《铸造》杂志

  202207期

专家视野试验研究铸钢铸铁复合材料造型材料特种铸造工艺技术
期刊基本信息

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  • 专家视野
    熔模铸造过程数值模拟研究进展
    许庆彦
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    试验研究
    公路建筑用铝合金表面激光熔覆FeCoNiCr 高熵合金涂层的组织与抗腐蚀性
    高珊珊,李 刚,都志强
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    ADC10 铝合金凝固组织调控及力学性能研究
    苑高利,钱伟涛,葛素静,王 吉,孙芳芳,刘永昌,宗福春
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    镍基高温合金Inconel 600 高温氧化行为
    赵鑫圻,肖 旋,刘梓童
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    一种低铼镍基单晶高温合金在长期时效 过程中的组织演化
    郭媛媛,刘晨光,张 迈,张轩宁,许剑伟,张 剑,骆宇时
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    气雾化压力对粉末粒径的影响
    关书文,刘世昌,时 坚,岳 野,高 鹏,魏彦鹏,成京昌,于 波
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    铸钢铸铁
    P 含量对快堆蒸发器用2.25Cr1Mo 钢 步冷脆化倾向的影响
    伞晶超1,李小兵2
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    钼、钒复合强化灰铸铁组织和性能研究
    裴慧雯,李莉娟,李仁兴,陈湘茹,翟启杰
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    球墨铸铁镶铸硬质合金的显微组织与 力学性能研究
    黄科伟1,海丰龙2,邓 晗2,章文显2
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    复合材料
    纳米ZrO2 颗粒增强Mg-6Zn 合金 复合材料组织及性能
    李洪运1,任 良1,乐启炽1,李小强1,郭瑞1,赵玉玺1,胡文鑫2,胡文义3
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    WC 含量对激光熔覆制备轨道车辆耐磨涂层 性能的影响
    栾长雨
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    SiC/Mg-5Gd-3Sm-0.5Zr 复合材料的 热压缩行为
    朱利强
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    体育装备中包覆颗粒增强铝基复合材料的 组织与性能
    赵 盼
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    造型材料
    磷酸盐粘结剂旧砂热法再生的研究
    王 辛1,2,张友寿1,2,夏 露1,2,王 超1,2,骆志鹏1,2
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    硅胶对水玻璃砂抗吸湿性的影响
    顾云会,夏祥麟,董威威,韩 彬,朱世根
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    特种铸造
    型壳界面反应对铸造Ti-48Al-2Cr-2Nb 合金表面形貌的影响
    张有为1,韩鹏江2,包春玲1,包有宇3,郑松翔1,杨海涛1,赵 军1,谢华生1
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    基于KNN 和GRNN 的挤压铸造温度 参数设计方法
