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1、液态模锻主要内容：液态模锻也称为挤压铸造、锻打铸造以及熔汤锻造等，是一种锻铸结合的工艺方法。该方法承受铸造工艺将金属熔化、精炼，并用定量浇勺将金属液浇入模具型腔，随后利用锻造工艺的加压方式，使金属液在模具型腔中流淌充型，并在较大的静压力下结晶凝固，且伴有小量塑性变形，从而获得力学性能接近纯锻造锻件而优于纯铸造件的毛坯或零件。目前，承受这种工艺生产的单件质量可达 300kg 以上， 其材料包括有色金属及其合金、铸铁、碳钢和不锈钢等。承受此工艺可制造大型铝合金活塞、镍黄铜高压阀体、气动单元组件的仪表外壳， 铜合金蜗轮等产品。关键词：液态模锻，特种塑性成形，模锻工艺流程。液态模锻工艺划分为金属液和模
2、具预备、浇注、合模施压以及开模取件四个步骤，具体如图 9-5 所示。图 1 液态模锻工艺流程.1 工艺分类液态模锻的工艺过程是把肯定量的金属液浇入下模型腔中，当溶液还处于熔融或半熔融状态时施加压力，迫使金属布满型腔形成工 件。在整个凝固过程中，对工件保持压力，以便消退金属凝固时在工件内部产生的缺陷，并使其产生塑性变形，工件凝固及塑性变形，借助顶杆或其它方法将其推出，为下一次操作做好预备。液态模锻工艺按加压方式可以分为如下三种形式：凸模加压凝固法。如图9-6 所示，熔化的金属浇入凹模1 中，凸模 2 下行与凹模形成封闭型腔，待熔融的金属渐渐凝固时加压使其成形，这种方法适用于铸锭或外形简洁的厚壁件
3、，在凸模压力作用下液态金属不产生向上移动。直接液态模锻法。如图 9-7 所示，熔融的金属浇入凹模 1，凸模2 下行与凹模形成封闭型腔，同时将液态金属压成肯定外形。型腔中(1) 凹模(2) 凸模(3)底板(4) 金属溶液图 2 凸模加压凝固法顶部厚度的变化上反映出来。杯状和空心的法兰状工件常承受直接液态模锻法加工。的液态金属在肯定压力的作用下向上流淌，中间冷却凝固。假设没有使多余金属溶液溢出的措施，则凸模(1) 凹模(2) 凸模 (3)金属溶液(工件)图 3 直接液态模锻法的最终位置便由注入溶液的量来打算，并在工件底部和熔融的金属浇入下模 2 中，上模 1 先与下模 2 组成局部型腔，待凸模 3
4、 下行时将液态金属挤出形成肯定的外形。间接液态模锻常承受组合模具，其特点是除凸模作用于工件外，上模也参与加压作间接液态模锻法。如图 9-8 所示，用。金属流淌和直接液态模锻法相像。由于金属溶液是以较低的速度连续流淌的，所以不会产生喷流或涡流等现象，型腔内的空气也比较简洁排出，加压效果显著。.2 液态模锻的特点液态模锻工艺的具有如下主要特点：在成形过程中，液态金属自始至终承受等静压，并在压力下完成结晶凝固；已凝固的金属在压力作用下，产生塑性变形，使制件外侧壁紧贴模膛壁，液态金属获得等静压；由于已凝固层产生塑性变形，要消耗一局部能量，因此液态金属承受的等静压不是定值。它是随着凝固层的增厚而下降的；
5、固-液区在压力作用下，发生强制性补缩。因此，液态模锻与压力铸造比较，由于液态金属直接注入模膛， 避开了在压力铸造状况下，液态金属在短时间内，沿着浇道充填型腔时卷入气体的危急；况且液态模锻压力是直接施加在金属液面上，避开了压力铸造时的压力损失。由液态模锻获得的锻件比压力铸造组织来的细密。与热模锻相比较，液态模锻是在单一(1) 上模(2) 下模 (3) 凸模 (4) 金属溶液(工件) 图 4 间接液态模锻法模膛内，利用金属流淌性填充模膛，避开了热模锻时承受多个模膛和金属布满模膛时那种镦挤性的强制流淌方式，使液态模锻成形能大大低于热模锻的成形能。.3 模具构造由于液态模锻能够加工更为简单的模锻件，所
