液態模鍛

1ppt課件液態模鍛1ppt課件一、金屬的成形（成型）方法

焊接金屬坯料機械加工

焊接凝固成形塑性成形重力鑄造差壓鑄造離心鑄造壓力鑄造體積成形板材成形鍛造擠壓軋制粉末沖壓旋壓電磁內高壓自由鍛模鍛砂型金屬型熔模一、金屬的成形（成型）方法焊接金屬坯料機械加工金屬的成形（成型）方法

壓力鑄造設備及成形示意圖金屬的成形（成型）方法壓力鑄造設備及成形示意圖金屬的成形（成型）方法

離心鑄造設備及成形示意圖金屬的成形（成型）方法離心鑄造設備及成形示意圖金屬的成形（成型）方法

差壓鑄造設備及成形示意圖金屬的成形（成型）方法差壓鑄造設備及成形示意圖鑄造成形方法鑄造成形能夠成型較復雜形狀的零件適用于流動性好的金屬材料零件內部易產生縮孔、疏松等缺陷，一般不能熱處理，強度、塑性低成本低機械加工有切削，材料有損耗

材料加工工程通常指金屬通過液態流動成型或通過固態塑性變形獲得近凈金屬零件的成形（成型）方法，即鑄、鍛、焊，特點少無切削。鑄造成形方法鑄造能夠成型較復雜形狀的零件適用于流動性好的金屬塑性成形方法塑性成形方法優點零件組織致密，強度、塑性高高質量的零件表面和尺寸精度缺點不能成形較復雜外形狀的零件受施壓和取件的約束，只能成形與施壓方向一致，簡單形狀的內孔，不能成形零件的側內孔相對鑄造成型，成本較高塑性成形方法塑性成形方法優點零件組織致密，強度、塑性高高質量金屬的成形（成型）方法

模鍛視頻金屬的成形（成型）方法模鍛視頻金屬體積成形方法分類金屬體積成形方法分類二、液態模鍛成形技術的發展概況液態模鍛技術前蘇聯1937年應用于軍事及高科技范圍金屬構件的制造該工藝屬鑄、鍛結合工藝，原從事鍛壓專業的學者稱其為液態模鍛,從事鑄造專業的人命其名為擠壓鑄造,但其內容是一致的液態金屬在模具中經過加壓成型,結晶凝固。因而它與鑄鍛有著不可分離的“血緣關系”。液態模鍛是一種省力、節能、材料利用率高的先進工藝。液鍛件一般很接近工件最終加工尺寸,質量高,因而為越來越多的國家的學者和廠家接受和應用。二、液態模鍛成形技術的發展概況液態模鍛技術前蘇聯1937年應液態模鍛成形我國自1958年就開始進行液態模鍛的研究工作60年代中期己用于鋁合金儀表零件等生產70年代，此項工作發展得更快些，采用這項工藝制成了大型鋁合金活塞，鎳黃銅高壓閥體，氣動單龍組合的儀表外殼和銅合金蝸輪等產品80年代以后，該工藝又得到較大發展，以鋼平法蘭為代表的黑色金屬液態模鍛技術進入生產應用領域。液態模鍛成形我國自1958年就開始進行液態模鍛的研究工作60液態模鍛工藝過程是將液態金屬直接澆到模具型腔，然后在較高壓力下使其迅速充滿型腔，凝固并產生少量的塑性變形，從而獲得輪廓清晰，表面光潔，尺寸精確、晶粒細小、組織致密、機械性能優良的制件。

液態模鍛成形金屬熔煉模具準備澆注液鍛脫模產品模具復位，噴涂料液態模鍛工藝過程是將液態金屬直接澆到模具型腔，然后在較高壓力熔化澆注頂出加壓三、液態模鍛工藝流程熔化澆注頂出加壓三、液態模鍛工藝流程

已凝固金屬在壓力作用下產生少量塑性變形，制件輪廓清晰，性能介于鍛件和鑄件之間

液鍛件性能遠高于鑄件；整體性能接近鍛件，但能成形較復雜形狀的制件，且省力1/5以上。

四、液態模鍛工藝1、液鍛的工藝特點

已凝固金屬在壓力作用下產生少量塑性變形，制件輪廓清晰，性能金屬始終在壓力下完成凝固、結晶。好處：強制補縮，防止出現縮孔縮松壓力直接作用在金屬液面上，壓力利用率高與鑄件比無澆道系統和冒口，節材10％以上。與鍛件比無飛邊。能成形復雜制件，主要靠流動成形，對模具磨損小模具工作溫度高，成形黑色金屬時壽命短

金屬始終在壓力下完成凝固、結晶。好處：

液態模鍛與壓鑄的區別液態金屬注入模腔的方式不同低速澆入，排氣良好壓力傳遞方式不同壓力直接作用并始終保持組織性能不同組織細密，力學性能提高液態模鍛與壓鑄的區別液態金屬注入模腔的方式不同液態模鍛與常規模鍛的區別毛坯與模膛形狀基本一致，塑性變形量小，不會產生鍛造流線適于成形復雜形狀，且所需設備噸位大幅度降低液態模鍛與常規模鍛的區別毛坯與模膛形狀基本一致，塑性變形量小液態模鍛的適用范圍各種金屬、非金屬、復合材料有色金屬取得廣泛應用（尤其鋁合金）特別適合于纖維或顆粒增強復合材料適用于復雜形狀、對力學性能有一定要求的零件壁厚不能太薄，也不能太厚（5~50mm）液態模鍛的適用范圍各種金屬、非金屬、復合材料

（1）靜壓液鍛

合金液不產生大量的流動，液鍛形狀主要靠澆注時定型。壓力的作用主要是加速（影響）合金液的凝固并產生塑性變形。分單、雙向靜壓液鍛。

單向液鍛h/d≤5

雙向液鍛h/d>5

五、液態模鍛分類1、按金屬流動方式

（1）靜壓液鍛

合金液不產生大量的流動，液鍛形狀主（2)擠壓液鍛

液鍛時，澆入的合金液在凸模作用下迅速流動、充型，接著在高壓下凝固和產生少量的塑性變形

（1）正擠壓液鍛。（2）反擠壓液鍛。（3）復合擠壓液鍛。

液態模鍛分類反擠壓液鍛正擠壓液鍛（2)擠壓液鍛

液鍛時，澆入的合金液在凸模作用下迅速擠壓液鍛的特點：

在壓力下充型的合金液流動好，較易獲得輪廓清晰、表面光潔的制件，初生的樹枝晶在流動中破碎形成大量的晶核，可獲得細晶組織，最后在高壓下凝固核塑性變形，產品組織致密，性能高。液態模鍛分類復合擠壓液鍛擠壓液鍛的特點：液態模鍛分類復合擠壓液鍛液態模鍛分類平沖頭間接加壓加壓前加壓后

合金液在壓力作用下，通過內澆道壓入型腔、充型、凝固，獲得產品的液鍛方式，叫間接液鍛。（3）間接液態模鍛與立式壓鑄相似，不同點：澆道短、截面大，充型速度低，保壓時間長，能生產壁厚較大、形狀復雜的產品，充型時不會有氣體卷入。