    邓建新1,2,谢 彬1,2,曾向明1,2
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    工艺技术
    铝合金复杂管路的石膏型预埋铸造工艺
    杨林杰1,周志杰2,王狂飞1,陈富锟1,高沛莹1,程玉洁1
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    增材制造技术在不锈钢叶轮生产中的试用
    张帅强1,张 勇2,杨永辉1,叶书亮1,王志博1
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    大型旋回破碎机架体铸造工艺优化与生产应用
    徐恩献1,2,3,魏加赞1,2,贾冠飞1,2,3,胡中华1,2,张凯强1,2,温东旭1,2
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    柴油机轴承盖结构与铸造的协同设计及制造实践
    张思泽,陈丽阳,陈友才,冯志琼,吴 威,赖青华
    [摘要] [HTML 0KB] [PDF全文]
    某生产线生产法兰管件法兰孔和水线 免加工研发与应用
    陈建华,胡 磊,李 哲,李 冰
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  • 专家视野
    熔模铸造过程数值模拟研究进展
    许庆彦
    熔模铸造是一项传统的近净成形铸造工艺,在工业制造领域应用广泛。随着社会的高速发展,船舶、航空等设备制造领域对熔模铸造产品的性能要求日趋严格。传统基于试错法的熔模铸造工艺优化手段耗时长、资金需求大,难以满足工业需求。数值模拟技术作为一种低能耗、高效率、短周期的快速研究方法已经在熔模铸造领域得到了广泛认可。本文介绍了熔模铸造工艺物理过程,描述了熔模铸造数值模拟常用的数学模型,总结了熔模铸造蜡模成形、型芯成形和铸件成形过程中数值模拟技术的研究进展,展望了熔模铸造在数值模拟方面的发展方向。
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    试验研究
    公路建筑用铝合金表面激光熔覆FeCoNiCr 高熵合金涂层的组织与抗腐蚀性
    高珊珊,李 刚,都志强
    采用激光熔覆技术在铝合金表面制备FeCoNiCr高熵合金涂层,研究该涂层的冶金质量、相结构、组织与电化学行为。结果表明:当扫描速度为10 mm/s、激光功率300 W时,容易产生未熔合主导的涂层缺陷;400 W时可以得到高致密的涂层,致密度高达99.6%;而500 W时则导致气孔主导的涂层缺陷。当扫描速度为20 mm/s时,不同激光功率的样品则产生以凝固裂纹为主的冶金缺陷。对致密的FeCoNiCr高熵合金涂层(扫描速度10 mm/s,激光功率400 W)进行了组织表征及电化学测试,结果表明,FeCoNiCr高熵合金涂层呈单相面心立方固溶体结构,以柱状晶组织为主。晶粒内部存在大量的凝固胞状亚结构,但是激光熔覆过程中,极高的冷却速度抑制了凝固过程的元素偏析,Fe、Co、Ni、Cr均匀分布。极化曲线分析表明,与铝合金基体相比,FeCoNiCr高熵合金涂层具有更高的腐蚀电位及更低的腐蚀电流密度,表现出优异的抗腐蚀性能。
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    ADC10 铝合金凝固组织调控及力学性能研究
    苑高利,钱伟涛,葛素静,王 吉,孙芳芳,刘永昌,宗福春
    采用直读光谱仪、金相显微镜、拉伸试验机、扫描电镜和JMatPro软件研究了模具温度和浇注温度对ADC10铝合金凝固组织及力学性能的影响。结果表明,合金的凝固组织以初生α-Al和针状共晶硅为主,其断裂形式表现为解理断裂和准解理断裂。随模具温度由50 ℃升高至250 ℃,合金中α-Al枝晶臂间距逐渐增大,针状共晶硅含量逐渐减少,抗拉强度先减小后增大,伸长率先增大后减小;随浇注温度由720 ℃降低至660 ℃,合金中α-Al枝晶臂间距先减小后增大,针状共晶硅含量逐渐增多,合金的抗拉强度和伸长率均先降低后升高。当浇注温度为680 ℃,模具温度为100 ℃时,ADC10合金的综合力学性能达到。
