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薄壁高强度灰铸铁铸造技术综述


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灰 镪 , 莲 鞠   销         高
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I—  

一  

?工  

薄壁 高 强 度 灰 铸 铁 铸 造 技 术

综 述 
第一汽车集团公司二铸厂   盟重 
沈 阳 工 业 大 学 杨景祥 

一  『
’。  

在 轿 车 制 造 中 , 难 度 较 大 的 是 发 动 机 铸  件 , 特 别 是 形 状 复 杂 的 薄 壁 高 强 度 灰 铸 铁 缸 
体 。 这 种 缸 体 不 但 要 求 尺寸 精 确 、表 面 粗 糙  度 达 到 国际 标 准 、 内 腔 洁 净 ,而 且 要 求 内在  质 量 优 良、 耐磨 损 、 抗 热 疲 劳 等 。 因 此 , 研 

风 水 冷 冲天 炉 双 联 熔 炼 , 并取 得 良好 效 果 。   这 种 生 产 方 式 已被 国际 上 大 量 生 产 发 动 机 厂  家 所 用 , 如 美 国 、德 国等 一些 工 厂 , 并 已 形  成 国 际 性 熔 炼 薄 壁 高 强度 铸 件 的工 艺 趋 势 。  

我 国 绝 大 多 数 生 产 发动 机 缸 体 的工 厂 .   或 用工 频 炉 单 独 熔 炼 , 用 冲 天 炉 单 独 熔 炼 , 或  
或 者 是 冲 天 炉 与 小 吨 位工 频 炉 双 联熔 炼 。根 
据 调 查 , C , 量 的 波 动 在 ±0 1  左 右 , Si ,5 与 

讨 薄 壁 高 强 度铸 铁 在 大 批 量 流 水线 条件 下 ,  
稳 定 的 铸 造 生 产 技 术 非 常 重 要  我 厂 与 沈 阳  工 业 大学 通 过 三年 的 合 作 ,摸 索 了 一套 薄 壁 

高 强 度 灰 铸 铁 在 大 批 量 生 产 条 件 下 的生 产 控  制 技 术及 工 艺管 理 经验 , 内容 包 括 : 高 于    l50   0 ℃高 温铁 水的 稳定获 得 ,0 / 热 风 水  2吨 时
冷 冲 天 炉 的结 构 原 理及 熔 炼 工 艺, 4 吨 工 频  5 炉 中铁 水 成 分 的 稳定 性 ,高 温铁 水 的 特 性 ,   铸 铁 质 量 的 十 项 检 测 指 标 , 铸 铁 质 量 管 理 的  计 算 机 软 件 开 发 等 , 目的 是 使 熔 炼工 艺的 各  项 参 数 指 标 在 大 批 量 流 水 生 产 条 件 下 ,达 到  美 国 及 德 国 指 标 , 为 我 国 轿 车铸 件 的 国产 化 
奠 定基础。  

国 际 上 主要 发 动 机 生 产 厂 对 成 分 的控 制 有 一  定 差 距 。我 厂 应 用2 吨 / 小 时 热 闶水 冷 冲天  0 炉 与 4 吨 大 型工 频 炉 双 联 熔 炼 , 在 连 续 正 常  5
生 产条件下 每天工频炉成分 的波动是C 为 ±   O 0 % 、 S; ± O 0 % 、 C E 为 ±0 0  左  .3 为 .6 .5

右 。 热 风 水 冷 冲 天炉 出铁 水 温 度 在 l 0 ~  5    O l 6 ℃ 左 右 , 最 高 可 达 l 6 3 ℃ 。工 频 炉   5 0  1 出 铁 水 温 度 在 1 5 0 ℃左 右 。 这 些 对 缸 体 的   0 稳 定 大 量 投产 起 着 关 键 性 作 用 , 其 工 艺 水 平  已达8年代 国际水平。 0   根 据 国际 上 各 种 熔 化 炉 的 熟 效 率 与 成 本  分析看 ,双联熔炼也是最有 效、最经 济的。   例 如 在 热 效 率 方 面 , 冲天 炉 用 于 加 热 与 熔 化  的热 效率为 6  , 工频感 应 炉也 为6  } 在  0   0   铁 水 过 热方 面 , 冲 天 炉 热 效 率 为 7 ,工 频    感 应 炉 为 6   。 因 此 , 用 冲 天 炉 熔 炼 、 感  0   应 炉 对 铁 水 进 行 过 热 或 保 温 , 从 热 效 率 方 面  来 说 是 最 佳 选辑 。就 这 种熔 炉 的 能 谭 成 本 而  言,据统计 ,双联法是最经济 的。   总 之 , 大 型 热 风 水 冷 冲天 炉 与 大 型 工 频  炉 的 双 联 熔 炼 ,从 成分 的 均 匀 性 与稳 定 性 ,   生 产 过 程 的可 调 节 性 , 平 衡 熔 化 与 造 型 两工  部 铁 水 供 应 , 以及 造 型 线 生 产 环 节 能 谭 热 效 

