近凈形熔模精密鑄造理論與實踐

熔模鑄造技術(shù)發(fā)源于西亞和古代中國，繁榮于現(xiàn)代的歐美，現(xiàn)今又在我國得到迅速的發(fā)展， 并形成了專門的產(chǎn)業(yè)。現(xiàn)在無論在歐美，還是在中國都非常重視熔模鑄造技術(shù)的應(yīng)用和開發(fā)，生產(chǎn)的熔模精密鑄造件已向結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、精密化、大型化和整體化方向發(fā)展，生產(chǎn)過程也向機械化、自動化的方向發(fā)展，已能鑄出直徑大于15m和重達900kg以上的超大合金鋼鑄件，鑄出的鋁合金件尺寸已達850mm×500mm×500mm，壁厚不到2mm。航空、航天、燃?xì)廨啓C、渦輪增壓器等高溫合金、鈦合金、鋁合金的高質(zhì)量要求的精密鑄件生產(chǎn)已經(jīng)離不開熔模鑄造技術(shù)。

北美和歐洲以航空航天鑄件為支撐，擁有占全球25%的精鑄廠，占全球總產(chǎn)值的63%，鑄件的附加值很高。

我國熔模精密鑄造通過半個世紀(jì)的發(fā)展，取得可喜的、長足的進步。據(jù)最新行業(yè)統(tǒng)計資料顯示，采用第一類硅溶膠黏結(jié)劑工藝方法，生產(chǎn)航空、航天、燃?xì)廨啓C、渦輪增壓器等高溫合金、鈦合金、鋁合金的高端精鑄件的生產(chǎn)廠點70個，產(chǎn)值32億元；采用第一類精鑄工藝方法，生產(chǎn)出口商用精鑄件為主的不銹鋼、低合金鋼的各類機械和日用五金的商用精密鑄件，生產(chǎn)廠630個，產(chǎn)量23萬噸，產(chǎn)值164億元。采用第二類水玻璃黏結(jié)劑精鑄工藝方法，生產(chǎn)各類機械和閥門的碳鋼和低合金鋼形狀復(fù)雜的中小型毛坯鑄件，生產(chǎn)廠1700個，產(chǎn)量126萬噸，產(chǎn)值164億元。

由此可見，高附加值的高質(zhì)量精鑄件，主要集中在航空、航天和船艇制造業(yè)領(lǐng)域，其中以航空發(fā)動機的渦輪葉片及熱端部件和燃?xì)廨啓C的壓氣機、燃燒室及渦輪為主。目前，中國熔模精密鑄造水準(zhǔn)與日俱進，體現(xiàn)在采用CAD計算機輔助設(shè)計，壓型制造采用CAM計算機數(shù)值控制，三坐標(biāo)、加工中心已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，真空熔煉爐、光譜儀、力學(xué)性能檢測、熒光檢測、X射線檢測已經(jīng)十分普遍，CAE計算機靜態(tài)和動態(tài)結(jié)構(gòu)分析、鑄件充型凝固過程數(shù)值模擬發(fā)展已進入工程實用階段，鑄造生產(chǎn)正在由憑經(jīng)驗走向科學(xué)理論指導(dǎo)，激光快速成型技術(shù)迅速發(fā)展，50t高壓注蠟機、50kg三室等軸晶真空爐、陶芯壓制成型機、高壓脫芯釜等先進設(shè)備不斷涌現(xiàn)，相信我國從精鑄大國到精鑄強國的進程會日益加快。

本書是筆者在《熔模鑄造論文集》的基礎(chǔ)上進行系統(tǒng)整理編寫而成，目的是將熔模精密鑄造的實踐和體會介紹給同行，使之更好地為精鑄生產(chǎn)服務(wù)。

