近净形熔模精密铸造理论与实践

熔模铸造技术发源于西亚和古代中国，繁荣于现代的欧美，现今又在我国得到迅速的发展， 并形成了专门的产业。现在无论在欧美，还是在中国都非常重视熔模铸造技术的应用和开发，生产的熔模精密铸造件已向结构复杂化、精密化、大型化和整体化方向发展，生产过程也向机械化、自动化的方向发展，已能铸出直径大于15m和重达900kg以上的超大合金钢铸件，铸出的铝合金件尺寸已达850mm×500mm×500mm，壁厚不到2mm。航空、航天、燃气轮机、涡轮增压器等高温合金、钛合金、铝合金的高质量要求的精密铸件生产已经离不开熔模铸造技术。

北美和欧洲以航空航天铸件为支撑，拥有占全球25%的精铸厂，占全球总产值的63%，铸件的附加值很高。

我国熔模精密铸造通过半个世纪的发展，取得可喜的、长足的进步。据最新行业统计资料显示，采用第一类硅溶胶黏结剂工艺方法，生产航空、航天、燃气轮机、涡轮增压器等高温合金、钛合金、铝合金的高端精铸件的生产厂点70个，产值32亿元；采用第一类精铸工艺方法，生产出口商用精铸件为主的不锈钢、低合金钢的各类机械和日用五金的商用精密铸件，生产厂630个，产量23万吨，产值164亿元。采用第二类水玻璃黏结剂精铸工艺方法，生产各类机械和阀门的碳钢和低合金钢形状复杂的中小型毛坯铸件，生产厂1700个，产量126万吨，产值164亿元。

由此可见，高附加值的高质量精铸件，主要集中在航空、航天和船艇制造业领域，其中以航空发动机的涡轮叶片及热端部件和燃气轮机的压气机、燃烧室及涡轮为主。目前，中国熔模精密铸造水准与日俱进，体现在采用CAD计算机辅助设计，压型制造采用CAM计算机数值控制，三坐标、加工中心已经得到广泛应用，真空熔炼炉、光谱仪、力学性能检测、荧光检测、X射线检测已经十分普遍，CAE计算机静态和动态结构分析、铸件充型凝固过程数值模拟发展已进入工程实用阶段，铸造生产正在由凭经验走向科学理论指导，激光快速成型技术迅速发展，50t高压注蜡机、50kg三室等轴晶真空炉、陶芯压制成型机、高压脱芯釜等先进设备不断涌现，相信我国从精铸大国到精铸强国的进程会日益加快。

本书是笔者在《熔模铸造论文集》的基础上进行系统整理编写而成，目的是将熔模精密铸造的实践和体会介绍给同行，使之更好地为精铸生产服务。

本书编写得到朱锦伦、温耀信先生的大力支持，谨表示衷心的感谢。魏兵教授为本书撰写序，谨致以深切的谢意。

熔模精密铸造是一种少切削、无切削的铸造工艺，是铸造行业中的一项优异的工艺技术。

本书紧密结合当前铸造技术的发展和应用情况，深入浅出地介绍了熔模精密铸造过程中涉及的原辅材料计算方法、熔炼浇注工艺，给出了提高精铸件质量的新工艺、新材料、操作细则和专项技术。

