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。间接

液态模锻常采用组合模具，其特点是除

凸模作用于工件外，上模也参与加压作

用。金属流动和直接液态模锻法相似。由于金属溶液是以较低的速度连续流动的，所以不会产生喷流或涡流等现象，型腔内的空气也比较容易排出，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(1) 凹模 (2) 凸模

(3)底板 (4) 金属溶液

图2 凸模加压凝固法 (1) 凹模 (2) 凸模 (3)金属溶液(工件) 图3 直接液态模锻法

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，要消耗一部分能量，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；

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，避免了在压力铸造情况下，液态金属在短时间内，沿着浇道充填型腔时卷入气体的危险；况且液态模锻压力是直接施加在金属液面上，避免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

模膛内，利用金属流动性填充模膛，避免了热模锻时采用多个模膛和金属充满模膛时那种镦挤性的强制流动方式，使液态模锻成形能大大低于热模锻的成形能。

.3 模具结构

由于液态模锻能够加工更为复杂的模锻件，所以其使用设备、模具的结构也较为复杂，液态模锻所用的模具与液态模锻的成形方式有关，模具结构大致可以分为如下三种。

简单模。简单模的结构与工作过程如图9-9所示。其主要用于凸模加压凝固成形(方式)中。

可分凹模。可分凹模的结构与工作过程如图9-10所示。其主要(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

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 简单模的结构与工作过程

图6 可分凹模的结构与工作过程

组合模。组合模的结构与工作过程如图9-11所示。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，可以制造形状更为复杂的工件。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，上模下行使金属液部分成形，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，

最后凸模上行。工件卡在凸模上被带出凹模，并被限位停止的上模卸下，待垫块回复到原始位置时，完成一次模锻过程。

图7 组合凹模的结构与工作过程

.4 应用范围

液态模锻工艺可在下列范围内推广应用。

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、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行的，因而消除了脆性开裂的现象。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。现在已经进行了碳、碳化硅、氧化铝等包括晶须在内的许多高强度的长短纤维的研究开发工作，作为金属强化材料很有发展前途。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牢固，从而给复合材料成形开辟了一条新途径。目前，活塞、连杆的FRM液态模锻已经得到实际应用。