本書編寫得到朱錦倫、溫耀信先生的大力支持，謹(jǐn)表示衷心的感謝。魏兵教授為本書撰寫序，謹(jǐn)致以深切的謝意。

熔模精密鑄造是一種少切削、無切削的鑄造工藝，是鑄造行業(yè)中的一項優(yōu)異的工藝技術(shù)。

本書緊密結(jié)合當(dāng)前鑄造技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況，深入淺出地介紹了熔模精密鑄造過程中涉及的原輔材料計算方法、熔煉澆注工藝，給出了提高精鑄件質(zhì)量的新工藝、新材料、操作細(xì)則和專項技術(shù)。

本書既有原理的敘述、工藝參數(shù)的給出，也有工廠的應(yīng)用實例，可供鑄造領(lǐng)域的技術(shù)人員、管理人員以及企業(yè)技術(shù)工人在實踐中參考。

1 板形控制的內(nèi)涵

1.1 板形的基本概念

1.1.1 橫截面形狀

1.1.2 平坦度

1.1.3 翹曲

1.1.4 鐮刀彎

1.2 板形產(chǎn)生的機理

1.2.1 軋制過程的板形產(chǎn)生機理

1.2.2 非軋制過程的板形產(chǎn)生機理

1.3 板形調(diào)控性能評價指標(biāo)

1.3.1 承載輥縫調(diào)節(jié)域

1.3.2 承載輥縫橫向剛度

1.3.3 板形調(diào)控功效

1.3.4 輥間接觸壓力分布

1.4 熱軋板形控制的特點

1.4.1 軋輥存在嚴(yán)重的不均勻磨損

1.4.2 軋輥存在嚴(yán)重的不均勻熱膨脹

1.4.3 凸度控制與平坦度控制存在耦合影響

1.4.4 相變與形變存在耦合影響

1.5 冷軋板形控制的特點

參考文獻

2 板形基本理論

2.1 輥系彈性變形理論

2.1.1 輥系變形的二維變厚度有限元法

2.1.2 一種快速輥系變形計算方法

2.1.3 輥系彈性變形分析案例

2.2 軋件塑形變形理論

2.2.1 軋件塑性變形求解的主要方法

2.2.2 軋件塑性變形的三維有限差分模型

2.2.3 軋件塑性變形的有限元求解

2.3 軋件溫度場理論

2.3.1 軋件溫度場計算方法

2.3.2 軋制工藝參數(shù)對板帶橫向溫度分布的影響規(guī)律

2.4 軋輥熱變形理論

2.4.1 軋輥瞬態(tài)溫度場模型

2.4.2 軋輥熱變形模型

2.4.3 軋輥熱變形特性

2.5 軋輥磨損理論

2.5.1 軋輥磨損機理分析

2.5.2 軋輥磨損影響因素分析

2.5.3 軋輥磨損預(yù)報模型

2.6 屈曲變形理論

2.6.1 板帶前屈曲變形理論

2.6.2 板帶后屈曲變形理論

參考文獻

3 板形控制技術(shù)

3.1 液壓彎輥控制技術(shù)

3.1.1 液壓彎輥技術(shù)的分類及工作原理

3.1.2 液壓彎輥技術(shù)的板形調(diào)控性能

3.2 液壓竄輥技術(shù)