本书既有原理的叙述、工艺参数的给出，也有工厂的应用实例，可供铸造领域的技术人员、管理人员以及企业技术工人在实践中参考。

1 板形控制的内涵

1.1 板形的基本概念

1.1.1 横截面形状

1.1.2 平坦度

1.1.3 翘曲

1.1.4 镰刀弯

1.2 板形产生的机理

1.2.1 轧制过程的板形产生机理

1.2.2 非轧制过程的板形产生机理

1.3 板形调控性能评价指标

1.3.1 承载辊缝调节域

1.3.2 承载辊缝横向刚度

1.3.3 板形调控功效

1.3.4 辊间接触压力分布

1.4 热轧板形控制的特点

1.4.1 轧辊存在严重的不均匀磨损

1.4.2 轧辊存在严重的不均匀热膨胀

1.4.3 凸度控制与平坦度控制存在耦合影响

1.4.4 相变与形变存在耦合影响

1.5 冷轧板形控制的特点

参考文献

2 板形基本理论

2.1 辊系弹性变形理论

2.1.1 辊系变形的二维变厚度有限元法

2.1.2 一种快速辊系变形计算方法

2.1.3 辊系弹性变形分析案例

2.2 轧件塑形变形理论

2.2.1 轧件塑性变形求解的主要方法

2.2.2 轧件塑性变形的三维有限差分模型

2.2.3 轧件塑性变形的有限元求解

2.3 轧件温度场理论

2.3.1 轧件温度场计算方法

2.3.2 轧制工艺参数对板带横向温度分布的影响规律

2.4 轧辊热变形理论

2.4.1 轧辊瞬态温度场模型

2.4.2 轧辊热变形模型

2.4.3 轧辊热变形特性

2.5 轧辊磨损理论

2.5.1 轧辊磨损机理分析

2.5.2 轧辊磨损影响因素分析

2.5.3 轧辊磨损预报模型

2.6 屈曲变形理论

2.6.1 板带前屈曲变形理论

2.6.2 板带后屈曲变形理论

参考文献

3 板形控制技术

3.1 液压弯辊控制技术

3.1.1 液压弯辊技术的分类及工作原理

3.1.2 液压弯辊技术的板形调控性能

3.2 液压窜辊技术

3.2.1 液压窜辊技术的工作原理

3.2.2 液压窜辊技术的板形调控性能

3.3 CVC技术

3.3.1 CVC技术的工作原理

3.3.2 CVC参数设计方法

3.3.3 CVC技术的板形调控性能

3.4 PC技术

3.4.1 PC技术的工作原理

3.4.2 PC技术的板形调控性能

3.5 HC技术

3.5.1 HC技术的工作原理

3.5.2 HC技术的板形调控性能

3.6 HVC技术

3.6.1 HVC技术的工作原理

3.6.2 HVC参数设计

3.6.3 HVC的板形调控性能

3.7 VCR/VCR 技术

3.7.1 VCR/VCR 技术工作原理

3.7.2 VCR/VCR 参数设计方法

3.7.3 VCR/VCR 技术的板形调控性能

3.8 MVC技术

3.8.1 MVC技术工作原理

3.8.2 MVC技术参数设计方法

3.8.3 MVC技术的板形调控性能

3.9 ATR技术

3.9.1 ATR技术工作原理

3.9.2 ATR技术参数设计方法

3.9.3 ATR技术的板形调控性能

3.10 EVC技术

3.10.1 EVC技术工作原理

3.10.2 EVC技术参数设计方法

3.10.3 EVC技术的板形调控性能

3.11 变体支撑辊技术

3.11.1 VC技术

3.11.2 DSR技术

3.11.3 IC技术

3.11.4 SC技术

3.11.5 BCM技术

3.11.6 TP技术

3.12 附录——先进的辊形技术应用实绩

参考文献

4 热轧板形控制系统

4.1 热轧带钢控制系统概述

4.1.1 热轧带钢控制系统功能概述及发展

4.1.2 基础自动化系统

4.1.3 过程控制系统

4.2 带钢热轧板形控制系统概述

4.2.1 板形控制系统的发展

4.2.2 凸度检测仪

4.2.3 平坦度检测仪

4.3 热轧带钢板形设定模型

4.3.1 板形设定模型总体构架

4.3.2 板形参数设定数据准备

