电机铸件技术工艺发展趋势分析
第一节 产品技术发展现状
控制凝固过程是开发新型材料和提高铸件质量的重要途径。近年来，顺序凝固技术、快速凝固技术、复合材料的获得、半固态金属铸造成形技术等等就是集中的代表。
1、顺序凝固技术：所谓的顺序凝固技术，是使液态金属的热量沿一定向排出，或通过对液态金属施行某方向的快速凝固，从而使晶粒的生长(凝固)向着一定的方向进行，最终获得具有单方向晶粒组织或单晶组织的铸件的一种工艺方法。由于冷却及控制技术的不断进步，使热量排出的强度及方向性不断提高，从而使固液界面前沿液相中的温度梯度增大，这不仅使晶粒生长的方向性提高，而且组织更细长、挺直、并延长了定向区.顺序凝固技术已广泛应用于铸造高温合金燃气轮机叶片的生产中，由于沿定向生长的组织的力学性能优异，使叶片工作温度大幅度提高，从而使航空发动机性能提高。顺序凝固技术的最新进展是制取单晶体铸件，如单晶涡轮叶片，它比一般顺序凝固柱状晶叶片具有更高的工作温度。抗热疲劳强度、抗蠕变强度和耐腐蚀性能。采用这种高温合金单晶叶片的航空发动机，有效地增加了航空发动机的推力和效率，使其性能大幅度提高。
2、快速凝固技术：即在比常规工艺条件下的冷却速度（10-4-10K/S）快得多的冷却条件(103-109K/S)下，使液态合金转变为固态的工艺方法。它使合金材料具有优异的组织和性能，如很细的晶粒(通常0.1-0.01um;甚至纳米级的晶粒)，合金元偏析缺陷和高分散度的超细析出相，材料的高强度、高韧性等。快速凝固技术可使液态金属脱开常规的结晶过程(形核和生长)，直接形成非晶结构的固体材料，即所谓的金属玻璃。此类非晶态合金为远程无序结构，具有特殊的电学性能、磁学性能、电化学性能和力学性能，己得到广泛的应用。如用作控制变压器铁心材料、计算机磁头及外围设备中零件的材料、纤焊材料等。快速凝固正日益受到多方的重视。
3、复合材料：制备凝固技术的另一发展是用于复合材料的制备口所谓复合材料，就是在非金属或金属基体中引人增强相或特殊成分，通过控制凝固使增强相按所希望的方式分布或排列的一种具有特殊性能的材料。由于复合材料的基体具有较高的断裂性，加上增强相的存在，故能表现出与普通单相组织材料不同的性能，如高强度、良好的高温性能和抗疲劳性能，目前已发展了多种制取复合材料的工艺方法，如结合顺序凝固技术制备自生复合材料。此领域的应用前景将越来越广。
4.半固态铸造半固态金属铸造成形技术经过20多年的
研究及发展，目前已进入工业应用阶段。其原理是在液态金属的凝固过程中进行强烈的搅拌(可以采用机械、电磁或其它方式，使普通铸造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，它具有一定的流动性，然后可利用常规的成形技术如压铸、挤压、模锻等成形生产坯料或铸件。半固态金属铸造成形克服了传统铸造成形易产生的缩孔、缩松、气孔及尺寸偏差等缺点，具有成形温度低，延长模具寿命，节约能源，改善生产条件和环境，提高铸件质量(减少气孔和凝固收缩)，减少加工余量等许多优点。半固态金属成形工艺将成为21世纪极具发展前途的近净形化成形技术之一。
第二节 产品工艺特点或流程
铸造工艺可分为三个基本部分，即铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。 铸造金属是指铸造生产中用于浇注铸件的金属材料，它是以一种金属元素为主要成分，并加入其他金属或非金属元素而组成的合金，习惯上称为铸造合金，主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金。
金属熔炼不仅仅是单纯的熔化，还包括冶炼过程，使浇进铸型的金属，在温度、化学成分和纯净度方面都符合预期要求。为此，在熔炼过程中要进行以控制质量为目的的各种检查测试，液态金属在达到各项规定指标后方能允许浇注。有时，为了达到更高要求，金属液在出炉后还要经炉外处理，如脱硫、真空脱气、炉外精炼、孕育或变质处理等。熔炼金属常用的设备有冲天炉、电弧炉、感应炉、电阻炉、反射炉等。
不同的铸造方法有不同的铸型准备内容。以应用最广泛的砂型铸造为例，铸型准备包括造型材料准备和造型造芯两大项工作。砂型铸造中用来造型造芯的各种原材料，如铸造砂、型砂粘结剂和其他辅料，以及由它们配制成的型砂、芯砂、涂料等统称为造型材料造型材料准备的任务是按照铸件的要求、金属的性质，选择合适的原砂、粘结剂和辅料，然后按一定的比例把它们混合成具有一定性能的型砂和芯砂。常用的混砂设备有碾轮式混砂机、逆流式混砂机和叶片沟槽式混砂机。后者是专为混合化学自硬砂设计的，连续混合，速度快。
