液体成形的原理
第三章 液态成形过程的传热
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第三节 铸件凝固时间的确定
实验法
两种方法：测温法和残余液体倾出法
有限元法 : 有限元法是根据变分原理来求解热传导问题微分方程的一 种数值计算方法。有限元法的解题步骤是先将连续求解域分割为有限 个单元 组成的离散化模型，再用变分原理将各单元内的热传导方程转 化为等价的线性方程组，最后求解全域内的总体合成矩阵。
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17
第二节 铸件凝固温度场
研究温度场的方法三
测温法
τ(2 ──凝固时间（ min）； - 17) V──铸件体积（cm3）； S──铸件散热表面积（cm2），
令
K
R V1 1 2 K2 S K
(2 - 21)
R──铸件折算厚度（cm） K──凝固系数（cm/min1/2）
当铸件合金、铸型和浇注条件确定之后，铸件凝固时 间取决于铸件体积与散热表面积之比 ，即折算厚度 （模数）。由于考虑了铸件结构形状的影响，计算值 更接近实际，是对“平方根定律”的发展。
2.铸型性质的影响
铸型的吸热速度越大，则铸件的凝固速度越大，断面的温度场的梯度也 就越大。
（1）铸型的蓄热系数b2
b2越大，冷却能力强，铸件中的gradt越大
（2）铸型的预热温度：
铸型温度上升，冷却作用小 ，gradt下降 熔模铸造的型壳预热至600~800℃， 金属型加热至200~400℃，提高铸 件精度减少热裂。
6
2.铸件在金属型中冷却 （1）铸件的冷却和铸型的加热 都不十分激烈。 在这种系统中，大部分温 度降在中间层上，当金属型 的铸型工作表面涂有较厚的 涂料时，就属此种情况。 特点：铸件断面上的温 差和铸型断面上的温差与中 间层的温差相比，可忽略不 计。可以认为，铸件和铸型 断面上的温度分布实际上是 均匀的，传热过程主要取决 于涂料层的热物理参数。
液压成型
图1 空心异形截面零件引言液压成形技术同冲压，焊接等传统的成形技术相比，是一门新型的金属成形技术。
为了解决汽车，航空航天等领域的一些复杂的工艺问题和技术要求，从20世纪50年代起，德、美、日等国科学家在相关领域内先后提出了内高压成形技术和板料液压成形技术。
1985年我国科学家王仲仁教授发明了球形容器无模液压成形技术，提出了壳体液压成形技术。
近几年，依托于计算机控制技术和高压液压系统的发展，液压成形技术迅速发展。
目前，很多复杂结构的零件都可以通过该技术批量地加工生产。
一、液压成形技术的概述1.1 液压成形的定义和分类液压成形也称为液力成形是指利用液体作为传力介质或模具使工件成形的一种塑性加工技术。
按使用的液体介质不同，液压成形分为水压成型和油压成型；按使用的配料不同，液压成形分为管材液压成形，板料液压成形和壳体液压成形。
板料和壳体液压成形使用的成形压力较低，而管材液压成形使用的压力较高，又称为内高压成形，本文中称管材液压成形为内高压成形。
1.2 液压成形的特点现代液压成形技术的主要特点表现在两个方面：①液压成形技术仅需要凸模和凹模中的一个，或者不使用任何模具，这样可以省去一半，甚至不需要花费制造模具的费用和加工时间，而且液体作为凸模可以成形很多刚性凸模无法成形的复杂零件。
②液体作为传力介质具有实时可控性，通过液压闭环伺服系统和计算机控制系统可以按给定的曲线精确控制压力，确保工艺参数在设定的数值内，并且随时间可变可调，大大提高了工艺柔性。
二、内高压成形技术2.1 内高压成形技术的原理及分类内高压成形技术是用管材作为原材，通过对官腔内施加液体压力及在轴向施加负荷作用，使其在给定模具型腔内发生塑性变形，管壁与模具内表面贴合，从而得到所需形状零件的成形技术。
