液态模锻技术与设备介绍
液态模锻工艺介绍资料
产，以满足不同客户的需求。
技术挑战与难点
模具设计与制造
液态模锻工艺的模具设计与制造是技术难点之一，需要具备高精 度、高强度、高耐热性能等要求。
液态金属流动控制
在液态模锻过程中，液态金属的流动控制是关键技术之一，需要掌 握金属的流动规律和模具填充技巧。
设备投资大
液态模锻工艺需要使用专门的设备 和生产线，相较于传统锻造工艺， 设备投资较大。
液态模锻工艺的改进方向
01
02
03
提高成型精度
通过改进模具设计和制造 工艺，提高液态模锻工艺 的成型精度。
开发新型设备
研发新型的液态模锻设备 和工艺，提高生产效率和 产品质量。
优化生产流程
通过对生产流程进行优化 ，提高生产效率，降低生 产成本。
特点
高生产效率：液态模 锻工艺可以实现批量 生产，提高生产效率 。
制品质量高：液态模 锻工艺可以获得高精 度、高表面质量的金 属制品。
节约材料：液态模锻 工艺采用模具成型， 可以减少材料浪费， 降低成本。
液态模锻工艺的起源与发展
起源
液态模锻工艺起源于20世纪初，最初用于铝合金制品的生产 。
发展
随着科技的不断进步，液态模锻工艺逐渐完善，应用范围也 不断扩大，现在已经成为金属加工领域的重要技术之一。
液态模锻工艺的应用范围
航空航天领域
液态模锻工艺可以用于制造航空航天 领域的铝合金、镁合金等高性能金属 制品。
汽车制造领域
液态模锻工艺可以用于制造汽车车身 、发动机部件等高性能金属制品。
电子通讯领域
液态模锻工艺可以用于制造电子通讯 领域的金属壳体、连接器等精密金属 制品。
液态模锻工艺介绍
h
9
二、液态模锻成形技术的发展概况
液态模锻技术
前苏联1937年
应用于军事及高科技范围 金属构件的制造
该工艺属铸、锻结合工艺，原从事锻压专业的学者称其 为液态模锻,从事铸造专业的人命其名为挤压铸造, 但其内容是一致的
液态金属在模具中经过加压成型,结晶凝固。因而它与铸 锻有着不可分离的“血缘关系”。液态模锻是一种省力、 节能、材料利用率高的先进工艺。液锻件一般很接近工 件最终加工尺寸,质量高,因而为越来越多的国家的学者 和厂家接受和应用。
熔化
浇注
顶出
加压
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13
四、液态模锻工艺
1、液锻的工艺特点
已凝固金属在压力作用下产生少量塑性变形， 制件轮廓清晰，性能介于锻件和铸件之间
液锻件性能远高于铸件；
整体性能接近锻件，
但能成形较复杂形状的制件，
且省力1/5以上。
h
14
• 金属始终在压力下完成凝固、结晶。好处： 强制补缩，防止出现缩孔缩松 压力直接作用在金属液面上，压力利用率高
相对高度H/a愈大，相对结晶壳就愈长、愈厚， 摩擦阻力愈大，塑性变形时消耗的能量大。
h
52
液态模锻工艺参数
比压力可采用下面的经验公式：
来计算。 铝合金负重轮的比压力p的计算，液锻方式为挤压液锻，
H/a=120/540=0.23，H/a<1时，形状、尺寸影响可忽略不计。
间接液锻时p=K1K2
h
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液态模锻工艺参数
h1 h2
V收 A0
V液 A0
－合金液体收缩率
V收－合金液收缩的体积
在此过程中，凸模、锻件和模壁间要产生摩擦，消耗
功，当P0为恒定值时，P0在合金液内部产生的压强p不
液态模锻
液态模锻摘要：介绍了液态模锻的概念、特点、分类、研究方法、应用以及国内外的发展状况；同时分别对铝、铜、镁合金的液态模锻成型过程的优缺点进行了分析介绍。
关键词：液态模锻；工艺；应用及发展引言液态模锻是一种介于铸造和模锻之间的金属成形工艺，是使注入模腔的金属在高压下凝固成型，然后施加机械静压力，利用金属铸造凝固成形时易流动和锻造技术使已凝固的封闭硬壳进行塑性变形，使金属在压力下结晶凝固并强制消除因凝固收缩形成的缩孔，以获得无任何铸造缺陷的液锻件[1]。