t 2   O吨/ 时 热 风水 冷冲 天 炉与 4 5吨 有  芯 工 频 炉双 联 熔 炼 
国外 近 3 年 来 , 冲 天 炉 向 热 风 、水 冷 、 0  
大 型 化 、 连 续 生产 方 向 发 展 . 大 吨 位 冲 天 炉 

不断 增加 。 日本 从 l 0 起 逐 渐 增 加 了热 风 冲  g 年 6
天 炉 , 由 于 热 风 操 作 , 炉 内 温 度 提 高 , 炉树  寿 命 缩 短 , 因 此 必 须 冷 却 炉 壁 , 故 而 发 展 了 

热 风 水 冷 冲 天炉 ,到 1 6 年 已能 使 用熔 化 带  95
部 位 无 炉 衬 的 冲 天 炉 。 于这 种 炉 子 内径 大 , 由   故而 风 E要 伸 入 炉 内 并进 行 水 冷 , 以便 把 热  l

风导 入 大 型 冲 天 炉 的 中心 。 在 使 用 热 风水 冷 
冲天 炉 时 ,大 半 采 用工 频 炉 与 之 配合 。 16  到 98 年 日本 丰 田 汽 车 公 司 已 使 用 4 邮 工 频 炉 与 热 
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率 与成 本 方 面 , 皆具 有 优 越 性 。  

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2 铸 造用 焦的 选 择 
铸 造 用 焦 炭 的 质 量 明 显 髟 响 冲天 炉铁 水  温度 。 近 年 来 , 由于 国家 的重 视 及 各 方 面 的  努 力 ,铸 造 用 焦 质 量 有 较 大提 高 ,如 镇 l 焦  2 的炭 份 、 硫 份 、挥 发 物 、 固 定 碳 、反 应性 等  指 标 皆 与 国 外 铸 造 焦 相 似 。 国 外 的热 风 水 冷  冲天 炉 层 焦 比为 1: ( . ~8 5 ,使 用 的 是  75 .) 含 固 定 碳 量 ( 8 ~ 9 %) 的 优 质 焦 炭 , 我  8  0 们 使 用 山西 二 号 焦 后 , 层 焦 比 已达 到 国际 同  类熔 化 炉 的 指 标 。  

并 取 得 一 定 成果 , 般认 为 低 cE是 可 行 的 , 一   而 高 c E 尚有 争 议 。 我 们 对 一 铸 厂 进 行 了上    万个数据 统计分析后可知 ,在 cE为 39   . 


4 O  的条 件 下 ,si c 值 提 高 , 抗 拉 强  .5 /

度 呈 下 降趋 势 。因此 ,我 们 认 为 缸 体 的 硅 碳  比控 制 在 0 4 ~0 5 为 宜 。 即 走高 c 、 低 s  ., 5 .5 i
的路子 。  

3 4 关于 含 碲量  . 国际 上 对 缸 体 化 学 成 分 中 的s 含 量 有放  宽 的 趋 向 ,提 出 <O 1 S 。 从孕 育 角 度 看 , .4   石 墨 形 核 的主 要 异质 晶核 是 复 合 硫 化 物 , 因 

3 缸 体成 分 的 选择 
目前 世 界 上 关于 缸 体 成 分 的 选 择 已 逐 步 
趋 向 一 致 , 即 走 低 合 金 化 , 采 用 Cr Cu  ̄ 、 、 2/   o Sn N i 合 金 。 、 等  