4.3.3 轧辊综合辊形计算模型

4.3.4 常规凸度工作辊窜辊策略

4.3.5 机架间凸度分配策略模型

4.3.6 机架间板形传递模型

4.3.7 承载辊缝及弯辊力系数计算模型

4.3.8 弯辊力系数计算模型

4.3.9 辊系变形在线计算下的弯辊力求解方法

4.4 热轧工作辊分段冷却模型

4.4.1 有色金属热轧分段冷却系统结构

4.4.2 分段冷却系统控制目标及设定思路

4.4.3 基于温度预测的分段冷却基础分布

4.4.4 基于RBF网络的断面预测模型

4.4.5 基于断面预测和基础分布的分段冷却预设定

4.4.6 工作辊分段冷却动态设定模型

4.5 热轧板形自学习模型

4.5.1 板形自学习模型概述及内容

4.5.2 板形自学习的几种模式

4.6 热轧板形动态控制模型

4.6.1 板形保持功能

4.6.2 凸度反馈控制

4.6.3 平坦度反馈控制

4.6.4 板形板厚解耦控制模型

4.7 热轧板形质量综合判定系统

4.8 轧后残余应力减量化技术

4.8.1 带钢冷却过程FEM模型

4.8.2 有限元模型的结果验证过程

4.8.3 两种不同工艺对残余应力的影响

4.8.4 结果验证

4.9 附录——板形控制模型应用案例

参考文献

5 热轧镰刀弯和楔形控制技术

5.1 镰刀弯的检测技术

5.2 热轧带钢镰刀弯和楔形影响因素仿真建模

5.3 来料因素对镰刀弯和楔形的影响分析

5.3.1 来料楔形对非对称板形的影响

5.3.2 两侧温度不均对非对称板形的影响

5.3.3 来料跑偏对非对称板形的影响

5.4 设备因素对非对称板形的影响

5.4.1 轧机两侧不同纵向刚度对非对称板形的影响

5.4.2 工作辊初始辊形对非对称板形的影响

5.5 板坯楔形与镰刀弯的关系

5.6 镰刀弯调节计算模型

5.6.1 基于两侧轧制力偏差的镰刀弯调节计算模型

5.6.2 基于中心线偏移量的镰刀弯调平计算模型

5.7 镰刀弯在线设定控制模型

参考文献

6 冷轧板形控制系统

6.1 冷轧带钢控制系统概述

6.1.1 冷轧带钢控制系统功能概述

6.1.2 冷轧自动化控制系统主要功能

6.2 冷轧板形检测仪

6.2.1 平坦度测量

6.2.2 边部减薄测量

6.3 冷轧带钢板形设定策略

6.3.1 板形设定方法分类

6.3.2 各调节手段设定分配策略

6.4 冷轧带钢板形设定模型

6.4.1 辊缝出口带钢凸度模型

6.4.2 有形辊调节模型

6.4.3 辊缝凸度设定模型

6.4.4 考虑板形板厚解耦的板形设定策略

6.5 冷轧板形目标曲线设定

6.5.1 目标曲线的功能和设定原则

6.5.2 典型目标曲线设定方法

6.6 冷轧板形自学习

6.6.1 基于表格法的板形自学习策略

6.6.2 基于数学模型的板形自学习策略

6.6.3 板形自学习方法

6.7 动态板形控制

6.7.1 板形前馈控制

6.7.2 板形闭环反馈控制

6.8 冷连轧机组板形板厚张力综合解耦控制策略

6.8.1 考虑到板形板厚的出入口张力耦合模型

6.8.2 冷连轧综合耦合模型的分步解耦设计

参考文献

7 高精度板形综合控制实例

7.1 概述

7.2 自由规程轧制中板形控制技术研究

7.2.1 自由规程轧制概述及关键问题

7.2.2 自由规程轧制的辊形综合配置技术

7.2.3 自由规程轧制的辊形自保持技术

7.2.4 自由规程轧制的新一代热轧数学模型

7.2.5 自由规程轧制的生产组织模式

7.2.6 自由规程轧制的实施效果

7.3 热轧板形质量异议的分析与对策

7.3.1 样本生产线及板形质量异议简述

7.3.2 板形质量异议数据分析

7.3.3 板形质量异议对策

7.3.4 技术方案实施效果

7.4 带钢起筋原理及控制

7.4.1 起筋现象概述

7.4.2 起筋问题的原因及对策

7.4.3 起筋带钢在热轧工序的数据特征

参考文献

后记2100433B