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    镍基高温合金Inconel 600 高温氧化行为
    赵鑫圻,肖 旋,刘梓童
    研究镍基高温合金Inconel 600在900~1 000 ℃条件下的高温氧化行为。借助扫描电子显微镜、能谱、X射线衍射仪、背散射电子衍射等检测仪器,对样品表面氧化膜的相组成、形貌和结构特点,以及氧化膜横截面的元素分布特征进行表征和分析,并绘制该合金的氧化动力学曲线。结果表明:Inconel 600镍基高温合金在900~1 000 ℃范围内的氧化动力学符合二次抛物线规律,Inconel 600镍基高温合金在900 ℃及以下温度区间范围内属于完全抗氧化级,在900~1 000 ℃温度区间内属于抗氧化级。Inconel 600镍基高温合金的氧化膜由内氧化层和外氧化层两部分组成:内氧化层主要由Al2O3组成,受O原子在晶界的扩散和Al原子的晶内扩散影响,Al2O3主要分布在外氧化层附近基体的晶界上;外氧化层主要由连续的Cr2O3氧化膜,以及掺杂在其中的NiCr2O4、MnO2、TiO2、MnO和TiO构成。
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    一种低铼镍基单晶高温合金在长期时效 过程中的组织演化
    郭媛媛,刘晨光,张 迈,张轩宁,许剑伟,张 剑,骆宇时
    利用扫描电镜观察了一种低铼镍基单晶高温合金在1 000 ℃和1 100 ℃长期时效处理不同时间后的组织演化情况。结果表明:在1 000 ℃长期时效处理过程中,随着时效时间延长,γ′相逐渐长大,1 000 h后大部分γ′相仍保持一定立方度,γ′相边长达到1 μm左右;枝晶内应力的存在导致枝晶干不同区域γ′相呈现不同的形貌;1 100 ℃长期时效100 h后,γ′相逐渐合并、连接,500 h后γ′相完全形筏,随时效时间延长,γ/γ′界面位错网间距逐渐减小,筏形组织逐渐粗化;1 000 ℃长期时效1 000 h和1 100 ℃长期时效500 h后仅有少量μ相析出,该合金具有良好的组织稳定性。
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    气雾化压力对粉末粒径的影响
    关书文,刘世昌,时 坚,岳 野,高 鹏,魏彦鹏,成京昌,于 波
    使用计算流体力学(CFD)软件对气体雾化制粉进行了数值模拟研究,分析了雾化气体压力对气雾化制粉过程中雾化流场和金属粉末粒度分布的影响。结果表明,雾化气体压力为3.5 MPa、4.0 MPa、5.0 MPa时,雾化粉末中值粒径分别为79.3 μm、64.5 μm、41.6 μm,与试验得到的粉末中值粒径87.63 μm、70.13 μm、53.93 μm对比,误差为9.5%、8.0%、22.8%。综合分析,增大雾化气体压力可以细化粉末粒径、提高细粉收得率。
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    铸钢铸铁
    P 含量对快堆蒸发器用2.25Cr1Mo 钢 步冷脆化倾向的影响
    伞晶超1,李小兵2
    2.25Cr1Mo钢是我国四代先进钠冷快堆热交换器主体结构材料,掌握钢中有害元素适宜控制范围是实现部件国产化制造的关键环节。采用步冷处理试验方法研究了不同P含量对2.25Cr1Mo钢第二类回火脆性倾向的影响。结果表明:P含量会对2.25Cr1Mo钢第二类回火脆性产生显著影响。当钢中P含量为0.002%(质量分数,下同)时,第二类回火脆性敏感系数为-51.4℃,脆化倾向小。当P含量升至0.012%,尽管该数值满足ASTM-A387标准规定的P含量要求范围(≤0.035%),但钢的第二类回火脆性敏感系数已达59.6 ℃,具有较强的回火脆性倾向。当P含量为0.05%时,步冷处理前后钢的冲击功均较0.012% P试验钢有了明显降低,且脆性敏感系数高达174 ℃,回火脆性倾向极大。在对2.25Cr1Mo钢成分设计时,建议P含量控制在0.002%为宜。
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    钼、钒复合强化灰铸铁组织和性能研究