此 适 当放 宽 含 s 量 , 能 提 高 孕 育 效 果 , 如 铁 
水 中 含s 为 0 0   左 右 时 ,孕 育 效果 不理想 。 .3  

另 一 方 面 ,对 焦 炭 中 含 s量 也 可 适 当放 宽 ,  
这 样 铸造 焦 成 本 降 低 ,将 有 利 于 铸 件 成 本 的 
降低 。  

3   c、 、CE的 选 择  .1 Si a. 美国 克 莱斯 勒公 司J h   o n、 De r 公  ee 司 及 万 国公 司等 , 缸 体 的管 理 成分 : ( . 2   3 3 
二 0 0 ) C 、 2 1 ± 0 0 ) S 、 3. . 5  ( .2 . 7   i ( 8± 0. 7   0 )
C E。  

4 孕育 剂的 选择 
对 缸 体 而 言 ,孕 育 剂 的 选 择, 要 综 合 二  个 因 素来 考 虑 , 一是 满 足 工 艺 、性 能 及 金 相  的需 要 , 即 炉 前 白 I数 ,孕 育 衰 退机 械性能 , : 1   金 相 组 织 中 石 墨 类 型 、长 度 和 珠 光体 量 。 另 


b  德 国 大 众 汽 车 厂 的 管 理 成 分 : .  
3.   ~ 3.   C 、 l_   ~ 1.   Si 4.O7 5 55 7 8 、  


方 面 要 考 虑 铸 件产 生 气 孔 、 缩松 、 渗 漏 等 

4.1   C E 。 5  

缺 陷 的可 能 。  

c. 介 于 上 述 二 者 间 的 国际 上 其他 厂 家 
的 化 学 成 分 : 3 4 ~3 5 C 、1 7 1 9 .  .  . ~ . 
Si 3. , ~ 4.  C  。 、 9 5% 1 E  

在 汽 车 缸 体 大 量 投产 过 程 ,应 注 意 从 哪  个 角度 选 择孕 育剂  若 从 提 高 抗 拉 强 度 、 相 
对 强 度指 标 选 择孕 育 剂 , 则 复 合孕 育 剂 效 果  好 于 墨化 孕 育 剂 ( 含锶 硅 铁 ) ;若 在 基 本  如 性能满 足的条件 下, 应从减少缸体渗 漏率 、 剐   气 孔 等 缺 陷 方 面 选择孕 育剂 , 如 吉 锶硅 铁孕 

就 铸造 工 艺性 及 缩 松 的产 生 而 言 , 以 采  用 德国 大众 汽 车 厂标 准 为宜 。我 厂 4 8 动  8发 机 是 从 美 国 克 莱 斯 勒 公 司引 进 的 ,故 按 美 国 

标 准 投 产 ,但 逐 步 向 德 国标 准 过 渡 。 其 性 能 
可 达 H   5 标 准 。 T2 0   吝 2 合 金 化 元 素  合 金 化 的 目的是 提 高 热疲 劳 性能 及 耐 磨  性 。 由 于Ni 、M o的 价 格 较 贵 , 故 采 用 低c r    
( 3 0.   ~ 0 4 ) 、 C n ( .   ~ 0 4 ) .  0 2 .   

育 荆 ,但 含 镪 硅 铁孕 育 剂 具有 一定 的吸 气性 。  
因 此 ,我 们 又 研 究开 发 了稀 土孕 育 剂 , 定 名  为 CS  0 F6 ,与 国 际 通 用 的CSF1 在 成分 上 有  0 差 异 ,但 效 果 良好 。 类 1 成 分 的孕 育 剂 , 8  1 = 』 5 年 在 第二 汽 车厂 4 厂 做 过 批 量 投产 , 结 果 良 8   好 , 表现 为 在 其 他 条 件相 同的 情 况 下 , 比 用  7 S F 孕 育 剂 ,渗 漏 率 下 降 1 以 上 , 气 孔  5 ie   量 减 少 1  。 0   关 于 石 墨 形 态 , 应 尽 可 能 提 高 A 型石 墨  含 量 , 降低D 、 E 型石 墨 数 量 , 以 提 高 抗 热 
汽 车工 艺 与 材 料 