1液态模锻工艺原理、方法及特点1.1液态模锻工艺原理液态模锻是将一定量的熔融金属液体直接注入金属模膛，随后在机械静压力的作用下，使处于熔融和半熔融的金属液体发生流动并凝固成形，且伴有小量塑性变形，从而获得毛坯或零件。
液态模锻是针对铸造工艺中重力铸造，低压铸造，高压铸造等铸造方法易产生的铸造缺陷，如：疏松，缩孔，气泡等缺点，提出利用提高静压力对模具中的液态或半液态金属进行压力充型和压力下凝固之前，必须建立起工艺所要求的压力，用以避免由于被成形的金属从液态到固态时的体积收缩可能带来的缺陷，液态模锻工艺原理如图液态模锻工艺原理图1.2液态模锻方法1.2.1直接加压法（直接液态模锻）直接加压法液态模锻属于整体加压液态模锻成形方法，一般有两种形式。
（1）平底冲头上直接加压。
当金属液浇入凹模后，平底冲头与凹模形成封闭的型腔，并直接加载到金属液上，很快建立起压力使锻件成形，如图所示：（2）异形冲头直接加压法。
当金属液浇入凹模后，异形冲头与凹模形成封闭型腔在冲头的下行过程中先封闭型腔，并使金属液体流动充满型腔，使锻件成形，如图所示：1.2.2间接加压法。
间接加压法属于局部加压法，是将金属浇入凹模或储液腔后，上模先闭合锁定形成整体型腔，然后通过上冲头挤入金属液，使金属反挤流动充满型腔，使之在压力下凝固成形，如图所示：1.2.3间接挤注法。
间接挤注法是指将浇入到储液腔内的金属液，利用上柱塞或下柱塞，通过浇道挤入到封闭的型腔中获得所需的锻件，如图所示：1.3 液态模锻特点1）机械性能高。
液态模锻
（1）力学成形过程
注入金属模膛内的金属液, 在模壁四周和模底 形成一沿敞口的激冷凝固硬壳。随后合模,冲头端面 与金属液接触处, 迅速形成一硬薄层, 新老硬层组 成一封闭腔, 将待凝固金属液包围在腔内( 如图1a 所示) 。显然, 液态模锻下, 金属液被封闭在一硬 壳内, 没有补缩冒口。金属液凝固所发生的体收缩, 只能靠冲头施力, 迫使外壳产生减缩高度的塑性变 形来补偿, 同时, 金属液承受等静压。即塑性变形 结果, 使金属液获得等静压, 而处于等静压下的金 属液, 才有可能获得在压力下结晶凝固的各种属性, 并迅速使凝固前沿的金属液挤入因凝固收缩所造成 的间隙中, 达到完全补缩的目的。每一循环, 使凝 固前沿向金属液内推进一层, 直至过程结束。
主要工艺因素及控制
金属液质量
压力（加压和充型方式） 速度
时间
工艺流程
主要工艺过程：
原材料配制→熔炼→浇注→加压成型→脱模 →冷却→热处理→检验→入库。
熔化：将一定量的金属放入容器内加热至熔化，金 属量视制件而定。 浇注：金属熔化后稍冷却一会，待达到一定温度后再 浇注。 加压：选择一定的比压值与加压速度进行加压。 顶出：必须设置顶出装置。
液态模锻 Liquid Die Forgin g
思考：
铸件通常都有哪些缺陷？
普通锻造通常出现哪些缺陷？
为什么要提出液态模锻？什么是液态模锻？ （视频）
主要内容：
成型原理 工艺流程 成型与凝固的特点 主要工艺因素及控制 工艺方法和分类 工艺对设备的要求 锻件分类与设计要点 模具结构设计 模具材料与热处理 液锻模具用（润滑剂）涂料
其他： 力学性能高 由于半凝固状态的金属液在充足的压力下 凝固结晶组织致密晶 粒 细 小所 得 制 件的力学 性能可以接近或达到模锻件的水平 成形性高 液态金属能均匀地填充模具型腔可生产形状 复杂的薄壁零件 成品率高 液态模锻时 加工温度比铸造时低得多 制件 在模内收缩小 且又受三向压应力的影响不会形成气 孔与显微疏松等缺陷 材料利用率高 与模锻相比 由于没毛边及实心孔所损 耗的金属材料 材料利用率可达 以上与压铸工艺相 比液态模锻工艺不需要设置浇口套喷嘴 浇注系统等 辅助消耗的金属材料占