6、以其使用设备、模具的构造也较为简单，液态模锻所用的模具与液态模锻的成形方式有关，模具构造大致可以分为如下三种。简洁模。简洁模的构造与工作过程如图9-9 所示。其主要用于凸模加压凝固成形(方式)中。可分凹模。可分凹模的构造与工作过程如图 9-10 所示。其主要用于直接液态模锻成形方式中。凹模型腔由固定凹模与活动凹模共同组成，当工件完全凝固后，凸模上行返回原始位置，活动凹模移开便可取出工件。工件取出后活动凹模返回，与固定凹模又形成一完整的可以盛放金属液的型腔，这样就完成了一次模锻过程。图 5 简洁模的构造与工作过程图 6 可分凹模的构造与工作过程组合模。组合模的构造与工作过程如图 9-11 所示。
7、其主要用于间接液态模锻成形方式中。间接液态模锻的凹模由2-3 块组成，可以制造外形更为简单的工件。图 9-11 所示的凹模由三块组成。当凹模与垫块组成一个可以盛放金属液的型腔后浇入金属液，上模下行使金属液局部成形，凸模再下行封闭型腔，并对金属液施加压力，使其成形并在压力下凝固。工件完全凝固后垫块下行，上模回程与工件脱离，最终凸模上行。工件卡在凸模上被带出凹模，并被限位停顿的上模卸下，待垫块回复到原始位置时，完成一次模锻过程。图 7 组合凹模的构造与工作过程.4 应用范围液态模锻工艺可在以下范围内推广应用。金属材料。生产各种类型的金属合金，如铂合金、锌合金、铜合金、镁合金、灰口铁、球墨铸铁、碳钢
8、、不锈钢等工件。液态金属在模具型腔内成形，受模壁的压力作用，其变形是在多向压应力而没有拉应力的状态下进展的，因而消退了脆性开裂的现象。因此可以用于些脆性材料如锡青铜和灰口铁等工件的制作。复合材料。纤维强化金属FRM具有重量轻、强度高、耐磨、耐高温等特点。现在已经进展了碳、碳化硅、氧化铝等包括晶须在内的很多高强度的长短纤维的争辩开发工作，作为金属强化材料很有进展前途。但是，在 FRM 的制造上还存在一些问题，其中主要问题是纤维与液态金属难以浸润。液态模锻所使用的较高压力可以将液态金属强行挤入到纤维间的微细孔隙中，而且纤维与金属粘接结实，从而给复合材料成形开拓了一条途径。目前，活塞、连杆的FRM
9、液态模锻已经得到实际应用。外形、尺寸。液态模锻技术不仅适用于轴对称的实心零件、杯形件、通孔件以及长轴类等厚壁零件，也适用于非轴对称、壁厚不均匀、外形简单的零件。一般来讲，对于一些外形简单、性能又有肯定要求的制件，承受液态模锻较适宜。假设承受热模锻，成形困难，本钱高；假设改用铸造加工，使用性能难以保证。由于施压可以使制件的轮廓清楚、准确，因此液态模锻技术也适用于模具制造及嵌镶装配件制造。但是液态模锻产品不能太薄，否则在结晶和成形方面均会带来一些问题。当有色金属工件壁厚小于 5mm 时，承受液态模锻成形会产生组织不均等现象。反之，假设用压铸方法来生产薄壁件则较为有利。.5 液态模锻模具设计（1）
10、设计要求设计液态模锻模具的根本要求是：所生产的制件应保证产品图样所规定的尺寸和各项技术要求，削减机加工部位和加工余量；能适应液态模锻工艺要求；在保证制件质量和安全生产的前提下，应承受合理、先进、简洁的构造，动作正确牢靠，易损件拆换便利，便于修理； 模具上各种零件应满足机械加工工艺和热处理工艺要求，选材适当， 协作精度合理，到达各种技术要求；在条件许可时，模具应尽可能实现通用化，以缩短设计和制造周期，降低本钱。（2） 设计原则液态模锻模具的设计依据是锻件图。液态模锻锻件类型有很多种，但由于工艺的特别性，无论哪种类型的锻件，均无需制坯，因此模具构造特点是一模一锻。为了使制件成形后顺当出模，在锻件图