内高压成形技术主要可以整体成型轴线为二维或三维曲线的异形截面空心零件，从材料的初始圆截面可以成形为矩形，梯形，椭圆形或其他异形的封闭界面，如图1所示。
液压成形
液压成形摘要：液压成形是一种先进的塑性成形技术，是利用液体介质代替凸模或凹模，靠液体介质的压力使材料成形的一种加工工艺。
液压成形技术不但能成形复杂零件还能够提高零件质量减少成形工序降低加工成本特别适合于小批量零件的加工生产。
关键字：管件液压成形. 液压胀形. 板材液压成形.1概述现代工业产品由大批量向多品种和中小批量方向发展。
对于批量小、尺寸多变的复杂形状板材零件，采用传统冲压方法成形时，模具设计、制造与调试需要消耗大量的人力、物力与时间，很难适应现代化发展的需要。
这就迫切需要研究一种新的柔性生产方法，达到既降低成本又缩短制造周期的目的。
液压成形技术正是在这种背景下提出来的液压成形是一种先进的塑性成形技术，是利用液体介质代替凸模或凹模，靠液体介质的压力使材料成形的一种加工工艺。
它能够改善工件内部应力状态，提高板料的成形极限，成形形状复杂的零件，且成形件质量好、精度高、回弹小，具有传统拉深无法比拟的优越性。
液压成形技术不但能成形复杂零件还能够提高零件质量减少成形工序降低加工成本特别适合于小批量零件的加工生产。
液压成形技术早在20世纪40 年代就被用于汽车制造业。
如果按照加工过程的特点,可以分为管件液压成形技术、板料液压成形技术等2 管材液压成形2.1管材液压成形的历史及原理管材液压成形起源于19世纪末, 当时主要用于管件的弯曲。
由于相关技术的限制, 在以后相当长一段时间内, 管材液压成形只局限于实验室研究阶段, 在工业上并未得到广泛应用。
但随着计算机控制技术的发展和高液压技术的出现,管材液压成形开始得到大力发展。
上世纪90年代, 伴随着汽车工业的发展以及对汽车轻量化、高质量和环保的要求, 管材液压成形受到人们重视, 并得到广泛应用。
管件液压成形是以金属管材为毛坯，借助专用设备向密封的管坯内注入液体介质，使其产生高压，同时还在管坯的两端施加轴向推力，进行补料，在两种外力的作用下，管坯材料塑性变形，并最终与模具型腔内壁贴合，得到形状与精度均符合技术要求的中空零件液压成形原理如图1 所示图1 管件液压成形原理示意图当零件轴线不是直线模腔分模面处截面小于管坯截面时，需进行弯管冲压等预工艺，以便管坯能顺利置入模腔中，如有必要，在液压成形之前还需进行退火处理2.2管材液压成形优点：与传统的冲压焊接工艺相比，管件液压成形工艺具有以下优点:(1 ) 减轻零件质量，节约材料; (2 ) 提高零件的强度和刚度，特别是疲劳强度; ( 3) 减少零件数量节约模具成本；(4) 零件整体成形，可减少后续机械加工和组装焊接量，简化生产流程，提高生产效率; (5) 提高加工精度，减少装配误差积累，可提高产品质量; (6)降低生产成本; (7) 结构形状设计更趋灵活优化。
第七章 金属的液态成形
缩松：分散在铸件内部分散而细小的缩孔，大多分布在 铸件中心轴线处、冒口根部、内浇口附近或缩孔下方。形成 的原因与缩孔基本相同。 缩孔及缩松使铸件力学性能下降，防止其发生的主要 措施是“定向凝固”，通过增设冒口、冷铁等一些工艺措施 ，使凝固顺序形成向着冒口方向进行，如下图。远离冒口的 部位先凝固，冒口最后凝固，使缩松和缩孔产生在冒口处。 或在铸件厚大部位增设冷铁，以加快该处的凝固速度。
第七章 金属的液态成形
什么是金属的液态成形: 即将液态金属浇入与零件形状相适应的铸型空腔 中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的工艺方法,亦 称铸造. 金属的液态成形的作用: 金属的液态成形是制造毛坯、零件的重要方法之一。 按铸型材料的不同，金属液态成形可分为砂型铸造和特 种铸造（包括压力铸造、金属型铸造等）。 其中砂型铸 造产品成本最低，应用最普遍，所生产的铸件要占铸件 总量的80%以上。但工艺过程较复杂不易控制，，铸件内 部常有缩孔、夹渣、气孔、裂纹等缺陷产生，导致铸件 力学性能，特别是冲击性能较低。