为宜 。  

吝 3 关于 si c /   sj c 的概 念 是 6 年 代 初期 由德 国人 提  / O

出 的 。 近 年 来 , 我 国机 床 行 业 研 究者 很 多 ,  

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疲劳能 力。   关 于孕 育方 法 , 目前 我 们 采 用 工 频 炉 前  定 量 随 流孕 育 , 随 流孕 育 的 机械 装 置 将 根 据  生产的需要 而采用 。  

度 方 面 , 我 厂 严 格 控 制 Pb Al Ti 量 , 铁  、 、 含 水 中 含气量 在正常生 产 条件 为1 0~l 0 p 左  7 9p m 右 , 含 氧 量 在 2 ~3 p m 内 , 含 氢 量 在 2 0  5 2p .0


3 2p m内, .7 p 皆与相 阀 国际资料 相符。 铸件 相 

5 铁 水 的 纯 洁 度 
所 谓 铁 水 的 纯 洁 度 包括 二 重 意 义, 一 是  铁 水 中 杂 质 含 量 , 这 方 面 国外 很 重 圭 , 如 德  见 国 大 众 汽 车 r 对 缸 体 中Pb、 、 j 个 元 素  Al Ti 的 含 量 均 有 明 确 规 定 ,Pb 必须 小 于0 0 5 , ,0    
Al 低 于 0 0  , T i 低 于 0 0  。若 大 于   应 .2 应 .2

对 强 度 大 于 l, 相对 硬度 小 于 1, 质 量 指 标  大 于 l, 即 在 满 足性 能要 求 下 ,又 有 利 于 加  工 , 使 加 工 流水 线 正 常运 转 。 在 共 晶 团数 量  方 面 , 国 际 上 已 充分 注 意 到 共 晶 团 数 对 铸 件  健 全 高 度 及 渗 漏 率 的 影 响 , 德 国 大 众 汽 车厂  提 出 要 控 制 在 2 0 ( 0 ) 个/ c 以 内 。 我  0 40   m  们 研 究 了不 同孕 育 剂 对共 晶 团 数 量 及 铸 件 健  全 高 度 的 影 响, 并得 出 了 较 有 依据 的 结 论 ,   这 种 结 论 是 把 铸 件 成 品 率 放 在 足 够 重 视 的 位  置  过 冷 度 及 过 冷度 商 , 是 检 验孕 育 剂 效 果  及孕 育 衰 退 的 工 艺参 数 ,这 方 面 国 内 外 都 做  过 大 量研 究 , 并 得 出 了相 应 参 数 。  

上 述 含量 , 则 铸 件 易产 生 废 品 。 我 厂现 在 应  用 直 读 光谱 仪 对 这 三 个 元 素 含量 进 行 检 测 。   另 一 重 要 意 义 是 铁 水 中 的气 体 含 量 , 特 别 是  应 用 工 频 炉 对 铁 水 进 行 保温 之 后 , 保 温 时 间  的 延 长 对 工 频 炉 中 铁 水 气体 含 量 的 影 响 很 重  要 。 国 外 文 献 已 说 明 , 在 高 温 条 件 下 , 工 频  炉 中铁 水 在 保 温 时 存在 着c 使Si   O 及其它 氧  化 物 还 原 的 条 件 , 以铁 水 中 的 氧 不 会 增 加 , 所   只 会 减 少 。 在 保 温 过 程 中, 水 含c 量下 降. 铁   c E量 也 同 时 减 少 , 白 口倾 向增 加 。 在 工 频    炉 中保 温 6小 时 以 内 时 , 保 温 时 间的延长 , 随   抗 拉 强 度 有 一定 的 下 降 , 问 时 D 、 E型 石 墨  含 量 及 铁 素体 台量 增 加 。   铁 水 中 含 氮 量 , 日本 人 中 岛等认 为 , 总  的 含 氨 量 一 般 在 1 5 p 以上 , 当铁 水 中 含  6p m 而 氯 量 在 l 0 p 以上 时 , 有 产 生 气体 引 起 缺    pm 0 就 陷 的 危 险。 铁 水 中 含 氢 量较 低. 一般 不 构 成  对 铸 件 质 量 产 生 影 响的 条 件 =  