液态模锻——精选推荐
液态模锻液态模锻摘要：介绍了液态模锻的概念、特点、分类、研究⽅法、应⽤以及国内外的发展状况；同时分别对铝、铜、镁合⾦的液态模锻成型过程的优缺点进⾏了分析介绍。
关键词：液态模锻；⼯艺；应⽤及发展引⾔液态模锻是⼀种介于铸造和模锻之间的⾦属成形⼯艺，是使注⼊模腔的⾦属在⾼压下凝固成型，然后施加机械静压⼒，利⽤⾦属铸造凝固成形时易流动和锻造技术使已凝固的封闭硬壳进⾏塑性变形，使⾦属在压⼒下结晶凝固并强制消除因凝固收缩形成的缩孔，以获得⽆任何铸造缺陷的液锻件[1]。
1液态模锻⼯艺原理、⽅法及特点1.1液态模锻⼯艺原理液态模锻是将⼀定量的熔融⾦属液体直接注⼊⾦属模膛，随后在机械静压⼒的作⽤下，使处于熔融和半熔融的⾦属液体发⽣流动并凝固成形，且伴有⼩量塑性变形，从⽽获得⽑坯或零件。
液态模锻是针对铸造⼯艺中重⼒铸造，低压铸造，⾼压铸造等铸造⽅法易产⽣的铸造缺陷，如：疏松，缩孔，⽓泡等缺点，提出利⽤提⾼静压⼒对模具中的液态或半液态⾦属进⾏压⼒充型和压⼒下凝固之前，必须建⽴起⼯艺所要求的压⼒，⽤以避免由于被成形的⾦属从液态到固态时的体积收缩可能带来的缺陷，液态模锻⼯艺原理如图液态模锻⼯艺原理图1.2液态模锻⽅法1.2.1直接加压法（直接液态模锻）直接加压法液态模锻属于整体加压液态模锻成形⽅法，⼀般有两种形式。
（1）平底冲头上直接加压。
当⾦属液浇⼊凹模后，平底冲头与凹模形成封闭的型腔，并直接加载到⾦属液上，很快建⽴起压⼒使锻件成形，如图所⽰：（2）异形冲头直接加压法。
当⾦属液浇⼊凹模后，异形冲头与凹模形成封闭型腔在冲头的下⾏过程中先封闭型腔，并使⾦属液体流动充满型腔，使锻件成形，如图所⽰：1.2.2间接加压法。
间接加压法属于局部加压法，是将⾦属浇⼊凹模或储液腔后，上模先闭合锁定形成整体型腔，然后通过上冲头挤⼊⾦属液，使⾦属反挤流动充满型腔，使之在压⼒下凝固成形，如图所⽰：1.2.3间接挤注法。
间接挤注法是指将浇⼊到储液腔内的⾦属液，利⽤上柱塞或下柱塞，通过浇道挤⼊到封闭的型腔中获得所需的锻件，如图所⽰：1.3 液态模锻特点1）机械性能⾼。
液态模锻成型设计讲解
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。
该方法采用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动充型，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，采用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。
采用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具准备、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一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，迫使金属充满型腔形成工件。
在整个凝固过程中，对工件保持压力，以便消除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，为下一次操作做好准备。
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，待熔融的金属逐渐凝固时加压使其成形，这种方法适用于铸锭或形状简单的厚壁件，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一定形状。
型腔中的液态金属在一定压力的作用下向上流动，中间冷却凝固。