• （2） 浇注温度 • 浇注温度越高，液态合金的流动性越好，若过高，铸 件易产生缩松、粘沙等缺陷。一般浇注温度控制在：铸钢 1520~1620℃；铸铁1230~1450℃；铝合金680~780℃。 • （3）铸型填充条件 • 内浇道横截面小、型腔表面粗糙、型砂透气性差都会增加 液态合金的流动阻力；铸型材料的导热性过大，使液体金 属凝固快，同样会降低流动性。
f) 挖砂造型
活块造型是在制模时将铸件上的妨碍起模的小凸台，肋 条等这些部分作成活动的（即活块）。起模时，先起出 主体模样，然后再从侧面取出活块。其造型费时，工人 技术水平要求高。主要用于单件、小批生产带有突出部 分、难以起模的铸件。
活块造型
三箱造型的铸型由上、中、下三型构成。中型高度 需与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型操作 费工。主要适用于具有两个分型面的单件、小批生 产的铸件。
金属液态成形
材料成形技术基础第一章 金属液态成形金属液态成形（铸造）：将液态金属在重力或外力作用下充填到型腔中，待其凝固冷却后，获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的方法。
液态成形的优点：（1）适应性广，工艺灵活性大（材料、大小、形状几乎不受限制）（2）最适合形状复杂的箱体、机架、阀体、泵体、缸体等（3）成本较低（铸件与最终零件的形状相似、尺寸相近）主要问题：组织疏松、晶粒粗大，铸件内部常有缩孔、缩松、气孔等缺陷产生，导致铸件力学性能，特别是冲击性能较低。
分类：铸造从造型方法来分，可分为砂型铸造和特种铸造两大类。
其中砂型铸造工艺如图1-1所示。
图1-1 砂型铸造工艺流程图第一节金属液态成形工艺基础一、熔融合金的流动性及充型液态合金充满型腔是获得形状完整、轮廓清晰合格铸件的保证，铸件的很多缺陷都是在此阶段形成的。
（一）熔融合金的流动性1.流动性 液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力，称为液态合金的流动性。
流动性差：铸件易产生浇不到、冷隔、气孔和夹杂等缺陷。
流动性好：易于充满型腔，有利于气体和非金属夹杂物上浮和对铸件进行补缩。
螺旋形流动性试样衡量合金流动性，如图1-2所示。
在常用铸造合金中，灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，铸钢的流动性最差。
常用合金的流动性数值见表1-1。
表1-1 常用合金的流动性（砂型，试样截面8㎜×8㎜）2. 影响合金流动性的因素（1） 化学成份 纯金属和共晶成分的合金，由于是在恒温下进行结晶，液态合金从表层逐渐向中心凝固，固液界面比较光滑，对液态合金的流动阻力较小，同时，共晶成分合金的凝固温度最低，可获得较大的过热度，推迟了合金的凝固，故流动性最好；其它成分的合金是在一定温度范围内结晶的，由于初生树枝状晶体与液体金属两相共存，粗糙的固液界面使合金的流动阻力加大，合金的流动性大大下降，合金的结晶温度区间越宽，流动性越差。
Fe-C合金的流动性与含碳量之间的关系如图1-3所示。
介绍一种液态成形方法
介绍一种液态成形方法液态成形是一种以液体状态的原材料为基础，通过特定的工艺和设备，将材料注入模具中形成所需形状的制造方法。
在液态成形过程中，材料通常是高温和高压状态下，通过喷射、浇铸、聚合等方式进行加工。
一种常见的液态成形方法是注塑成形。
注塑成形是一种将液态塑料材料注入到模具中，并在一定时间内加热和压力作用下，使其快速冷却凝固，最终成为所需形状的制造工艺。