液態模鍛分類平沖頭間接加壓加壓前加壓后合金液在壓力作用下，平沖頭間接加壓平沖頭直接加壓液態模鍛分類2、按加壓沖頭形狀分類（1)平沖頭加壓

實心制件通孔制件平沖頭間接加壓加壓前加壓后平沖頭間接加壓平沖頭直接加壓液態模鍛分類2、按加壓沖頭形狀分（2）異形沖頭加壓凸式沖頭加壓凹式沖頭加壓液態模鍛分類（2）異形沖頭加壓凸式沖頭加壓凹式沖頭加壓液態模鍛分類液態模鍛工藝方法選擇壁厚差別大的零件正擠壓液鍛壁厚均勻的零件反擠壓液鍛形狀復雜的零件復合擠壓間接液鍛液態模鍛工藝方法選擇壁厚差別大的零件正擠壓液鍛壁厚均勻的零件六、液態模鍛成形方式選擇原則杯形件凸式沖頭小型，形狀復雜上端面有凸臺并帶有內腔和孔復合式沖頭間接液態模鍛六、液態模鍛成形方式選擇原則杯形件凸式沖頭小型，形狀復雜上端六、液態模鍛凹模結構形式六、液態模鍛凹模結構形式六、液態模鍛凹模結構形式六、液態模鍛凹模結構形式

（1)靜壓液鍛過程

分四個階段：

第一階段－結殼

液態金屬澆入模具后，由于具有一定粘度，液面呈現凸、凹不平，在靜壓力作用下迅速壓平；合金液在低溫模壁強烈散熱作用下沿模壁迅速結晶（凝固），形成外殼；隨時間增長，外殼層不斷增厚，固液相間的溫差不斷減小，結殼速度逐漸減慢。

七、液態模鍛工藝基礎1.液鍛過程

（1)靜壓液鍛過程

分四個階段：

第一階段

殼層在較大溫差下迅速結晶形成，殼體較薄，尚未有枝晶形成，組織致密、晶粒細小，性能高。（液鍛力），僅起壓平液面的作用，其在合金液內部產生的壓強（比壓力）近似為0。

壓平后的液面高度

液態模鍛工藝基礎殼層在較大溫差下迅速結晶形成，殼體較薄，尚未有枝晶形

液態模鍛工藝基礎p－比壓力（MPa）凸模接觸液面后，液鍛力從P0’～P0，在其內部產生壓強p，使散熱進一步加強，結晶進程加快。

結晶過程中形成的微小空隙得到充分的合金液補縮。

壓力下結晶，獲得組織致密、晶粒細小的組織。

合金液收縮和凝固，液面下降，凸模要下移h1距離。

第二階段－壓力下結晶

液態模鍛工藝基礎p－比壓力（MPa）凸模接觸第三階段－壓力下結晶－塑性變形

壓力下結晶的結果是結殼，液面下降。

在P0作用下，殼體被鐓粗（塑性變形），凸模下降重新與液面接觸，形成新壓強p//，再次出現壓力下結晶過程。在此階段，壓力下結晶過程－塑性變形交替進行，直至合金液全部凝固為止，凸模下降h2。

液態模鍛工藝基礎－合金液體收縮率

在此過程中，凸模、鍛件和模壁間要產生摩擦，消耗功，當P0為恒定值時，P0在合金液內部產生的壓強p不斷下降、變小，有壓力損失。V收－合金液收縮的體積第三階段－壓力下結晶－塑性變形

壓力下結晶的結

第四階段－塑性變形

液態合金全部凝固后，溫度下降，液鍛件因固態收縮而離開模壁，產生間隙，在足夠大的作用下，液鍛件產生塑性變形后仍與模壁接觸，凸模下降h3。

塑性變形量較小，但對鍛件的性能、表面質量和尺寸精度起著重要的作用。

液態模鍛工藝基礎總的壓下量

第四階段－塑性變形

液態合金全部凝固后，溫度下降，討論：獲得合格的液鍛件，必須施加足夠大的液鍛力P0，保證四個階段順利完成。

如果P0不足，會不能完成三、四階段，在制件芯部會出現枝晶組織，影響性能。

(a)(b)(c)(d)(e)液態模鍛工藝基礎討論：獲得合格的液鍛件，必須施加足夠大的液鍛力P0，保證四個（2）擠壓液鍛過程

亦分四個階段：

第一階段是液體金屬在壓力下流動、充型并結殼。

二、三、四階段與靜壓液鍛相同。

液態模鍛工藝基礎注意：液鍛方式不同，壓力損失不同。

一般正擠壓液鍛較反擠壓液鍛壓力損失小。

分型面不同，壓力損失有差別。

（2）擠壓液鍛過程

亦分四個階段：

（3）間接液鍛過程

本質上與1）、2）兩種不同，與立式壓鑄相似，區別在于設計原則與工藝參數不同。分三個階段

第一階段－壓力下充型

壓力下，一定速度（0.5～15m/s）通過澆道壓入型腔，實現充型。（壓鑄是以高速，約15～70m/s）

第二階段－壓力下結晶

合金液在慣性力作用下壓緊模壁，散熱、迅速結殼。

第三階段－壓力下結晶

壓頭的壓力使合金液產生很大的壓強p，在p的作用下合金液完全凝固。

液態模鍛工藝基礎（3）間接液鍛過程

本質上與1）、2）兩種不同，與立液態模鍛——成形初期以填充側面間隙為主首先形成敞口硬殼合模后硬殼封閉，壓力作用使殼體變形表觀現象：沖頭發生下移，位移量較大金屬側向填充，消除間隙作用力隨沖頭下移緩慢升高液態模鍛——成形初期以填充側面間隙為主液態模鍛——成形中期以制件高度壓縮為主，補充收縮特征：形成閉合的凝固帶，并不斷向中心移動已凝固部分塑性變形分布明顯不同凝固帶在內外壓力下產生結晶未凝固部分處于三向壓應力作用液態模鍛——成形中期以制件高度壓縮為主，補充收縮液態模鍛工藝介紹課件液態模鍛——成形末期純液相區已消耗完，僅留中心凝固結晶區，隨即進入閉式模鍛階段——此處最容易出現疏松力-行程曲線——塑性變形量很小，力有所增長但不大，基本處于保壓階段最終變形類同普通閉式模鍛液態模鍛——成形末期純液相區已消耗完，僅留中心凝固結晶區，隨液態模鍛工藝介紹課件擠壓力不足時鑄件缺陷示意圖(P<P0)擠壓過程中沖頭局部受阻形式缺陷示意圖液態模鍛工藝基礎擠壓力不足時鑄件缺陷示意圖(P<P0)擠壓過程中沖頭局部受阻

壓力對合金物理參數的影響

：合金的熔點、導熱率、密度、結晶潛熱

Q熔－單位質量金屬的熔化潛熱，J/kg。

2．液鍛過程壓力的作用液態模鍛工藝基礎(1)對熔點的影響

壓力與合金熔點之間有如下的近似關系，

壓力對合金物理參數的影響

：合金的熔點、導熱率、密度、結晶凝固時體積收縮的合金，如鋁、鐵、銅、鋁－硅等：

隨壓力增加，熔點（凝固點）升高，

在其它條件不變時，加大壓力可使過冷度增大，加速結晶的進程；

液態模鍛工藝基礎凝固時體積膨脹合金，如鉍、硅、銻等，壓力的作用剛好相反。凝固時體積收縮的合金，如鋁、鐵、銅、鋁－硅等：

隨壓力增加，

壓力下結晶凝固的合金，其組織致密，原子間的平均距離縮短，導熱率提高。

以純銅錠為例:

大氣壓力下凝固時，其導熱率為326～335W/(m·K)。

在150MPa壓力下凝固時，其導熱率為352～356W/(m·K)。提高約6％。(2)對導熱率的影響

(2)對導熱率的影響

實驗指出，在一定范圍內，壓力的增加對密度有明顯的提高。

壓力增大，密度增加，在某一壓力下達到最大值；繼續增加壓力，會使金屬內部位錯增加，其密度反而下降。

液態模鍛工藝基礎(3)對密度的影響

實驗指出，在一定范圍內，壓力的增加對密度有明顯的提

液態金屬的結晶與臨界晶核尺寸、形核率、形核功、過冷度及晶粒數有關。

凝固時體積收縮合金：

增加壓力使臨界晶核尺寸和形核功減小，有助于晶核生成。

壓力提高過冷度，有利于成核率。

壓力還可以破碎長大的枝晶、使其脫落形成新晶核，細化晶粒。

凝固時體積膨脹合金，相反。

液態模鍛工藝基礎(4)壓力對合金結晶過程的影響

液態金屬的結晶與臨界晶核尺寸、形核率

壓力使合金液凝固過程十分迅速，合金液的元素來不及分解、擴散，偏析現象大為減少，尤其是比重偏析。

實踐中發現，在液鍛件厚大部位的中心處常常發現低熔點共晶富集，異常偏析。液態模鍛工藝基礎(5)壓力對偏析的影響

壓力使合金液凝固過程十分迅速，合金液的元素來不及分

壓力可增加氣體在合金液中的溶解度，并可阻止合金液的氣體析出，防止液鍛件產生氣孔、針孔等。

液態模鍛工藝基礎(6)壓力對氣體析出的影響(7)壓力對尺寸精度和表面粗糙度的影響足夠的壓力使液鍛件緊密貼模，尺寸精度高，表面光潔。

壓力可增加氣體在合金液中的溶解度，并可阻止合

（1）比壓力

比壓力p是指液鍛時，液鍛力作用在合金液上所形成的壓強。它與液鍛力的關系可用

表示。

液態模鍛工藝基礎所需比壓力p的大小：液鍛合金成分，液鍛件形狀、尺寸、使用要求，液鍛方式有關。3、液鍛過程的主要工藝參數

（1）比壓力

比壓力p是指液鍛時，液鍛力作用在合計算時，合金成分的影響，可用合金種類系數K1來考慮。

液態模鍛工藝參數合金成分：高溫下屈服極限高的合金，采用較大的比壓力p。

計算時，合金成分的影響，可用合金種類系數K1來考慮。液態模液鍛方式：可用液鍛方式系數K2來考慮。相對高度H/a愈大，相對結晶殼就愈長、愈厚，摩擦阻力愈大，塑性變形時消耗的能量大。液態模鍛工藝參數液鍛件的形狀、尺寸對比壓力p的影響，用相對高度H/a來考慮。液鍛方式：可用液鍛方式系數K2來考慮。相對高度H/a愈大，相

比壓力可采用下面的經驗公式：

來計算。

鋁合金負重輪的比壓力p的計算，液鍛方式為擠壓液鍛，H/a=120/540=0.23，H/a<1時，形狀、尺寸影響可忽略不計。

間接液鍛時p=K1K2

液態模鍛工藝參數比壓力可采用下面的經驗公式：

來計算（2）液鍛速度

液鍛速度是指沖頭（壓頭）與合金液接觸后的合金液充型速度，或凸模下降速度。

液鍛速度：主要取決于合金液體的粘度

速度太低：自由結殼層厚，降低加壓效果

速度太高：

模具間隙小，金屬液卷氣，液鍛件有氣孔。

模具間隙大，合金液飛濺，金屬液不足，超差報廢

液態模鍛工藝參數（2）液鍛速度

液鍛速度是指沖頭（壓頭）與合金液（3）液鍛溫度

合金液溫度盡量低些，減少液鍛件的含氣量，并可防止模具過熱而粘模。

溫度太低，常常會產生金屬豆，冷隔，液鍛件表面質量差。

液態模鍛工藝參數（3）液鍛溫度

合金液溫度盡量低些，減少液鍛

溫度太高：液鍛件含氣量高和粘模

內外溫差大，當外部凝固成較厚的外殼后，中心部位仍處于高溫液態，這樣，中心部位凝固時無法得到足夠的金屬液補縮，產生縮孔或疏松。液態模鍛工藝參數一般選取液相線溫度以上50~100度。溫度太高：液鍛件含氣量高和粘模

內外（4）模具溫度

液鍛模的溫度對鍛件質量及模具壽命影響較大。

液態模鍛工藝參數模具溫度過低:

合金液澆入型腔后迅速凝固，形成金屬豆，冷隔或較厚的金屬硬殼

模具溫度過高:金屬液粘模，使液鍛件表面拉傷，造成模具嚴重磨損，

模具強度降低，易產生變形和破壞。

（4）模具溫度

液鍛模的溫度對鍛件質量及模具1．根據產品零件，，繪制液鍛件圖

主要考慮下面幾個因素：

1)選擇液鍛方式，2）收縮率，3）拔模斜度，4）圓角。

2．模具結構設計

主要考慮下面幾個因素：

1）確定分模面，2）成形型腔設計和強度計算，

3）凸、凹模間隙的確定，4）確定比壓力p，選擇設備。

3．排氣系統設計

4．脫模機構設計

5．模溫控制系統

1）加熱系統，2）冷卻系統

八、液態模鍛設計步驟1．根據產品零件，，繪制液鍛件圖

主要考慮下面幾個因液鍛件的組織狀態基本屬于鑄態結晶組織，但晶粒細小，致密，縮孔、疏松基本消除。

液鍛件易產生的缺陷及原因

1．縮孔，疏松和表面氣孔

原因：1）合金冶煉中，精練除氣不好。

2）模具排氣不好。

3）壓力不足，未能完成補縮。

4）壁厚不均勻，壓力傳遞困難，各部凝固收縮速度不同。

九、液鍛件組織和缺陷分析液鍛件的組織狀態基本屬于鑄態結晶組織，但晶粒細小，2．偏析

枝晶偏析、化學偏析、比重偏析原因；某些合金在壓力下凝固，促使低熔點相遠離結晶前沿，形成偏析。

3．夾渣和氧化物

原因：

為冶煉帶來的，精練未除凈。有色合金易在澆注過程中也產生氧化物。

4.裂紋

原因：

1）制件各部壁厚不均勻，不能同時凝固，2）傳力困難，各部受力不均勻。兩種情況導致產生大的拉應力，造成裂紋。液鍛件組織和缺陷分析2．偏析

枝晶偏析、化學偏析、比重偏析原因；某些ZA13合金鑄態和液態擠壓件組織金屬型自由凝固液態擠壓成形（橫截面）液態擠壓變形方向液鍛件組織和缺陷分析ZA13合金鑄態和液態擠壓件組織金屬型自由凝固液態擠壓成形液直接沖頭擠壓鑄造7A04鋁合金形成異常偏析示意圖直接沖頭擠壓冷隔形成示意圖二次液流冷隔形成示意圖液鍛件組織和缺陷分析直接沖頭擠壓鑄造7A04鋁合金形成直接沖頭擠壓冷隔形成示意圖擠壓料缸帶入夾渣圖擠壓鑄件上容易產生裂紋的部位圖例液鍛件組織和缺陷分析擠壓料缸帶入夾渣圖擠壓鑄件上容易產生裂紋的部位圖例液鍛件組織