7 铸 铁质 量管 理 的 计 算机 软件 开 发 
对 日常生 产 中 的数 据 及 时 用 计 算 机 进 行  归 纳 分 析 , 将 能 使 企业 管理 人 员 及 时 掌 握 现  场情 况 。 我们 开 发 的铸 铁 质 量 管 理 的 软 件 系  统 包 括 了c i n P、 Cu 元 素 的 分 布      、 s、 等 频率 与 目标管理 值 的差 距及 需要 调整 的具 体 数  值。 强度 、 度 、 对 强 度 湘 对 硬 度 、 量指 标 等  硬 相 质 l 个参 数, 4 根据 此软 件处理 成 的各 种 频率 图以及  标 准 方 差 分 析 可 在 生 产 中做 出及 时 的 凋 整 。  

8 加 料 重 量 的 准 确 性 
国外 对 加 料 重 量 的准 确性 非 常 重 视 , 因  为加 料 的准 确 性 直 接 影 响熔 炼 成分 的稳定性 ,   大 批 量 投 产 中 稳 定 性 是 很 重 要 的 。 篱 国 大 众  汽 车 厂 每 批 炉 料 重 量 的误 差 在 3 ~ 5 左     

6 评 价 铸 铁 质 量 的 十 项 指 标 
近 些 年 来 , 国 际 上 特 别 是 德 国对 铸铁 铁  水质 量 提 出 了较 全 面 的 十 项 考 核 指 标 .可 以  评 价 铸 铁 熔 炼 过 程 的 冶 金 因 素 。 这 十 项指 标  是 铁 水 温 度 、 铁 水 纯洁 度 、相 对 强 度 、 相 对  硬度 、质 量 指 标 、 弹 性 模数 、共 晶 团 、共 晶 

右 。 我 国 近 年 来对 加 料 的准 确 性 逐 渐重 视 ,   已有 一 些 带 微 机 控 制 及 自动 补 偿 功 能 的 加 料 
称量 装 置 。我 厂 自行 设 计 的 微 机 控 制 带 自动  补 偿 功 能 的加 料 称 量 装 置 , 称 量 误 差在 3   以 内 , 证 了热 风 水 冷 冲天 炉 加 料 的准 确 性 。 保   综 合 上 述 多 方 面 工 作 ,我 们 探 索 出 了 双 

度 S 、过 冷度 、过冷度商 。 c  
我厂 由于 采 用 双 联 熔 炼 .无 论 对 热 风 水 

冷 冲 天 炉 或 工 频 炉 都 要 求 出 铁 温 度在 l 50     0℃ 以上 , 故 铁 水 温 度 指 标 是 合 格 的 。铁 水 纯 洁 
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联 法 熔 炼 薄 壁 高 强 度 灰 铸 铁 的规 律 ,各 种 指 
标 已达 到 国 际上 相 应 的 指 标 。 在 设 计上 ,计 


3一  

锚逞  老{  
去 毛 刺是 不 可 忽视 的 工 序 
第 一 汽 车集 团 公 司工 艺研 究所 徐 立  1 

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1 前 言 
日本 日野 自动 车 株 式 会 社 生 产 多 种 类 型  汽 车 , 年产 9万 辆 。 所 生 产 的 汽 车 不仅 在 国  内销 售 , 而 且 向世 界 各地 1 0 个 国 家 出 V 。 0多 I  日野 车 很 受 用 户 欢 迎 .原 因是 产 品质 量 信 得  过 。 日野 厂 保证 汽 车 质 量 是 从 点 滴 做 起 的 ,   有 些 技 术不 属 于 尖 端 技 术 , 容 易被 忽 视 , 但 

般 说 来 .机 械 加 工 中主 要 与 工 件 材 料 、 切 

削用 量 、刀 具 类 型、 刀 具 几 何 参 数 、切 削 力  和工 件 形 状 等 有 关 。   2 21 . .  材 料性 能 的 影 响  工 件 材料 不 同 , 即 使 切 削 条件 相 同 ,生 