如果没有使多余金属溶液溢出的措施，则凸模的最终位置便由注入溶液的量来决定，并在工件底部和顶部厚度的变化上反映出来。
杯状和空心的法兰状工件常采用直接液态模锻法加工。
间接液态模锻法。
如图9-8所示，熔融的金属浇入下模2中，上模1先与下模2组成部分型腔，待凸模3下行时将液态金属挤出形成一定的形状。
液态模锻工艺介绍资料课件
将选择好的金属材料进行熔炼，得 到适当温度的液态金属。
3. 填充模具
将液态金属倒入预先准备好的模具中。
4. 施加压力
在液态金属冷却和凝固的过程中，通 过专用设备施加高压，使金属在模具 内充分填充并减少缺陷。
5. 冷却和脱模
等待液态金属完全冷却并凝固后， 解除压力，并将产品从模具中取出。
温度控制技术
通过精确控制液态金属和模具的温度，防 止产品出现裂纹、气孔等缺陷。
高压施加技术
通过精确控制施加在液态金属上的压力和 时机，减少产品内部缺陷，提高产品致密 性。
液态模锻工艺中的设备和工具
高压设备
如液压机、机械压力机等，用 于在液态金属凝固过程中施加 高压。
温度控制设备
如冷却水循环系统、温度传感 器等，用于控制液态金属和模 具的温度。
高强度连接技术
液态模锻工艺还可以结合其他工艺，如搅拌摩擦焊等，实现零部件 之间的高强度连接，提高汽车的整体刚度和安全性。
大规模生产效率
液态模锻工艺具备高效、高精度的特点，适用于汽车制造业的大规模 生产，降低生产成本。
液态模锻工艺在航空航天领域的应用
1 2 3
高性能轻质结构件 航空航天领域对材料性能要求极高，液态模锻工 艺可以制造出高性能的轻质结构件，如钛合金机 翼梁、铝合金机身框架等。
复杂构件一次成型 液态模锻工艺可将多个零部件集成为一体，减少 连接件数量，降低构件重量，提高航空航天器的 飞行性能。
精密制造技术 液态模锻工艺可实现高精度、高表面质量的零部 件制造，满足航空航天领域对零部件精度和可靠 性的严格要求。
液态模锻工艺的未来发展趋势和前景
新材料应用拓展
01
随着新材料的不断涌现，液态模锻工艺将适应更多材料的加工
液态模锻PPT课件
1
整体概述
பைடு நூலகம்
概况一
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概况二
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概况三
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2
3.1、液态模锻概述
液态金属模锻（简称液锻）是一种介于铸、锻之间 无切削工艺。其主要过程是：将一定量的合金液浇 入到模具（液锻模）内，在凸模（压头）的压力作 用下使合金液充填型腔——结晶凝固——压力补 缩——塑性变形。从而获得轮廓清晰，表面光洁， 尺寸精确，性能优良的产品。
5
液锻件无铸造中常见的气孔，缩孔，缩松等缺陷，组织 致密，晶粒细小，性能均匀，可靠性高，能生产一般模 锻方法无法生产的形状相当复杂的零件，其性能可与锻 件相似。液锻件还能用热处理方法进一步提高其力学性 能。液锻件表面粗糙度可达Ral.6～3.2，尺寸精度IT9～ IT11，成品率高达95%以上。 液锻艺过程生产率高，从浇注液态金属到获得液锻件， 每一个工件的生产周期一般小于2分钟，台班产200件以 上。工艺操作易于实现机械化、自动化，可节省劳动力 资源和进一步提高生产率。 节能效果显著，产品成本低，某些液锻件无浇冒口系统， 可节省10%以上的液态金属，因而减少了熔炼所消耗的 能源。液锻件一般不需机械加工或只需少量精加工，因 而节省大量的机械加工工时、机床设备投资及机械加工 电力消耗。产品性能高，重量轻。用于车辆及飞行器上
液态金属模锻工艺适应性广，无论铸造合金材料还 是锻造合金材料均可采用液锻工艺生产。可生产各 种壁厚（壁厚≥1.5mm）及壁厚差大的产品。设备 为通用的万能液压机或液态模锻机，无液锻件生产 时，可作其它工作使用。