    裴慧雯,李莉娟,李仁兴,陈湘茹,翟启杰
    为满足汽车发动机缸体高性能要求,在灰铸铁中添加Mo和V,利用OM、SEM、EPMA等手段分析其组织变化,进行力学性能和导热性能的检测。结果表明:含0.5wt.% Mo和0.3wt.% V的灰铸铁试样,相比于空白试样,共晶反应后温度降低,石墨形态更弯曲细小;基体组织珠光体的片层间距细化,共晶团数量增多;抗拉强度提高了24%,布氏硬度增加了15%左右。钒元素含量增加至0.6 wt.%,抗拉强度达到402 MPa。Mo、V复合强化后的灰铸铁,不但综合力学性能得到显著提升,同时兼具良好的导热性能。
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    球墨铸铁镶铸硬质合金的显微组织与 力学性能研究
    黄科伟1,海丰龙2,邓 晗2,章文显2
    通过在球墨铸铁中镶铸硬质合金的工艺,探究球墨铸铁与硬质合金复合界面的显微组织与力学性能。结果表明,球墨铸铁镶铸硬质合金的界面属于良好的冶金结合,复合界面通过熔合结合和扩散结合的共同作用而形成,其平均厚度为(107±14)μm。复合过渡层的组织除均匀分布的WC颗粒外,还分为两个亚组织:近球墨铸铁侧为珠光体-铁素体基体;近硬质合金侧为Co基体与珠光体-铁素体混合基体。复合界面的硬度在HV 960到HV 1 104,其剪切强度为240 MPa。
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    复合材料
    纳米ZrO2 颗粒增强Mg-6Zn 合金 复合材料组织及性能
    李洪运1,任 良1,乐启炽1,李小强1,郭瑞1,赵玉玺1,胡文鑫2,胡文义3
    采用搅拌铸造法制备了纳米ZrO2增强的Mg-6Zn合金。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和维氏硬度仪对xwt.%ZrO2/Mg-6Zn(x=0,1,3,5)复合材料的微观组织及性能进行了表征分析。结果表明,纳米ZrO2颗粒加入到镁熔体中未观察到明显的反应产物,其稳定存在于Mg基体中;大量的纳米ZrO2颗粒主要分布在晶界处,并且随着ZrO2含量的增加团聚愈加明显。与Mg-6Zn基体合金相比,随着添加纳米ZrO2含量的增加,复合材料的晶粒尺寸呈现先减小后增大的现象,相应的复合材料的硬度值同样也呈现先增大后减小的现象。当纳米ZrO2的添加量为1wt.%,复合材料展现出了较为均匀的组织和良好的力学性能,其硬度值为HV52.09,较基体合金提高了14.2%。
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    WC 含量对激光熔覆制备轨道车辆耐磨涂层 性能的影响
    栾长雨
    通过激光熔覆在轨道车辆铝合金表面制备Ni-x%WC复合涂层,利用扫描电镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机研究了不同WC含量对复合涂层形貌、显微硬度及耐磨性的影响。结果显示,复合涂层无明显的裂纹,WC颗粒大部分分布在涂层中下部,熔覆层与基体形成良好的冶金结合,结合区发生化学反应且有元素过渡,表现为冶金结合。随着WC含量的增多,复合涂层的气孔增大增多,平均显微硬度先增大后减小,硬度分布变化幅度变大,磨损量先减小后增大;当WC含量为15%时,平均显微硬度,磨损量最小,磨损表面无明显沟槽,主要发生粘着磨损。
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    SiC/Mg-5Gd-3Sm-0.5Zr 复合材料的 热压缩行为
    朱利强
    利用铸造法制备了SiC/Mg-5Gd-3Sm-0.5Zr复合材料。固溶处理后进行热压缩试验,应变速率为0.002~0.1 s-1,变形温度350~500 ℃,变形量70%。结果表明:所制备的SiC/Mg-5Gd-3Sm-0.5Zr复合材料铸态组织由α-Mg基体、晶界处共晶组织以及SiC颗粒组成,经过固溶处理,晶界处共晶组织消失,复合材料组织由多边形的α-Mg晶粒和弥散分布的SiC颗粒组成。SiC/Mg-5Gd-3Sm-0.5Zr复合材料在热压缩过程中发生了动态再结晶,晶粒显著细化。由真应力-真应变曲线结合热压缩后组织分析,发现该复合材料适宜热加工的温度为450 ℃。经计算,SiC/Mg-5Gd-3Sm-0.5Zr复合材料应力指数为4.86,热变形激活能为280.525 kJ/mol。