1.普通油壓機

2專用液態模鍛壓機十、液態模鍛設備

1.普通油壓機

2專用液態模鍛壓機十、液態模鍛設備2.專用液態模鍛壓機

2專用液態模鍛壓機液態模鍛設備2.專用液態模鍛壓機

2專用液態模鍛壓機液態模鍛設備液態模鍛設備液態模鍛設備液態模鍛設備液態模鍛設備液態模鍛設備液態模鍛設備液態模鍛設備液態模鍛生產線液態模鍛液壓機液態模鍛設備液態模鍛生產線液態模鍛液壓機鋼平法蘭液態模鍛件規格和尺寸八．應用實例十一、液態模鍛應用鋼平法蘭液態模鍛件規格和尺寸八．應用實例十一、液態模鍛應用Φ100mm鋼平法蘭液態模鍛模具鋼平法蘭液態模鍛件力學性能鋁活塞液態模鍛Φ100mm鋼平法蘭液態模鍛模具鋼平法蘭液態模鍛件力學性能鋁解放牌汽車鋁活塞毛坯圖鋁活塞液態模鍛解放牌汽車鋁活塞液態模鍛圖解放牌汽車鋁活塞毛坯圖鋁活塞液態模鍛解放牌汽車鋁活塞液態模鍛解放牌汽車活塞的力學性能鋁活塞液態模鍛解放牌汽車活塞的力學性能鋁活塞液態模鍛管的液態模鍛成形管的液態模鍛成形

液態模鍛工藝對所加工材料沒有限制，適用于低熔點合金（如鎂、鋅、鋁和銅等），也適用于高熔點合金（如鐵、高溫合金等）。其中，合金液態模鍛最有代表性莫過于鋁合金活塞和鋅合金殼體零件。80mm100mm

液態模鍛鋁合金活塞鋅基合金殼體零件

液態模鍛成形件液態模鍛工藝對所加工材料沒有限制，適用于低熔點合

下圖是采用液態模鍛技術成形的鑿巖機缸體零件，該零件為鋼質零件，重10kg，此項目為國家“六五”攻關課題。研究成果“鑿巖機缸體液態模鍛工藝研究”獲航天部科技進步二等獎（1987）。鑿巖機缸體零件（質量10kg，低碳鋼）100mm液態模鍛成形件下圖是采用液態模鍛技術成形的鑿巖機缸體零件，該零LD10自行車曲柄管接件液態模鍛成形件LD10自行車曲柄管接件液態模鍛成形件150mm鋼質液態模鍛件（質量為2kg-80kg）液態模鍛成形件150mm鋼質液態模鍛件（質量為2kg-80kg）液態模鍛利用液態模鍛技術成形的大型零件液態模鍛成形件利用液態模鍛技術成形的大型零件液態模鍛成形件利用液態模鍛技術成形的有色金屬零件液態模鍛成形件利用液態模鍛技術成形的有色金屬零件液態模鍛成形件十三、負重輪的液態模鍛成形研究與應用負重輪液態模鍛模具示意圖負重輪零件圖十三、負重輪的液態模鍛成形研究與應用負重輪液態模鍛模具示意圖82采用Procast軟件對成形凝固過程進行數值模擬。模擬參數澆注溫度720℃模具預熱溫度300℃

（下模）200℃(上模)

比壓50MPa

保壓時間30s負重輪數值模擬的幾何模型1、簡單加載下負重輪液態模鍛成形的數值模擬82采用Procast軟件對成形凝固過程進行數值模擬。模83（1）溫度場模擬結果制件在凝固不同時刻的固相分數分布a)t=0.152sb)t=0.368sc)t=3.439

d)t=13s

e)t=23s金屬液充型結束至完全凝固需要大約23s。在制件的轉角處存在金屬液的最后凝固區，這些最后凝固區的金屬液凝固收縮時，受周圍已凝固金屬的阻礙，會產生拉應力，在此區可能會形成裂紋和縮孔縮松。

83（1）溫度場模擬結果制件在凝固不同時刻的固相分數分布84（2）制件在充型后不同時刻的溫度分布

a)t=0.152sb)t=0.368s

c)t=3.439sd)t=23s溫度最高的區域為制件直壁與底面的轉角處。在加壓23s時制件凝固已經結束，溫度在510℃左右。84（2）制件在充型后不同時刻的溫度分布a)85制件特征點取樣位置固相分數隨時間的變化曲線

溫度隨時間的變化曲線

85制件特征點取樣位置固相分數隨時間的變化曲線溫度隨時間的86（3）負重輪制件縮孔縮松位置在制件的直壁與底面的轉角處存在金屬液的最后凝固區，此區域的金屬凝固收縮時得不到周圍已凝固金屬的有效補縮，就會產生縮孔縮松缺陷。86（3）負重輪制件縮孔縮松位置在制件的直壁與底面的轉角處存87（4）應力場模擬結果制件不同部位的第一主應力

制件不同部位的熱裂指數

制件凝固過程中最大拉應力發生在制件的直壁與底面的轉角處，且此處也是熱節最集中的地方，所以此部位是發生熱裂的危險區域。87（4）應力場模擬結果制件不同部位的第一主應力制件不同部88特征點取樣位置第一主應力隨時間的變化曲線應變隨時間的變化曲線

最大拉應力和最大應變都發生在制件直壁與底面的轉角處88特征點取樣位置第一主應力隨時間的變化曲線應變隨時間的變892、負重輪簡單加載液態模鍛試驗負重輪液鍛模具結構圖模具892、負重輪簡單加載液態模鍛試驗負重輪液鍛模具結構圖模具902A50來料檢查、清洗模具預熱溫度200～300℃150℃左右噴石墨潤滑劑

鋁合金熔煉，至720℃保溫30分鐘精煉將鋁液倒入模具合模，加壓、保壓30s開模，頂出制件負重輪液態模鍛成形工藝流程圖902A50來料檢查、清洗模具預熱溫度200～300℃鋁合金9145kW鋁合金熔煉爐和2000KN液態模鍛壓力機

負重輪制件9145kW鋁合金熔煉爐和2000KN液態模鍛壓力機負重輪92裂紋3、簡單加載成形的負重輪缺陷分析氣孔內部縮松92裂紋3、簡單加載成形的負重輪缺陷分析氣孔內部縮松93先凝固區（直壁和底部）后凝固區（熱結，轉角處）限制金屬轉移需要周圍金屬補縮兩區產生內部拉應力熱結處產生內部微裂紋擴展為轉角處橫向裂紋內部裂紋橫向裂紋橫向裂紋－多出現在制件內部直壁與底部的轉角處產生的主要原因：凝固的不均勻性93先凝固區后凝固區限制金屬轉移需要周圍金屬補縮兩區產生內部94縱向裂紋——制件留模時間過長制件直壁部分緊箍在模具凸模上鋁合金熱收縮大于鋼熱收縮產生收縮熱應力－直壁圓環受內壓直壁周向受拉應力－縱向裂紋縱向裂紋控制措施：嚴格控制保壓時間

25-30s94縱向裂紋——制件留模時間過長鋁合金熱收縮大于鋼熱收縮縱向95縮孔縮松缺陷——多發生在制件的轉角處原因：后凝固金屬收縮時受已凝固金屬的阻礙，得不到有效補縮。制件轉角處內部縮松95縮孔縮松缺陷——多發生在制件的轉角處原因：制件轉角處內部96制件的金相組織——直壁和底部分別取樣直壁底部制件直臂，晶粒大小不均勻，存在局部細化程度較高的區域。制件底部，較直壁其晶粒形狀和尺寸均勻，圓整度高。96制件的金相組織——直壁和底部分別取樣直壁97密度測試取樣位置制件直壁部分的密度值低于制件底部的密度值，簡單加載成形的負重輪制件密度不均勻。97密度測試取樣位置制件直壁部分的密度值低于制件底部的密度值98力學性能測試

