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      球墨鑄鐵熱處理工藝及消失模技術用于發動機缸體生產

      日期:2020-04-22 17:41點擊:
      由于塑性變形不僅可以合理消除球鐵中縮孔、縮松等收縮類鑄造缺陷,提高球墨鑄鐵強度和綜合使用性能,還可以減少甚至替代現有的一些合金化和熱處理工藝,達到減低成本,增加生產效率,降低能源消耗的目的。
      {一}、球墨鑄鐵熱處理工藝
        球墨鑄鐵(簡稱球鐵)自上世紀四十年代問世并投入生產以來以其耐磨、減振和生產成本低廉等優點得到了迅猛的發展。迄今為止,球鐵在汽車、機車車輛、機械機床及配件、鑄鐵管等生產中獲得了廣泛的應用。我國球鐵在2006年的產量己增長為680多萬噸,約占當年世界球鐵總產量的31.6%,在鑄鐵件中所占的比重也由1997年的14.1%增至24一25%,僅球鐵曲軸年產量就達到約20萬噸,1000萬根以上。球鐵鑄件除了產量大,種類多之外,目前厚大球鐵件也在不斷研發和生產。球鐵依然是本世紀最為重要的工程結構材料之一。
        隨著現代裝備向輕量化、節能、高效的方向發展,人們對球鐵的強度和使用性能的要求也不斷提高。因此,鑄造和冶金工作者通常采用鑄造合金化,抑或通過熱處理工藝來達到提高球鐵機械性能的目的。但是,前者因在球鐵鑄造過程中需添加昂貴的合金元素(如Ti、Cu等),使球鐵件的生產成本大大增加,這極大地削弱了球鐵件廉價的市場優勢;后者耗時、耗能的弊端使球鐵生產失去了市場開發的競爭力。而且,球鐵較合金鋼韌性差,目前球鐵強化手段對沖擊韌性的提高非常有限。
        金屬塑性加工理論經上世紀四十年代發展成為一門單獨的應用學科以來,涌現出大量的新設備和新工藝。它是金屬材料在外力作用下成形的同時改善和提高其內部組織、性能,尤其是鑄造組織的一種加工方法。通過金屬在塑性狀態下的體積轉移,充分提高了制件的材料利用率,提高了制件的強度和工件的精度。而在高溫塑性變形過程中,將金屬的形變和相變結合在一起的熱機處理過程不僅能提高材料的強度,改善金屬微觀組織,還可以大大提高生產效率,節省了不必要的能源消耗,典型的塑性加工工藝有連鑄連軋、鍛造余熱淬火、控制軋制、超塑性成型等。
        由于塑性變形不僅可以合理消除球鐵中縮孔、縮松等收縮類鑄造缺陷,提高球墨鑄鐵強度和綜合使用性能,還可以減少甚至替代現有的一些合金化和熱處理工藝,達到減低成本,增加生產效率,降低能源消耗的目的。因此,將塑性成形工藝應用在球鐵材料上勢在必行。通過塑性變形提高球鐵的強度和沖擊韌性,將最大限度地發揮球鐵自身優良的耐磨性、減震性以及低廉的生產成本等特點,也為球鐵齒輪、軸承甚至曲軸類工件的應用開辟更廣闊的空間。
        但是,目前國內外對球鐵可塑性的研究非常匾乏,尤其是系統地分析球鐵在高溫下的塑性行為,以及變形對球鐵微觀組織變化的影響規律尚不多見。這嚴重影響了塑性加工工藝在球鐵中的應用,也阻礙了球鐵產業的進一步擴大發展。
        {二}、消失模技術用于發動機缸體生產
        1980年初消失模技術引起發達國家各汽車廠家的關注和興趣,美國、口本和歐洲各國相繼投入資金研究與開發,并在汽車鑄件的大批量生產上成功應用。消失模鑄造技術特別適合于缸體、缸蓋、進排氣歧管等形狀復雜、需要砂芯成型的汽車鑄件。在運用傳統工藝生產這類鑄件時,制芯和清理都需要花費時間與成本,然而消失模鑄造可以不要砂芯就能夠鑄造出所需鑄件,同時也簡化了清理,降低企業負擔。目前最為成熟的消失模鑄造工藝是用于汽車鑄件的批量生產,所生產的產品有鋁合金鑄件(如進氣歧管、缸體、缸蓋等)和鑄鐵件、球墨鑄鐵件(如曲軸、缸體、缸蓋、變速器殼體、排氣管等)。
        美國是消失模鑄造技術在缸體中應用比較廣泛和成熟的國家。美國通用汽車公司在1985年試制了2L、4L型鋁合金發動機缸蓋并取得成功。1990年通用汽車公司在Saturn建成生產鋁合金4缸缸體全自動EPC生產線。2001年美國通用汽車公司所屬的用于生產6缸缸體的SMCO消失模生產線正式投產,標志著美國EPC技術得到鞏固和發展。歐洲在1979年前后開始了EPC技術的研究,法國雪鐵龍公司開發了一條運用消失模鑄造方法每小時生產120個鑄鐵發動機缸體自動化生產線。德國大眾公司投資2000萬美元建造了4缸鋁合金缸體生產線。我國的EPC技術在近10年獲得較快發展。如長沙發動機總廠1996年引進意大利法塔公司全套制模和造型澆注生產線,生產鋁合金缸體、缸蓋鑄件。目前國內受制于消失模鑄造工藝的關鍵技術,大批量生產汽車鑄件的廠家還很少,與國外的差距顯而易見。
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