11、设计时应结合模具构造的要求，把握以下设计原则：分模面。其选择除按一般模锻件设计原则使模膛具有最小深度以便工件脱模外，还要考虑加压部位等因素。尽可能有较少的分模面产生，这主要是取决于锻件的简单程度和成型后锻件出模的难易程度。加工余量。非加工外表不放余量，加工外表可加放3-6mm 余量， 易形成外表缺陷处可增大余量。模锻斜度。与顶出装置平行的侧面可考虑较小的出模斜度，一般取 1-3。圆角半径。锻件的尖角与模具对应凹角处。考虑充型排气和模具制造及热处理等要求，一般设计成圆角，依据尺寸可选圆角半径为3-10mm。收缩量。简洁外形锻件，收缩量由材料性质、成形温度和模具材料确定；对于简单外形锻件应考虑收缩
12、不均匀问题。锻件最小孔径。孔径与锻件尺寸有关，有色金属最小孔径一般为25-35mm，黑色金属则为35-50mm。排气孔和排气槽。液态模锻时由于温度较高，常使用一些润滑剂涂料防止工件与模具粘合。模锻时润滑剂中的某些成分会挥发成气体，液态金属凝固时，也有一局部气体析出。这些气体在模锻时往往集中在转角处或其它模面上无法排出，致使工件棱角下塌，平面凹陷，消灭缺陷。为了将模锻时产生的气体有效地排出，在金属液最终充填的盲腔底部应开排气孔，排气孔应小于直径 2mm，有时考虑气体能顺当排出，可在分模面或镶块协作面局部开设排气沟槽，槽深0.1-0.15mm，宽度应依据锻件具体尺寸确定。凸、凹模间隙。凸、凹模间隙
13、要适当，过小则因凸、凹模的装配误差而相碰或咬住；过大则金属液简洁通过间隙喷出，造成事故，或者在间隙中产生毛刺，减小加压效果，阻碍卸料。合理的间隙与加压开头时间、加压速度、压力大小、工件尺寸及金属材料有关。如加压开头晚一些可承受大一些的间隙，可依工件材料来选定间隙，一般状况下铝及铝合金取 0.05-0.1mm，铜及铜合金取 0.1-0.3mm。可按表 9-1 选用。模具构造。设计模具时首先应对工件作全面分析，如工件的大小、外形简单程度、分模面设置、加工面位置、工件使用要求、车间设备条件等。对外形简洁的工件，可承受简洁模；对外形简单的工件可承受可分凹模或组合模。为了确保最正确的加压效果，设计时还需
14、要留意使制件重要的受力部位或易产生疏松的部位靠近冲头端，将加压前自由凝固区和冲头挤压冷隔放在制件不重要的部位或加工余量中去；壁厚比较均匀的制件，可以按“同时凝固”原则进展设计，壁厚相差较大的制件，按“挨次结晶”原则进展设计。间接液态压制或有内浇道的液态模锻，必需有足够厚度的内浇道，以保证对制件的压力补缩。有条件时，应尽可能使制件到达“挨次结晶”的目的。粗糙度。模具的粗糙度直接影响工件的粗糙度，应使模具型腔的粗糙度比工件的粗糙度数值小一级，以保证获得满足的工件外表质量。表 1 凸模与凹模的间隙锻件材间隙 /mm料铝0.05-0.1 或 0.2铜0.1-0.5 或0.15-0.3镍黄铜0.3-0.
15、4钢0.075-0.12 或0.07-0.13（3） 模具材料对模具材料的要求。液态模锻是在定的压力和温度下进展的， 虽然不象压铸模那样受到金属液流的冲击，但却会因反复受到液体金属的加热和冷却系统的冷却作用引起模具局部热疲乏变形和损坏。一些外形简单的模具或模具镶块等，经常在生产了 200-300 件以后因热疲乏而报废。液态模锻的工作温度依据工件材料的种类而不同，铝合金为 600-700；镁合金为 580-650；铜合金为 1050-1170、钢为 1320-1390或更高。液态模锻时的工作压力比压铸高，但与一般模锻相比却很低。因此，仅要求液态模锻模具的材料在相应工作温度下有肯定的抗压强度。常用模