拉伸試樣取樣位置

制件直壁部分的抗拉強度和斷后伸長率明顯低于制件底部，而底部兩部位的抗拉強度和伸長率相差不大。采用簡單加載方式成形的制件力學性能不均勻。98力學性能測試拉伸試樣取樣位置制件直壁部分的抗拉強度和994、負重輪復合加載液態模鍛試驗研究采用復合加載方式（右半側），即在最后凝固區域或易產生宏觀缺陷的區域（負重輪制件的直壁與底部的轉角處）施加局部載荷進行金屬補縮。復合加載液鍛模具結構圖復合加載示意圖994、負重輪復合加載液態模鍛試驗研究采用復合加載方式（右半液態模鍛過程中的復合加載和局部補縮技術（Zl2006I00102903）液態模鍛過程中的復合加載和局部補縮技術（Zl2006I00101負重輪的復合加載成形實驗，主要是通過調節碟簧的彈性變形量來控制補縮量，補縮量參數為：2，4，6，8，10mm。補縮量達到6mm時制件表面缺陷消失。無宏觀缺陷的負重輪制件101負重輪的復合加載成形實驗，主要是通過調節碟簧的彈性變形負重輪的液態模鍛成形具體工藝流程

：試驗準備

鋁熔化、預制塊預熱、模具預熱、預制塊入模具出爐澆注780～800℃

滲入740℃內加壓塊下行本體液態模鍛外加壓下行半固態模鍛：耐磨圈成形、與本體復合卸壓負重輪的液態模鍛成形具體工藝流程：試驗準備澆注780～8力學性能：屈服強度：300MPa，抗拉強度：380MPa，延伸率：5%。性能考核：下圖是兩種耐磨圈的負重輪制件，均提供給北京618廠進行裝車考核，現已完成5000km跑車.(2003)負重輪的液態模鍛成形負重輪制件力學性能：屈服強度：300MPa，抗拉強度：380MPa，延液態模鍛力學冶金學理論研究，國家教育部科技進步一等獎，1999.1液態模鍛基礎理論研究，國家教委科技進步二等獎，1988.5鑿巖機缸體液態模鍛工藝研究，航天部科技進步二等獎，1987鋼平法蘭液態模鍛工藝的研究，國防科委科技進步三等獎，1982塑料型腔液態模鍛成形工藝的研究（含鋅基合金液態模鍛Y100電機風罩沖模），航天部科技進步三等獎，1987.11鋁合金固-液擠壓成形基礎研究，航天工業部科技進步二等獎，1994.12液態擠壓成形工藝理論研究，陜西科技進步三等獎，1997.1液態擠壓成形鋁合金管、型材的工藝研究，國家航空公業總公司科技進步二等獎，1996.12鋁-硅線石復合材料液態擠壓工藝的研究，黑龍江省教委科技進步二等獎，1997哈工大在液態模鍛技術領域獲得科研獎勵液態模鍛力學冶金學理論研究，國家教育部科技進步一等獎，199融合鑄、鍛工藝優點，發明了液態浸滲擠壓、局部加載－定域補縮、鑄鍛雙控成形等系列新技術，解決了常規方法難以成形的高性能鋁、鎂合金及復合材料復雜構件的制造問題，在國防裝備關鍵零件和民用產品上實現批量生產應用。多種構件用于裝甲車、軍用艦艇、槍械和飛機等用于民用鋁、鎂合金型材及制件成形授權發明專利14項，出版專著2部，發表學術論文108篇，SCI收錄73篇，EI收錄108篇液固高壓成形輕質合金及其復合材料工藝與控制技術（2012年國家科技發明二等獎）國家科技獎主要完成人：齊樂華、李賀軍、羅守靖、杜之明、姜巨福、周計明融合鑄、鍛工藝優點，發明了液態浸滲擠壓、局部加載－定域補縮、

液態模鍛

106ppt課件液態模鍛1ppt課件一、金屬的成形（成型）方法

焊接金屬坯料機械加工

焊接凝固成形塑性成形重力鑄造差壓鑄造離心鑄造壓力鑄造體積成形板材成形鍛造擠壓軋制粉末沖壓旋壓電磁內高壓自由鍛模鍛砂型金屬型熔模一、金屬的成形（成型）方法焊接金屬坯料機械加工金屬的成形（成型）方法

壓力鑄造設備及成形示意圖金屬的成形（成型）方法壓力鑄造設備及成形示意圖金屬的成形（成型）方法

離心鑄造設備及成形示意圖金屬的成形（成型）方法離心鑄造設備及成形示意圖金屬的成形（成型）方法

差壓鑄造設備及成形示意圖金屬的成形（成型）方法差壓鑄造設備及成形示意圖鑄造成形方法鑄造成形能夠成型較復雜形狀的零件適用于流動性好的金屬材料零件內部易產生縮孔、疏松等缺陷，一般不能熱處理，強度、塑性低成本低機械加工有切削，材料有損耗

材料加工工程通常指金屬通過液態流動成型或通過固態塑性變形獲得近凈金屬零件的成形（成型）方法，即鑄、鍛、焊，特點少無切削。鑄造成形方法鑄造能夠成型較復雜形狀的零件適用于流動性好的金屬塑性成形方法塑性成形方法優點零件組織致密，強度、塑性高高質量的零件表面和尺寸精度缺點不能成形較復雜外形狀的零件受施壓和取件的約束，只能成形與施壓方向一致，簡單形狀的內孔，不能成形零件的側內孔相對鑄造成型，成本較高塑性成形方法塑性成形方法優點零件組織致密，強度、塑性高高質量金屬的成形（成型）方法

模鍛視頻金屬的成形（成型）方法模鍛視頻金屬體積成形方法分類金屬體積成形方法分類二、液態模鍛成形技術的發展概況液態模鍛技術前蘇聯1937年應用于軍事及高科技范圍金屬構件的制造該工藝屬鑄、鍛結合工藝，原從事鍛壓專業的學者稱其為液態模鍛,從事鑄造專業的人命其名為擠壓鑄造,但其內容是一致的液態金屬在模具中經過加壓成型,結晶凝固。因而它與鑄鍛有著不可分離的“血緣關系”。液態模鍛是一種省力、節能、材料利用率高的先進工藝。液鍛件一般很接近工件最終加工尺寸,質量高,因而為越來越多的國家的學者和廠家接受和應用。二、液態模鍛成形技術的發展概況液態模鍛技術前蘇聯1937年應液態模鍛成形我國自1958年就開始進行液態模鍛的研究工作60年代中期己用于鋁合金儀表零件等生產70年代，此項工作發展得更快些，采用這項工藝制成了大型鋁合金活塞，鎳黃銅高壓閥體，氣動單龍組合的儀表外殼和銅合金蝸輪等產品80年代以后，該工藝又得到較大發展，以鋼平法蘭為代表的黑色金屬液態模鍛技術進入生產應用領域。液態模鍛成形我國自1958年就開始進行液態模鍛的研究工作60液態模鍛工藝過程是將液態金屬直接澆到模具型腔，然后在較高壓力下使其迅速充滿型腔，凝固并產生少量的塑性變形，從而獲得輪廓清晰，表面光潔，尺寸精確、晶粒細小、組織致密、機械性能優良的制件。

液態模鍛成形金屬熔煉模具準備澆注液鍛脫模產品模具復位，噴涂料液態模鍛工藝過程是將液態金屬直接澆到模具型腔，然后在較高壓力熔化澆注頂出加壓三、液態模鍛工藝流程熔化澆注頂出加壓三、液態模鍛工藝流程

已凝固金屬在壓力作用下產生少量塑性變形，制件輪廓清晰，性能介于鍛件和鑄件之間

液鍛件性能遠高于鑄件；整體性能接近鍛件，但能成形較復雜形狀的制件，且省力1/5以上。

四、液態模鍛工藝1、液鍛的工藝特點

已凝固金屬在壓力作用下產生少量塑性變形，制件輪廓清晰，性能金屬始終在壓力下完成凝固、結晶。好處：強制補縮，防止出現縮孔縮松壓力直接作用在金屬液面上，壓力利用率高與鑄件比無澆道系統和冒口，節材10％以上。與鍛件比無飛邊。能成形復雜制件，主要靠流動成形，對模具磨損小模具工作溫度高，成形黑色金屬時壽命短