正是由于液态金属模锻技术具有如此多的优点， 已引起世界各国的高度重视，一些发达国家都有专 门的从事液锻技术研究、开发、生产基地。
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【 对策 】
凝固时间的延迟以及强化模具温度 的冷却来降低铸件温度。 铸造条件的探讨（高速切换位置）
16
７ 表面缺陷的原因和对策
（１） 波纹 Flow line
【 原因 】
模具温度过低时、脱模剂涂量过多时经 常会发生。
【 对策 】
短缩节拍、减少冷却量、提高模具温 度。或者，减少脱模剂的喷雾量。或 者重新设定铸造压力及压射速度。
■溶汤流动演示 ■凝固状态
(1) 能够把握到无法看到的「模具内部情况」 (2) 可以事先预测方案（铸造设计）的问题点 (3) 可以判定改善方案的探讨・确定
20
铸造CAE系统 ADSTEFAN
1992
1999/3
東北大学
技术转让
铸造CAE研究会(Stefan)
1992年成立 最终赞同企业38社
※ＴＬＯ：技术转让机构
立式压室溶汤温度变化
Ｄ
Ｌ L≦2.5D
１
注湯
２
３
４
５
６
７
８
[sec]
液层
Liquid
一般压铸 ＤＣ 一般ＤＣ機
固层 固液共存液
卧式压室溶汤温度变化
7
7
压铸机
凝固方式的区别
液态模段
浇口截面 较窄 浇口部较早凝固 较宽
上部开始凝固、 料柄部为最后 凝固
减少收缩巢
（达到抑制溶汤波动效果）
指向性凝固
高压射力
对象制品例
Fig. 2-11
Example AL wheel, Cross member, arm, nuckle
11
Fig. 2-12
Example ABS valve body,brake caliper,high pressure pump case,flange
12
１ 压铸不良的种类
（１） 尺寸上的缺陷 （２）内部缺陷（铸巢） （３）外部缺陷（外观上的缺陷） （４） 材质上的缺陷
17
（２） 结合部不良 Cold shut, Cold lap 【 原因】
模温较低时，充填压以及压射速 度不足时较多发生。 （溶汤温度底下、铸造压力不足）
【 对策 】
提高模温、提高充填压力、提高压射 速度、或者、提高溶汤温度。其他、扩大 浇口截面、增加积渣包。 提高铸造压力和压射速度。
18
收缩巢对策／局部加压法
（株）東北テクノアーチ
1999/8
ライセンス 契約
宇部兴产机械（株）也参加
（株）日立製作所 茨城日立情報サービス（株） 宇部興産機械（株）
产品化开发 销售・开发＆服务支持 销售代理
21
■ 『卷气巢』预测(例)
空气的举动
◆空气举动 ◆空气最高压力
空气的移动
◆空气卷入的原理
・ 空气是否已经闭塞？ ・ 空气闭塞位置是否重要？是否有问题？ ・ 闭塞空气最终到达何处？
2
立式合模压射液态模段 (315～3500TON) 卧式合模压射液态模段 （350～1250TON)
液态模段铸造设备
VSC HVSC
HVSC－ＰＬ
3
压铸机和液态模段溶汤流向差异
卷气孔 层流充填
40m/s 压铸铸造法
浇口速度
0.4m/s
液态模段铸造法
6
压室内溶汤温度分布比较
液态模段 Squeeze
ＵＢＥ 压铸设备以及铸造技术的概要
宇部興産機械株式会社
1
压铸设备系列
＜压铸设备＞
375～850 ton 压铸设备
： UB-iS 系列
1250～4000 ton 压铸设备 ： UB-Ｇ 系列
超高速压铸机 ： UB-H 系列
两板式大型压铸设备
＜液态模段铸造＞
： ＵＨ系列 ： ＶＳＣ 系列
： ＨＶＳＣ 系列
局部加压销
Die open Shot return
Stroke(mm)
S1
Partial SQ.
