一定冲击的零件 大批量生产: 单件成本高 牌号KTH300-06
第二篇 铸造 Foundry
什么叫铸造 Casting? (p33) The production of shaped articles by pouring molten metal into the mould
1 绪论1绪论材料加工工艺(第2版) 11材料加工工艺在制造业中的地位材料
1绪论1绪论材料加工工艺(第2版)1.1材料加工工艺在制造业中的地位材料加工工艺(materials processing technology)又称材料成形技术,是金属液态成形、焊接、金属塑性加工、激光加工及快速成形、热处理及表面改性、粉末冶金、塑料成形等各种成形技术的总称。
它是利用熔化、结晶、塑性变形、扩散、相变等各种物理化学变化使工件成形,达到预定的机器零件设计要求。
材料加工成形制造技术与其他制造加工技术的重要不同点是工件的最终微观组织及性能受控于成形制造方法与过程。
换句话说,通过各种先进的成形加工工艺,不仅可以获得无缺陷工件,而且能够控制、改善或提高工件的最终使用特性。
材料加工工艺与机械切削加工方法不同,在加工过程中机器零件不仅会发生几何尺寸的变化,而且会发生成分、组织结构及性能的变化。
因此材料加工工艺的任务不仅要研究如何获得必要几何尺寸的机器零部件,还要研究如何通过加工过程的控制而使零件具有设定的化学成分、组织结构和性能,从而保证机器零部件的安全性、可靠性和寿命。
图1 1材料科学与工程四要素关系三角锥材料的使用性能取决于材料的组织结构和成分,然而材料的应用最终取决于材料的制备与成形加工。
因而,材料的成形加工工艺是制造高质量、低成本产品的中心环节,是材料科学与工程四要素中极为关键的一个要素(图1 1),也是促进新材料研究、开发、应用和产业化的决定因素。
材料加工技术不仅在机械电子工业领域、而且对制造业中的纺织工业、资源加工业及其他工业领域都起着重要作用。
机械工业是国民经济的支柱产业。
我国机械工业近年来取得了飞速的发展。
根据中国机械工业联合会提供的统计数字,2006年我国机械工业的工业增加值占同期国内生产总值(GDP)的6.86%,国际上通常认为:当一个产业的增加值超过国内生产总值的5%即为支柱产业,我国机械工业长期以来高于此值。
我国的机械工业无论产值、利润、新产品产值、进出口总额都在我国有着重要地位。
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(2) 合金工艺性能与相图的关系
§1.3铁碳合金相图
铁碳合金是由碳和铁两种元素为主组成的合金。应用广泛的碳钢、 铸铁等金属材料均属铁碳合金。
一、铁碳合金的基本组织 (一)纯铁的同素异晶转变
(二)铁碳合金的基本组织 1.铁素体(F) 铁素体是碳溶于α一Fe中形成的间隙固溶体,用F表示。 2.奥氏体(A)
1.退火 退火是将钢加热到适当温度,保温后缓冷,,以获得接近
于平衡组织的热处理工艺。 钢的退火方法很多,常用的有完全退火、等温退火、球化
退火、均匀化退火和去应力退火等。
2.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ火
正火是将钢加热到Ac3或Acm以上30°C~50°C, 保温后在空气中冷却的热处理工艺。
二、淬火
淬火是将钢加热到Ac3(亚共析钢)或Ac1(共析钢和过共析 钢)以上温度,保温后快速冷却,以获得马氏体组织的热处理 工艺。
1.二元合金相图 二元合金是最基本的合金,搞 清楚二元合金的成分、温度和 组织状态之间的关系与变化规 律,也是研究其他复杂成分合 金的基础。
图1.13是Cu—Ni二元合金 相图,其纵坐标表示温度,横 坐标表示成分。
2.合金性能与相图的关系 合金的性能取决于合金的组织结构,而其组织结构由成分和工艺
条件决定。合金相图表明在平衡条件下,合金成分、温度和组织之 间的关系,也就反映了性能的变化规律。
个点,称之为结点;再用假想的直线连接结点,形成空间格架, 这种假想的空间格架称为结晶格子,简称晶格。
2.晶胞 晶体的晶格在空间排列有周期性重复的特点。通常把晶格中具