造型造芯是根据铸造工艺要求，在确定好造型方法，准备好造型材料的基础上进行的。铸件的精度和全部生产过程的经济效果，主要取决于这道工序。在很多现代化的铸造车间里，造型造芯都实现了机械化或自动化。常用的砂型造型造芯设备有高、中、低压造型机、抛砂机、无箱射压造型机、射芯机、冷和热芯盒机等。
铸件自浇注冷却的铸型中取出后，有浇口、冒口及金属毛刺披缝，砂型铸造的铸件还粘附着砂子，因此必须经过清理工序。进行这种工作的设备有抛丸机、浇口冒口切割机等。砂型铸件落砂清理是劳动条件较差的一道工序，所以在选择造型方法时，应尽量考虑到为落砂清理创造方便条件。有些铸件因特殊要求，还要经铸件后处理，如热处理、整形、防锈处理、粗加工等。
1、半固态合金压铸
半固态合金同全液态和全固态合金相比，其物理性能有两个特点。一是这种半固态合金的固态组分超过50%之后，随着固态组分的增加，其粘度急剧增加。而对未经搅拌的合金来说，固态组分超过15%左右之后，其粘度就随固态组分的增剧增加。二是这种受激烈搅拌的合金具有搅溶性。
正是由于这种受激烈搅拌的半固态合金具有这种特殊的物理性能，所以它的铸造性能优良，在固态组分比较高的情况下，它的流动性还相当好，比起全液态合金并没有严重下降。另外，补缩性能也比较好，一方面其本身收缩量已减少，另一方面还可通过液2固两相同时流动而补缩。又由于这种合金具有搅溶性，因此用于成型时受到很大剪切作用的压铸和挤压工艺是比较合适的。比起全液态合金，半固态压铸更有其独特之处。
一是全液态合金操作起来很不方便，这对改善工作条件和提高机械化和自动化程度都是个障碍，而半固态合金只是在成型时才表现出象流体一样的特性，在成型之前可以象固态一样搬运，这对组织高度机械化和自动化生产非常有利。二是半固态合金压铸时，铸型受热状态得到很大改善。一个原因是合金本身的温度降低了，所含热量已较少，半固态金属从压铸到完全凝固所需要散出的热量仅为过热状态金属的一半左右。另一个原因是半固态合金进入型腔的模式不同，不流淌，紊流程度又低，基本上可达到全壁厚充填，对铸型的热冲击很低，铸型寿命得到提高。因此，半固态压铸对高熔点合金很有应用前景。
半固态合金也为以铸造方法制造金属基复合材料提供了有利条件。在半固态合金受激烈搅拌时加入非包覆非金属颗粒以制备复合材料是一种比较简便的方法。由于半固态合金存在固态初晶，可以防止非金属颗粒的浮沉或凝聚，分布比较均匀。另外，非金属颗粒受到激烈搅拌、摩擦，表面得到活化，使其和基体合金结合紧密。
尽管半固态合金铸造的概念在70年代初就为M.C.Flemings等人所提出，但到目前为止半固态合金浆料如何有效地制取并进行成型还是个问题。应用起来受到限制，材料选择受到限制，对工艺规范要求十分严格。特别是固、液相分数要精确控制，其偏差要求在±3%的范围内。为了达到半固态压铸的工艺要求，工艺装备设计是个关键。
H.Peng等提出了流变成型工艺(Rheomolding)，原理是将液态金属送入特殊设计的压射成型机筒中，由旋转的螺旋装置施加剪切而使之冷却成为半固态浆料，达到工艺要求后进行压铸成型，一台机器完成两个工序(生产浆料和压铸)。温度控制是个关键。
N.Bradley等人提出了触变成型工艺(Thixomolding)，它是将固态镁金属粒或碎屑送入螺旋压射成型机中，在加热和受剪切的情况下，金属变成浆料并压铸成型。该工艺多了一个切碎工序。
2、新的喷涂技术
脱模剂的喷涂与压铸件质量关系很大。脱模剂从喷射装置喷出时如果是非雾化的或非均匀分散的，凝聚的液体要求更长时间的汽化，当这一过程未完成就合模并强行将金属液压入，将加速润滑剂的汽化和形成更高的蒸气压，这往往是造成铸件疏松的根源。
水基涂料对工艺要求很高。对模温有严格要求，有一个“润湿温度”。模温低于此限，涂料才能成膜。成分不同，“润湿温度”不同。涂料膜的厚度也要严格控制，太厚时冷却慢，容易形成气孔，铸件表面也易起皱；太薄时易裂，铸件表面起痕迹。水基涂料喷涂时冒烟，不利于环保。
金属液浇入压室时往往出现局部凝固现象，形成弥散激冷组织，冲入型腔后会明显降低铸件的力学性能。往压室喷涂液态涂料也不能彻底解决问题。
为此，很多
研究工作者都致力于开发固体润滑剂或半永久性涂料。目标是提高铸型寿命，防止焊合，提高铸件质量，改善环境条件。
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