3.2.1 液壓竄輥技術(shù)的工作原理

3.2.2 液壓竄輥技術(shù)的板形調(diào)控性能

3.3 CVC技術(shù)

3.3.1 CVC技術(shù)的工作原理

3.3.2 CVC參數(shù)設(shè)計方法

3.3.3 CVC技術(shù)的板形調(diào)控性能

3.4 PC技術(shù)

3.4.1 PC技術(shù)的工作原理

3.4.2 PC技術(shù)的板形調(diào)控性能

3.5 HC技術(shù)

3.5.1 HC技術(shù)的工作原理

3.5.2 HC技術(shù)的板形調(diào)控性能

3.6 HVC技術(shù)

3.6.1 HVC技術(shù)的工作原理

3.6.2 HVC參數(shù)設(shè)計

3.6.3 HVC的板形調(diào)控性能

3.7 VCR/VCR 技術(shù)

3.7.1 VCR/VCR 技術(shù)工作原理

3.7.2 VCR/VCR 參數(shù)設(shè)計方法

3.7.3 VCR/VCR 技術(shù)的板形調(diào)控性能

3.8 MVC技術(shù)

3.8.1 MVC技術(shù)工作原理

3.8.2 MVC技術(shù)參數(shù)設(shè)計方法

3.8.3 MVC技術(shù)的板形調(diào)控性能

3.9 ATR技術(shù)

3.9.1 ATR技術(shù)工作原理

3.9.2 ATR技術(shù)參數(shù)設(shè)計方法

3.9.3 ATR技術(shù)的板形調(diào)控性能

3.10 EVC技術(shù)

3.10.1 EVC技術(shù)工作原理

3.10.2 EVC技術(shù)參數(shù)設(shè)計方法

3.10.3 EVC技術(shù)的板形調(diào)控性能

3.11 變體支撐輥技術(shù)

3.11.1 VC技術(shù)

3.11.2 DSR技術(shù)

3.11.3 IC技術(shù)

3.11.4 SC技術(shù)

3.11.5 BCM技術(shù)

3.11.6 TP技術(shù)

3.12 附錄——先進的輥形技術(shù)應(yīng)用實績

參考文獻

4 熱軋板形控制系統(tǒng)

4.1 熱軋帶鋼控制系統(tǒng)概述

4.1.1 熱軋帶鋼控制系統(tǒng)功能概述及發(fā)展

4.1.2 基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)

4.1.3 過程控制系統(tǒng)

4.2 帶鋼熱軋板形控制系統(tǒng)概述

4.2.1 板形控制系統(tǒng)的發(fā)展

4.2.2 凸度檢測儀

4.2.3 平坦度檢測儀

4.3 熱軋帶鋼板形設(shè)定模型

4.3.1 板形設(shè)定模型總體構(gòu)架

4.3.2 板形參數(shù)設(shè)定數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

4.3.3 軋輥綜合輥形計算模型

4.3.4 常規(guī)凸度工作輥竄輥策略

4.3.5 機架間凸度分配策略模型

4.3.6 機架間板形傳遞模型

4.3.7 承載輥縫及彎輥力系數(shù)計算模型

4.3.8 彎輥力系數(shù)計算模型

4.3.9 輥系變形在線計算下的彎輥力求解方法

4.4 熱軋工作輥分段冷卻模型

4.4.1 有色金屬熱軋分段冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4.2 分段冷卻系統(tǒng)控制目標(biāo)及設(shè)定思路

4.4.3 基于溫度預(yù)測的分段冷卻基礎(chǔ)分布

4.4.4 基于RBF網(wǎng)絡(luò)的斷面預(yù)測模型

4.4.5 基于斷面預(yù)測和基礎(chǔ)分布的分段冷卻預(yù)設(shè)定

4.4.6 工作輥分段冷卻動態(tài)設(shè)定模型

4.5 熱軋板形自學(xué)習(xí)模型

4.5.1 板形自學(xué)習(xí)模型概述及內(nèi)容

4.5.2 板形自學(xué)習(xí)的幾種模式

4.6 熱軋板形動態(tài)控制模型

4.6.1 板形保持功能

4.6.2 凸度反饋控制

4.6.3 平坦度反饋控制

4.6.4 板形板厚解耦控制模型

4.7 熱軋板形質(zhì)量綜合判定系統(tǒng)

4.8 軋后殘余應(yīng)力減量化技術(shù)

4.8.1 帶鋼冷卻過程FEM模型

4.8.2 有限元模型的結(jié)果驗證過程

4.8.3 兩種不同工藝對殘余應(yīng)力的影響

4.8.4 結(jié)果驗證

4.9 附錄——板形控制模型應(yīng)用案例

參考文獻

5 熱軋鐮刀彎和楔形控制技術(shù)