成 的毛 刺 高 度 和毛 刺 根 部 厚 度 也 不 相 同 。工 
件材 科的物理机械性能 , 变形 硬化指数 、 如 延  伸 牢 、硬 度和 抗 拉 强 度 等 都 影 响生 成 毛 刺 的  大 小 , 别 是 材 料 的延 展 性 对毛 刺 的生 成有  特 很 大影 响。在 加 工 条 件 相 同的 条 件 下 , 成毛  生 刺 的 大 小 随 材 料 的变 形 硬 化 指 数 的 增 加 而 增  大 , 脆 性 较 大 的材 料生 成 毛 刺 小 。 因 此 , 零  件 材料 的 选 择和 对 零 件 进 行 热 处 理 的要 求 ,   尽 量 使 材 料 的硬 化 指 数 和 硬 度 控 制 在 合 适 的  范 围内 ,以 利 于 减少 毛 刺 的产 生 。  
2 22 . .  切 削 加 工 的 影 响 

对 保 证产 品 质 量 却 发 挥 着 重 要 作 用 。 去 毛 刺 
技 术就 是 其 中不 可 忽 视 的工 序 , 必 须 认 真 对  待 。本 文 介 绍 日野厂 通 过 去毛 刺提 高 零 件 质  量 的情 况 。  

2 去 毛 刺 的 目的 及 毛 刺 生 成的原 因 
2 .1 去 毛 刺 的 目的  去 除 零 件 上 的 毛 刺是 为 了 获 得 优质 合 格  的产 品 。 其 目的如 下 :   a. 防 止或 避 免 园毛 刺 的 存在 影 响 零件    的 定 位 和 夹 紧 , 降 低 加 工 精 度  b 防 止 或 避 竞 因 毛 刺 的 存 在 使 得 检 测  . 数 值 超 差 , 增 加 大 量 废 品  c. 消 除 零 件 在 使 用 过 程 中 园毛 刺 存在    或 脱 落而 引 起 磨 损和 故 障  d. 无 毛 刺 零 件 涂 层 或 油 漆时 附 着 力 很  大 , 可 使 涂 镀 质 地 均 匀 , 外 观 质 量 好 , 光滑  整 洁,涂层牢 固耐用 ;   e. 带 有 毛 刺 的零 件 经 热 处 理 时 容 易 产    生 裂纹 , 降 低 零 件 的疲 劳 强度 ,对 于 承 受 高  负荷 或 以 高 速 运 动 的零 件 , 去毛 刺 更 是 不 可  忽 视的。  

在 切 削 加工 中 , 切 削用 量 、 刀 具 几 何参  数 不 同 也 影 响 零 件毛 刺 的 生 成 。尤 其 是 刀 具  磨 钝 以 后不 按 时换 刀 , 产 生 毛 刺 和 飞边 将 更  严 重 。 为 了 减 小毛 刺 , 一 般 在 车 削 中 刀 具 选  用 较 大 的主 偏 角和 刀 尖 圆弧 半 径 ,适 当 提 高  切 削速 度 , 降 低 走刀 量和 切 削深 度 。在 精 铣  中 , 常 采 用提 高 转 数 和 增 加 刀 齿 数 的 方 法 控 

制毛 刺 的生 成 。 对 于 钻 削来 说 , 常 在 进 刀 面 
和 出 口处 产 生 毛 刺 , 进 给 速 度 增 加 .生 成 的 

毛 刺 根 部 厚 度 也 随着 增 大  在 切 削加 工 中 ,  
毛 刺 的 生 成 是 不 可 避 竞 的 , 为 了 提 高 零 件 质  量 , 增 加 去 毛 刺工 序 是 不 可 聩 少 的 。  

3 日 本 日 野 厂 去 毛 刺 方 法  3 .1 滑 动 齿 套、 座和 同 步 锥去 毛 刺  齿 由 于 变 速器 零 件 滑动 齿 套 、齿 座 和 同步 
锥 等 加工 后 毛 刺 大, 并 具 有 代 表 性 , 故 对 上  动机 缸体等灰 铸 铁件提 供条 件 , 并可 接受 国际上 

2 2 毛 刺 生 成 的 雁 因  .
零 件 上 带有 毛 刺 是 多 种 因 素影 响的结 果,  

算机软 件开 发 已有 自己的特 点, 能稳定 生产 。 并   形成 的一 整套 技 术, 以为 国内 各厂稳定 生产 发  可
— —

各 国的 订 货。  

( 责任编辑 亦

名)  

4 ——  

泞 车工 艺 与 材 料 


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