注塑成形具有成形速度快、灵活多变、产品精度高等优点，广泛应用于塑料制品的生产中。
注塑成形的步骤如下：1. 原料准备：首先需要根据产品的要求选择适当的塑料原料，并进行预处理，如加热、干燥等，确保原料的质量和流动性。
2. 模具制备：根据产品的形状和尺寸设计和制作相应的模具。
模具通常由两个部分组成，上模和下模，它们可以通过冷却装置进行加热或冷却。
3. 打开模具：将模具打开，上模和下模分离。
4. 注射料加入：将预处理好的塑料原料注入机器的料斗中，通过加热和压力作用，将塑料原料熔化。
5. 注射过程：将熔化的塑料材料通过注射机的喷嘴注入到模具的模腔中，并在一定的时间内保持加压状态。
6. 冷却凝固：待塑料材料填充满模腔后，开始进行冷却凝固。
模具的冷却系统可以加速塑料材料的冷却速度。
7. 打开模具：待塑料材料完全冷却并固化后，将上模和下模打开，取出成品。
8. 去除支撑物：对于一些复杂的产品，可能需要去除一些辅助支撑物或余料。
9. 完成产品：经过修整、打磨等工序后，最终得到符合要求的成品。
除了注塑成形，还有其他的液态成形方法，如挤压成形、热压成形、钣金成形等。
这些液态成形方法的原理和步骤各有差异，但都以液态材料为基础，通过特定的工艺将其成形为所需的产品形状。
液态成形方法具有很多优点。
首先，它可以制造复杂的形状和精密的尺寸。
其次，成形速度快，效率高，适用于大批量生产。
此外，液态成形方法还可以利用一些特殊的材料，如高分子材料、金属和合金等，制造出具有特殊性能和广泛应用的制品。
第一章液态成形理论基础
浇不足：铸件形状不完整
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冷隔：铸件看似完整，实际上有未完全融合的接缝 冷隔形成示意图
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铁碳合金中的共晶合金是含碳量为4.3％的合金。C点为 共晶点，温度为1147C，当铁水温度降低到该温度时， 液体会结晶成共晶体----莱氏体。 A L t浇 L+A D L+Fe3C F C 1147°C
缩孔率
/% 6.45 5.70 2.56 1.65 5.50
金属基体组织
铁素体-珠光体 莱氏体-珠光体 铁素体-珠光体 铁素体 珠光体-铁素体
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基本结论(conclusions) 形状特征：缩孔 缩松 容积较大，多呈倒圆锥形 分散而细小
凝固方式：逐层凝固合金，易形成缩孔； 糊状凝固合金易形成缩松 缺陷部位：缩孔总是出现在铸件最后凝固的 部位，一般在上部； 缩松常分散在铸件壁厚的轴线区 域、厚大部位、冒口根部及内浇口附近。
泥石流
螺旋形流动性试样
铸铁和硅黄铜的流动性最好，铝硅合金的次之，铸钢的最差。
11
常用合金的流动性
表1-1
（砂型，试样截面8㎜×8㎜）
铸型 浇注温度/℃
1300 砂型 1300
合 金
铸铁：w(C+Si)=6.2%
螺旋线长度/mm
1800 1300
w(C+Si)=5.9%
w(C+Si)=5.2%
w(C+Si)=4.2%
《材料成形工艺基础》
任教 ： 李卫珍 666001 办公室：B6-301
第一章 液态成形理论基础
§1 液态金属的凝固 §2 常用铸造合金 §3 铸造方法及其发展 §4 铸件结构与工艺设计
§1 液态成形理论基础
先进近净成形技术装备及应用
展 ，以及社会对制造过程 的高效 、 低耗 、优质 、清洁 生
产的不断追 求 ，我们相信先进近净成形技术 的应 用也会
越来越广 ，中国制造业 的技术及装备水平也会再上新 台
阶。
２ １ １ １ —２ （１ — ２ ８