5.1 鐮刀彎的檢測技術(shù)

5.2 熱軋帶鋼鐮刀彎和楔形影響因素仿真建模

5.3 來料因素對鐮刀彎和楔形的影響分析

5.3.1 來料楔形對非對稱板形的影響

5.3.2 兩側(cè)溫度不均對非對稱板形的影響

5.3.3 來料跑偏對非對稱板形的影響

5.4 設(shè)備因素對非對稱板形的影響

5.4.1 軋機兩側(cè)不同縱向剛度對非對稱板形的影響

5.4.2 工作輥初始輥形對非對稱板形的影響

5.5 板坯楔形與鐮刀彎的關(guān)系

5.6 鐮刀彎調(diào)節(jié)計算模型

5.6.1 基于兩側(cè)軋制力偏差的鐮刀彎調(diào)節(jié)計算模型

5.6.2 基于中心線偏移量的鐮刀彎調(diào)平計算模型

5.7 鐮刀彎在線設(shè)定控制模型

參考文獻

6 冷軋板形控制系統(tǒng)

6.1 冷軋帶鋼控制系統(tǒng)概述

6.1.1 冷軋帶鋼控制系統(tǒng)功能概述

6.1.2 冷軋自動化控制系統(tǒng)主要功能

6.2 冷軋板形檢測儀

6.2.1 平坦度測量

6.2.2 邊部減薄測量

6.3 冷軋帶鋼板形設(shè)定策略

6.3.1 板形設(shè)定方法分類

6.3.2 各調(diào)節(jié)手段設(shè)定分配策略

6.4 冷軋帶鋼板形設(shè)定模型

6.4.1 輥縫出口帶鋼凸度模型

6.4.2 有形輥調(diào)節(jié)模型

6.4.3 輥縫凸度設(shè)定模型

6.4.4 考慮板形板厚解耦的板形設(shè)定策略

6.5 冷軋板形目標(biāo)曲線設(shè)定

6.5.1 目標(biāo)曲線的功能和設(shè)定原則

6.5.2 典型目標(biāo)曲線設(shè)定方法

6.6 冷軋板形自學(xué)習(xí)

6.6.1 基于表格法的板形自學(xué)習(xí)策略

6.6.2 基于數(shù)學(xué)模型的板形自學(xué)習(xí)策略

6.6.3 板形自學(xué)習(xí)方法

6.7 動態(tài)板形控制

6.7.1 板形前饋控制

6.7.2 板形閉環(huán)反饋控制

6.8 冷連軋機組板形板厚張力綜合解耦控制策略

6.8.1 考慮到板形板厚的出入口張力耦合模型

6.8.2 冷連軋綜合耦合模型的分步解耦設(shè)計

參考文獻

7 高精度板形綜合控制實例

7.1 概述

7.2 自由規(guī)程軋制中板形控制技術(shù)研究

7.2.1 自由規(guī)程軋制概述及關(guān)鍵問題

7.2.2 自由規(guī)程軋制的輥形綜合配置技術(shù)

7.2.3 自由規(guī)程軋制的輥形自保持技術(shù)

7.2.4 自由規(guī)程軋制的新一代熱軋數(shù)學(xué)模型

7.2.5 自由規(guī)程軋制的生產(chǎn)組織模式

7.2.6 自由規(guī)程軋制的實施效果

7.3 熱軋板形質(zhì)量異議的分析與對策

7.3.1 樣本生產(chǎn)線及板形質(zhì)量異議簡述

7.3.2 板形質(zhì)量異議數(shù)據(jù)分析

7.3.3 板形質(zhì)量異議對策

7.3.4 技術(shù)方案實施效果

7.4 帶鋼起筋原理及控制

7.4.1 起筋現(xiàn)象概述

7.4.2 起筋問題的原因及對策

7.4.3 起筋帶鋼在熱軋工序的數(shù)據(jù)特征

參考文獻

后記2100433B