加压油缸 (模具内藏)
流槽
Time(sec) 2 - 15 sec
Shot fill up 料柄
19
■ 铸造CAE是什么？
液体金属（溶汤）在模具中如何流动、如何凝固等现象通过数据来计 算、并使用图示来演示的软件。
8
不同的铸造不同的品质
400
拉伸强度 (MPa)
350
锻造法
300
液态模段铸造
250
低压铸造
200
普通压铸铸造法
150 0 5 10 15 20 25
9
变形延伸 (%)
ＵＢＥ ＤＣ设备特征和对象制品
耐压・热处理品 大件 超高速压铸机 5～10m/s 普通压铸机 0.0２～5m/s 液态模段 半凝固铸造
支架 一般压铸件 发动机缸体 副架,悬架
10
薄壁制品 小件 大件
小件
特征
・薄壁大件制品 ・机械冲击较大 ・设备价格较贵 ・普通设备 ・设备价格便宜 ・收缩巢防止存在极限 ・收缩巢较少，制品强度高 ・铸造节拍较长 ・设备价格较高
・制品强度高、节拍短 ・流动长存在极限 ・设备价格高
铝轮毂,横梁手臂类 O-泵ﾟ，泵体
大气压：100kPa
大气压的1/5
真空密封方法 真空阀门
压射部 无密封圈 10型GF阀 汤勺翻转方式
给汤方法
パーティング面 无密封圈
顶出杆 无密封圈
中子部 无密封圈
25
带中子模具的密封方法
26
高真空对应GF阀 在模具上的设置案例
27
等等
22
■ 『收缩巢』的预测(例)
凝固形态
◆凝固形态 ◆健全度
・ 未凝固部是否被封闭？ ・ 预测时危险部位是否有收缩巢？
等
23
铸件中的气体含有量
铸造方法的 比较
重力・低压铸造法
液态模段铸造法
ＨＶＳＣ ＶＳＣ
砂型铸造
一般压铸法
铸件要求 功能比较
0.01 0.1
熔接制品
热处理制品
耐压・气密制品 1 10 100
（５） 其他缺陷
13
收缩巢 收缩巢、是由于凝固收缩 而形成的。
粗糙不定形状。
100μm
收缩潮内面α相呈树 枝状结晶状，类似下 垂状的葡萄。
14
卷气巢 卷气巢为、 圆柱形带状。
100μm
卷气巢内面为光滑曲面 为特征。
15
（７） 膨胀块 Bli面处并 被压缩、在开模过程中气体膨胀并在铸 件表面形成米粒或者小豆类大小程度 的块状。
24
空气含有量, cc/100g-Al
GF真空铸造系统概要
1B软管5m ● 高速前0.3-0.5sec 抽真空开始 ● 真空度到达 20kPa
真空排气 GF阀门控制
● 采用浇口高速 ● 大型机在铸造产品20～30%左右
真空罐 200L
10型GF阀
大多采用低速充填模腔
10-2Pa
GF真空度 0.3s-20kPa