始应用 ，但 其在仿 压铸铝锅行业 的应用显示出 良好 的发 展前景 ；高速成形 设备及 自动线在 以汽车制造为代 表的
高端制造业 已有成熟的应用 ，但在家 电 、五金 、炊具 行 业 的应用还是刚刚起 步 、方兴未艾 。但 是随着技 术的发
应用在航空航天 、汽车制造行业 ；精 冲技术 也主要 应用
在汽车 、摩托车 、低压开关 、高端机械零件等行业 ；铝 制品拉挤 复合成形技术 与装 备在汽车 、航空也是刚 刚开
行 韭 聚 焦
五 、高速成形设备及 自动线
近净成形通常是大批量生产 ，需要建设 自动生产线 ，需要配有相应 的机械手和机器人 成形 多数采用了 自动线生产 ，因而具 有生产效率高 、质量稳定 、劳动 条件好等优点。 我 国家 电、炊具 、五金等行业 ，随着人 力成本 日益上升 、行业 竞争激烈 ，企业要求提升生产效 率的需求 也 日益
种高速拉深液压机工作效率是普通机的 ３ ６ ，可配套 自动化生产线 ，实现 了铝 制品生产的高效化 ￣倍
、
大规模生产。
康 思达 研 制 的 电 饭锅 内胆 高 速 成 形 液压 机 及 自动 线
本文介绍了几种近 净成 形工艺 、装备及相 关应 用概 况 ，目前板材充液拉深 、管材内高压充液成形技术 主要
丝缠绕液压机经过 多年 的研发与不断 完善 ，已开发出两 大 系列产 品 ：ＩＯ ａ 下高工作 压力 系列 ，具有 经济 Ｏ ＭＰ 以
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液体成形的原理
液体成形是一种加工方法，通过控制液体的流动和凝固过程，将液体转变成所需形状的制品。
液体成形可以分为凝胶注射成形、热塑性流体力学、电致动力学和磁性制造等多种方法。
这些方法广泛应用于各个领域，例如塑料、金属和陶瓷等材料的成形。
液体成形的原理主要涉及到液体的流变性质、液体的凝固行为以及成形工艺参数的控制等方面。
下面将从这几个方面详细阐述液体成形的原理。
首先是液体的流变性质。
液体的流变性质是指液体在受力作用下变形的能力。
液体的流变性质由其黏度、流变应力、流变应变等参数来描述。
黏度是指液体抵抗剪切变形的能力，流变应力是指在外力作用下液体发生变形所受到的应力，流变应变是指液体在外力作用下发生的变形程度。
液体具有流变性质，可以通过调整液体的黏度、流变应力和流变应变等参数来实现液体成形的需要。
其次是液体的凝固行为。
液体在凝固过程中，其流变性质会发生变化，从流动状态转变为固态状态。
液体凝固的过程受到多种因素的影响，例如温度、压力、成分等。
通常液体凝固的过程是从一个高温阶段开始，液体逐渐冷却，直至达到凝固温度，形成固态制品。
在凝固的过程中，液体的流变性质会发生变化，黏度会增加，流变应力和流变应变也会发生变化。
液体成形还需要控制成形工艺参数。
成形工艺参数包括温度、压力、时间等。
这
些参数的选择和控制直接影响到成形的效果和制品的质量。
例如，在凝胶注射成形中，需要控制注射的速度、压力和时间，以确保液体能够填充整个模具，并且形成所需形状的制品。
在热塑性流体力学中，需要控制加热和冷却的速度，以及应用的压力和时间，以便将液体加热到可塑化的温度，然后迅速冷却形成制品。
在电致动力学和磁性制造中，需要控制电场或磁场的强度和方向，以及液体的导电性或磁性，来实现液体的定向操控和成形。
液体成形的原理其实就是通过控制液体的流变性质、凝固行为和成形工艺参数，实现将液体转变成所需形状的制品的过程。
液体成形广泛应用于各个领域，例如塑料制品的注塑成形、金属制品的压铸和铸造、陶瓷制品的注浆成形等。
液体成形具有高效、高精度和复杂形状成形等优点，能够满足不同行业对制品的需求，并且具有较高的经济性和生产效益。
随着科学技术的不断进步和创新，液体成形将继续发展和完善，为各个领域的制造业提供更好的解决方案。