有空间排列规则特征的最小几何单元称为晶胞。
3.常见金属的晶格类型 在金属元素中,常见的晶格类型有: 体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格三种。
电子课件-《铸工工艺与技能训练(第二版)》-A02-1174 第十一单元
(2)砂眼 砂眼是指铸件内部或表面带有砂粒的孔洞。多产生在 铸件浇注位置的上表面。
砂眼主要是由于砂型和砂芯的强度太低,或造型、合型 等工序不够细致所造成的,具体表现如下:
1)砂型和砂芯的强度太低,承受不住金属液的冲刷。 2)型腔内有薄弱部分,容易被金属液冲坏形成砂眼。 3)内浇道开设不当,使进入型腔的金属液产生很大的 冲刷力,将型砂冲落而带入型腔。 4)砂型和砂芯的烘干不良,不能保证足够的强度。 5)铸型搁置时间太长,降低了砂型、砂芯的强度,增 加了铸件产生砂眼的可能性。 6)合型工作不够仔细,未将型腔中散落的砂清除干净。
4. 变形与裂纹 铸件中存在变形与裂纹缺陷的特征、产生原因及预防 办法见表11-9。
5. 胀砂与砂眼 (1)胀砂 胀砂是指铸件内外表面局部胀大、体重增加的缺陷。 造成胀砂的主要原因如下: 1)铸型舂得太松,表面硬度太低。 2)型砂的含水量过高,易造成铸件胀砂 3)流动性太低或应变值太大的型砂不易紧实,易造成型 壁移动。 4)砂箱的刚度和铸型紧固情况对型壁移动有很大影响。 5)浇注温度越高,型壁移动越大越易造成铸件壁增厚。
2)化学黏砂 铸件的部分或整个表面上,牢固地黏附一层由金属氧 化物、砂粒和黏结剂相互作用而生成的低熔点化合物, 称为化学黏砂。 化学黏砂的特征是: 用肉眼观察铸件黏砂部位的表面 时看不清单个砂粒,而是一片连续的蜂窝状物质。
3)防止铸件黏砂的方法 ① 选用耐火度高、粒度适宜的造型材料。 ② 铸铁件湿型面砂中加煤粉、重油、渣油等附加 物;干型表面刷优质涂料,堵塞砂粒孔隙,以减弱金 属液的热作用、机械作用和化学作用。 ③ 在满足透气性要求的前提下,提高砂型的紧实 度,减少砂粒孔隙度,防止机械黏砂。 ④ 适当降低浇注温度,减轻热作用,削弱液态金 属的渗透力。
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• 缺点:
a 无透气性、无退让性,易产生各类铸造缺陷, b 金属型制造成本高、生产周期长。 c 对铸件结构有严格要求。 d 对工艺过程要求严格。
• 应用:主要用于大批量生产的有色金属铸件,对于黑色金 属,限于简单的中小力铸造
• 压力铸造:在高压下(比压5~150Mpa)将液态金属或 半液态金属快速地压入金属型中,并在压力下凝固,以 获得铸件的方法。
第11章 特种铸造
特种铸造: 与普通砂型重力铸造有明显区别的一些铸造方法。
11.1 金属型铸造
1. 金属型构造 • 材料:一般采用铸铁,要求较高时采用碳钢和低合金钢。 • 特点:金属型无退让性、溃散性和透气性,故一定要注
意顺利出型,结构斜度较砂型铸件大,设计排气装置。 • 结构类型:整体金属型(jinshu1)、水平分型
低压铸造机
11.4 熔模铸造
• 熔模铸造:用易熔材料制成模样,然后在模样上涂挂耐 火材料,经硬化之后形成型壳,再将模样熔化排除型外, 从而获得无分型面的铸型。
1. 熔模铸造的工艺过程
熔模铸造rongmo[1]
(1)制造蜡模
a 制造压型; b 压制蜡模; c 组装蜡模。
(2)制造型壳
a 浸涂料; b 撒砂; c 硬化; d 重复上述过程。制成5-12㎜的耐火型壳; e 脱蜡。
• 卧式离心铸造机:铸型饶水平轴旋转。
➢ 优点:壁厚均匀。
离心铸造演示
11.6 其它特种铸造方法 1. 陶瓷型铸造 • 陶瓷型铸造:以陶瓷作为铸型材料。 (1)基本工艺过程
• 砂套造型。 • 灌浆与胶结
• 陶瓷浆:耐火材料(刚玉粉、铝矾土等)、粘结剂(硅酸
乙酯水解液)、催化剂、透气剂等组成。 • 起模与喷烧。灌浆5-15min后。 • 焙烧与合箱。350-550℃焙烧3-5h。 • 浇注。
(jinshu3)、垂直分型(jinshu2)、复合分型 (jnshu4)。 • 组成:主体、型芯、定位系统、导向系统、锁紧系统。