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    体育装备中包覆颗粒增强铝基复合材料的 组织与性能
    赵 盼
    采用化学镀法制备镀层分布均匀的Ni@Al2O3包覆粉末,以制备Ni@Al2O3(p)/7075体育装备用复合材料,使用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜和万能实验机等研究分析了包覆颗粒及复合材料的显微组织、硬度和力学性能。结果显示,Ni@Al2O3包覆粉末可有效提高增强颗粒与基体之间的润湿性,有效减少Al2O3颗粒的聚集现象和缺陷的产生,当Ni@Al2O3(p)含量为1.5%时,复合材料的微观组织细化程度最显著,平均晶粒尺寸最小,平均硬度、密度、抗拉强度和伸长率,过量的Ni@Al2O3(p)会导致Al2O3颗粒的团聚。1.5wt%Ni@Al2O3(p)/7075拉伸断口出现大量韧窝,表现为准解离断裂,力学性能提升主要是细晶强化和固溶强化的共同作用。
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    造型材料
    磷酸盐粘结剂旧砂热法再生的研究
    王 辛1,2,张友寿1,2,夏 露1,2,王 超1,2,骆志鹏1,2
    通过加热结合机械摩擦的方法对磷酸盐无机粘结剂自硬砂进行再生回用研究,探究再生砂使用时型砂脱模时间、砂型强度、存放稳定性等综合性能。结果表明,不同温度处理再生砂在回用过程中的固化速度均快于全新砂,但温度不同,硬化速度有所不同;不同温度处理再生砂砂样的抗拉强度差距较小且与新砂相当,但抗压强度差距较明显,而且明显高于全新砂;再生砂制备的砂型在常湿环境和高湿环境的存放稳定性均优于全新砂制备的砂型;经过循环使用再生砂发现,随着循环次数的增加,型砂性能并未出现恶化,依然具有较好的回用性,分析认为再生砂的上述这些性能与旧砂中的残留粘结产物和后续粘结剂之间发生反应形成更稳定结构具有密切关系。
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    硅胶对水玻璃砂抗吸湿性的影响
    顾云会,夏祥麟,董威威,韩 彬,朱世根
    综括以往水玻璃砂抗吸湿性研究,大多都是通过增加水玻璃的加入量并加入多种添加剂,以牺牲水玻璃砂24 h强度为代价的,不仅抗吸湿性效果不够明显,而且导致水玻璃砂的溃散性变差。作者在水玻璃砂中添加和不添加硅胶,测量了水玻璃砂试样在正常湿度条件(RH 68%)和高湿度条件(RH 95%~98%)下硬化后试样的抗压强度变化。结果表明:在高湿度条件下存放24 h后,加入0.1%~0.3%硅胶添加剂比不加硅胶的水玻璃砂强度要提高近2倍。分析认为,硅胶提高水玻璃砂抗吸湿性能的主要原因是:硅胶比表面积大,易吸收水分子,减缓水分子对水玻璃硅酸凝胶硅氧键的破坏过程,阻碍了水分子对粘结桥强度的破坏作用;硅胶使水玻璃脱水,产生的游离SiO2提高了水玻璃模数,加快了水玻璃硅酸凝胶的生成速度,提高了模数的水玻璃在高湿度条件下更抗吸湿。
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    特种铸造
    型壳界面反应对铸造Ti-48Al-2Cr-2Nb 合金表面形貌的影响
    张有为1,韩鹏江2,包春玲1,包有宇3,郑松翔1,杨海涛1,赵 军1,谢华生1
    开展了界面反应对熔模铸造TiAl合金影响的研究。研究发现:试样表面有较明显的富氧污染层,Ti、Al元素在表面层稍有下降,其余元素未发生明显波动。Y2O3陶瓷型壳对TiAl合金液的污染主要是面层中的氧元素扩散至合金中引起的扩散型反应。生成的产物主要为TiO、Al2O3等。试样硬度范围在HV333.0~514.2之间,表层具有相对较高的硬度,污染层厚度约8~12 μm。
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    基于KNN 和GRNN 的挤压铸造温度 参数设计方法