金屬始終在壓力下完成凝固、結晶。好處：

液態模鍛與壓鑄的區別液態金屬注入模腔的方式不同低速澆入，排氣良好壓力傳遞方式不同壓力直接作用并始終保持組織性能不同組織細密，力學性能提高液態模鍛與壓鑄的區別液態金屬注入模腔的方式不同液態模鍛與常規模鍛的區別毛坯與模膛形狀基本一致，塑性變形量小，不會產生鍛造流線適于成形復雜形狀，且所需設備噸位大幅度降低液態模鍛與常規模鍛的區別毛坯與模膛形狀基本一致，塑性變形量小液態模鍛的適用范圍各種金屬、非金屬、復合材料有色金屬取得廣泛應用（尤其鋁合金）特別適合于纖維或顆粒增強復合材料適用于復雜形狀、對力學性能有一定要求的零件壁厚不能太薄，也不能太厚（5~50mm）液態模鍛的適用范圍各種金屬、非金屬、復合材料

（1）靜壓液鍛

合金液不產生大量的流動，液鍛形狀主要靠澆注時定型。壓力的作用主要是加速（影響）合金液的凝固并產生塑性變形。分單、雙向靜壓液鍛。

單向液鍛h/d≤5

雙向液鍛h/d>5

五、液態模鍛分類1、按金屬流動方式

（1）靜壓液鍛

合金液不產生大量的流動，液鍛形狀主（2)擠壓液鍛

液鍛時，澆入的合金液在凸模作用下迅速流動、充型，接著在高壓下凝固和產生少量的塑性變形

（1）正擠壓液鍛。（2）反擠壓液鍛。（3）復合擠壓液鍛。

液態模鍛分類反擠壓液鍛正擠壓液鍛（2)擠壓液鍛

液鍛時，澆入的合金液在凸模作用下迅速擠壓液鍛的特點：

在壓力下充型的合金液流動好，較易獲得輪廓清晰、表面光潔的制件，初生的樹枝晶在流動中破碎形成大量的晶核，可獲得細晶組織，最后在高壓下凝固核塑性變形，產品組織致密，性能高。液態模鍛分類復合擠壓液鍛擠壓液鍛的特點：液態模鍛分類復合擠壓液鍛液態模鍛分類平沖頭間接加壓加壓前加壓后

合金液在壓力作用下，通過內澆道壓入型腔、充型、凝固，獲得產品的液鍛方式，叫間接液鍛。（3）間接液態模鍛與立式壓鑄相似，不同點：澆道短、截面大，充型速度低，保壓時間長，能生產壁厚較大、形狀復雜的產品，充型時不會有氣體卷入。

液態模鍛分類平沖頭間接加壓加壓前加壓后合金液在壓力作用下，平沖頭間接加壓平沖頭直接加壓液態模鍛分類2、按加壓沖頭形狀分類（1)平沖頭加壓

實心制件通孔制件平沖頭間接加壓加壓前加壓后平沖頭間接加壓平沖頭直接加壓液態模鍛分類2、按加壓沖頭形狀分（2）異形沖頭加壓凸式沖頭加壓凹式沖頭加壓液態模鍛分類（2）異形沖頭加壓凸式沖頭加壓凹式沖頭加壓液態模鍛分類液態模鍛工藝方法選擇壁厚差別大的零件正擠壓液鍛壁厚均勻的零件反擠壓液鍛形狀復雜的零件復合擠壓間接液鍛液態模鍛工藝方法選擇壁厚差別大的零件正擠壓液鍛壁厚均勻的零件六、液態模鍛成形方式選擇原則杯形件凸式沖頭小型，形狀復雜上端面有凸臺并帶有內腔和孔復合式沖頭間接液態模鍛六、液態模鍛成形方式選擇原則杯形件凸式沖頭小型，形狀復雜上端六、液態模鍛凹模結構形式六、液態模鍛凹模結構形式六、液態模鍛凹模結構形式六、液態模鍛凹模結構形式

（1)靜壓液鍛過程

分四個階段：

第一階段－結殼

液態金屬澆入模具后，由于具有一定粘度，液面呈現凸、凹不平，在靜壓力作用下迅速壓平；合金液在低溫模壁強烈散熱作用下沿模壁迅速結晶（凝固），形成外殼；隨時間增長，外殼層不斷增厚，固液相間的溫差不斷減小，結殼速度逐漸減慢。

七、液態模鍛工藝基礎1.液鍛過程

（1)靜壓液鍛過程

分四個階段：

第一階段

殼層在較大溫差下迅速結晶形成，殼體較薄，尚未有枝晶形成，組織致密、晶粒細小，性能高。（液鍛力），僅起壓平液面的作用，其在合金液內部產生的壓強（比壓力）近似為0。

壓平后的液面高度

液態模鍛工藝基礎殼層在較大溫差下迅速結晶形成，殼體較薄，尚未有枝晶形

液態模鍛工藝基礎p－比壓力（MPa）凸模接觸液面后，液鍛力從P0’～P0，在其內部產生壓強p，使散熱進一步加強，結晶進程加快。

結晶過程中形成的微小空隙得到充分的合金液補縮。

壓力下結晶，獲得組織致密、晶粒細小的組織。

合金液收縮和凝固，液面下降，凸模要下移h1距離。

第二階段－壓力下結晶

液態模鍛工藝基礎p－比壓力（MPa）凸模接觸第三階段－壓力下結晶－塑性變形

壓力下結晶的結果是結殼，液面下降。

在P0作用下，殼體被鐓粗（塑性變形），凸模下降重新與液面接觸，形成新壓強p//，再次出現壓力下結晶過程。在此階段，壓力下結晶過程－塑性變形交替進行，直至合金液全部凝固為止，凸模下降h2。

液態模鍛工藝基礎－合金液體收縮率

在此過程中，凸模、鍛件和模壁間要產生摩擦，消耗功，當P0為恒定值時，P0在合金液內部產生的壓強p不斷下降、變小，有壓力損失。V收－合金液收縮的體積第三階段－壓力下結晶－塑性變形