金属型铸造演示
2. 金属型铸造的工艺要点 • 预热。 • 刷涂料。 • 浇注温度比砂型铸造高,特别是薄壁件。 • 开型时间要求严格。 3. 金属型铸造的特点和应用
• 优点:a 组织致密,力学性能高;b 精度高(尺寸精度 CT7-9),表面粗糙度低(Ra25-12.5μm);c 浇冒口 尺寸小,消耗金属少;d 一型多铸,便于实现机械化, 生产率高;e 生产条件好。
1. 基本原理 • 工艺过程:
➢ 准备合金液和铸型; ➢ 升液、浇注。升入干燥压缩空气,合金液在低压下从升
液管平稳上升,注入型腔;
➢ 增压、凝固。型内合金液在较高压力下凝固; ➢ 减压、降液。坩埚上部与大气连通,升液管内合金液流
回坩埚。
低压铸造过程演示diya
2. 低压铸造的特点和应用范围 • 特点: ➢ 底注充型平稳易控制,可用于各种铸型。产品合格率高; ➢ 组织致密,对铝合金针孔的防止效果明显; ➢ 省去补缩冒口、浇注系统简单。金属利用率高; ➢ 充型能力高,铸件光洁; ➢ 设备较压铸简单、投资较少。 • 应用:质量要求高的铝、镁合金。
2. 压力铸造的特点和适用范围 • 优点: ➢ 精度及表面质量较其它方法均高(CT4-8、Ra6.3-
1.6μm); ➢ 成型能力强,可压铸复杂薄壁件,可生产镶嵌件; ➢ 强度和硬度高; ➢ 生产率较其它方法都高。
• 缺点:
• a 压铸设备投资大、压型费用高、周期长,只适于大批量
生产;
• b 对高熔点合金,压型寿命短; • c 内部气孔和缩松,不适宜大余量切削; • d 不能用热处理方法提高性能。
模板,也可生产中型铸钢件。
2. 消失模铸造
• 消失模铸造:又叫实型或气化模铸造型。用泡沫塑料模 替代木模或金属模进行砂型铸造,造型后不起模,浇注 时模样气化、燃烧而消失。工艺过程如图。
件。如发动机叶片、齿轮刀具等
典型熔模铸造铸件
11.5 离心铸造
离心铸造:将液态合金浇入高速旋转(250~1500r/min) 的铸型,使金属液在离心作用下充填铸型并结晶的铸造 方法。
5.1 离心铸造的基本方式
G
2r g
• 立式离心铸造机:铸型饶垂直轴旋转自动形成内腔,壁厚 取决于浇入金属量
➢ 优点:便于铸型的固定和金属的浇注; ➢ 缺点:自由面呈抛物面,上薄下厚; ➢ 应用:高度小于直径的圆环铸件、成型铸件。
(3)焙烧和浇注
a 焙烧:800-1000℃,去除型壳中的水分、残蜡及其它杂
质,提高强度;
b 填砂:防止型壳破裂、变形; c 浇注:焙烧后趁热(500-700℃)浇注。
2. 熔模铸造的特点 • 优点: ➢ 精度高(尺寸精度达IT11-IT14)、表面粗糙度低
(Ra12.5-3.2μm)。 ➢ 可生产形状复杂的薄壁件。 ➢ 由于型壳耐火度高,可生产高熔点黑色金属。 ➢ 生产批量不受限制。 • 缺点: ➢ 原材料价格昂贵。 ➢ 工艺过程复杂、周期长。 ➢ 铸件不宜太大。一般几十克到几千克,最大不超过45㎏。 • 应用:高熔点、难切削合金铸件的大批量生产的复杂铸
(2)陶瓷型铸造的特点及适用范围 优点: ➢ 尺寸精度高、表面粗糙度低,可浇注高温合金; ➢ 铸件的大小不受限制; ➢ 在单件小批生产条件下,需要投资少、生产周期短。 缺点: ➢ 不适合批量大、重量轻或形状复杂的铸件; ➢ 难以实现生产过程的机械化和自动化。 应用: ➢ 厚大精密铸件。如冲模、锻模、玻璃器皿模、压铸模、
• 应用:汽车、拖拉机、航空、兵器、仪表、电器等;中国 汽车压铸件占压铸件总量的65%,日本占80%。
➢ 锌、铝、镁合金。铸件尺寸可以从几毫米到1~2m;重量 可以从几克到数十公斤。国外可压铸直径为2m,重量为 50kg的铝铸件。
压力铸造铸件
压铸机
11.3 低压铸造
• 低压铸造:介于重力铸造和压力铸造之间,施加的压力 较低(20-70kPa)。
1. 压力铸造的工艺过程 • 压铸机:热压室压铸机和冷压室压铸机,冷压室压铸机
按其压室的结构和布置方式分为卧式和立式压铸机。 • 压铸型
• 压铸过程(以卧式压铸机为例),如图。
压力铸造演示yali[1]
• 主要工艺参数:
a 压铸压力和压铸速度。 b 浇注温度 c 压铸型温度。 d 充型、持压和开型时间, e 涂料。