    邓建新1,2,谢 彬1,2,曾向明1,2
    针对现有的挤压铸造工艺参数研究方法效率低下、局限性较大的现状,利用已有挤压铸造工艺数据采用机器学习方法实现了对挤压铸造温度工艺参数的快速设计。首先基于K最近邻(K Nearest Neighbors,KNN)算法参考相近材料铸件的温度工艺参数,从材料成分层面对浇注温度和模具预热温度进行初始设计,然后结合铸型参数和广义回归神经网络(Generalized Regression Neural Network,GRNN)对设计误差较大的模具预热温度进行修正,建立了误差修正模型;基于数据和实例铸件进行应用,并结合Procast进行实例铸件仿真试验,验证了提出的温度工艺参数设计方法的有效性。
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    工艺技术
    铝合金复杂管路的石膏型预埋铸造工艺
    杨林杰1,周志杰2,王狂飞1,陈富锟1,高沛莹1,程玉洁1
    针对内部存在复杂管路的铝合金铸件,采用常规预埋型芯方法,铸件中管路无法满足要求。通过提前在蜡模内预埋钢管,将钢管两端加长固定等方法,成功铸出薄壁、复杂管路铸件,从而为带有复杂管路铝合金薄壁铸件的石膏型铸造问题提供了一种解决办法。
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    增材制造技术在不锈钢叶轮生产中的试用
    张帅强1,张 勇2,杨永辉1,叶书亮1,王志博1
    介绍了某型不锈钢叶轮的结构及技术要求,浇注系统的设计过程。采用反重力真空吸铸浇注工艺,保证叶片较薄部位完整充型,采用3DP打印技术组芯造型,原砂使用70/140目硅砂,涂料使用流涂方式。铸件浇注后,叶片充型良好,尺寸满足要求,整体符合验收标准。
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    大型旋回破碎机架体铸造工艺优化与生产应用
    徐恩献1,2,3,魏加赞1,2,贾冠飞1,2,3,胡中华1,2,张凯强1,2,温东旭1,2
    破碎机架体是破碎机关键部件,承担破碎和摩擦矿石功能,其铸造质量直接影响破碎机的服役性能。架体铸件试制过程中出现超声波探伤不合格、返修率较高、切割补贴易产生铸件内壁裂纹等问题。本研究通过调整架体铸件补缩系统设计,优化了补贴和冒口形状,强化了易产生缩孔、缩松部位的补缩,并采用数值模拟方法分析了改进工艺的可行性。工艺实施结果表明,采用优化工艺生产铸件,超声波探伤合格率,减少了铸件返修量和清理周期。
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    柴油机轴承盖结构与铸造的协同设计及制造实践
    张思泽,陈丽阳,陈友才,冯志琼,吴 威,赖青华
    降低柴油机功重比对于节能减排至关重要,某型柴油机已通过对柴油机外部零件采用合金替代铸铁方式实现轻量化。为限度减轻产品重量,满足客户需求,通过对某型商用柴油机关键零部件进行分析,同时结合铁型覆砂工艺,采用CAE软件对柴油机轴承盖进一步开展结构与铸造协同设计和优化,满足使用性能要求前提下,改善材料性能。轴承盖铸件工艺验证及可靠性试验结果表明,产品结构强度保持与原零件一致,零部件外观得以改善,毛坯重量减少3.25 kg/套,成品减重0.85 kg/套,节能减排和经济效益显著。
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    某生产线生产法兰管件法兰孔和水线 免加工研发与应用
    陈建华,胡 磊,李 哲,李 冰
    采用某自动化生产线生产球墨铸铁法兰管件,实现法兰管件法兰孔和水线等免加工,减少产品热节模数,提高冷却效果,降低产品形成缩孔、缩松的趋势,提高产品内在质量。法兰免加工可以减少铁液用量,提高产品铸造工艺出品率;可以较大程度缩短现有精整工序加工时间,进一步实现打磨后产品工序流程优化,减少管件在制品数量和资金的占用,促进产品交货期的缩短,同时减少现有机床的使用和磨损、节约行车倒运、减少现有人员的使用等,实现制造流程的革命性优化和总体生产费用的降低。
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