壓力下結晶的結

第四階段－塑性變形

液態合金全部凝固后，溫度下降，液鍛件因固態收縮而離開模壁，產生間隙，在足夠大的作用下，液鍛件產生塑性變形后仍與模壁接觸，凸模下降h3。

塑性變形量較小，但對鍛件的性能、表面質量和尺寸精度起著重要的作用。

液態模鍛工藝基礎總的壓下量

第四階段－塑性變形

液態合金全部凝固后，溫度下降，討論：獲得合格的液鍛件，必須施加足夠大的液鍛力P0，保證四個階段順利完成。

如果P0不足，會不能完成三、四階段，在制件芯部會出現枝晶組織，影響性能。

(a)(b)(c)(d)(e)液態模鍛工藝基礎討論：獲得合格的液鍛件，必須施加足夠大的液鍛力P0，保證四個（2）擠壓液鍛過程

亦分四個階段：

第一階段是液體金屬在壓力下流動、充型并結殼。

二、三、四階段與靜壓液鍛相同。

液態模鍛工藝基礎注意：液鍛方式不同，壓力損失不同。

一般正擠壓液鍛較反擠壓液鍛壓力損失小。

分型面不同，壓力損失有差別。

（2）擠壓液鍛過程

亦分四個階段：

（3）間接液鍛過程

本質上與1）、2）兩種不同，與立式壓鑄相似，區別在于設計原則與工藝參數不同。分三個階段

第一階段－壓力下充型

壓力下，一定速度（0.5～15m/s）通過澆道壓入型腔，實現充型。（壓鑄是以高速，約15～70m/s）

第二階段－壓力下結晶

合金液在慣性力作用下壓緊模壁，散熱、迅速結殼。

第三階段－壓力下結晶

壓頭的壓力使合金液產生很大的壓強p，在p的作用下合金液完全凝固。

液態模鍛工藝基礎（3）間接液鍛過程

本質上與1）、2）兩種不同，與立液態模鍛——成形初期以填充側面間隙為主首先形成敞口硬殼合模后硬殼封閉，壓力作用使殼體變形表觀現象：沖頭發生下移，位移量較大金屬側向填充，消除間隙作用力隨沖頭下移緩慢升高液態模鍛——成形初期以填充側面間隙為主液態模鍛——成形中期以制件高度壓縮為主，補充收縮特征：形成閉合的凝固帶，并不斷向中心移動已凝固部分塑性變形分布明顯不同凝固帶在內外壓力下產生結晶未凝固部分處于三向壓應力作用液態模鍛——成形中期以制件高度壓縮為主，補充收縮液態模鍛工藝介紹課件液態模鍛——成形末期純液相區已消耗完，僅留中心凝固結晶區，隨即進入閉式模鍛階段——此處最容易出現疏松力-行程曲線——塑性變形量很小，力有所增長但不大，基本處于保壓階段最終變形類同普通閉式模鍛液態模鍛——成形末期純液相區已消耗完，僅留中心凝固結晶區，隨液態模鍛工藝介紹課件擠壓力不足時鑄件缺陷示意圖(P<P0)擠壓過程中沖頭局部受阻形式缺陷示意圖液態模鍛工藝基礎擠壓力不足時鑄件缺陷示意圖(P<P0)擠壓過程中沖頭局部受阻

壓力對合金物理參數的影響

：合金的熔點、導熱率、密度、結晶潛熱

Q熔－單位質量金屬的熔化潛熱，J/kg。

2．液鍛過程壓力的作用液態模鍛工藝基礎(1)對熔點的影響

壓力與合金熔點之間有如下的近似關系，

壓力對合金物理參數的影響

：合金的熔點、導熱率、密度、結晶凝固時體積收縮的合金，如鋁、鐵、銅、鋁－硅等：

隨壓力增加，熔點（凝固點）升高，

在其它條件不變時，加大壓力可使過冷度增大，加速結晶的進程；

液態模鍛工藝基礎凝固時體積膨脹合金，如鉍、硅、銻等，壓力的作用剛好相反。凝固時體積收縮的合金，如鋁、鐵、銅、鋁－硅等：

隨壓力增加，

壓力下結晶凝固的合金，其組織致密，原子間的平均距離縮短，導熱率提高。

以純銅錠為例:

大氣壓力下凝固時，其導熱率為326～335W/(m·K)。

在150MPa壓力下凝固時，其導熱率為352～356W/(m·K)。提高約6％。(2)對導熱率的影響

(2)對導熱率的影響

實驗指出，在一定范圍內，壓力的增加對密度有明顯的提高。

壓力增大，密度增加，在某一壓力下達到最大值；繼續增加壓力，會使金屬內部位錯增加，其密度反而下降。

液態模鍛工藝基礎(3)對密度的影響

實驗指出，在一定范圍內，壓力的增加對密度有明顯的提

液態金屬的結晶與臨界晶核尺寸、形核率、形核功、過冷度及晶粒數有關。

凝固時體積收縮合金：

增加壓力使臨界晶核尺寸和形核功減小，有助于晶核生成。

壓力提高過冷度，有利于成核率。

壓力還可以破碎長大的枝晶、使其脫落形成新晶核，細化晶粒。

凝固時體積膨脹合金，相反。

液態模鍛工藝基礎(4)壓力對合金結晶過程的影響

液態金屬的結晶與臨界晶核尺寸、形核率

壓力使合金液凝固過程十分迅速，合金液的元素來不及分解、擴散，偏析現象大為減少，尤其是比重偏析。

實踐中發現，在液鍛件厚大部位的中心處常常發現低熔點共晶富集，異常偏析。液態模鍛工藝基礎(5)壓力對偏析的影響

壓力使合金液凝固過程十分迅速，合金液的元素來不及分

壓力可增加氣體在合金液中的溶解度，并可阻止合金液的氣體析出，防止液鍛件產生氣孔、針孔等。

液態模鍛工藝基礎(6)壓力對氣體析出的影響(7)壓力對尺寸精度和表面粗糙度的影響足夠的壓力使液鍛件緊密貼模，尺寸精度高，表面光潔。

壓力可增加氣體在合金液中的溶解度，并可阻止合

（1）比壓力

比壓力p是指液鍛時，液鍛力作用在合金液上所形成的壓強。它與液鍛力的關系可用

表示。

液態模鍛工藝基礎所需比壓力p的大小：液鍛合金成分，液鍛件形狀、尺寸、使用要求，液鍛方式有關。3、液鍛過程的主要工藝參數

（1）比壓力

比壓力p是指液鍛時，液鍛力作用在合計算時，合金成分的影響，可用合金種類系數K1來考慮。

液態模鍛工藝參數合金成分：高溫下屈服極限高的合金，采用較大的比壓力p。

計算時，合金成分的影響，可用合金種類系數K1來考慮。液態模液鍛方式：可用液鍛方式系數K2來考慮。相對高度H/a愈大，相對結晶殼就愈長、愈厚，摩擦阻力愈大，塑性變形時消耗的能量大。液態模鍛工藝參數液鍛件的形狀、尺寸對比壓力p的影響，用相對高度H/a來考慮。液鍛方式：可用液鍛方式系數K2來考慮。相對高度H/a愈大，相

比壓力可采用下面的經驗公式：

來計算。

鋁合金負重輪的比壓力p的計算，液鍛方式為擠壓液鍛，H/a=120/540=0.23，H/a<1時，形狀、尺寸影響可忽略不計。

間接液鍛時p=K1K2

液態模鍛工藝參數比壓力可采用下面的經驗公式：

來計算（2）液鍛速度

液鍛速度是指沖頭（壓頭）與合金液接觸后的合金液充型速度，或凸模下降速度。

液鍛速度：主要取決于合金液體的粘度

速度太低：自由結殼層厚，降低加壓效果

速度太高：

模具間隙小，金屬液卷氣，液鍛件有氣孔。

模具間隙大，合金液飛濺，金屬液不足，超差報廢

液態模鍛工藝參數（2）液鍛速度

液鍛速度是指沖頭（壓頭）與合金液（3）液鍛溫度

合金液溫度盡量低些，減少液鍛件的含氣量，并可防止模具過熱而粘模。

溫度太低，常常會產生金屬豆，冷隔，液鍛件表面質量差。

液態模鍛工藝參數（3）液鍛溫度

合金液溫度盡量低些，減少液鍛

溫度太高：液鍛件含氣量高和粘模

內外溫差大，當外部凝固成較厚的外殼后，中心部位仍處于高溫液態，這樣，中心部位凝固時無法得到足夠的金屬液補縮，產生縮孔或疏松。液態模鍛工藝參數一般選取液相線溫度以上50~100度。溫度太高：液鍛件含氣量高和粘模

內外（4）模具溫度

液鍛模的溫度對鍛件質量及模具壽命影響較大。

液態模鍛工藝參數模具溫度過低:

合金液澆入型腔后迅速凝固，形成金屬豆，冷隔或較厚的金屬硬殼

模具溫度過高:金屬液粘模，使液鍛件表面拉傷，造成模具嚴重磨損，

模具強度降低，易產生變形和破壞。

（4）模具溫度

液鍛模的溫度對鍛件質量及模具1．根據產品零件，，繪制液鍛件圖

主要考慮下面幾個因素：

1)選擇液鍛方式，2）收縮率，3）拔模斜度，4）圓角。

2．模具結構設計

主要考慮下面幾個因素：

1）確定分模面，2）成形型腔設計和強度計算，

3）凸、凹模間隙的確定，4）確定比壓力p，選擇設備。

3．排氣系統設計

4．脫模機構設計

5．模溫控制系統

1）加熱系統，2）冷卻系統

八、液態模鍛設計步驟1．根據產品零件，，繪制液鍛件圖

主要考慮下面幾個因液鍛件的組織狀態基本屬于鑄態結晶組織，但晶粒細小，致密，縮孔、疏松基本消除。

液鍛件易產生的缺陷及原因

1．縮孔，疏松和表面氣孔

原因：1）合金冶煉中，精練除氣不好。

2）模具排氣不好。

3）壓力不足，未能完成補縮。

4）壁厚不均勻，壓力傳遞困難，各部凝固收縮速度不同。

九、液鍛件組織和缺陷分析液鍛件的組織狀態基本屬于鑄態結晶組織，但晶粒細小，2．偏析

枝晶偏析、化學偏析、比重偏析原因；某些合金在壓力下凝固，促使低熔點相遠離結晶前沿，形成偏析。

3．夾渣和氧化物

原因：

為冶煉帶來的，精練未除凈。有色合金易在澆注過程中也產生氧化物。

4.裂紋

原因：

1）制件各部壁厚不均勻，不能同時凝固，2）傳力困難，各部受力不均勻。兩種情況導致產生大的拉應力，造成裂紋。液鍛件組織和缺陷分析2．偏析

枝晶偏析、化學偏析、比重偏析原因；某些ZA13合金鑄態和液態擠壓件組織金屬型自由凝固液態擠壓成形（橫截面）液態擠壓變形方向液鍛件組織和缺陷分析ZA13合金鑄態和液態擠壓件組織金屬型自由凝固液態擠壓成形液直接沖頭擠壓鑄造7A04鋁合金形成異常偏析示意圖直接沖頭擠壓冷隔形成示意圖二次液流冷隔形成示意圖液鍛件組織和缺陷分析直接沖頭擠壓鑄造7A04鋁合金形成直接沖頭擠壓冷隔形成示意圖擠壓料缸帶入夾渣圖擠壓鑄件上容易產生裂紋的部位圖例液鍛件組織和缺陷分析擠壓料缸帶入夾渣圖擠壓鑄件上容易產生裂紋的部位圖例液鍛件組織

1.普通油壓機

2專用液態模鍛壓機十、液態模鍛設備

1.普通油壓機

2專用液態模鍛壓機十、液態模鍛設備2.專用液態模鍛壓機

2專用液態模鍛壓機液態模鍛設備2.專用液態模鍛壓機

2專用液態模鍛壓機液態模鍛設備液態模鍛設備液態模鍛設備液態模鍛設備液態模鍛設備液態模鍛設備液態模鍛設備液態模鍛設備液態模鍛生產線液態模鍛液壓機液態模鍛設備液態模鍛生產線液態模鍛液壓機鋼平法蘭液態模鍛件規格和尺寸八．應用實例十一、液態模鍛應用鋼平法蘭液態模鍛件規格和尺寸八．應用實例十一、液態模鍛應用Φ100mm鋼平法蘭液態模鍛模具鋼平法蘭液態模鍛件力學性能鋁活塞液態模鍛Φ100mm鋼平法蘭液態模鍛模具鋼平法蘭液態模鍛件力學性能鋁解放牌汽車鋁活塞毛坯圖鋁活塞液態模鍛解放牌汽車鋁活塞液態模鍛圖解放牌汽車鋁活塞毛坯圖鋁活塞液態模鍛解放牌汽車鋁活塞液態模鍛解放牌汽車活塞的力學性能鋁活塞液態模鍛解放牌汽車活塞的力學性能鋁活塞液態模鍛管的液態模鍛成形管的液態模鍛成形

液態模鍛工藝對所加工材料沒有限制，適用于低熔點合金（如鎂、鋅、鋁和銅等），也適用于高熔點合金（如鐵、高溫合金等）。其中，合金液態模鍛最有代表性莫過于鋁合金活塞和鋅合金殼體零件。80mm100mm

液態模鍛鋁合金活塞鋅基合金殼體零件

液態模鍛成形件液態模鍛工藝對所加工材料沒有限制，適用于低熔點合

下圖是采用液態模鍛技術成形的鑿巖機缸體零件，該零件為鋼質零件，重10kg，此項目為國家“六五”攻關課題。研究成果“鑿巖機缸體液態模鍛工藝研究”獲航天部科技進步二等獎（1987）。鑿巖機缸體零件（質量10kg，低碳鋼）100mm液態模鍛成形件下圖是采用液態模鍛技術成形的鑿巖機缸體零件，該零LD10自行車曲柄管接件液態模鍛成形件LD10自行車曲柄管接件液態模鍛成形件150mm鋼質液態模鍛件（質量為2kg-80kg）液態模鍛成形件150mm鋼質液態模鍛件（質量為2kg-80kg）液態模鍛利用液態模鍛技術成形的大型零件液態模鍛成形件利用液態模鍛技術成形的大型零件液態模鍛成形件利用液態模鍛技術成形的有色金屬零件液態模鍛成形件利用液態模鍛技術成形的有色金屬零件液態模鍛成形件十三、負重輪的液態模鍛成形研究與應用負重輪液態模鍛模具示意圖負重輪零件圖十三、負重輪的液態模鍛成形研究與應用負重輪液態模鍛模具示意圖187采用Procast軟件對成形凝固過程進行數值模擬。模擬參數澆注溫度720℃模具預熱溫度300℃

（下模）200℃(上模)

比壓50MPa

保壓時間30s負重輪數值模擬的幾何模型1、簡單加載下負重輪液態模鍛成形的數值模擬82采用Procast軟件對成形凝固過程進行數值模擬。模188（1）溫度場模擬結果制件在凝固不同時刻的固相分數分布a)t=0.152sb)t=0.368sc)t=3.439

d)t=13s

e)t=23s金屬液充型結束至完全凝固需要大約23s。在制件的轉角處存在金屬液的最后凝固區，這些最后凝固區的金屬液凝固收縮時，受周圍已凝固金屬的阻礙，會產生拉應力，在此區可能會形成裂紋和縮孔縮松。

83（1）溫度場模擬結果制件在凝固不同時刻的固相分數分布189（2）制件在充型后不同時刻的溫度分布

a)t=0.152sb)t=0.368s

c)t=3.439sd)t=23s溫度最高的區域為制件直壁與底面的轉角處。在加壓23s時制件凝固已經結束，溫度在510℃左右。84（2）制件在充型后不同時刻的溫度分布a)190制件特征點取樣位置固相分數隨時間的變化曲線

溫度隨時間的變化曲線

85制件特征點取樣位置固相分數隨時間的變化曲線溫度隨時間的191（3）負重輪制件縮孔縮松位置在制件的直壁與底面的轉角處存在金屬液的最后凝固區，此區域的金屬凝固收縮時得不到周圍已凝固金屬的有效補縮，就會產生縮孔縮松缺陷。86（3）負重輪制件縮孔縮松位置在制件的直壁與底面的轉角處存192（